具有光发散度修改器的光导照明装置的制造方法
【技术领域】
[0001 ]本公开涉及具有光导和光发散度修改器的组合的照明装置。
【背景技术】
[0002]光源用于多种应用中，如提供一般照明和提供用于电子显示器(如，LCD)的光。在历史上，白炽光源已广泛用于一般照明目的。白炽光源通过加热灯丝导线至直到其发光的高温而产生光。灼热灯丝借助用惰性气体填充或抽真空的玻璃封装阻止免于在空气中氧化。白炽光源在许多应用中正在逐步由其它类型电灯取代，诸如荧光灯、紧凑型荧光灯(CFL)、冷阴极荧光灯(CCFL)、高强度放电灯和诸如发光二极管(LED)的固态光源。
【发明内容】
[0003]本公开涉及包括光导和光发散度修改器的组合的照明装置。
[0004]通常，本文描述的技术的革新方面可以在包括下列方面的一个或多个的照明装置中实现:
[0005]在一个方面中，照明装置包括多个发光元件(LEE);从光导的第一端至光导的第二端以向前方向延伸的光导，所述光导设置成在第一端接收由LEE发射的光并经配置引导光至第二端，其中在第一端接收的光的发散度和到达第二端的引导光的发散度基本上相同；在第二端光学耦合至光导以接收引导光的光发散度修改器，所述光发散度修改器经配置修改引导光的发散度，使得由光发散度修改器提供的光具有不同于引导光的发散度的修改发散度；以及光学耦合至光发散度修改器的光学提取器，所述光学提取器经配置将由光发散度修改器提供的光作为输出光以一个或多个输出角度范围输出至周围环境中。
[0006]前述和其它实施方案可以每个任选单独或组合地包括以下特征的一个或多个。在一些实施方式中，光发散度修改器可以是锥形的，使得光发散度修改器的输入孔径比光发散度修改器的输出孔径更大，并且在光发散度修改器的输出孔径提供至光学提取器的光的修改发散度比引导光的发散度更大。在其它实施方式中，光发散度修改器可以是扩口的，使得光发散度修改器的输入孔径比光发散度修改器的输出孔径更小，并且在光发散度修改器的输出孔径提供至光学提取器的光的修改发散度比引导光的发散度更小。在前述实施方式的任一个中，光发散度修改器可包括沿在输入孔径和输出孔径之间的光发散度修改器的长度延伸的一对相对的侧表面。在一些情况下，相对的侧表面中的至少一个是平面的。在一些其它情况下，两个相对的侧表面都是平面的。可替代地，光发散度修改器可包括在输入孔径和输出孔径之间延伸的截头锥形表面。
[0007]在一些实施方式中，光发散度修改器经配置在相对的侧表面通过全内反射(TIR)以向前方向引导在输入孔径接收的光。
[0008]在一些实施方式中，光发散度修改器可以包括沿光发散度修改器的长度延伸的3D光栅，3D光栅经配置使得在光发散度修改器的输出孔径提供至光学提取器的光的修改发散度比引导光的发散度更小。在一些实施方式中，光发散度修改器可以包括沿光发散度修改器的长度延伸的3D光栅，3D光栅经配置使得在光发散度修改器的输出孔径提供至光学提取器的光的修改发散度比引导光的发散度更大。
[0009]在前述实施方式的任一个中，光发散度修改器的长度是光导的长度的分数。例如，该分数在5%和50%之间。进一步，3D光栅可以包括全息元件和光子晶体中的一种或多种。
[0010]在一些实施方式中，光发散度修改器包括经配置使得提供至光学提取器的光的修改发散度比引导光的发散度更小的会聚透镜。在其它实施方式中，光发散度修改器包括经配置使得提供至光学提取器的光的修改发散度比引导光的发散度更大的发散透镜。这里，与透镜相关联的折射率不同于与光导相关联的折射率及与光学提取器相关联的折射率。在一些情况下，透镜可以是菲涅耳透镜。
[0011]在前述实施方式的任一个中，光导、光发散度修改器和光学提取器可以一体形成或粘合在一起。
[0012]在一些实施方式中，光发散度修改器可包括配置为2D光栅的光学界面，2D光栅经配置使得提供至光学提取器的光的修改发散度比引导光的发散度更小。在一些实施方式中，光发散度修改器可包括配置为2D光栅的光学界面，2D光栅经配置使得提供至光学提取器的光的修改发散度比引导光的发散度更大。
[0013]在一些实施方式中，光导可以经配置引导在第一端接收的光以向前方向通过全内反射(TIR)离开相对的侧表面。在一些实施方式中，由LEE提供的光具有第一发散度，并且光导的数值孔径使得从LEE接收的具有第一发散度的光可由光导引导通过TIR离开所述对相对的侧表面。
[0014]在一些实施方式中，所公开的照明器模块可以进一步包括一个或多个光学耦合器。这里，由LEE提供的光具有第一发散度，光学耦合器被布置为接收由LEE提供的光，并将其改向至光导的接收端具有第二发散度，并且光导的数值孔径使得从光学耦合器接收的具有第二发散度的光可以由光导引导通过TIR离开所述对相对的侧表面。
[0015]在一些实施方式中，LEE可以是发射白光的LED。在一些实施方式中，光学提取器可包括至少一个改向表面，光学提取器的至少一个改向表面适于以具有正交于向前方向的分量的方向反射由光发散度修改器提供的光的至少一部分。在一些实施方式中，光学提取器可以包括适于以具有正交于向前方向的分量的第一方向反射由光发散度修改器提供的光的至少一部分的第一改向表面；以及适合于以具有正交于向前方向且反平行于第一方向的正交分量的分量的第二方向反射由光发散度修改器提供的光的至少一部分的第二改向表面。在前述的实施方式任一个中，第一改向表面和/或第二改向表面可以透射由光发散度修改器提供的光的剩余部分以便光的透射部分以向前方向射出光学提取器至周围环境中。另夕卜，光学提取器可以包括设置在从第一改向表面和/或第二改向表面反射的光的一个或多个路径中的第一弯曲输出表面和/或第二弯曲输出表面，并且第一弯曲输出表面和/或第二弯曲输出表面经配置以一个或多个向后角度范围透射入射其上的光至周围环境。
[0016]在一些实施方式中，所公开的照明器模块可以向着向前方向正交地延伸。这里，LEE向着向前方向正交地布置。
[0017]本文所描述的技术的一个或多个实施方式的细节在附图和以下描述中阐述。所公开的技术的其它特征、方面和优点将通过说明书、附图和权利要求变得显而易见。
[0018]附图简述
[0019]图1A示出了照明器模块的示例，照明器模块包括光导和光发散度修改器的组合。
[0020]图1B是在图1A中所示的照明器模块的示例强度轮廓。
[0021]图2A-2F示出包括光导和光发散度修改器的组合的示例照明器模块的各方面。
[0022]图3A-3G示出包括光导与不同光发散度修改器的不同组合的照明器模块的各个示例。
[0023]在各附图中参考数字和标记指示本公开的特定特征的示例性方面、实施方式。
【具体实施方式】
[0024]本公开涉及用于提供直接和/或间接照明的照明装置。所公开的照明装置可朝向工作表面和/或朝向背景区域有效地引导和分布由固态光源发射的光。所公开的照明装置的各种发光表面和它们各自强度向量可以在照明环境内操纵以通过所公开的照明装置提供光分布输出的良好实用性。本技术可以利用多个固态光源的集合输出并创建具有独特性质的虚拟光源，所述性质可引起相对于被照明环境占用空间小的紧凑照明器。
[0025]这里，来自固态光源的光在光导的输入端被接收并且引导至输出端。相比于在光导的输入端接收的光，在光导的输出端的引导光可具有相同或不同(在测量误差内)的发散度。本文中被称为光发散度修改器的光学元件设置在所公开的照明装置的光导和光学提取器之间。以这种方式，光发散度修改器接收引导光并修改引导光的发散度，使得由光发散度修改器提供至光学提取器的光具有与引导光的发散度不同的修改发散度。
[0026](i)具有光导和光发散度修改器的组合的照明装置
[0027]图1A示出了包括光导130和光发散度修改器150的组合的照明装置100的方框图。被称为照明器模块100的照明装置100进一步包括一个或多个发光元件(LEE)llO、光学提取器14(LLEE 110可被设置在衬底105上。在一些实施方式中，照明装置100进一步包括一个或多个親合器120。
[0028]通常，LEE(也称为光发射器)是在激活时在来自可见光区域、红外光区域和/或紫外光区域中的电磁光谱的一个或多个区域中发射辐射的装置。例如，可通过施加跨越LEE的组件的电势差或使电流通过LEE的组件来实现激活LEE13LEE可以有单色、准单色、多色或宽带光谱发射特性。LEE的示例包括半导体、有机、聚合物/聚合发光二极管、其它单色的、准单色的或其它发光元件。在一些实施方式中，LEE是例如LED管芯的发射辐射的特定装置。在其它实施方式中，LEE包括发射辐射的特定装置(如，LED管芯)与在其内放置所述特定装置或多个特定装置的外壳或包装的组合。LEE的示例也包括激光器并且更具体地包括半导体激光器，诸如垂直腔表面发射激光器(VCSEL)和边发射激光器。LEE的进一步示例包括超发光二极管和其它超发光装置。
[0029]在工作期间，LEE110提供在第一角度范围115内的光。这种光可以具有相对于一个或多个LEE 110的光轴(如，在图1A中示出的笛卡尔参考系的z轴)的朗伯分布。如本文所用，以“角度范围”提供光是指提供以一个或多个方向传播的光，所述一个或多个方向相对于传播的相应普遍方向具有发散度。在此背景下，术语“传播的普遍方向”是指某一方向，沿所述方向传播光的强度分布的全部或一部分具有例如最大值、均值、中值，或其它限定的方向。例如，与角度范围相关联的传播的普遍方向可以是强度分布的波瓣的定向。(参见，如，图1B)。同时在此背景下，术语“发散度”指的是立体角，在其外传播光的强度分布降到低于在强度分布的普遍方向的强度的预定分数。例如，与角度范围相关联的发散度可以是强度分布的波瓣的宽度。预定分数可以为最大强度的10%、5%、1%或其它部分，这取决于照明应用。
[0030]光导130可以由实心的透明材料制成。这里，光导130布置成在光导130的一端接收由LEE 110提供的光并以向前方向(如，沿z轴)从光导130的接收端引导所接收的光至相对端。这里，光导130的接收端和它的相对端之间的距离D可以是例如5、10、20、50或100cm。(i)在其中光由光导130在接收端接收的角度范围和(ii)光导130的数值孔径的组合经配置使得所接收的光从接收端通过反射离开光导130的光导侧表面132a、132b引导至相对端。取决于实施方式，(如果不是所有则至少一些)这种反射是经由全内反射(TIR)。在一些实施方式中，光导130的数值孔径使得由LEE 110以角度范围115提供的所有光可以在光导130的接收端直接注射至光导130中。
[0031]在其它实施方式中，照明器模块100包括在第一角度范围115内从LEE110接收光并在第二角度范围125内提供光至光导130的接收端的一个或多个耦合器120。一个或多个耦合器120成形为经由全内反射、镜面反射或这二者来转换第一角度范围115为第二角度范围125。这样，一个或多个耦合器120可包括用于将光从一个或多个耦合器120的每个的输入端传播至输出端的实心透明材料。这里，第二角度范围125的发散度比第一角度范围115的发散度更小，使得由耦合器120以角度范围125提供的所有光可以在光导130的接收端注射至光导130中。
[0032]光导侧表面132a、132b中的一个或多个可以是平面的、弯曲的或其它形状。光导侧表面132a、132b可以是平行的或不平行的。在具有不平行光导侧表面132a、132b的实施方案中，在光导130的相对端的引导光的第三角度范围135不同于在接收端接收的光的角度范围115(在光导130直接从LEE 110接收光时)或125(在光导130从耦合器120接收光时)。这里，光导侧表面132a、132b可以是光学上平滑的以允许引导光在光导130内通过TIR向前(如，在z轴的正方向)传播。在这种情况下，光导侧表面132a、132b关于z轴及彼此成形和布置，使得引导光从光导130的输入端至输出端通过整个距离D以大于临界角的入射角照射在光导侧表面132a、132b上。在具有平行光导侧表面132a、132b的实施方案中，不论光导130是实心的或空心的，在光导130的相对端的引导光的第三角度范围135具有与在接收端接收的光的角度范围115(在光导130直接从LEE 110接收光时)或125(在光导130直接从耦合器120接收光时)基本上相同的发散度。
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