源光注入不平行于装置光轴的照明装置的制造方法
【专利说明】
[0001] 相关申请的交叉参考
[0002] 本申请根据3511.5.(：.§119(6)(1)主张2013年7月18日提交的第61/856,009号美国 临时申请的权益，所述申请W引用方式并入本文中。
技术领域
[0003] 本公开设及照明装置，例如其中源光注入不平行于装置的光轴的光导灯具模块。
【背景技术】
[0004] 源光用于各种应用中，诸如提供一般照明且为电子显示器(例如，LCD)提供光。历 史上，白识源光已经广泛用于一般照明目的。白识源光通过将灯丝线加热到高溫直至其闪 烁而生成光。用填充惰性气体或真空的玻璃壳体保护热灯丝免遭空气中的氧化。在许多应 用中，白识源光正逐渐被其它类型的电光所取代，诸如巧光灯、紧凑型巧光灯(CFL)、冷阴极 巧光灯(CCFL)、高强度放电灯和固态源光，诸如发光二极管(LED)。
[0005] 概要
[0006] 本公开设及照明装置，例如其中源光注入不平行于装置的光轴的光导灯具模块。
[0007] -般来讲，本文所述技术的创造性方面可W在包括一个或多个W下方面的照明装 置中实施：
[000引在一个方面中，一种照明装置包括:光源，其被配置成在操作期间在发射角度范围 内发射光，所述发射角度范围内的发射光的传播的普遍方向不同于照明装置的光轴的方 向；和包括透明材料的光学禪合器，所述光学禪合器具有输入孔、引出孔W及布置在所述输 入孔与所述引出孔之间的第一侧表面和第二侧表面，所述引出孔居中于照明装置的光轴 上。所述光学禪合器通过输入孔从光源接收在发射角度范围内发射的光。此外，所述第一侧 表面和所述第二侧表面经由全内反射(TIR)将所接收光重新导引到所述引出孔。此外，在重 新导引角度范围内通过引出孔发出重新导引光。
[0009] 上述和其它实施方案每个可W单独或组合地选用包括一个或多个W下特征。在一 些实施方式中，重新导引光在重新导引角度范围内的传播的普遍方向可沿照明装置的光 轴。在一些实施方式中，重新导引角度范围可W具有比发射角度范围更小的发散度。在一些 实施方式中，光源包括Lm)管忍。在一些实施方式中，光源可W发射白光。在一些实施方式 中，光源和光学禪合器的输入孔可W浸没禪合。此处，光源包括憐光体层且所述憐光体层与 光学禪合器的输入孔浸没禪合。
[0010] 在一些实施方式中，第一侧表面和第二侧表面中的每个可W沿正交于照明装置的 光轴的轴和发射光在发射角度范围内的传播的普遍方向具有平移对称性。
[0011] 在一些实施方式中，发射光在发射角度范围内的传播的普遍方向可W相对于照明 装置的光轴倾斜小于临界TIR角的倾斜角，且第二侧表面包括弯曲部分和扁平部分，所述扁 平部分沿照明装置的光轴定向。此处，第二侧表面的扁平部分邻近引出孔。此外，第一侧表 面是取决于倾斜角和临界TIR角的第一对数螺旋，第二侧表面的弯曲部分是取决于倾斜角、 临界TIR角和光源的尺寸的第二对数螺旋，且第二侧表面在弯曲部分与扁平部分的相交处 连续。此外，引出孔在第一侧表面上的点沿照明装置的光轴具有与引出孔在第二侧表面的 扁平部分上的另一点相同的坐标。
[0012] 在一些实施方式中，发射光在发射角度范围内的传播的普遍方向相对于照明装置 的光轴倾斜等于或大于临界TIR角的倾斜角，且第二侧表面是扁平的且沿所述照明装置的 光轴定向。此处，第一侧表面是取决于倾斜角和临界TIR角的第一对数螺旋。此外，引出孔在 第一侧表面上的点沿照明装置的光轴具有与引出孔在扁平侧表面上的另一点相同的坐标。
[0013] 在一些实施方式中，所述照明装置还包括光导，所述光导包括沿照明装置的光轴 安置的接收端和相对端。所述接收端被安置成接收由光学禪合器发出的光。此外，所述光导 被配置成沿前向方向上将在所述接收端处接收的光引导朝向光导的相对端。此外，所述照 明装置还包括光学提取器，所述光学提取器位于相对端且被配置成将引导光输出到周边环 境作为后向方向上的输出光。此外，所述光导的数值孔径使得在重新导引角度范围内从光 学禪合器接收的光可经由TIR由所述光导引导。在一些情形中，光学提取器可W具有至少一 个重新导引表面。此处，光学提取器的至少一个重新导引表面被布置且成形成在具有正交 于前向方向的分量的方向上反射引导光的至少一部分。在一些其它情形中，所述光学提取 器可W具有:第一重新导引表面，其被布置且成形成在具有正交于前向方向的分量的第一 方向上反射引导光的至少一部分;和第二重新导引表面，其被布置且成形成在具有正交于 前向方向且反平行于所述第一方向的正交分量的分量的第二方向上反射所述引导光的至 少一部分。
[0014] 在一些实施方式中，所述照明装置还包括光学提取器，所述光学提取器被安置在 所述照明装置的光轴上且与光学禪合器的引出孔隔开分隔距离。（i)分隔距离与（ii)光学 提取器的数值孔径的组合使得由光学禪合器发出的所有光投射在光学提取器上。此外，光 学提取器被配置成在相对由光学禪合器发出的光的传播的普遍方向的后向方向上将投射 在其上的光输出到周边环境中作为输出光。在一些情形中，光学提取器可W具有至少一个 重新导引表面。此处，光学提取器的至少一个重新导引表面被布置且成形成在具有正交于 由光学禪合器发出的光的传播的普遍方向的分量的后向方向上反射投射在其上的光的至 少一部分。在其它情形中，光学提取器可W具有:第一重新导引表面，其被布置且成形成在 具有正交于由光学禪合器发出的光的传播的普遍方向的分量的第一方向上反射投射在其 上的光的至少一部分;和第二重新导引表面，其被布置且成形成在具有正交于由光学禪合 器发出的光的传播的普遍方向且反平行于所述第一方向的正交分量的分量的第二方向上 反射投射在其上的光的至少一部分。
[0015] 在另一方面中，一种光学禪合器包括:输入孔，其安置在第一平面内；引出孔，其安 置在第二平面内，使得第二平面W锐角相交第一平面；W及在输入孔与引出孔之间延伸的 第一侧表面和第二侧表面。第一和第二侧表面被配置成经由全内反射将来自输入孔的入射 光导引到引出孔。
[0016] 上述和其它实施方案每个可W单独或组合地选用包括一个或多个W下特征。在一 些实施方式中，第一侧表面和第二侧表面中的每个可W沿平行于第一平面和第二平面的轴 具有平移对称性。
[0017] 在一些实施方式中，锐角可W小于临界TIR角，且第二侧表面包括弯曲部分和扁平 部分，其中所述扁平部分定向成正交于第二平面。此处，第二侧表面的扁平部分邻近引出 孔。在一些情形中，第一侧表面是取决于锐角和临界TIR角的第一对数螺旋，第二侧表面的 弯曲部分是取决于锐角、临界TIR角和输入孔的尺寸的第二对数螺旋，且第二侧表面在弯曲 部分与扁平部分的相交处连续。此外，引出孔在第一侧表面上的点沿正交于引出孔的轴具 有与引出孔在第二侧表面的扁平部分上的另一点相同的坐标。
[0018] 在一些实施方式中，锐角可W等于或大于临界TIR角，且第二侧是扁平的且定向成 正交于第二平面。在运个情形中，第一侧表面是取决于锐角和临界TIR角的对数螺旋。此外， 引出孔在第一侧表面上的点沿正交于引出孔的轴具有与引出孔在扁平侧表面上的另一点 相同的坐标。
[0019] 下文在附图和描述中阐述本文所述技术的一个或多个实施方式的细节。从描述、 图示和权利要求书中将显而易知所公开技术的其它特征、方面和优势。
[0020] 附图简述
[0021] 图IA示出灯具模块的实例，其中源光注入不平行于灯具模块的光轴。
[0022] 图IB是图IA所示灯具模块的强度分布的实例。
[0023] 图2A-2H示出灯具模块的方面，其中源光注入平行于灯具模块的光轴。
[0024] 图3示出具有相对于灯具模块的光轴的不同角度的源光注入的实例灯具模块。
[0025] 图4-8示出图3所示灯具模块的非平行源光注入的方面。
[0026] 各个图示中的参考数字和名称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】
[0027] 本公开设及其中输入孔和引出孔可W具有倾斜定向的光学禪合器W及采用运些 光学禪合器用于提供直接和/或间接照明的照明装置。光学禪合器被配置成从输入孔接收 光且将光导引到引出孔。照明装置可W将从在输入孔处接收的诸如固态源光的源光或累浦 憐光体的光有效地引导且分布朝向工作表面和/或背景区。源光可相对于照明装置的光轴 被定向在倾斜方向上。在一些实施方式中，光学禪合器可W从扁平输入孔接收在如球面度 的立体角内发射的光。在一些实施方式中，光学禪合器被配置成经由全内反射(TIR)将来自 输入孔的光导引到引出孔。
[0028] 取决于实施方式，一个或多个光学禪合器可用于照明装置中。光学禪合器可用于 例如将光导引到照明装置的光学提取器。在一些情形中，由光学禪合器在其引出孔处提供 的光通过光导被引导到光学提取器。由光学提取器提取到周边环境的光可W被导引到工作 表面和/或朝向背景区W提供照明或其它发光功能。
[0029] (i)源光注入不平行于装置光轴的照明装置
[0030] 图IA说明其中源光注入与光轴102不平行的照明装置100的方框图。也称为灯具模 块100的照明装置100包括法线相对于装置光轴102倾斜有限角S的基板105、布置在基板上 的一个或多个发光元件(LEE) 110、对应一个或多个光学禪合器120，W及光学提取器140，其 中0<5含90°。此处，装置光轴102平行于Z轴且穿过光学禪合器120的引出孔124且穿过光学 提取器140的输入孔。LEE 110沿平行于法线的发射方向106将光发射到基板105,使得发射 方向106包括相对于装置光轴102的角5。运样，发射的光通过输入孔122沿发射方向106被注 入到光学禪合器120中。在一些实施方式中，照明装置100还包括光导130。在一些实施方式 中，LEE 110与禪合器120的输入孔浸没禪合。取决于实施方式，运种浸没禪合可W在管忍或 憐光体层(如果有)或LEE 110的其它组件或界面之间。在一些实施方式中，禪合器120可W 与远离LEE 110的憐光体层（图IA中未示)浸没禪合。取决于实施方式，恢复腔可W形成在 LEE与远程憐光体层之间W提供期望的光学禪合。
[0031] -般来讲，也称为发光器的L邸是当启用时在可见区、红外区和/或紫外区中的电 磁频谱的一个或多个区中发射福射的装置。例如，LEE的启用可通过跨越LEE组件施加电势 差或使电流穿过1邸组件来实现。L邸可W具有单色、准单色、多色或宽频频谱发射特性。LEE 的实例包括半导体、有机、聚合物/聚合发光二极管、其它单色的、准单色或其它发光元件。 在一些实施方式中，L邸是发射福射的具体装置，例如L邸管忍。在其它实施方式中，Lffi包括 发射福射的具体装置(例如LED管忍）W及在其内放置具体装置或多个装置的外壳或封装的 组合。L趾的实例还包括激光器和更具体地说半导体激光器，诸如垂直腔表面发射激光器 (VCSEL)和边缘发射激光器。LEE的另外实例包括超发光二极管和其它超发光装置。
[0032] 在操作期间，LEEllO提供第一角度范围115内的光。运种光可W具有例如相对于一 个或多个LEE 110的光轴的朗伯分布。此处，L邸110的光轴平行于基板105的法线106,与装 置光轴1〇2(例如Z轴)产生非零角5。
[0033] -个或多个禪合器120在输入孔122处W第一角度范围115内接收LEE 110的光，并 且在引出孔124W第二角度范围125提供光。如本文所用，W "角度范围"提供光是指提供在 一个或多个普遍方向传播的光，其中每个光具有相对于对应普遍方向的发散度。在此内容 背景中，术语"传播的普遍方向"是指传播光的强度分布的一部分沿其具有最大值的方向。 例如，与角度范围相关联的传播的普遍方向可W是强度分布的波瓣的定向。（见例如图1B。） 还在运个内容背景中，术语"发散度"是指传播光的强度分布在其外部降落低于强度分布的 最大值的预定分率的立体角。例如，与角度范围相关联的发散度可W是强度分布的波瓣的 宽度。预定分率取决于发光应用可W是10%、5%、1 %或其它值。
[0034] -个或多个禪合器120被成形成经由全内反射、镜面反射或两者将第一角度范围 115变换到第二角度范围125中。因此，一个或多个禪合器120可包括用于将光从一个或多个 禪合器120中的每个的输入孔122传播到引出孔124的实屯、透明材料。运样，第二角度范围 125的传播的普遍方向是沿着Z轴，且因此，其与相对Z轴倾斜角度S的第一角度范围115的传 播的普遍方向不同。此外，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，W 确保在角度范围125中由禪合器120提供的所有光可W被注入到光学提取器140的输入孔 中。此处，光学禪合器120的引出孔124与光学提取器140的输入孔之间的距离D可为例如 5cm、10cm或20cm。（i)在其中由光学提取