具有带有重定向端面的光导的灯具模块的制作方法

本申请依据35U.S.C.§119(e)(1)要求2014年2月24日申请的美国临时申请61/943,917号的权益，所述美国临时申请以引用方式并入本文。

技术领域

本技术大体上涉及固态灯具，且更具体来说涉及具有带有重定向端面的光导的固态灯具模块。

背景技术：

在多种应用中使用光源，例如用于提供一般照明和为电子显示器(例如，LCD)提供光。在历史上，白炽光源已经广泛用于一般照明目的。白炽光源通过将长丝导线加热到高温直到其发光而产生光。用填充有惰性气体或抽成真空的玻璃封壳来保护所述热的长丝以免在空气中氧化。白炽光源在许多应用中逐渐被其它类型的电光代替，例如荧光灯、紧凑型荧光灯(CFL)、冷阴极荧光灯(CCFL)、高强度放电灯以及例如发光二极管(LED)等固态光源。

技术实现要素：

本技术涉及固态灯具。根据本技术的第一方面，一种灯具模块包括：一个或多个发光元件(LEE)，其被布置来提供光；以及光导，其包括：(i)接收末端和相对末端，所述接收末端被布置来接收由所述LEE提供的所述光，(ii)一对相对侧表面，其沿着所述光导的长度在所述接收末端与所述相对末端之间延伸，所述光导被构造来在向前方向上沿着所述光导的所述长度将所述接收的光导引到所述光导的所述相对末端，以及(iii)重定向端面，其位于所述相对末端处且被构造来将到达所述相对末端的所述导引光作为返回光反射回到所述光导中，使得基本上所有所述返回光以大于临界入射角的入射角照射在所述相对侧表面对上且作为所述灯具模块的输出光通过所述相对侧表面对透射到周围环境中，所述输出光将在向后方向上传播。

第一方面的实现可以包含以下特征中的一个或多个特征。在一些实现中，基本上所有所述返回光可以在所述相对侧表面对处的多次反弹期间透射通过所述相对侧表面对。在一些实现中，所述光导被构造来通过全内反射(TIR)而在向前方向上导引所述接收的光离开所述相对侧表面。

在一些实现中，由所述LEE提供的所述光在第一角范围内，且所述光导的数值孔径使得在所述第一角范围内从所述LEE接收的所述光可以通过TIR而由所述光导导引离开所述相对侧表面对。在其它实现中，所公开灯具模块还包含一个或多个光学耦合器。此处，由所述LEE提供的所述光在第一角范围内，所述光学耦合器被布置来接收由所述LEE提供的所述光且在第二角范围内将所述光重定向到所述光导的所述接收末端，且所述光导的数值孔径使得在所述第二角范围内从所述光学耦合器接收的所述光可以通过TIR而由所述光导导引离开所述相对侧表面对。

在前述实现中的任一者中，到达所述光导的所述相对末端的所述导引光可以在第三角范围内，所述重定向端面的构造可以使得由所述重定向端面产生的返回光是在第一返回角范围内，且所述第一返回角范围与所述第三角范围基本上无重叠。此外，所述第一返回角范围内的所述返回光作为第一输出角范围内的输出光而以具有反平行于所述向前方向的分量的传播方向透射通过所述相对侧表面对中的每一者。此外，所述重定向端面包括一个或多个锯齿形区段。在一些情况下，所述锯齿形区段是对称的。

而且，所述重定向端面的所述构造可以使得由所述重定向端面产生的返回光还在第二返回角范围内，且所述第二返回角范围与所述第三角范围基本上无重叠。此外，所述第二返回角范围内的所述返回光作为第二输出角范围内的输出光而以具有反平行于所述向前方向的分量的传播方向透射通过所述相对侧表面对中的每一者。

在一些实现中，所述重定向端面涂覆有反射材料。在一些情况下，所述反射材料具有允许光透射通过所述端面的空穴。

在一些实现中，所述光导的所述相对侧表面对是平面的且平行的。

这些和/或其它优点可以由制造相对便宜的灯具模块提供。举例来说，所述灯具可以由相对少的组件构成。而且，个别组件可以由常规光学材料(例如，诸如丙烯酸聚合物或聚碳酸酯等光学塑料)和/或通过常规技术形成。本技术可以允许更紧凑的灯具模块。这些模块可能需要更少的材料，可以制作得更小且更轻。由此，灯具模块可能需要更少的体积，这可有助于降低制造和分销成本。

在附图和以下描述中陈述本文描述的技术的一个或多个实现的细节。从说明书、附图和权利要求书将明了所公开技术的其它特征、方面和优点。

附图说明

图1A说明具有带有重定向端面的光导的固态灯具模块的框图。

图1B到1D是图1的灯具模块的各种实施方案的示意图。

图2说明图1的灯具模块的方面。

图3A到3D说明图2中说明的灯具模块的光导的重定向端面的实施方案。

图3E到3F说明对应于图2的灯具模块的光强度分布，所述灯具模块具有带有图3A到3D中说明的重定向端面的光导。

图4A到4D说明图2中说明的灯具模块的光导的重定向端面的其它实施方案。

图4E到4F说明对应于图2的灯具模块的光强度分布，所述灯具模块具有带有图4A到4D中说明的重定向端面的光导。

在不同的图中以相同参考标号标识相同元件。

具体实施方式

图1说明包含带有重定向端面140的光导130的固态灯具模块100的框图。除了光导130之外，灯具模块100还包含一个或多个发光元件(LEE)110。在一些实现中，灯具模块100还包含一个或多个耦合器120。

大体上，还称为光发射器的LEE是在被激活时发射电磁谱的来自可见区、红外区和/或紫外区当中的一个或多个区的辐射的装置。LEE的激活可以通过在LEE的组件上施加电位差或者传递电流通过例如LEE的组件来实现。LEE可以具有单色、准单色、多色或宽带光谱发射特性。LEE的实施例包含半导体、有机、聚合物/聚合发光二极管、其它单色、准单色或其它发光元件。在一些实现中，LEE是发射辐射的特定装置，例如LED裸片。在其它实现中，LEE包含发射辐射的特定装置(例如，LED裸片)与放置一个或多个特定装置的外壳或封装的组合。LEE的实施例还包含激光器且更具体来说半导体激光器，例如垂直腔表面发射激光器(VCSEL)和边缘发射激光器。LEE的另外实施例包含超辐射发光二极管和其它超辐射发光装置。

在操作期间，LEE 110在第一角范围115内提供光。此光可以相对于一个或多个LEE 110的光轴(例如，图1所示的笛卡尔参考系的z轴线)具有朗伯分布(Lambertian distribution)。

光导130由固体透明材料制成。光导130被布置成在光导130的一个末端接收由LEE 110提供的光，且在向前方向上(例如，沿着z轴线)将接收的光从光导130的接收末端导引到相对末端。此处，光导130的接收末端与其相对末端之间的距离D可以是例如5、10、20、50或100cm。(i)光导130在接收末端处接收光的角范围与(ii)光导130的数值孔径的组合被构造来使得通过反射离开光导130的光导侧表面132a、132b而将接收的光从接收末端导引到相对末端。取决于实现，此反射的至少一些(如果不是全部)是经由全内反射(TIR)。在一些实现中，光导130的数值孔径使得在角范围115中由LEE 110提供的所有光可以在光导130的接收末端处直接注入光导130中。

在其它实现中，灯具模块100包含一个或多个耦合器120以接收在第一角范围115内来自LEE 110的光，且将第二角范围125内的光提供到光导130的接收末端。所述一个或多个耦合器120被成形为经由全内反射、镜面反射或两者将第一角范围115变换为第二角范围125。由此，所述一个或多个耦合器120可以包含用于将光从所述一个或多个耦合器120中的每一者的输入端传播到输出端的固体透明材料。此处，第二角范围125的发散小于第一角范围115的发散，使得在角范围125中由耦合器120提供的所有光可以在光导130的接收末端处注入到光导130中。如本文使用，在“角范围”中提供光指代在一个或多个流行方向上传播的光，其中每一者具有相对于对应流行方向的发散。在此上下文中，术语“流行传播方向”指代传播光的强度分布的一部分具有最大值所沿着的方向。举例来说，与角范围相关联的流行传播方向可为强度分布的瓣的朝向。(参见例如图3E到3F或4E到4F。)同样在此上下文中，术语“发散”指代一个立体角，在此立体角之外传播光的强度分布下降到低于强度分布的最大值的预定义分数。举例来说，与所述角范围相关联的发散可为强度分布的瓣的宽度。所述预定义分数取决于照明应用可以是10％、5％、1％或其它值。

光导侧表面132a、132b中的一者或多者可为平面的、弯曲的或另外形状。光导侧表面132a、132b可为平行的或不平行的。在不平行的光导侧表面132a、132b的实施方案中，在光导130的相对末端处导引光的第三角范围135不同于在接收末端处接收的光的角范围115(当光导130直接从LEE 110接收光时)或125(当光导130从耦合器120接收光时)。在平行的光导侧表面132a、132b的实施方案中，在光导130的相对末端处导引光的第三角范围135与在接收末端处接收的光的角范围115(当光导130直接从LEE 110接收光时)或125(当光导130直接从耦合器120接收光时)具有至少基本上相同的发散。此处，光导侧表面132a、132b为光学上光滑的，以允许导引的光通过TIR在光导130内传播。

而且，光导130在相对末端处具有重定向端面140。光导的重定向端面140将到达相对末端的至少一些导引光反射回到光导130中。由重定向端面140反射回到光导130中的光称为返回光。重定向端面140被构造来在第一返回角范围142a(且任选地，第二返回角范围142b)中产生返回光，使得返回光可以至少部分地透射通过光导侧表面132a、132b。此处，透射通过光导侧表面132a的返回光的一部分具有第一输出角范围152a，且透射通过相对的光导侧表面132b的返回光的另一部分具有第二输出角范围152b。由于第一输出角范围152a和第二输出角范围152b中的每一者中的光的流行传播方向具有反平行于z轴线的分量，因此灯具模块100在向后方向上输出光。此外，光导130可以被构造来允许返回光多次反弹离开光导侧表面132a、132b，其中在一次或多次反弹处具有至少一些透射。在一些实现中，接近于光导130的接收末端的剩余返回光的强度小于注入的向前光的强度的5％。在一些实现中，通过光导侧表面132a、132b提取的返回光的总量为90％或更高。

在一些实现中，到达光导的相对末端且不作为返回光反射回到光导130中的导引光在向前方向上(例如，沿着z轴线)透射通过重定向端面140。此处，在向前方向上透射通过重定向端面140的光具有第三输出角范围145。在一些实现中，第三输出角范围145的光的流行传播方向与到达光导130的相对末端的导引光的第三角范围135的流行传播方向基本上相同。

重定向端面140可以具有如下文结合图3A到3D和4A到4D描述的宏观、中等和/或围观表面结构。在重定向端面140处的反射(例如，返回光的第一返回角范围142a和第二返回角范围142b中的每一者内的发散和流行传播方向)可以取决于重定向端面140的表面结构的形状和布置。在一些实现中，重定向端面140的全部或部分可以涂覆有反射材料。举例来说，涂层可以具有大于99％的反射率，使得入射在重定向端面140上的基本上所有光作为返回光反射回到光导130中。作为另一实例，涂层可以具有50％或67％反射率，使得入射在重定向端面140上的光的2/3在第一返回角范围142a和第二返回角范围142b中作为返回光反射回到光导130中，且入射在重定向端面140上的光的1/3在第三输出角范围145中作为向前输出光而透射通过其中。在其它实现中，重定向端面140未经涂覆。此处，返回光表示折射光线的剩余部分，所述剩余部分不在向前方向上透射通过重定向端面140，而是通过由光导130的材料的折射率与周围环境的折射率之间的指数失配造成的菲涅尔反射而反射。举例来说，对于纯的光学平面端面140，其中光导的折射率为n_LG～1.5且周围环境的折射率为n_ambient～1.0，入射在重定向端面140上的光的约4％或更多在第一返回角范围142a和第二返回角范围142b中作为返回光反射回到光导130中，且入射在重定向端面140上的光的多达约96％在第三输出角范围145中作为向前输出光而透射通过其中。

图1B示出了包含带有重定向端面140的光导130的灯具模块的实施方案100'，所述灯具模块沿着垂直于向前方向(例如，沿着z轴线)的轴线(例如，y轴线)伸长。在此情况下，沿着灯具模块100'的伸长尺寸的光导130的长度L可为例如2'、4'或8'。将正交于伸长尺寸L(例如，沿着x轴线)的光导130的厚度T选择为导引光从光导130的接收末端行进到相对末端的距离D的分数。对于例如T＝0.05D、0.1D或0.2D，来自沿着伸长尺寸L分布的多个点状LEE 110且在接收末端处边缘耦合到光导130中的光可以在其传播到相对末端的时候有效地混合。在一些实现中，光导的表面132、132a/b可以具有非平面形状和/或非平行布置以支持来自多个点状LEE 110的光的混合。

图1C示出了包含带有重定向端面140的光导130的灯具模块的实施方案100”，所述灯具模块具有围绕向前方向(例如，z轴线)的(例如，连续)旋转对称性。此处，光导130的直径是导引光从光导130的接收末端行进到相对末端的距离D的分数。举例来说，光导130的直径可为例如0.05D、0.1D或0.2D。

围绕所公开灯具模块的向前方向的其它对称性或不对称性是可能的。图1D示出了包含带有重定向端面140的光导130的灯具模块的实施方案100”'，其中光导130具有形成厚度为T的圆柱形壳体的两个相对的侧表面132a、132b。在图1D中说明的实施例中，由相对的侧表面132a、132b形成的圆柱形壳体的x-y横截面为椭圆形的。在其它情况下，所述圆柱形壳体的x-y横截面可为圆形的或者可具有其它形状。实施例灯具模块100'或100”'的一些实现可以包含表面132b上的镜面反射涂层。

灯具模块100'或100”'的LEE 110的数目大体上尤其取决于长度L，其中对于较长的灯具模块使用较多的LEE。在一些实现中，LEE 110的数目可以包含10个到1,000个LEE之间(例如，约50个LEE、约100个LEE、约200个LEE、约500个LEE)。大体上，LEE的密度(例如，每单位长度的LEE的数目)也取决于LEE的标称功率以及灯具模块所需的亮度。举例来说，在其中需要高亮度或使用低功率LEE的应用中可以使用相对高密度的LEE。在一些实现中，灯具模块100'或100”'沿着其长度具有的LEE密度为每厘米0.1LEE或更多(例如，每厘米0.2或更多、每厘米0.5或更多、每厘米1或更多、每厘米2或更多)。在一些实现中，LEE可以沿着灯具模块的长度L均匀地间隔。在一些实现中，散热片可以附接到LEE 110以提取由LEE发出的热。灯具模块100”例如可以包含一个或多个LEE。灯具模块大体上可以包含一个或多个类型的LEE，例如一个或多个子组的LEE，其中每一子组可具有不同的颜色或色温。

在包含带有重定向端面140的光导130和多个点状LEE 110的灯具模块中，边缘耦合的光在向前方向上(例如，沿着z轴线)传播通过光导130的距离D可以基于由灯具模块提供光输出(例如，在一个或多个输出角范围152a、152b、145中)的某些方面的所需均匀性所需要的混合量。因此，所公开灯具模块的实施方案100'、100”和100”'提供向前导引光和返回光两者的混合。由此，所公开灯具模块的实施方案100'、100”和100”'可以允许通过光导130的较短距离D，因为在端面140处向前光的返回使返回光的光学路径延伸超过向前光的光学路径。这可以允许更好的混合，所述更好的混合又可以帮助颜色的均匀性以及与例如向前输出光(如果存在)相比在向后输出光中更少的热点。

图2说明包含带有重定向端面240的光导230的固态灯具200的示意性x-z截面图。在此实施例中，灯具200也包含一个或多个LEE 210以及对应的一个或多个耦合器220。在一些实现中，灯具200具有垂直于页面的伸长的构造，例如具有沿着y轴线的纵向尺寸L，如图1B中说明。在此情况下，L可为例如1'、2'或4'。在其它实现中，灯具200具有另一伸长的构造，如图1D中说明。在一些其它实现中，灯具200具有非伸长的构造，例如具有围绕z轴线的旋转对称性，如图1C中说明。

光导230具有从接收末端到相对末端的沿着z轴线的大于0的有限程度D，例如D＝10、20、50cm。沿着x轴线的光导230的厚度“t”可以比沿着z轴线的长度D小得多，例如t≈5％D、10％D或20％D。光导230由固体透明材料制成。此处，光导侧表面232a、232b为光学上光滑的，以允许导引的光通过TIR在光导230内传播。

而且，光导230在相对末端处具有重定向端面240。光导的重定向端面240将到达相对末端的至少一些导引光作为返回光反射回到光导230中。重定向端面240被构造来产生可至少部分地透射通过光导侧表面232a和/或232b的返回光。此外，光导230被构造来允许返回光多次反弹离开光导侧表面232a、232b，其中在一次或多次反弹处具有至少一些透射。在一些实现中，到达光导的相对末端且不作为返回光反射回到光导230中的导引光在向前方向上(例如，沿着z轴线)透射通过重定向端面240。举例来说，施加于重定向端面240上的涂层的反射率决定了在向前方向上的返回光和透射通过重定向端面240的光的相对强度。作为另一实施例，重定向端面240中的孔径密度决定了在向前方向上的返回光和透射通过重定向端面240的光的相对强度。

重定向端面240具有宏观、中等和/或微观表面结构，其被构造来使得返回光仅沿着以小于临界入射角的角度入射于光导侧表面232a、232b上的光线向后传播通过光导230。以此方式，对于在光导侧表面232a、232b处的返回光避免了TIR。由此，返回光可以在其多次反弹中的每一次透射通过光导侧表面232a、232b，在每一次反弹的约4％菲涅尔反射除外。而且，虽然由光导230从一个或多个耦合器220接收的光是在TIR立体角内向相对末端向前导引，但光导230被构造来通过光导侧表面232a和/或232b输出尽量多的返回光。极少或没有返回光被光导230从相对末端导引回到接收末端。下文结合图3A到3D和4A到4D描述重定向端面240的表面结构的实施例，其可致使返回光传播通过光导230且透射通过侧表面232a和/或232b。在一些实现中，在角范围152a和152b中的输出光的不对称性可以是例如表面132a和132b的不对称形状、端面240中的不对称性和/或表面132a和132b中的一者上的反射涂层(未说明)的结果。

在操作期间，LEE 210相对于z轴线在第一角范围115内提供光。所述一个或多个耦合器220被构造来接收在第一角范围115内来自LEE 210的光，且将第二角范围125内的光提供到光导230。所述一个或多个耦合器220可被构造来经由全内反射、镜面反射或两者将第一角范围115变换为第二角范围125。此处，第二角范围125的发散小于第一角范围115的发散，使得将(i)第二角范围125与(ii)光导230的数值孔径的组合选择成允许在光导230的接收末端处从一个或多个耦合器220接收的光例如经由TIR传播到光导230的相对末端。

以此方式，光导230在接收末端在第二角范围125中从一个或多个耦合器220接收的光由光导230向前(沿着z轴线)从其接收末端导引到其相对末端。在相对末端处，向前导引的光具有第三角范围135。在一些实现中，第三角范围135与第二角范围125基本上相同。此外在相对末端处，向前导引光入射在重定向端面240上，在此其至少一部分作为返回光反射回到光导230中。

重定向端面240的表面结构被构造来致使返回光仅在返回角范围142a或124b或两者中传播。此处，返回角范围142a和142b中的每一者内的基本上所有返回光仅沿着以小于临界入射角的角度入射在相应光导侧表面232a和232b上的光线传播。以此方式，在返回角范围142a、142b中的返回光可以作为第一输出角范围152a和第二输出角范围152b中的灯具模块200的输出光而透射通过光导侧表面232a和232b。应注意，重定向端面240的表面结构可能需要被构造来使得没有返回光在作为第三角范围135的逆反的角范围内传播，因为此返回光可以经由TIR往回朝向接收末端导引，且随后不贡献于灯具模块200的输出光且造成其它影响。

而且，入射在重定向端面240上且不作为返回光反射回到光导230中的一小部分向前导引光在向前方向上(例如，沿着z轴线)作为第三输出角范围145中的输出光而透射通过重定向端面240。在一些实现中，例如在重定向端面240包含孔径或涂层的透明部分时的情况下，第三输出角范围145与到达光导230的相对末端的导引光的第三角范围135基本上相同。

现在描述重定向端面240的各种实施方案以及当配备所描述重定向端面240时灯具模块200输出的光的对应强度分布。

首先描述具有致使返回光在返回角范围142a和142b两者中传播的表面结构的重定向端面240的实施方案。在这些实施方案中，所述表面结构包含一个或多个对称v形凹槽或者对称锯齿图案。此处，所述对称锯齿图案的壁可为平面的或弯曲的。

图3A示出了重定向端面的实现240a。此处，重定向端面240a具有两个平面部分，其在顶点处相交。选择所述平面部分中的一者与z轴线之间的角度以使得从重定向端面240a的平面部分中的所述一者反射离开的基本上所有返回光仅沿着以小于临界入射角的角度入射在光导侧表面232a上的光线传播。选择所述平面部分中的另一者与z轴线之间的另一角度以使得从重定向端面240a的平面部分中的所述另一者反射离开的基本上所有返回光仅沿着以小于临界入射角的角度入射在光导侧表面232b上的光线传播。在此情况下，返回角范围142a、142b中的每一者中的返回光的发散与第三角范围135中的入射导引光的发散基本上相同。此外在此情况下，返回角范围142a、142b中的返回光的相对量可以通过如下方式变化：使由重定向端面240a的两个平面部分形成的顶点相对于光导230的中心轴线横向位移。

图3B示出了重定向端面的另一实现240b。此处，重定向端面240b具有多对平面部分，每一对平面部分在相关联顶点处相交。选择每一对平面部分中的一个平面部分与z轴线之间的角度以使得从所述一个平面部分反射离开的基本上所有返回光仅沿着以小于临界入射角的角度入射在光导侧表面232a上的光线传播。选择每一对平面部分中的另一个平面部分与z轴线之间的另一角度以使得从所述另一个平面部分反射离开的基本上所有返回光仅沿着以小于临界入射角的角度入射在光导侧表面232b上的光线传播。在此情况下，返回角范围142a、142b中的每一者中的返回光的发散与第三角范围135中的入射导引光的发散基本上相同。此外在此情况下，通过改变每一对平面部分的两个平面部分的相对面积可以改变返回角范围142a、142b中的返回光的相对量。

图3C示出了重定向端面的实现240c。此处，重定向端面240c具有两个弯曲部分，其在顶点处相交。所述弯曲部分可以被成形为抛物线、双曲线或其它曲线的部分。选择所述弯曲部分中的一者相对于z轴线的朝向以使得从重定向端面240c的弯曲部分中的所述一者反射离开的基本上所有返回光仅沿着以小于临界入射角的角度入射在光导侧表面232a上的光线传播。选择所述弯曲部分中的另一者相对于z轴线的另一朝向以使得从重定向端面240c的弯曲部分中的所述另一者反射离开的基本上所有返回光仅沿着以小于临界入射角的角度入射在光导侧表面232b上的光线传播。在此情况下，如果所述两个弯曲部分是凹的/凸的，那么返回角范围142a、142b中的返回光的相应发散小于/大于第三角范围135中的入射导引光的发散。此外在此情况下，返回角范围142a、142b中的返回光的相对量可以通过如下方式变化：使由重定向端面240c的两个弯曲部分形成的顶点相对于光导230的中心轴线横向位移。

图3D示出了重定向端面的另一实现240d。此处，重定向端面240d具有多对弯曲部分，每一对弯曲部分在相关联顶点处相交。所述弯曲部分可以被成形为抛物线、双曲线或其它曲线的部分。选择每一对弯曲部分中的一个弯曲部分相对于z轴线的朝向以使得从所述一个弯曲部分反射离开的基本上所有返回光仅沿着以小于临界入射角的角度入射在光导侧表面232a上的光线传播。选择每一弯曲部分中的另一弯曲部分相对于z轴线的另一朝向以使得从所述另一弯曲部分反射离开的基本上所有返回光仅沿着以小于临界入射角的角度入射在光导侧表面232b上的光线传播。在此情况下，如果每一对弯曲部分的所述两个弯曲部分是凹的/凸的，那么返回角范围142a、142b中的返回光的相应发散小于/大于第三角范围135中的入射导引光的发散。此外在此情况下，通过改变每一对弯曲部分的两个弯曲部分的相对面积可以改变返回角范围142a、142b中的返回光的相对量。

再次参见图2，在第一返回角范围142a中通过从重定向端面240a、240b、240c或240d中的任一者反射离开而产生的返回光在点P_a处入射在光导侧表面232a上，且(其大部分，例如约96％)作为第一侧角范围的第一实例252a中的输出光而透射通过光导侧表面232a。第一侧角范围的第一实例252a内的流行传播方向可以(i)当第一返回角范围142a内的流行传播方向垂直于光导侧表面232a时正交于光导侧表面232a；(ii)当第一返回角范围142a内的流行传播方向是沿着以临界角入射而入射在光导侧表面232a上的光线时沿着光导侧表面232a(反平行于z轴线)；以及(iii)当第一返回角范围142a内的流行传播方向是沿着以法向与临界角入射之间入射在光导侧表面232a上的光线时在光导侧表面232a上的法向(垂直于z轴线)与平行于光导侧表面232a(反平行于z轴线)之间的任何地方。

在第二返回角范围142b中通过从重定向端面240a、240b、240c或240d中的任一者反射离开而产生的返回光在点P_b处入射在光导侧表面232b上，且(其大部分，例如约96％)作为第二侧角范围的第一实例252b中的输出光而透射通过光导侧表面232b。第二侧角范围的第一实例252b内的流行传播方向可以(i)当第二返回角范围142b内的流行传播方向垂直于光导侧表面232b时正交于光导侧表面232b；(ii)当第二返回角范围142b内的流行传播方向是沿着以临界角入射而入射在光导侧表面232b上的光线时沿着光导侧表面232b(反平行于z轴线)；以及(iii)当第二返回角范围142b内的流行传播方向是沿着以法向与临界角入射之间入射在光导侧表面232b上的光线时在光导侧表面232b上的法向(垂直于z轴线)与平行于光导侧表面232b(反平行于z轴线)之间的任何地方。

此外，在点P_a处入射在光导侧表面232a上的第一返回角范围142a中的一小部分(例如，约4％)返回光从光导侧表面232a反射离开(例如，通过菲涅尔反射)且朝向相对的光导侧表面232b传播。此处，在点P_b'处入射在光导侧表面232b上的大部分返回光(例如，约96％)作为第二侧角范围的第二实例252b'中的输出光而透射通过光导侧表面232b。第二侧角范围的第二实例252b'内的流行传播方向与第一侧角范围的第一实例252a内的流行传播方向具有相对于z轴线的镜面对称性，且第二侧角范围的第二实例252b'的发散与第一侧角范围的第一实例252a的发散大约相同。在点P_b处入射在光导侧表面232b上的第二返回角范围142b中的一小部分(例如，约4％)返回光从光导侧表面232b反射离开(例如，通过菲涅尔反射)且朝向相对的光导侧表面232a传播。此处，在点P_a'处入射在光导侧表面232a上的大部分返回光(例如，约96％)作为第一侧角范围的第二实例252a'中的输出光而透射通过光导侧表面232a。第一侧角范围的第二实例252a'内的流行传播方向与第二侧角范围的第一实例252b内的流行传播方向具有相对于z轴线的镜面对称性。且第一侧角范围的第二实例252a'的发散与第二侧角范围的第一实例252b的发散大约相同。

此外，在点P_a'处入射在光导侧表面232a上的一小部分(例如，约4％)返回光从光导侧表面232a反射离开(例如，通过菲涅尔反射)且朝向相对的光导侧表面232b传播。此处，在点P_b”处入射在光导侧表面232b上的大部分返回光(例如，约96％)作为第二侧角范围的第三实例252b”中的输出光而透射通过光导侧表面232b。第二侧角范围的第三实例252b”内的流行传播方向平行于第二侧角范围的第一实例252b内的流行传播方向。且第二侧角范围的第三实例252b”的发散与第二侧角范围的第一实例252b的发散大约相同。在点P_b'处入射在光导侧表面232b上的一小部分(例如，约4％)返回光从光导侧表面232b反射离开(例如，通过菲涅尔反射)且朝向相对的光导侧表面232a传播。此处，在点P_a”处入射在光导侧表面232a上的大部分返回光(例如，约96％)作为第一侧角范围的第三实例252a”中的输出光而透射通过光导侧表面232a。第一侧角范围的第三实例252a”内的流行传播方向平行于第一侧角范围的第一实例252a内的流行传播方向。且第一侧角范围的第三实例252a”的发散与第一侧角范围的第一实例252a的发散大约相同。

另外，在点P_a”处入射在光导侧表面232a上的一小部分(例如，约4％)返回光从光导侧表面232a反射离开(例如，通过菲涅尔反射)且朝向相对的光导侧表面232b传播。此处，在点P_b”'处入射在光导侧表面232b上的大部分返回光(例如，约96％)作为第二侧角范围的第四实例252b”'中的输出光而透射通过光导侧表面232b。第二侧角范围的第四实例252b”'内的流行传播方向与第一侧角范围的第一实例252a内的流行传播方向具有相对于z轴线的镜面对称性。且第二侧角范围的第四实例252b”'的发散与第一侧角范围的第一实例252a的发散大约相同。在点P_b”处入射在光导侧表面232b上的一小部分(例如，约4％)返回光从光导侧表面232b反射离开(例如，通过菲涅尔反射)且朝向相对的光导侧表面232a传播。此处，在点P_a”'处入射在光导侧表面232a上的大部分返回光(例如，约96％)作为第一侧角范围的第四实例252a”'中的输出光而透射通过光导侧表面232a。第一侧角范围的第四实例252a”'内的流行传播方向与第二侧角范围的第一实例252b内的流行传播方向具有相对于z轴线的镜面对称性，且第一侧角范围的第四实例252a”'的发散与第二侧角范围的第一实例252b的发散大约相同。

因此，返回光离开光导侧表面232a和232b的额外反弹在强度上逐渐变弱。

以此方式，配备重定向端面240a、240b、240c或240d中的任一者的灯具模块200在所得第一输出角范围152a中通过光导侧表面232a输出的光是在第一侧角范围的第一实例252a、第二实例252a'、第三实例252a”、第四实例252a”'等中透射通过光导侧表面232a的光的组合。类似地，灯具模块200的此实现在所得第二输出角范围152b中通过光导侧表面232b输出的光是在第二侧角范围的第一实例252b、第二实例252b'、第三实例252b”、第四实例252b”'等中透射通过光导侧表面232b的光的组合。

图3E在x-z横截面中示出了由灯具模块200输出的光的远场强度分布301e。此处，灯具模块200配备重定向端面240a、240b、240c或240d中的任一者，且重定向端面具有半透明材料的涂层或者具有孔径(或半透明)部分的反射涂层。瓣352a对应于在第一输出角范围152a中透射通过光导侧表面232a的输出光。瓣352b对应于在第二输出角范围152b中透射通过光导侧表面232b的输出光。瓣345对应于在第三输出角范围145中透射通过重定向端面240a、240b、240c或240d的输出光。

瓣352a的朝向(例如，相对于z轴线)及其形状(例如，瓣352a的纵横比)大部分(例如，超过96％)取决于在第一返回角范围142a中的返回光的相应传播方向和发散(由于在点P_a、P_a”等处的透射)，且少量地(例如，少于4％)取决于在第二返回角范围142b中的返回光的相应传播方向和发散(由于在点P_a'、P_a”'等处的透射)。类似地，瓣352b的朝向(例如，相对于z轴线)及其形状(例如，瓣352b的纵横比)大部分(例如，超过96％)取决于在第二返回角范围142b中的返回光的相应传播方向和发散(由于在点P_b、P_b”等处的透射)，且少量地(例如，少于4％)取决于在第一返回角范围142b中的返回光的相应传播方向和发散(由于在点P_b'、P_b”'等处的透射)。如上所述，在第一返回角范围142a和第二返回角范围142b中的返回光的传播方向和发散取决于重定向端面的实施方案240a、240b、240c或240d中的每一者的表面结构。瓣345的朝向(例如，相对于z轴线)及其形状(例如，蝙蝠翼)取决于(i)一个或多个耦合器220的准直特性，和(ii)光导230的导引特性。瓣352a、352b和345的相对大小取决于以下两者的组合：(i)重定向端面的涂层的反射率，和(ii)重定向端面的实施方案240a、240b、240c或240d的表面结构。

图3F在x-z横截面中示出了由灯具模块200输出的光的强度分布301f。此处，灯具模块200配备重定向端面240a、240b、240c或240d中的任一者，且重定向端面具有反射涂层(具有例如高达约99.9％的反射率)。瓣352a对应于在第一输出角范围152a中透射通过光导侧表面232a的输出光，且瓣352b对应于在第二输出角范围152b中透射通过光导侧表面232b的输出光。

瓣352a的朝向(例如，相对于z轴线)及其形状(例如，瓣352a的纵横比)大部分(例如，超过96％)取决于在第一返回角范围142a中的返回光的相应传播方向和发散(由于在点P_a、P_a”等处的透射)，且少量地(例如，少于4％)取决于在第二返回角范围142b中的返回光的相应传播方向和发散(由于在点P_b'、P_b”'等处的透射)。类似地，瓣352b的朝向(例如，相对于z轴线)及其形状(例如，瓣352b的纵横比)大部分(例如，超过96％)取决于在第二返回角范围142b中的返回光的相应传播方向和发散(由于在点P_b、P_b”等处的透射)，且少量地(例如，少于4％)取决于在第一返回角范围142b中的返回光的相应传播方向和发散(由于在点P_a'、P_a”'等处的透射)。如上所述，在第一返回角范围142a和第二返回角范围142b中的返回光的传播方向和发散取决于重定向端面的实施方案240a、240b、240c或240d中的每一者的表面结构。瓣352a和352b的相对大小取决于重定向端面的实施方案240a、240b、240c或240d的表面结构。

上文描述了具有致使返回光在返回角范围142a和142b两者中传播的表面结构的重定向端面240的实施方案以及输出光的对应强度分布。接下来描述具有致使返回光在单个返回角范围142a中传播的表面结构的重定向端面240的实施方案以及输出光的对应强度分布。在这些实施方案中，所述表面结构包含一个或多个不对称v形凹槽或者不对称锯齿图案。此处，所述不对称锯齿图案的壁可为平面的或弯曲的。

图4A示出了重定向端面的实现240e。此处，重定向端面240e是平面的且形成相对于z轴线的角度，所述角度被选择成使得从平面重定向端面240e反射离开的基本上所有返回光仅沿着以小于临界入射角的角度入射在光导侧表面232a上的光线传播。在此情况下，返回角范围142a中的返回光的发散与第三角范围135中的入射导引光的发散基本上相同。

图4B示出了重定向端面的另一实现240f。此处，重定向端面240f具有多个平面部分，每一个平面部分形成相对于z轴线的角度，所述角度被选择成使得从每一个平面部分反射离开的基本上所有返回光仅沿着以小于临界入射角的角度入射在光导侧表面232a上的光线传播。在此情况下，返回角范围142a中的返回光的发散与第三角范围135中的入射导引光的发散基本上相同。

图4C示出了重定向端面的实现240g。此处，重定向端面240g是弯曲的且相对于z轴线定向，使得从弯曲重定向端面240g反射离开的基本上所有返回光仅沿着以小于临界入射角的角度入射在光导侧表面232a上的光线传播。所述弯曲重定向端面240g可以被成形为抛物线、双曲线或其它曲线的部分。在此情况下，如果所述弯曲重定向端面240g是凹的/凸的，那么返回角范围142a中的返回光的相应发散小于/大于第三角范围135中的入射导引光的发散。

图4D示出了重定向端面的另一实现240h。此处，重定向端面240h具有多个弯曲部分，每一个弯曲部分被定向成使得从每一个弯曲部分反射离开的基本上所有返回光仅沿着以小于临界入射角的角度入射在光导侧表面232a上的光线传播。所述弯曲部分可以被成形为抛物线、双曲线或其它曲线的部分。在此情况下，如果所述弯曲部分是凹的/凸的，那么返回角范围142a中的返回光的发散小于/大于第三角范围135中的入射导引光的发散。

再次参见图2，在第一返回角范围142a中通过从重定向端面240e、240f、240g或240h中的任一者反射离开而产生的返回光在点P_a处入射在光导侧表面232a上，且(其大部分，例如约96％)作为第一侧角范围的第一实例252a中的输出光而透射通过光导侧表面232a。第一侧角范围的第一实例252a内的流行传播方向可以(i)当第一返回角范围142a内的流行传播方向垂直于光导侧表面232a时正交于光导侧表面232a；(ii)当第一返回角范围142a内的流行传播方向是沿着以临界角入射而入射在光导侧表面232a上的光线时沿着光导侧表面232a(反平行于z轴线)；以及(iii)当第一返回角范围142a内的流行传播方向是沿着以法向与临界角入射之间入射在光导侧表面232a上的光线时在光导侧表面232a上的法向(垂直于z轴线)与平行于光导侧表面232a(反平行于z轴线)之间的任何地方。

此外，在点P_a处入射在光导侧表面232a上的第一返回角范围142a中的一小部分(例如，约4％)返回光从光导侧表面232a反射离开(例如，通过菲涅尔反射)且朝向相对的光导侧表面232b传播。此处，在点P_b'处入射在光导侧表面232b上的大部分返回光(例如，约96％)作为第二侧角范围的第一实例252b'中的输出光而透射通过光导侧表面232b。第二侧角范围的第一实例252b'内的流行传播方向与第一侧角范围的第一实例252a内的流行传播方向具有相对于z轴线的镜面对称性。且第二侧角范围的第一实例252b'的发散与第一侧角范围的第一实例252a的发散大约相同。

此外，在点P_b'处入射在光导侧表面232b上的一小部分(例如，约4％)返回光从光导侧表面232b反射离开(例如，通过菲涅尔反射)且朝向相对的光导侧表面232a传播。此处，在点P_a”处入射在光导侧表面232a上的大部分返回光(例如，约96％)作为第一侧角范围的第二实例252a”中的输出光而透射通过光导侧表面232a。第一侧角范围的第二实例252a”内的流行传播方向平行于第一侧角范围的第一实例252a内的流行传播方向，且第一侧角范围的第二实例252a”的发散与第一侧角范围的第一实例252a的发散大约相同。

另外，在点P_a”处入射在光导侧表面232a上的一小部分(例如，约4％)返回光从光导侧表面232a反射离开(例如，通过菲涅尔反射)且朝向相对的光导侧表面232b传播。此处，在点P_b”'处入射在光导侧表面232b上的大部分返回光(例如，约96％)作为第二侧角范围的第二实例252b”'中的输出光而透射通过光导侧表面232b。第二侧角范围的第二实例252b”'内的流行传播方向与第一侧角范围的第一实例252a内的流行传播方向具有相对于z轴线的镜面对称性。且第二侧角范围的第二实例252b”'的发散与第一侧角范围的第一实例252a的发散大约相同。

因此，返回光离开光导侧表面232a和232b的额外反弹在强度上逐渐变弱。

以此方式，配备重定向端面240e、240f、240g或240h中的任一者的灯具模块200在所得第一输出角范围152a中通过光导侧表面232a输出的光是在第一侧角范围的第一实例252a、第二实例252a”等中透射通过光导侧表面232a的光的组合。类似地，灯具模块200的此实现在所得第二输出角范围152b中通过光导侧表面232b输出的光是在第二侧角范围的第一实例252b'、第二实例252b”'等中透射通过光导侧表面232b的光的组合。

图4E在x-z横截面中示出了由灯具模块200输出的光的强度分布401e。此处，灯具模块200配备重定向端面240e、240f、240g或240h中的任一者，且重定向端面具有半透明材料的涂层或者具有孔径(或半透明)部分的反射涂层。瓣452a对应于在第一输出角范围152a中透射通过光导侧表面232a的输出光。瓣452b对应于在第二输出角范围152b中透射通过光导侧表面232b的输出光。瓣445对应于在第三输出角范围145中透射通过重定向端面240e、240f、240g或240h的输出光。

瓣452a的朝向(例如，相对于z轴线)及其形状(例如，瓣452a的纵横比)取决于在第一返回角范围142a中的返回光的相应传播方向和发散(由于在点P_a、P_a”等处的透射)。类似地，瓣452b的朝向(例如，相对于z轴线)及其形状(例如，瓣452b的纵横比)也取决于在第一返回角范围142a中的返回光的相应传播方向和发散(由于在点P_b'、P_b”'等处的透射)。如上所述，在第一返回角范围142a中的返回光的传播方向和发散取决于重定向端面的实施方案240e、240f、240g或240h中的每一者的表面结构。瓣445的朝向(例如，相对于z轴线)及其形状(例如，蝙蝠翼)取决于(i)一个或多个耦合器220的准直特性，和(ii)光导230的导引特性。相对于瓣445的大小的瓣452a和452b的组合的大小取决于重定向端面的涂层的反射率。此外，瓣452a和452b的大小的比率可为约96％比4％。

图4F在x-z横截面中示出了由灯具模块200输出的光的强度分布401f。此处，灯具模块200配备重定向端面240e、240f、240g或240h中的任一者，且重定向端面具有反射涂层(具有例如高于99.9％的反射率)。瓣452a对应于在第一输出角范围152a中透射通过光导侧表面232a的输出光，且瓣452b对应于在第二输出角范围152b中透射通过光导侧表面232b的输出光。

瓣452a的朝向(例如，相对于z轴线)及其形状(例如，瓣452a的纵横比)取决于在第一返回角范围142a中的返回光的相应传播方向和发散(由于在点P_a、P_a”等处的透射)。类似地，瓣452b的朝向(例如，相对于z轴线)及其形状(例如，瓣452b的纵横比)也取决于在第一返回角范围142a中的返回光的相应传播方向和发散(由于在点P_b'、P_b”'等处的透射)。如上所述，在第一返回角范围142a中的返回光的传播方向和发散取决于重定向端面的实施方案240e、240f、240g或240h中的每一者的表面结构。瓣452a和452b的大小的比率可为约96％:4％。在一些实现中，表面232a的一部分或者表面232a或232b中的一者可以部分地或完全地涂覆有反射层。这些灯具模块可以展现瓣452a与452b的大小之间的增强不对称性。举例来说，表面232b上的完整反射涂层可以完全抑制瓣452b。

大体上，本说明书中描述的照明装置(例如，灯具模块100或200)被构造来使用源自具有已知尺寸、几何、亮度和均匀度特性的主要源(LEE 110或210)的光通量以及额外反射器/折射器/组合光学器件来输出指定的辐射模式。所述额外光学器件将源通量的“相位空间”重新分布到具有规定尺寸范围和角度发散的新相位空间(例如，方向余弦)，同时维持来自所述额外光学器件的基本上均匀强度。这些照明装置可以提供工作表面的均匀照明、从装置的光源到工作表面的有效能量转换，以及当从工作表面观看时来自灯具自身的均匀和/或无眩光的强度。另外，这些装置可以提供无眩光强度特性，同时在通量重定向中维持效率和方向性。

取决于实施方案，上述灯具模块100或200中的任一者的一个或多个光学耦合器120/220和光导130/230中的两者或多者可以被模块化地构造。所公开灯具100和200的模块化构造的组件包含或者被构造来与合适形成的互连元件以操作方式互连，所述互连元件被构造来例如在制造、现场维护或表面重整期间促进对齐、组装和/或拆卸。例如光学耦合器120/220和光导130/230等所公开灯具的两个或更多个光学组件的一体式形成可以用于维持在光学界面处以预定水平或低于预定水平原本可能发生的菲涅尔损耗。一体式形成可以促进灯具的相应组件的对齐和对准。

所公开灯具100和200的组件可以由通用塑料和/或金属片形成。由此，前述组件可以经受挤压、铸造、模制、弯曲和/或其它工艺。

举例来说，LEE 110/210可以放置于由挤压的铝制成的载体(例如，沿着y轴线伸长)上，使得所述载体不仅支撑LEE 110，而且具有延伸的冷却表面以在操作期间提供散热。

在一些实现中，光学耦合器120/220和光导130/230是由透明塑料制造，且具有完整横截面。这些光学组件称为实心光学器件。在一些情况下，光学耦合器120/220和光导130/230是一体形成的。在其它实现中，光学耦合器120/220是由例如Al、Ag等反射材料制造或具有所述反射材料的涂层，且具有中空横截面。后一种光学组件称为中空光学器件。

在一些实现中，重定向端面140/240的表面结构可以模制或者机械加工而成。机械加工/微机械加工可以使用机械/微机械工具和/或激光来执行。在必要时将反射或半透明涂层施加到重定向端面140/240的表面结构上。

除非另外定义，否则本文使用的全部技术和科学术语都具有与本技术所属领域的普通技术人员通常理解的意义相同的意义。