具有远程散射元件和全内反射提取器元件的发光设备的制造方法
【专利说明】具有远程散射元件和全内反射提取器元件的发光设备
[0001]所描述的技术设及具有远程散射元件和实质上全内反射（TIR)提取器元件的发 光设备和照明器具。
[0002] 发光元件（LE巧在现代世界中是普遍存在的，用在范围从一般照明（例如灯泡） 到照明电子信息显示器（例如LCD的背光灯和前灯）到医疗设备和治疗学的应用中。在各 种领域中越来越多地采用包括发光二极管（LED)的固态照明（SSL)设备，允诺低功率消耗、 高发光功效和长寿命，特别是与白巧和其它常规光源比较。
[0003] 照明器具是照明单元，其提供手段来保持、定位、保护发光元件和/或将发光元件 连接到电源且在一些情况下分布由Lffi发射的光。越来越多地在照明器具中使用的Lffi的 一个例子是所谓的"白色L邸"。常规白色L邸一般包括发射藍光或紫外光的L邸和磯光体 或其它发光材料。设备经由来自LED的藍光或UV光（被称为"累浦光"）的下变频通过磯 光体产生白光。该样的设备也被称为基于磯光体的LED(PLED)。虽然受到由于光转换而引 起的损耗，与其它类型的照明器具比较，PLED的各种方面允诺基于PLED的照明器具的减小 的复杂性、更好的成本效率和耐久性。
[0004] 虽然新类型的磯光体被积极地研究和发展，然而由于可用发光材料的特性，基于 PLED的发光设备的配置提供进一步的挑战。挑战包括例如来自光子转换的光能损失、来自 斯托克斯损失的磯光体自加热、光子转换特性对操作温度的依赖性、作为过热的效应由磯 光体的化学和物理成分的变化引起的降解、转换特性对光的强度的依赖性、由于从磯光体 发射的所转换的光的随机发射而引起的在不希望有的方向上的光的传播、磯光体的不希望 有的化学特性和在发光设备中的磯光体的受控沉积。
[0005] 概述
[0006]所描述的技术设及具有远程散射元件和实质上全内反射（TIR)提取器元件的发 光设备和照明器具。
[0007]在一个方面中，发光设备包括配置成在操作期间发射累浦光的发光二极管（LED);具有面向LED的第一表面的磯光体元件，磯光体元件与LED间隔开并定位成从LED接收至 少一些累浦光并发射散射光；W及包括透明材料的提取器，提取器具有出射表面和侧表面， 并布置成接收穿过相邻于磯光体元件的区的散射光的一部分并输出穿过出射表面的散射 光，侧表面布置在相邻区和出射表面之间，其中具有折射率n。的介质布置成相邻于磯光体 元件的第一表面，且磯光体元件具有折射率ni，其中n"<ni，且透明材料具有折射率n,，其中 W及侧表面包括TIR表面，其中TIR表面定位和成形为使得在穿过相邻区接收的直接 射在TIR表面上的散射光的TIR表面上的入射角W等于或大于全内反射的临界角的入射角 入射在TIR表面上。
[0008] 前述和其它实施方案可各自任选地单独或组合地包括下面特征中的一个或两个。 在一些实施方案中，磯光体元件可配置成非弹性地散射至少一些累浦光并弹性地散射至少 一些累浦光。在一些实施方案中，TIR表面可延伸到出射表面。在一些实施方案中，TIR表 面可延伸到相邻区。磯光体元件可W是平面的或外壳。外壳相对于出射表面可W是凸的。
[0009]在一些实施方案中，发光元件还可包括在侧表面的一部分上的反射层。在一些实 施方案中，发光元件还可包括与侧表面的至少一部分间隔开并沿着侧表面的至少一部分延 伸的反射元件，反射元件配置成将从侧表面逸出的光的一部分重定向回到提取器。磯光体 元件可至少部分地在提取器中凹进。在一些实施方案中，出射表面可W是非平面的。在一 些实施方案中，出射表面可包括多个不同地成形的部分。
[0010] 在一些实施方案中，出射表面可定位和成形为使得在穿过相邻区的直接射在出射 表面上的散射光的出射表面上的入射角小于全内反射的临界角。在一些实施方案中，出射 表面可定位和成形为使得在穿过相邻区的直接射在出射表面上或在从TIR表面的TIR之后 射在出射表面上的散射光的出射表面上的入射角小于全内反射的临界角。在一些实施方案 中，ni可小于或等于02。磯光体元件可包括非弹性和弹性散射中屯、。散射光可W是各向同 性地散射的光。
[0011] 在一些实施方案中，发光设备还可包括相邻于提取器的二次反射器，其中二次反 射器可配置成将从提取器输出的光重定向。二次反射器可具有布置成接近出射表面的输入 孔。
[0012] 在另一方面中，照明器具包括壳体和由壳体支持的发光设备，发光设备包括配置 成在操作期间发射累浦光的发光二极管（LED);具有面向LED的第一表面的磯光体元件，其 中磯光体元件与L邸间隔开并定位成从L邸接收至少一些累浦光并发射散射光；W及包括 透明材料的提取器，提取器具有出射表面和侧表面，并布置成接收穿过相邻于磯光体元件 的区的散射光的一部分且输出穿过出射表面的散射光，其中侧表面布置在相邻区和出射表 面之间，其中具有折射率n。的介质布置成相邻于磯光体元件的第一表面，且磯光体元件具 有折射率ni，其中n。小于n1，且透明材料具有折射率n,，其中n。小于n2,且其中侧表面包括 TIR表面，其中TIR表面定位和成形为使得在穿过相邻区接收的直接射在TIR表面上的散射 光的TIR表面上的入射角W等于或大于全内反射的临界角的入射角入射在TIR表面上。
[0013] 前述和其它实施方案可各自任选地单独或组合地包括下面特征中的一个或两个。 在一些实施方案中，照明器具还可包括由壳体支持的光学元件并配置成从发光设备接收 光，其中从发光设备发射的光可进一步由光学元件定向和成形。光学元件可W是反射器、透 镜或其它光学元件。
[0014] 在另一方面中，发光设备包括发光元件（LE巧；具有面向LEE的第一表面的散射元 件，其中散射元件与间隔开并定位成从Lffi接收至少一些光并配置成发射散射光；W及 提取器，其具有侧表面并布置成接收穿过与散射元件相邻的区的散射光的一部分，其中提 取器配置成发射穿过出射表面的光，其中出射表面布置在与散射元件相邻的区的远侧，且 其中具有折射率n。的介质布置成相邻于散射元件的第一表面，且散射元件具有折射率n1， 其中n。小于n1，且提取器具有折射率ri2,其中n。小于n2,且其中侧表面定位和成形为使得在 穿过相邻区接收的直接射在侧表面上的散射光的侧表面上的入射角等于或大于全内反射 的临界角。
[0015] 前述和其它实施方案可各自任选地单独或组合地包括下面特征中的一个或两个。 在一些实施方案中，散射元件可被成形为半球。在一些实施方案中，提取器还可包括光导， 其中光导可延伸到侧表面并包括出射表面。
[0016] 前述和其它实施方案可各自任选地单独或组合地包括下面特征中的一个或两个。 在一些实施方案中，光学元件可W是反射器。在一些实施方案中，光学元件可W是透镜。
[0017] 附图简述
[0018] 图1A-1C示出具有全内反射提取器元件的发光设备的实施方案的截面图。
[0019] 图2-3示出具有非平面散射元件的发光设备的实施方案的截面图。
[0020] 图4示出具有包括反射元件的提取器元件的发光设备的实施方案的截面图。
[0021] 图5-6示出包括具有非平面出射表面的提取器元件的发光设备的实施方案的截 面图。
[0022] 图7示出具有二次反射器的发光设备的实施方案的截面图。
[0023] 图8A-8B示出包括具有辅助光学元件的发光设备的照明器具的实施方案的截面 图。
[0024] 图9示出具有TIR提取器元件的发光设备的实施方案的截面图。
[002引图10A-10C示出具有弯曲散射元件的发光设备的各种实施方案的截面图。
[0026] 使用相同的参考数字来标识在不同附图中的相似的元件。
[0027] 详细描述
[0028] 图1A示出具有全内反射（TIR)提取器元件130的发光设备100的例子的横截面侧 视图。发光设备100包括底部基底150、发光元件110(例如藍色累浦发光二极管（LED))、 散射元件120 (例如磯光体元件）连同提取器元件130。散射元件120具有与发光元件110 间隔开并定位成接收从发光元件110发射的光的输入表面115。发光元件110在底部基底 150上布置在至少部分地由输入表面