专利名称：具有发光阵列和聚光镜的光源的制作方法
技术领域：
本发明一般地涉及光源，更具体地涉及包括排成阵列的发光元件并iU吏用聚光4竟(collection optic )的光源。
技术背景发光二极管(LED)器件的应用日益增大。例如，利用LED的光学 系统包括投影系统(如LCD和DLP投影仪)、剧场照明设备(如遮光罩)、 纤维光学照明器、或者汽车前灯设备。这种光学系统通常包括收集系统 (collection system),所述收集系统将光准直从而将其有效地传递到目 标。但是，所希望的是不断改进包括LED的光学系统的效率，以及一般 而言的发光元件的效率。发明内容依照本发明的实施例，照明系统(light system)包括排成阵列的多 个发光元件，其中性能优良的发光元件位于该阵列的中心或靠近该中 心，性能较劣的发光元件位于距离该阵列的中心更远的位置。该阵列可 以包括多组发光元件，具有性能较劣的发光元件的这些组比具有性能相 对优良的发光元件的那些组位于距离该阵列的中心更远的位置。具有光 轴的聚光镜与该阵列光耦合，从而使该光轴近似地位于该阵列的中心。 该聚光镜可以是例如复合抛物形聚光器、聚光透镜、矩形角变换器、菲 涅耳透镜、利用全内反射面的截面(section)的透4竟，以及任何其他适 当的器件，并且通常，该聚光镜对于平行于光轴发出的光线的传输效率 比对于不平行于光轴发出的光线的传输效率更高。
图l说明本发明可以使用的光源。图2说明如图1中所示的光源，其具有位于该聚光镜和目标之间的附 加的光学系统。图3是说明作为光线与光轴之间夹角e的函数的光学系统的传输(throughput)效率的图表。图4A和4B分别说明发光元件的阵列的横截面视图和顶视图，该阵列 由3 x 3排列的9个LED管芯组成。图5说明由4 x 4排列的16个LED管芯组成的阵列的顶视图。 图6说明由5 x 5排列的25个LED管芯组成的阵列的顶碎见图。
具体实施方式
依照本发明的实施例，包括发光元件阵列的照明系统将性能最佳的 发光元件置于该阵列的中心或靠近该中心，该阵列的中心与该聚光镜的光轴对准。图1说明本发明可以使用的光源100。光源100包括安装在例如底 座104上的发光元件的阵列102，所述发光元件如发光二极管(LED)。 光源100包括聚光镜106，图中示出为复合抛物形聚光器。但是如果需 要，本发明也可以使用其他或附加的聚光镜，如聚光透镜、矩形角变换 器、菲涅耳透镜、利用全内反射面(TIR)的截面的透镜，以及任何其 他适当的器件。 一般来说，复合抛物形聚光器例如是具有反射壁的反射 器，所述反射壁相对于该阵列成角度从而通常将发光元件的阵列102所 发射的光进行准直。可选择的是，至少对于第一部分，可以使用直的壁 道(wall tunnel),从而实现光的较好的空间分布。利用该准直光来照 亮目标110，该目标可以是被照亮或加亮的任何物体。图1中所示的光 源100可以是完整的光源系统。可选择的是，如图2中所示，光源100 可以包括在聚光镜106和目标110之间的一个或多个附加的光学系统 120。如图1中所示，聚光镜106包括光轴108,该光轴近似对准该阵列 102的中心。图1中还示出了用作说明的从阵列102进入聚光镜106的 光线109。所示的光线109相对于光轴108成角e。图3是说明当光线进入系统时作为该光线和光轴之间夹角e的函数的光学系统的传输效率 的图表。图3中的图表显示出当角e增大时，光学系统的效率减小。当角e为零时，即因此当光线109靠近或平行于光轴108传播时，获得最高效率。图4A和4B分别说明发光元件的阵列102的顶视图和横截面视图， 该阵列由例如3x3排列的9个LED管芯组成。这些LED管芯放置于公共底座104上，该公共底座104具有用于LED的电连接。这些发光元件 可以是任何类型的LED或其他适当的照明元件(light element)。例如， 图4A和4B中示出的LED可以是倒装片，其具有在上述管芯一侧形成 的n和p触点，因此不需要接线器。底座104具有可以焊接到管芯接触 垫(contact pad)的对应的接触垫。底座104可以连接到电路板、引线 框或其他支承组件，并且如果需要可以进一步连接到散热片。LED可以 是磷光体变换的以产生例如白光。形成LED的例子，以及不同的彩色磷 光体的例子在美国专利号为6133589; 6274399; 6274924; 6291839; 6525335; 6576488; 6649440;和6885035中记载，所有这些专利在此 引入作为参考。但是应当理解，本发明可以使用任何适合的LED或者其 他发光元件。实际上，发光元件，如LED在性能方面有不同，所述性能诸如亮 度和/或效率或对于系统的关键性能标准的任何其他参数。举例来说，可 以作为性能标准的其他参数包括所希望的角发射、颜色、偏振或温度依 赖性。但是，如图3的图表中所示，光学系统的效率随发射光的光线与 光轴之间的角0的减小而增大。这样，该光学系统对于平行于光轴发出 的光线的传输效率比不平行于光轴发出的光线的传输效率更高。由于聚 光镜106的光轴108与阵列102的中心对准，因此通常在该阵列的中心 区域产生靠近或平行于光轴108而传播的光线。因此，为了增大光源100的效率，将性能优良的发光元件置于阵列 102的中心，使其成为产生靠近或平行于光轴108的光线的性能优良的 发光元件。出于说明性的目的，在图4B中标出阵列102中的三种分开的LED 位置。如图4B中所示，阵列102的中心位置标为位置1、阵列102的第 二区域标为位置2，阵列102的第三区域标为位置3。阵列102的中心 区域l位于该阵列的中心，其与光轴108对准。第二区域2相对于中心 区域1正交地定位，并且比中心区域l离阵列102的中心和光轴108更 远。第三区域3沿着对角线来定位，因此比中心区域1和第二区域2离 阵列102的中心更远。依照本发明，具有相对于阵列102中发光元件的其余部分来说性能 优良的发光元件安装在阵列102的中心区域1。四个性能次佳的发光元 件安装在阵列102的第二区域2。最后，四个性能最差的发光元件位于离中心最远的位置，即阵列102中的第三区域3。这样，具有最佳性能 的发光元件位于光轴108上或靠近该光轴，而性能较劣的发光元件位于 离光轴108较远。在这种构造中，从例如位于中心区域1的性能最佳的射:'，、",、'、、 由于在安装之前必须已知每个发光元件的性能，因此在将该发光元件安装到底座104之前测试每个发光元件的性能。举例来说，可以当LED 管芯在晶片形式时就对其进行测试。可选择的是，LED芯片可以首先安 装在连接的底座的阵列上，其很容易测试，稍后进行切分(singulated) 并安装在最终的底座104上。在一个实施例中，可以测试一大批发光元 件，并且基于性能将其组织成三组；性能最佳、性能次佳和性能较劣(the third best)。来自性能最佳组的发光元件安装在不同阵列的中心区域1 中，而来自性能次佳组的发光元件安装在第二区域2中，来自性能较劣 组的发光元件安装在第三区域3中。应该理解，阵列102中的区域数量是说明性的。例如，可以将阵列 102分成中心区域1以及包括位置2和3这两者的次级区域。在这一实 施例中，具有最佳性能的发光元件安装在中心区域1中，其余发光元件 安装在中心区域l的外面，即在次级区域2、 3中。此外，本发明中所用的阵列可以大于3 x2。例如，图5说明由4x 4排列的16个LED管芯组成的阵列220。图5包括根据性能的LED位 置的标号，类似于图4B中所示。4个性能最佳的LED安装在通常用数 字1指示的中心区域中，而具有次佳性能的8个LED安装在通常用数字 2指示的第二区域中。4个具有较劣性能的LED安装在通常用数字3指 示的第三区域中。图6说明由5 x 5排列的25个LED管芯组成的另 一个LED阵列250。 LED位置的优先权用数字来指示。在阵列250中，存在6个特殊的位置。 如上面所讨论的，LED安装在阵列250中，性能最佳的LED位于具有 最高级的位置，即，最靠近中心，性能最差的LED位于具有最低级的位 置，即，离中心最远。尽管出于指导的目的结合特定实施例说明了本发明，但是本发明不 限于此。可以在不背离本发明范围的情况下进行各种修改和改变。应该 理解，本发明可以与更大的LED阵列一起使用，或者与其他阵列布局一起使用，如非正方形排列，例如2x3,或直线排列，例如！X3。因此:所附的权利要求的精神和范围不应当限制于上面的描述。
权利要求
1.一种照明系统，其包括多个发光元件，其排成阵列，该阵列包括中心区域，第一发光元件位于该中心区域，第一发光元件相对于在该阵列中的其余发光元件具有优良的性能；以及第二区域，其在该中心区域的外面，该第二区域包含第二组发光元件，该第二组发光元件相对于第一发光元件具有较低的性能。
2. 如权利要求1所述的照明系统，其中性能包括下面至少一个 亮度、效率、角发射、颜色、偏振和温度依赖性。
3. 如权利要求1所述的照明系统，进一步包括具有光轴的聚光 镜，该聚光镜与该阵列光耦合，光轴近似地位于该阵列的中心区域的中
4. 如权利要求3所述的照明系统，其中该聚光镜对于平行于光 轴发出的光线的效率比对于不平行于光轴发出的光线的效率更高。
5. 如权利要求3所述的照明系统，其中该聚光镜是下面的一个 或多个聚光透镜、复合抛物形聚光器、矩形角变换器、菲涅耳透镜， 以及利用全内反射面的截面的透镜。
6. 如权利要求1所述的照明系统，其中该中心区域包含单个发 光元件。
7. 如权利要求1所迷的照明系统，其中该中心区域包含多个发光元件，这些发光元件中的每个发光元件相对于在该阵列中的其余发光 元件都具有优良的性能。
8. 如权利要求1所迷的照明系统，其中该阵列进一步包括第三 区域，其位于第二区域的外面，该第三区域比第二区域离中心区域更远， 该第三区域包含第三组发光元件，该第三组发光元件相对于第 一发光元 件和第二组发光元件具有较低的性能。
9. 如权利要求8所迷的照明系统，该阵列是方阵列，第二区域 相对于中心区域正交地定位，第三区域相对于中心区域呈对角线地定 位。
10. 如权利要求9所述的照明系统，其中该阵列是3 x 3和4 x 4 阵列之一。
11. 如权利要求8所迷的照明系统，该阵列进一步包括第四区域，其比第三区域离中心区域更远，第四区域包含第四组发 光元件，第四组发光元件相对于第一发光元件、第二组发光元件和第三组发光元件具有较低的性能；第五区域，其比第四区域离中心区域更远，第五区域包含第五组发 光元件，第五组发光元件相对于第一发光元件、第二组发光元件、第三 组发光元件和第四组发光元件具有较低的性能；以及第六区域，其比第五区域离中心区域更远，第六区域包含第六组发 光元件，第六组发光元件相对于第一发光元件、第二组发光元件、第三 组发光元件、第四组发光元件和第五组发光元件具有较低的性能。
12. 如权利要求11所述的照明系统，其中该阵列是5x5阵列。
13. 如权利要求1所述的照明系统，其中该阵列是非方形阵列。
14. 一种光源，其包括 聚光镜，其具有光轴；以及发光元件的阵列，其与该聚光镜光耦合，该阵列具有与光轴对准的 中心区域，该中心区域包括第一发光元件，第一发光元件比安装在该阵 列中心区域外面的发光元件具有优良的性能。
15. 如权利要求14所述的光源，其中性能包括下面至少一个亮 度、效率、角发射、颜色、偏振和温度依赖性。
16. 如权利要求14所述的光源，其中该聚光镜对于平行于光轴发 出的光线的效率比对于不平行于光轴发出的光线的效率更高。
17. 如权利要求14所述的光源，其中该聚光镜是下面的一个或多 个聚光透镜、复合抛物形聚光器、矩形角变换器、菲涅耳透镜，以及 利用全内反射面的截面的透镜。
18. 如权利要求14所述的光源，其中该阵列具有比中心区域离光 轴更远的第二区域，该第二区域包括第二组发光元件，该第二组发光元 件相对于该阵列中的其余发光元件具有优良的性能，该阵列具有比第二 区域离光轴更远的至少一个附加的区域，该至少一个附加的区域包括在 该阵列中的其余发光元件。
19. 如权利要求14所述的光源，其中该中心区域包括多个发光元装的发光元件都具有优l的性能。
20. —种方法，其包括确定多个发光元件的性能；以及通过将第 一发光元件安装在阵列的中心或靠近该中心并将第二组发光元件安装在比第一发光元件离该阵 列的中心更远的地方来产生发光元件的阵列，该第二组发光元件相对于 第 一发光元件具有较低的性能。
21. 如权利要求20所述的方法，进一步包括使具有光轴的聚光镜与发光元件的阵列光耦合，该光轴与该阵列的中心近似对准。
22. 如权利要求20所述的方法，进一步包括将第三组发光元件安 装在比第二组发光元件离该阵列的中心更远的地方，该第三组发光元件 相对于第二组发光元件具有较低的性能。
23. 如权利要求20所述的方法，其中性能包括下面至少一个.'发 光元件的亮度、效率、角发射、颜色、偏振和温度依赖性。
24. 如权利要求20所述的方法，进一步包括将多个第一发光元件 安装在靠近该阵列的中心，每个第一发光元件相对于在该阵列中的其余 发光元件具有优良的性能。
25. 如权利要求20所述的方法，其中第 一发光元件安装在该阵列 的中心。
全文摘要
一种照明系统，其包括排成阵列的多个发光元件，如发光二极管。一个或多个发光元件置于该阵列的中心区域。位于该中心区域的发光元件相对于该阵列中的其余发光元件具有优良的性能，所述性能诸如亮度和/或效率。第二区域在中心区域的外面，即距离该阵列的中心更远，该第二区域包括第二组发光元件，其相对于该阵列中的任何附加的发光元件都具有优良的性能。该阵列可以包括距离该阵列的中心更远的附加区域，附加区域包括具有较低性能的发光元件。具有光轴的聚光镜与该阵列光耦合，因此，该光轴近似位于该阵列的中心。
文档编号G03B21/20GK101278231SQ200680036051
公开日2008年10月1日 申请日期2006年9月27日 优先权日2005年9月30日
发明者G·哈伯斯, S·J·A·比尔休曾 申请人:飞利浦拉米尔德斯照明设备有限责任公司