專利名稱：固態(tài)發(fā)光器件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種照明或光設(shè)備及系統(tǒng)。更具體，本發(fā)明涉及可以替換當(dāng)前光強(qiáng)度定向的光源的固態(tài)發(fā)光器件及系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
照明系統(tǒng)用于各種應(yīng)用。家庭、醫(yī)學(xué)、牙科和工業(yè)應(yīng)用常常需要可被利用的光。類似地，飛行器、船舶和汽車應(yīng)用常常需要高強(qiáng)度照明光束。
傳統(tǒng)的照明系統(tǒng)使用電力燈絲或弧光燈，其有時(shí)包括聚焦透鏡和/或反射表面，以將產(chǎn)生的照明直接變?yōu)楣馐；陔娏艚z或弧光燈的常規(guī)光源如白熾或放電燈泡輻射360度的光和熱。因此，對(duì)于車倆前燈應(yīng)用，在傳統(tǒng)前燈中所使用的反射/聚焦/聚集光學(xué)器件必須被設(shè)計(jì)和/或特別處理，以承受由高強(qiáng)度(和高熱量)放電燈泡引起的持續(xù)熱效應(yīng)。此外，這些傳統(tǒng)應(yīng)用需要反射光學(xué)器件來(lái)提供基于工業(yè)需要的照明輸出圖形。
某些當(dāng)前替換方法使用高功率LED的組作為光源。通過(guò)聚焦光學(xué)設(shè)備的幫助，將由這種光源發(fā)出的光導(dǎo)向單個(gè)光波導(dǎo)，例如大的錐形塑料濾光器，其將光傳送到遠(yuǎn)離一個(gè)或多個(gè)源的位置。在另外其他方法中，可以用一捆單個(gè)濾光器替換單個(gè)光纖。這些當(dāng)前系統(tǒng)是低效率的，在某些情況下有大約70％的所生成光的損失。在多光纖系統(tǒng)中，這些損失是由于在捆中的光纖之間的暗的裂縫間隔以及將光導(dǎo)向光纖捆的效率。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例，一種光子發(fā)射器件包括多個(gè)固態(tài)輻射源，以產(chǎn)生輻射?？梢砸躁嚵袌D形設(shè)置固態(tài)輻射源。以相應(yīng)的陣列圖形排列的聚光器從相應(yīng)的固態(tài)輻射源接收輻射。由同樣以相應(yīng)的陣列圖形排列的多個(gè)光波導(dǎo)接收集中輻射。每個(gè)光波導(dǎo)包括接收輻射的第一端和輸出輻射的第二端。提供支撐結(jié)構(gòu)，穩(wěn)定第一和第二端之間的多個(gè)光波導(dǎo)。
在示例性實(shí)施例中，輻射源是單個(gè)LED管芯或芯片，或激光二極管。波導(dǎo)可包括光纖，例如聚合物包層石英光纖。多個(gè)光波導(dǎo)的第一端接收從輻射源發(fā)射的輻射。當(dāng)照明時(shí)，多個(gè)光波導(dǎo)的第二端可以被捆扎或排列，以形成單個(gè)輻射照明源。
聚光器可以是非成像聚光器，例如反射耦合器，其耦合并聚集從輻射源發(fā)射的光，以提供可用的發(fā)射來(lái)通過(guò)相應(yīng)的光波導(dǎo)所導(dǎo)向。在示例性實(shí)施例中，每個(gè)聚光器光連通，并插入相應(yīng)LED管芯和相應(yīng)光波導(dǎo)的第一端之間。
根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例，光子發(fā)射器件包括固態(tài)光源，其包括產(chǎn)生輻射的多個(gè)固態(tài)輻射源?？梢砸躁嚵袌D形設(shè)置固態(tài)輻射源。以相應(yīng)的陣列圖形排列的聚光器從相應(yīng)固態(tài)輻射源接收輻射。由同樣以相應(yīng)陣列圖形排列的多個(gè)光波導(dǎo)接收集中輻射。每個(gè)光波導(dǎo)包括接收輻射的第一端和輸出輻射的第二端。系統(tǒng)還包括耦接到固態(tài)光源的控制器，選擇性地激活一個(gè)或多個(gè)單個(gè)LED管芯和/或多個(gè)LED管芯的組。
本發(fā)明的上述概述不旨在描述本發(fā)明的每個(gè)所說(shuō)明實(shí)施例或每種實(shí)現(xiàn)。下面的附圖和詳細(xì)說(shuō)明具體示出這些實(shí)施例。


圖1A示出了根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的光子發(fā)射器件的透視圖，圖1B示出了其分解圖。
圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例布置在互連電路上的示例性LED管芯陣列的頂視圖。
圖3示出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的光子發(fā)射器件的側(cè)視圖。
圖4示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的通過(guò)非成像聚光器耦合到光纖的各個(gè)LED管芯的近視圖。
圖5A-5F示出了根據(jù)本發(fā)明的替換實(shí)施例的替換光纖輸出圖形。
圖6A示出了根據(jù)本發(fā)明的替換實(shí)施例的用于易操縱輸出的選擇性光纖輸出圖形，以及圖6B和6C分別示出了用于易操縱輸出的示例性條帶和支撐結(jié)構(gòu)實(shí)施方案。
圖7示出了根據(jù)本發(fā)明的替換實(shí)施例的用于易操縱輸出的另一替換輸出圖形，其中光纖的部分輸出端具有成角度拋光的輸出表面。
圖8示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的用于光纖陣列連接器的替換結(jié)構(gòu)。
圖9A示出了根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例的適合于失常的光子發(fā)射系統(tǒng)。
圖9B示出了根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例適合于失常的示例性控制器電路。
圖10示出了光子發(fā)射器件的示例性實(shí)施方案，這里使用為“冷”前燈。
圖11示出了固態(tài)發(fā)光器件的另一示例性實(shí)施方案，這里用作牙科固化裝置的一部分。
圖12示出了固態(tài)發(fā)光器件的另一示例性實(shí)施方案，這里用作輻射固化裝置的一部分。
圖13示出用于易操縱輸出發(fā)射的替換實(shí)施例。
盡管本發(fā)明受各種改進(jìn)和選擇性形式影響，但是通過(guò)例子其細(xì)節(jié)在圖中被示出和被詳細(xì)描述。但是，應(yīng)該理解，該意圖并不是限制發(fā)明為所描述的特定實(shí)施例。相反，該意圖是覆蓋屬于附加權(quán)利要求限定的本發(fā)明范圍內(nèi)的所有改進(jìn)、等效權(quán)利以及替換。
具體實(shí)施例方式
圖1A示出了示例性結(jié)構(gòu)中的固態(tài)發(fā)光器件100(在此也稱為照明器件或光子發(fā)射器件)。在圖1B中示出了發(fā)光器件100的分解圖。通過(guò)“光”，它意味著電磁輻射具有處于電磁波譜的紫外光、可見(jiàn)光和/或紅外光部分中的波長(zhǎng)。在下述結(jié)構(gòu)中，發(fā)光器件100可以具有可與常規(guī)高強(qiáng)度放電(HID)燈泡相比較的總體緊湊尺寸，因此對(duì)包括道路照明、點(diǎn)發(fā)光、背光、圖像投影和輻射激活固化的各種應(yīng)用中的燈裝置提供替換。
發(fā)光器件100包括產(chǎn)生輻射的固態(tài)輻射源104的陣列。該輻射被聚光器120的相應(yīng)陣列聚集和集中。然后該集中的輻射進(jìn)入波導(dǎo)130的相應(yīng)陣列中，波導(dǎo)130被支撐結(jié)構(gòu)150支撐?，F(xiàn)在將更詳細(xì)地描述這些特征的每一個(gè)。
在示例性實(shí)施例中，固態(tài)輻射源104包括布置在陣列圖形中的多個(gè)分立的LED管芯或芯片。分立的LED管芯104被分別安裝并具有用于操作控制的獨(dú)立電連接(而不是所有LED被它們的公共半導(dǎo)體基底互相電連接的LED陣列)。LED管芯可以產(chǎn)生對(duì)稱輻射圖形，以及在將電能轉(zhuǎn)變?yōu)楣鈺r(shí)是有效的。因?yàn)樵S多LED管芯不是過(guò)度地?zé)崦舻?，所以與許多類型的激光二極管相比，LED管芯可以僅僅利用適中的熱沉(heat sink)充分地工作。在示例性實(shí)施例中，每個(gè)LED管芯與其最近鄰間隔至少大于LED管芯寬度的距離。在進(jìn)一步示例性實(shí)施例中，每個(gè)LED管芯與其最近鄰間隔至少大于六個(gè)LED管芯寬度的距離。這些示例性實(shí)施例提供適合的熱管理，如下面進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。
此外，LED管芯104可以在-40°至125℃的溫度下工作，以及與約10,000小時(shí)的大部份激光二極管壽命或大約2,000小時(shí)的UV弧光燈壽命相比較可以具有100,000小時(shí)范圍內(nèi)的工作壽命。在示例性實(shí)施例中，每個(gè)LED管芯可以具有約50流明(Lumen)或以上的輸出強(qiáng)度。分立的大功率LED管芯可以是可從諸如Cree(如Cree的InGaN-基XBrightTM產(chǎn)品)和Osram買到的GaN基LED管芯。在一個(gè)示例性實(shí)施例中，LED管芯的陣列，每個(gè)具有約300μm×300μm發(fā)射面積(由Cree制造)，可用來(lái)提供集中的(小面積、大功率)光源。也可以利用其他發(fā)光表面形狀如矩形或其他多邊形形狀。此外，在選擇性的實(shí)施例中，所利用的LED管芯的發(fā)射層可以位于頂表面或底表面。
在某些示例性實(shí)施例中，可以利用多個(gè)僅僅藍(lán)光或紫外光(UV)LED管芯。在其他示例性實(shí)施例中，一個(gè)或多個(gè)LED管芯優(yōu)選可以在發(fā)光表面上涂敷熒光層(未示出)，如YAG:Ce熒光粉。熒光層可用于將LED管芯的輸出轉(zhuǎn)變?yōu)椤鞍住惫狻＠??？梢杂肶AG:Ce熒光粉(或類似)涂敷藍(lán)色LED管芯。在該實(shí)例中，來(lái)自LED管芯的部分藍(lán)光與熒光粉轉(zhuǎn)變的黃光混合，以有效地產(chǎn)生“白”光。在另一實(shí)例中，RGB(紅、綠、藍(lán))熒光粉的混合可用于將UV管芯輸出轉(zhuǎn)變?yōu)椤鞍住惫?。在共同擁有和同時(shí)申請(qǐng)的申請(qǐng)名稱為″Illumination System Using aPlurality of Light Sources″(U.S.申請(qǐng)No.10/726,222和U.S.公開(kāi)No.2004-0149998-A1)中詳細(xì)描述了熒光層布置和結(jié)構(gòu)。
在選擇性實(shí)施例中，可以在陣列中有選擇地放置紅、藍(lán)和綠LED管芯的集合。所得的發(fā)射被光纖130的陣列聚集，以便當(dāng)混合在一起時(shí)，觀察者看到由光纖的輸出端部發(fā)射的光是彩色光或“白”光。
在選擇性實(shí)施例中，LED管芯陣列可以用垂直腔面發(fā)射激光器(VCSEL)陣列代替，該陣列通?？梢蕴峁┛梢?jiàn)區(qū)的輸出，包括“白”光。
如圖1B所示，來(lái)自LED管芯104的發(fā)射被多個(gè)聚光器120接收，聚光器120被布置為相應(yīng)的陣列圖形。在示例性實(shí)施例中，每個(gè)聚光器接收來(lái)自相應(yīng)一個(gè)LED管芯104的輻射。在示例性實(shí)施例中，聚光器120包括布置在陣列中的非成像聚光器(也稱為反射光耦合器)。聚光器120的反射表面的形狀被設(shè)計(jì)成俘獲由每個(gè)光源104發(fā)射的輻射的實(shí)質(zhì)性部分，以保持功率密度。
此外，可以以基本上匹配光接收波導(dǎo)的接收角標(biāo)準(zhǔn)的方式設(shè)計(jì)該集中輸出，以便輻射的實(shí)質(zhì)性部分可用波導(dǎo)130俘獲和通過(guò)其引導(dǎo)。在示例性實(shí)施例中，非成像聚光器120的陣列的每個(gè)非成像聚光器具有與二維(2-D)表面一致的內(nèi)反射面，至少內(nèi)反射面的第二部分與三維(3-D)表面一致。在共同擁有和待審、同時(shí)申請(qǐng)的專利申請(qǐng)名稱″Reflective Light Coupler″(U.S.申請(qǐng)No.10/726,244)中詳細(xì)地描述了這些及其他反射表面設(shè)計(jì)。
陣列120中的每個(gè)聚光器可以通過(guò)例如注入模塑、轉(zhuǎn)移模塑、微復(fù)制、壓印、沖壓或熱成型來(lái)形成。其中可以形成聚光器120(單個(gè)地或作為聚光器陣列的一部分)的基底或薄層可以包括各種材料如金屬、塑料、熱塑性材料、或多層光學(xué)薄膜(MOP)(如可以從3M公司St.Paul，MN獲得的增強(qiáng)鏡面反射器(ESR)膜)。用來(lái)形成聚光器120的基底材料可以涂敷有反射涂層，如銀、鋁或無(wú)機(jī)薄膜的反射多層疊層，或簡(jiǎn)單地拋光，以便增加其反射率。
此外，可以布置聚光器基底，使得聚光器的陣列可以被定向在LED管芯底下、周圍或上面。在示例性實(shí)施例中，聚光器基底被布置在LED陣列上或緊鄰LED陣列，以便可以形成在每個(gè)LED管芯104上滑動(dòng)的陣列120的每個(gè)聚光器，以便聚光器的下開(kāi)口123(參見(jiàn)圖4)提供在LED管芯104的周邊周圍密閉配合。選擇性的聚光器設(shè)計(jì)包括其上支撐LED管芯的基底上的反射涂層的附加使用。
圖1B所示實(shí)施例的一方面是每個(gè)輻射源、相應(yīng)聚光器和相應(yīng)波導(dǎo)之間的一一對(duì)應(yīng)。每個(gè)聚光器表面被設(shè)計(jì)成將來(lái)自相應(yīng)LED管芯的各向同性發(fā)射轉(zhuǎn)變?yōu)楣馐?，這將滿足相應(yīng)光接收波導(dǎo)的接收角標(biāo)準(zhǔn)，在某些應(yīng)用中，相應(yīng)的LED管芯包括熒光粉涂敷的LED管芯。如上所述，該聚光器表面設(shè)計(jì)有助于保持從LED管芯發(fā)射的光的功率密度。
返回參考圖1B，集中的輸出輻射由多個(gè)光波導(dǎo)130接收，圖1B示出光纖的陣列，每個(gè)波導(dǎo)具有輸入端132和輸出端133。本示例性實(shí)施例包括大線芯(例如，400μm至1000urn)聚合物包層石英光纖的陣列130(如市場(chǎng)上的貿(mào)易標(biāo)識(shí)TECSTM，可以從3M公司St.Paul，MN獲得)。在進(jìn)一步示例性實(shí)施例中，每個(gè)光纖130可以包括具有約600μm至650μm的線芯直徑的聚合物包層石英光纖。在示例性實(shí)施例中，光纖的縱向長(zhǎng)度可以約為1至5英寸(2.5cm-12.5cm)長(zhǎng)度。因?yàn)槭纠怨饫w是非常柔軟的，該短距離對(duì)緊密放置光纖、在輸出端放置構(gòu)圖的光纖束仍然提供緊密型。此外，該短長(zhǎng)度提供非常緊湊的器件，具有可與常規(guī)HID燈的尺寸相比較的尺寸。當(dāng)然，在不導(dǎo)致輸出的不利影響的條件下，在其他應(yīng)用中可以增加光纖長(zhǎng)度。
根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例也可以利用其他類型的光纖，如常規(guī)或?qū)I(yè)化的玻璃光纖，取決于這種參數(shù)，例如LED管芯源的輸出波長(zhǎng)。例如，塑料光纖可能對(duì)涉及深藍(lán)或UV光源應(yīng)用的曬和/或漂白劑敏感。
另外，如本說(shuō)明書(shū)所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將明白，根據(jù)本教導(dǎo)也可以利用其他波導(dǎo)類型如平面型波導(dǎo)、聚合物波導(dǎo)、柔性聚合物波導(dǎo)等。
一旦由LED管芯發(fā)射的光被聚光器聚集和重定向到光接收光纖中，那么光纖可用來(lái)通過(guò)全內(nèi)反射將光傳輸?shù)教囟ㄎ恢茫哂械偷墓鈸p耗。但是，光接收光纖不僅僅用來(lái)通過(guò)將光纖從LED管芯陣列的較寬空間傳輸?shù)礁o密空間或輸出孔徑處的空間，如緊密封裝的光纖束，來(lái)傳輸光，而且來(lái)自(相對(duì))分散的LED陣列的光可以被有效地集中為非常小的區(qū)域。此外，示例性光接收光纖線芯和覆層的光學(xué)設(shè)計(jì)，規(guī)定由于在輸入端以及輸出端處的光纖的數(shù)值孔徑(NA)構(gòu)形為從光纖束端部發(fā)出的光束。如在此所述，光接收光纖執(zhí)行光集中和光束成形，以及光傳輸。
光纖132還可以包括光纖的一個(gè)或多個(gè)輸出端133上的光纖鏡頭。類似地，光纖130的每個(gè)光接收端132還可以包括光纖鏡頭。在共同擁有和待審的美國(guó)專利公開(kāi)號(hào)2004/0112877-A1和美國(guó)專利申請(qǐng)?zhí)?0/670,630中描述了光纖鏡頭制造和實(shí)施方案。
光纖陣列連接器134可以用來(lái)支撐陣列130的每個(gè)光纖的第一端。在示例性實(shí)施例中，光纖陣列連接器134包括剛性材料如模制塑料材料，具有多個(gè)孔徑，該孔徑具有對(duì)應(yīng)于聚光器120的圖形。每個(gè)孔徑容納陣列130的光纖輸入端132，以及在其處可以提供簡(jiǎn)單的鍵合。
在示例性實(shí)施例中，可以利用剛性或柔性互連電路層，以提供用于LED管芯104的熱管理和電連接到LED管芯104。如圖1B所示，互連電路層可以包括多層結(jié)構(gòu)，如可以從3M公司Saint Paul，MN獲得的3MTM柔性(或撓性)電路。例如，多層互連層可以包括由例如銅或其他熱導(dǎo)電材料、電絕緣介質(zhì)層114和構(gòu)圖的導(dǎo)電層113構(gòu)成的金屬安裝基底112，其中LED管芯被連接到導(dǎo)電層113的鍵合焊盤(pán)(未示出)。電絕緣介質(zhì)層114可以由各種適合的材料組成，包括聚酰亞胺、聚酯、聚對(duì)苯二甲酸乙二酯(PET)、聚碳酸脂、聚砜或FR4環(huán)氧樹(shù)脂復(fù)合物。導(dǎo)電層和導(dǎo)熱層113可以包括各種適合的材料，包括銅、鎳、金、鋁、錫、鉛及其組合物。
在示例性實(shí)施例中，如下面更詳細(xì)地描述，LED管芯104的一個(gè)或多個(gè)組互相互連，但是與LED管芯的其他組分開(kāi)，以提供失常的(pixilated)輻射輸出。通孔(未示出)可用于貫穿介質(zhì)層114。金屬安裝基底112可以被安裝在熱沉或熱散逸組件140上?；?12可以通過(guò)電絕緣和導(dǎo)熱材料層116與熱沉140隔開(kāi)。在示例性實(shí)施例中，熱沉140還可以包括一系列熱導(dǎo)體管腳，以在工作過(guò)程中進(jìn)一步散逸來(lái)自LED管芯陣列的熱量。
在一個(gè)示例性實(shí)施例中，每個(gè)裸LED管芯104可以位于介質(zhì)表面114的凹陷部分中，直接在金屬/電路層113上。在當(dāng)前待審和共同擁有的申請(qǐng)名稱″Illumination Assembly″(美國(guó)申請(qǐng)?zhí)?0/727,220)中描述了互連電路的例子實(shí)施。
在另一實(shí)施例中，對(duì)于電互連可以利用基于更剛性的FR4環(huán)氧樹(shù)脂的印刷電路板結(jié)構(gòu)。在另一實(shí)施例中，可以根據(jù)需要，通過(guò)在適合的基底上構(gòu)圖導(dǎo)電環(huán)氧樹(shù)脂或?qū)щ娪湍苽涞统杀倦娐罚赃B接LED管芯陣列。
固態(tài)發(fā)光器件100還包括支撐結(jié)構(gòu)。在圖1B的示例性實(shí)施例中，支撐結(jié)構(gòu)被配置為外殼150，具有輸入孔徑152和輸出孔徑154。外殼150為輸入和輸出端之間的波導(dǎo)130的陣列提供張力減輕，并可以防止外面光源損壞波導(dǎo)130。此外，外殼150可以提供剛性支撐，優(yōu)選用于車輛應(yīng)用，如下面更詳細(xì)地描述的那些。選擇性地，支撐結(jié)構(gòu)還可以包括條帶(banding)156，該條帶156被布置與波導(dǎo)130的第二端的周邊部分接觸。條帶156可以幫助以選定的輸出圖形分配波導(dǎo)130的輸出端，如下面更詳細(xì)描述。
此外，光纖陣列連接器134可以包括隆起部或缺口，以容納外殼150的輸入孔徑152。盡管外殼150可以被鍵合或另外粘附到光纖陣列連接器134，但是在示例性實(shí)施例中，外殼150被鎖扣裝配在光纖陣列連接器134上。
在示例性結(jié)構(gòu)方法中，光纖被首先載入光纖陣列連接器并鍵合到連接器。夾具(未示出)可以用來(lái)按行分組光纖，以具有有序的分組。該夾具可以包括多個(gè)部分，其從輸入端至輸出端重復(fù)地放置每個(gè)光纖。此外，該夾具可以被設(shè)計(jì)為光纖不互相跨越和具有用于輸出端的可預(yù)測(cè)位置。為了固定輸出端，利用剛性或柔性的條帶，例如聚合物材料，以將光纖的位置固定在希望的輸出圖形內(nèi)。
此外，在示例性實(shí)施例中，支撐結(jié)構(gòu)可包括外客，其可以在光纖和條帶上滑動(dòng)，并可以固定到光纖陣列連接器。通過(guò)使用常規(guī)粘合劑或鍵合元件，條帶可以被固定在外殼的輸出孔徑內(nèi)。另外，該支撐結(jié)構(gòu)可以包括遍及光纖束和圍繞光纖束形成的包封材料。
另外，支撐結(jié)構(gòu)150可以包括粘合材料，如鍵合環(huán)氧樹(shù)脂，該粘合材料可以被應(yīng)用于部分波導(dǎo)130，以便當(dāng)粘合劑設(shè)置時(shí)，該波導(dǎo)被固定在希望的圖形中。在其中波導(dǎo)是光纖的示例性實(shí)施例中，鍵合環(huán)氧樹(shù)脂在對(duì)用于拋光的光纖的輸出端提供支撐中也是有用的。鍵合環(huán)氧樹(shù)脂或粘合劑可具有暫時(shí)或永久的設(shè)置。
整個(gè)定位(alignment)可以通過(guò)一個(gè)或多個(gè)定位管腳160提供，該一個(gè)或多個(gè)定位管腳160可用于將光纖陣列連接器134、聚光器陣列120、互連電路層110和熱沉140定位在一起。在器件100的每個(gè)上述部件中可以形成一系列定位孔，如圖2所示的定位孔162，以容納定位管腳160。聚光器陣列120與互連電路層對(duì)準(zhǔn)可以通過(guò)使用基準(zhǔn)(未示出)來(lái)完成。
圖2說(shuō)明固態(tài)發(fā)光器件100的覆蓋區(qū)。在該示例性結(jié)構(gòu)中，在耦接到熱沉140上的互連電路層110上，可以以基本上矩形陣列圖形提供六十個(gè)(60)LED管芯104的陣列。當(dāng)然，根據(jù)本發(fā)明，LED管芯的陣列可以包括基本上更大或更少數(shù)目的LED管芯104。但是，因?yàn)槊總€(gè)LED管芯具有約300微米的寬度，每個(gè)LED管芯104可與其最近鄰間隔超過(guò)LED管芯寬度，本發(fā)明的固態(tài)光源可以提供高的總功率密度、緊湊的覆蓋區(qū)(footprint)面積(約1in2至4in2或6.5cm2至26cm2)和適當(dāng)?shù)臏囟瓤刂?。輸出端的覆蓋區(qū)可以小于、等于或者大于輸入端的。例如，在示例性實(shí)施例中，光纖133的輸出端的覆蓋區(qū)(見(jiàn)圖1B)可以更緊湊，在大約0.1in2至1in2(0.65cm2至6.5cm2)的級(jí)別上。
圖3中示出了固態(tài)發(fā)光器件100的側(cè)視圖。在該示例性實(shí)施例中，在熱沉140上布置互連電路層110(具有在其上安裝的LED管芯)，熱沉140還包括在與輸出孔徑154相反方向上延伸的熱散逸管腳142。此外，如上所述，外殼150可以包括突起153，以允許鎖扣固定在光纖陣列連接器134上。聚光器120的陣列被布置在光纖陣列連接器134和互連層110之間。在該實(shí)施例中，光纖130被光纖陣列連接器134和條帶156支撐，條帶156被布置在外殼150的輸出孔徑154內(nèi)。
如圖4更詳細(xì)所示，該固態(tài)發(fā)光器件的示例性結(jié)構(gòu)包括減小光纖陣列的各個(gè)光纖131和聚光器陣列的各個(gè)聚光器121之間的未對(duì)準(zhǔn)的光纖聚光器定位機(jī)構(gòu)。具體，光纖陣列連接器134還可以包括在聚光器陣列基底的凹坑部分125中嚙合的突起部分135。因此，光纖131被容納在光纖陣列連接器134的孔徑中。然后在聚光器基板上布置光纖陣列連接器，以致突起135被凹坑125容納。以此方式，聚光器121的輸出孔徑126可以基本上與光纖131的輸入端齊平。此外，利用該示例性設(shè)計(jì)，可以在同時(shí)拋光光纖的多個(gè)輸入端，以便光纖端部相對(duì)于聚光器放置，為了足夠的光耦合。此外，在圖4的例子結(jié)構(gòu)中，聚光器121的接收孔徑123可以被緊鄰相應(yīng)的LED管芯104的發(fā)射面周邊或圍繞相應(yīng)的LED管芯104的發(fā)射面周邊布置。盡管未示出，位于聚光器基板和互連電路層之間的隔片可以在這兩個(gè)元件之間設(shè)置適當(dāng)?shù)目臻g。然后聚光器基板可以被固定到隔片，或使用常規(guī)技術(shù)鍵合到互連電路層。
圖4還示出了示例性多層互連110的截面，其包括將LED管芯104鍵合到互連層110的導(dǎo)電環(huán)氧樹(shù)脂115。第一和第二電導(dǎo)電層113，111(可以包括，例如，鎳和金，或其他導(dǎo)電材料)，提供到陣列中的每個(gè)LED管芯的電跡線，利用布置的介質(zhì)層114(例如，聚酰亞胺)提供電絕緣。提供基板112(例如，銅)，以支撐導(dǎo)電和絕緣層，以及對(duì)熱沉140提供導(dǎo)熱性，以遠(yuǎn)離發(fā)射方向傳導(dǎo)熱量。
根據(jù)在此描述的原理，該固態(tài)發(fā)光器件可以在一個(gè)或多個(gè)方向上同時(shí)提供高度定向的和/或成形的輸出發(fā)射。如圖1A和1B所示，光纖陣列130的輸出端133可以被構(gòu)圖，以提供矩形或正方形輸出。圖5A-5F說(shuō)明用于光纖陣列的選擇性可配置輸出端圖形，該輸出端圖形可以根據(jù)特定應(yīng)用需要的照明類型來(lái)采用。
例如，圖5A示出了六邊形輸出光纖圖形133A，圖5B示出了圓形輸出光纖圖形133B，圖5C示出了環(huán)形輸出光纖圖形133C，圖5D示出了三角形輸出光纖圖形133D，以及圖5E示出了線形輸出光纖圖形133E。此外，如圖5F所示，在選擇性的示例性實(shí)施例中，可以提供分段的輸出圖形133F，其中對(duì)于特定的目標(biāo)照明可以利用多個(gè)分開(kāi)的光纖輸出組。因?yàn)楣潭ü饫w輸出端的條帶可以由具有韌性的材料形成，如基于鉛、錫和鋅的材料和合金(或類似)，在某些應(yīng)用中，光纖輸出圖形可以被重配置。
如圖6A-6C所示，該固態(tài)發(fā)光器件的輸出可以是易操縱的，以便可以同時(shí)或交替地照明一個(gè)或多個(gè)不同的方向。圖6A示出了例如，在三個(gè)不同的組233A，233B和233C中布置的光纖輸出端部233。例如，在正常條件下，固態(tài)發(fā)光器件可以通過(guò)端部233A可以在正向上提供輸出照明。在車輛轉(zhuǎn)向側(cè)邊的情況下，那么對(duì)應(yīng)于輸出光纖233B的LED管芯可以被激活(例如，通過(guò)觸發(fā)例如轉(zhuǎn)向信號(hào)指示器的信號(hào)，或通過(guò)將操縱輪轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)定量)，以便可以通過(guò)輸出光纖233B在該側(cè)向提供附加照明。類似地，如果轉(zhuǎn)向另一側(cè)，對(duì)應(yīng)于輸出光纖233C的LED管芯可以被激活，以便在另一側(cè)向中可以提供附加照明。
另外，可以利用光纖的橫向延伸輸出布置提供易操縱的照明系統(tǒng)，如圖5E所示，由此如下所述的失常(pixilation)控制電路(參見(jiàn)例如圖9A和9B)可以從一側(cè)至另一側(cè)激活照明光纖塊，例如，在轉(zhuǎn)向或其他事件期間。以此方式，輸出照明可以根據(jù)應(yīng)用直接朝向(或遠(yuǎn)離)轉(zhuǎn)向的方向。
以此方式，非機(jī)械方法可用于由該固態(tài)發(fā)光器件提供易操縱輸出照明。另外，如本說(shuō)明書(shū)中所給出的所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將明白，可以利用更多或更少的光纖組。此外，該分組可以具有不同的相對(duì)取向，例如對(duì)于來(lái)自相同固態(tài)光源的高光束-低光束輸出發(fā)射。
在圖6B中，示出了可以用來(lái)穩(wěn)定和支撐不同光纖組的結(jié)構(gòu)。例如，在光纖的輸出端提供條帶256。條帶256可以提供第一孔徑254、第二孔徑254A和第三孔徑254B，其中布置在孔徑254A和254b中的光纖將輸出方向不同于布置孔徑254中的光纖的光。此外，如圖6C所示，條帶256可以被連接到外殼250或與外殼250集成，作為固態(tài)發(fā)光器件的支撐結(jié)構(gòu)中的一部分。
另外，如圖7所示，該固態(tài)發(fā)光器件可以由光纖輸出端的一個(gè)光纖束產(chǎn)生易操縱的光。例如，光纖輸出端133可以被設(shè)置在相同的位置，如圖6B的輸出孔徑254。在該示例性實(shí)施例中，確定為光纖輸出端129的這些輸出端部的一部分以不同的角度被成角度拋光，以至基本上不同于光纖輸出端133的剩余部分的角度(例如，相對(duì)于光纖軸10至50度)。所得的發(fā)射將處于不同于光纖端133的輸出的方向。因此，與相對(duì)于圖6A-6C的上述應(yīng)用相類似，當(dāng)用作汽車前燈時(shí)，該固態(tài)發(fā)光器件可以在正向(通過(guò)輸出端133)和側(cè)向(通過(guò)輸出光纖129)中都提供輸出照明。
在提供易操縱照明的選擇性實(shí)施例中，圖13所示，從陣列連接器734延伸的光纖可以被包扎為多個(gè)偏離光纖束、中心光纖束730A和側(cè)面光纖束730B和730C。由光纖束的輸出端發(fā)射的光被多焦點(diǎn)透鏡750接收，如非球面透鏡，來(lái)自該偏離光纖束的輸出變?yōu)橄Ｍ牟煌彰鲄^(qū)751A，751B和751C?？梢宰詣?dòng)地和/或通過(guò)操作者控制來(lái)執(zhí)行該易操縱照明。
在本發(fā)明的示例性實(shí)施例中，該固態(tài)發(fā)光器件可以用作照明源，例如在車輛前燈的應(yīng)用中。例如，可以通過(guò)使用凸緣139來(lái)完成固定至現(xiàn)有前燈插座，圖8所示。凸緣139可以被布置在光纖陣列連接器134的周邊部分上。凸緣可以被設(shè)計(jì)成嚙合在這種插座的鎖定槽中。另外，凸緣可以形成在固態(tài)發(fā)光器件中的其他元件上，如外殼或聚光器基板上。
根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例，如圖9A所示，提供一種照明系統(tǒng)300，允許可以用于孔徑成形和/或動(dòng)態(tài)光束移動(dòng)的失常光控制。系統(tǒng)300包括固態(tài)光源301，其以類似于如上所述的固態(tài)光源100的方式構(gòu)成?？刂破?04通過(guò)導(dǎo)線302和連接器310耦合到固態(tài)光源301，連接器310可以被連接到互連電路層。電源306被耦合到控制器304，以提供電源/電流到固態(tài)光源301。
在示例性實(shí)施例中，控制器304被配置為有選擇地激活包含于固態(tài)光源301中的各個(gè)LED管芯或LED管芯組。此外，因?yàn)楣饨邮詹▽?dǎo)與LED管芯以一一對(duì)應(yīng)設(shè)置，照明系統(tǒng)300可以提供失常輸出。這類失?？刂圃试S控制不同的顏色(例如，用于RGB輸出的紅、綠和藍(lán))或類似顏色的(例如，白色)LED管芯。
圖9B示出了可以對(duì)包含于固態(tài)發(fā)光器件中的LED管芯陣列提供失常的例子控制電路305。在該例子中，在LED管芯陣列中設(shè)置六十個(gè)LED管芯(LD1-LD60)，這些管芯被集合成每二十個(gè)LED管芯的三個(gè)大組(314A-314C)，每組進(jìn)一步被分為較小的子分組或每五個(gè)LED管芯的溝道(例如，LD1-LD5)?？傮w，在該示例性實(shí)施例中，每個(gè)五個(gè)LED管芯的十二個(gè)溝道可以被分開(kāi)地控制。在一個(gè)例子實(shí)施方案中，在RGB輸出應(yīng)用中，第一組LED管芯可以包括發(fā)紅光的LED管芯，第二組LED管芯可以包括發(fā)藍(lán)光的LED管芯以及第三組LED管芯可以包括發(fā)綠光的LED管芯。另外，在另一例子實(shí)施方案中，LED管芯的第一、第二和第三組可以包括發(fā)“白”光的LED管芯。
此外，該互連電路層也被設(shè)計(jì)成能為不同的LED管芯組提供分開(kāi)的互連。根據(jù)在此描述的原理，也可以利用不同類型的LED管芯組，以及更大或更少數(shù)目的LED管芯。利用該結(jié)構(gòu)，分開(kāi)的RGB LED管芯溝道可以被驅(qū)動(dòng)，以提供“白”或其他顏色輸出。此外，由于LED管芯退化，特定的二極管溝道將失效或暗淡，在較高電流下，相鄰溝道可能被驅(qū)動(dòng)，以便輸出照明看起來(lái)保持不變。因?yàn)榛ミB層的(相對(duì))寬LED管芯間隔和/或熱管理能力，到某些LED管芯溝道的更大驅(qū)動(dòng)電流將不會(huì)不利地影響總體性能。
此外，可以在互連電路層(或其它事宜的位置)上設(shè)置溫度傳感器(未示出)，來(lái)感應(yīng)在或者靠近不同LED管芯溝道的溫度變化。這樣，控制電路305可用來(lái)變化特定溝道中的電流總量，以補(bǔ)償由于提高的溫度而在該溝道中的光輸出中的通常減小。
更詳細(xì)地，通過(guò)電源306電路305接收電壓。該電壓通過(guò)升壓轉(zhuǎn)換器芯片312A-312C和它們的相關(guān)電子設(shè)備(未示出)變?yōu)檎{(diào)整的輸出電流/電壓源。以此方式，來(lái)自電源306的電壓變化可以被減輕，提供給LED管芯的電流/電壓保持在調(diào)整級(jí)別。芯片312A-312C可以包括，例如，可以從National Semiconductor獲得的LM2733芯片。在該示例性實(shí)施例中，在80-100mA下，驅(qū)動(dòng)電壓/電流參數(shù)可以約為20伏，因此為整個(gè)LED管芯陣列提供總共約1.0至1.2A。然后驅(qū)動(dòng)電流/電壓被提供給陣列內(nèi)的不同LED管芯溝道。在該例子中，每個(gè)LED管芯正常地將需要約20mA偏置電流，偏壓閾值隨電流增加而增加，對(duì)于典型的GaN基LED管芯接近約4.0V。當(dāng)然，不同的LED管芯效率或成分可能需要不同的偏壓和驅(qū)動(dòng)電平。
此外，在電路305中可以包括電阻器/電熱調(diào)節(jié)器鏈316，以設(shè)置每個(gè)LED管芯溝道的總最大電流。此外，可以提供開(kāi)關(guān)組318，包括相應(yīng)數(shù)目的LED管芯溝道電子開(kāi)關(guān)，由此每個(gè)LED管芯溝道被耦合/去耦合到地線(或電源，根據(jù)相對(duì)于LED管芯溝道的開(kāi)關(guān)組排列)，以便激活每個(gè)特定的LED管芯溝道。開(kāi)關(guān)組318可以被微控制器(未示出)或遙控開(kāi)關(guān)(例如，轉(zhuǎn)向信號(hào))自動(dòng)地控制，基于特定應(yīng)用需要的照明參數(shù)。當(dāng)然，該電路結(jié)構(gòu)允許許多實(shí)施方案和取代，如本說(shuō)明書(shū)給出的技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員所理解。例如，控制電路305可以被實(shí)現(xiàn)為利用相同的電流驅(qū)動(dòng)所有LED管芯，或者給定的LED管芯溝道可以被自動(dòng)地或依命令導(dǎo)通/截止。通過(guò)增加固定或可變電阻到開(kāi)關(guān)組的開(kāi)關(guān)腳，不同電流可以被施加到每個(gè)溝道。
圖10示出了可以用于“冷”前燈應(yīng)用中所利用的示例性固態(tài)發(fā)光器件401的示意圖。例如，固態(tài)發(fā)光器件401被布置在汽車或其它車輛(未示出)的前燈隔離室402中，該固態(tài)發(fā)光器件401可以根據(jù)如上所述的實(shí)施例配置。通過(guò)可滑動(dòng)嚙合的凸緣439的使用，發(fā)光器件401可以被固定在隔室402中，該可滑動(dòng)嚙合的凸緣439被配置為在插座的狹槽438內(nèi)滑動(dòng)和鎖定。因此，從光輸出方向散發(fā)熱量的熱沉440位于分開(kāi)的隔室404，例如汽車或其它車輛的內(nèi)部發(fā)動(dòng)機(jī)隔離室中。通過(guò)光學(xué)元件415光束成形的輸出照明可以被集中/聚焦為基于需要的照明圖形。光學(xué)元件415可以被設(shè)計(jì)成提供符合當(dāng)前安全組織(例如，NHTSA)標(biāo)準(zhǔn)的選擇的輸出圖形。例子光學(xué)元件可以包括非球面/變形的光學(xué)元件，和/或間斷和/或非分析的(鍵槽(spline))光學(xué)元件。
利用該方法，可以避免使用在前燈隔室402中布置的復(fù)雜反射光學(xué)元件，此外，因?yàn)闊崃繌母羰?02散逸，因此不必特別熱處理隔室402中的任意剩余的光學(xué)元件，因此避免由暴露于頻繁的高強(qiáng)度熱量可能引起的性能下降。此外，如果固態(tài)發(fā)光器件401設(shè)有輸出光纖和輸出孔徑結(jié)構(gòu)，如圖6A-6C所示，可以完成易操縱的輸出照明，不必利用當(dāng)前由常規(guī)HID燈操縱輸出時(shí)必須采用的移動(dòng)鏡子，燈泡和/或鏡頭機(jī)構(gòu)。
在此描述的固態(tài)發(fā)光器件也可以用于其他應(yīng)用。例如，圖11示出了示意性牙科固化應(yīng)用，在牙科固化設(shè)備500中包含固態(tài)發(fā)光器件501(具有與圖1A和1B和/或其他實(shí)施例類似的結(jié)構(gòu))。該固態(tài)發(fā)光器件501可以被布置在牙科固化設(shè)備500的處理部分510中。此外，用來(lái)容納和引導(dǎo)來(lái)自LED管芯或其他固態(tài)光產(chǎn)生源輸出的輸出光纖可以貫穿光傳遞臂525，該光傳遞臂525可以被直接放置在可固化材料上。在該應(yīng)用中，可以根據(jù)接收該照明的材料的固化外表利用UV和/或藍(lán)光輻射源。
在還一替換實(shí)施例中，圖12示出示意性大批材料固化設(shè)備，如織物(web)固化臺(tái)。例如，在粘合、帶或基于織物的制造中，粘合劑常常是藍(lán)光/UV可固化材料，其必須在不同的材料或基底上固化。在常規(guī)方法中，高強(qiáng)度放電和弧光燈常常用來(lái)執(zhí)行固化工序。但是，這些常規(guī)燈輻射360度的光和熱量，因此需要復(fù)雜的熱交換和/或冷卻機(jī)構(gòu)。另外，在某些常規(guī)方法中，基底材料和UV固化劑必須適合于承受高強(qiáng)度熱量。
圖12提供在常規(guī)固化系統(tǒng)中發(fā)現(xiàn)的發(fā)熱問(wèn)題的一種解決辦法，其中固化臺(tái)600包括固態(tài)發(fā)光器件604(類似于如上所述的實(shí)施例構(gòu)成)，固態(tài)發(fā)光器件的熱散逸或熱沉元件可以位于熱交換單元602中。如上所述，通過(guò)適當(dāng)?shù)腖ED空間、導(dǎo)熱互連電路和/或熱沉，由固態(tài)發(fā)光器件的輻射源產(chǎn)生的熱量從光輸出的方向散逸。
此外，固態(tài)發(fā)光器件604可以發(fā)出高度集中的輻射到可輻射固化的材料，因此減小由固化的不足深度引起的有害效應(yīng)。LED管芯或其他輻射產(chǎn)生源的集中輸出可以被波導(dǎo)陣列聚集和引導(dǎo)，該波導(dǎo)陣列布置在張力減輕外殼630中，并傳遞給設(shè)置在基底652上的輻射可固化材料或配方650?；?52可以被布置在移動(dòng)平臺(tái)或輸送帶上，以提供用于大量材料的連續(xù)固化。如上面相對(duì)于圖5A-5F所述，波導(dǎo)的輸出端，例如光纖，可以被布置在大量不同的可重配置圖形中，因此制成固態(tài)發(fā)光器件，特別適合于固化具有各種各樣形狀的材料和/或固化深度需要。
在還一應(yīng)用中，在此描述的固態(tài)光源可用在投射系統(tǒng)中。由于提供失常輸出的能力，LED管芯陣列可包括用于RGB輸出的不同輸出顏色LED管芯。此外，為了漸進(jìn)的掃描，可以多路復(fù)用輸出，以提供適宜的投射圖像。此外，上述實(shí)施例的固態(tài)光源可用作LCD顯示器的背光的源。具體地，當(dāng)對(duì)于“白”發(fā)射使用磷涂敷的管芯時(shí)，失常的白色LED管芯可提供LCD顯示器的增加的對(duì)比度。
盡管參考示例性優(yōu)選實(shí)施例敘述了本發(fā)明，但是在不脫離本發(fā)明的范圍的條件下，本發(fā)明可以以其他特定的形式體現(xiàn)。由此，應(yīng)理解在此敘述和圖示的實(shí)施例僅僅是示例性的，不應(yīng)該被認(rèn)為是限制本發(fā)明的范圍。根據(jù)本發(fā)明的范圍可以進(jìn)行其他改變和改進(jìn)。
權(quán)利要求
1.一種光子發(fā)射器件，包括多個(gè)固態(tài)輻射源，生成輻射；多個(gè)聚光器，其中每個(gè)聚光器接收來(lái)自所述固態(tài)輻射源的相應(yīng)一個(gè)的輻射；多個(gè)光波導(dǎo)，其中多個(gè)光波導(dǎo)的每一個(gè)包括第一端和第二端，其中每個(gè)第一端接收來(lái)自相應(yīng)聚光器的集中輻射；以及支撐結(jié)構(gòu)，穩(wěn)定第一端和第二端之間的多個(gè)光波導(dǎo)。
2.如權(quán)利要求1的光子發(fā)射器件，其中多個(gè)固態(tài)輻射源包括多個(gè)LED管芯。
3.如權(quán)利要求2的光子發(fā)射器件，還包括互連電路層，提供到多個(gè)LED管芯的電連接，其中在其上捆扎LED管芯；熱沉；以及熱導(dǎo)粘合劑，將互連電路層熱耦合到熱沉。
4.如權(quán)利要求3的光子發(fā)射器件，其中互連電路層包括具有在其上構(gòu)圖的電互連電路的金屬層，以及介質(zhì)層。
5.如權(quán)利要求1的光子發(fā)射器件，其中多個(gè)波導(dǎo)包括多個(gè)聚合物波導(dǎo)。
6.如權(quán)利要求1的光子發(fā)射器件，其中多個(gè)波導(dǎo)包括多個(gè)光纖，該器件還包括光纖陣列連接器，以在預(yù)設(shè)圖形中支撐多個(gè)光纖的第一端。
7.如權(quán)利要求6的光子發(fā)射器件，其中支撐結(jié)構(gòu)包括外殼，其中外殼包括封閉光纖陣列連接器周邊的第一孔徑以及封閉光纖第二端的至少第一部分的第二孔徑。
8.如權(quán)利要求7的光子發(fā)射器件，其中所述外殼還包括第三孔徑，支撐光纖第二端的第二部分。
9.如權(quán)利要求7的光子發(fā)射器件，其中還包括條帶，圍繞并固定光纖第二端的至少第一部分。
10.如權(quán)利要求9的光子發(fā)射器件，其中條帶包括聚合物材料，其在選定圖形中至少固定多個(gè)光纖的第二端的第一部分。
11.如權(quán)利要求9的光子發(fā)射器件，其中光纖陣列連接器在圖形中分組多個(gè)光纖的第一端，并且其中條帶固定多個(gè)光纖的第二端的第一部分，使得沿著多個(gè)光纖的長(zhǎng)度，多個(gè)光纖不交叉。
12.如權(quán)利要求8的光子發(fā)射器件，其中第一部分的第二端在第一方向上提供輸出照明，并且第二部分的第二端在與第一方向不同的第二方向上提供輸出照明。
13.如權(quán)利要求7的光子發(fā)射器件，其中外殼提供多個(gè)光纖的張力減輕。
14.如權(quán)利要求7的光子發(fā)射器件，其中第二孔徑小于第一孔徑。
15.如權(quán)利要求6的光子發(fā)射器件，其中支撐結(jié)構(gòu)包括圍繞并在至少部分光纖之間設(shè)置的模制環(huán)氧樹(shù)脂。
16.如權(quán)利要求8的光子發(fā)射器件，其中多個(gè)光纖包括具有線芯和包層的聚合物包層石英光纖，所述光纖具有大約250微米至大約1000微米的線芯直徑。
17.如權(quán)利要求3的光子發(fā)射器件，其中多個(gè)波導(dǎo)包括多個(gè)光纖，還包括光纖陣列連接器，在預(yù)設(shè)圖形中支撐多個(gè)光纖的第一端；以及薄層，支撐聚光器陣列，其中聚光器包括非成像反射耦合器。
18.如權(quán)利要求17的光子發(fā)射器件，還包括第一定位管腳，沿著照明器件的長(zhǎng)度縱向設(shè)置，其中互連電路層、熱沉、光纖陣列連接器和薄層每個(gè)包括容納第一定位管腳的第一定位孔。
19.如權(quán)利要求17的光子發(fā)射器件，其中光纖陣列連接器的第一表面包括多個(gè)縱向設(shè)置的突起，其中薄層的第一表面包括相應(yīng)的多個(gè)縱向設(shè)置的凹坑，嚙合地匹配突起。
20.如權(quán)利要求6的光子發(fā)射器件，其中多個(gè)光纖的一部分具有成形的第二端，使得從成形的第二端發(fā)射的光沿著不同于從非成形的第二端發(fā)射的光的光路定向。
21.如權(quán)利要求8的光子發(fā)射器件，其中第二端的第二部分具有成形的第二端，使得從成形的第二端發(fā)射的光沿著不同于從非成形的第二端發(fā)射的光的光路定向。
22.如權(quán)利要求1的光子發(fā)射器件，還包括光學(xué)元件，在選擇的光分配圖形中聚集并分配來(lái)自光波導(dǎo)第二端的光輻射。
23.如權(quán)利要求2的光子發(fā)射器件，其中每個(gè)LED管芯與其最近鄰相隔大于LED管芯寬度的間隔長(zhǎng)度。
24.如權(quán)利要求2的光子發(fā)射器件，其中間隔長(zhǎng)度大于或等于六個(gè)LED管芯寬度。
25.如權(quán)利要求2的光子發(fā)射器件，還包括互連電路層，提供到多個(gè)LED管芯的電連接，其中多個(gè)LED管芯以第一分組和第二分組排列，其中第一組LED管芯連接到互連電路層的第一部分并且第二組LED管芯連接到互連電路層的第二部分。
26.如權(quán)利要求25的光子發(fā)射器件，其中多個(gè)LED管芯還以第三組LED管芯排列，并且其中第三組LED管芯連接到互連電路層的第三部分。
27.如權(quán)利要求25的光子發(fā)射器件，其中第一組LED管芯的至少一個(gè)LED管芯的第一輸出強(qiáng)度可控地與第二組LED管芯的至少一個(gè)LED管芯的第二輸出強(qiáng)度分開(kāi)。
28.如權(quán)利要求27的光子發(fā)射器件，其中多個(gè)光波導(dǎo)包括多個(gè)光纖，其中來(lái)自第一組LED管芯的發(fā)射與第一組光纖光連通，并且其中來(lái)自第二組LED管芯的發(fā)射與第二組光纖光連通。
29.如權(quán)利要求28的光子發(fā)射器件，其中第二組光纖的第二端在第二方向上發(fā)射輻射，該第二方向不同于由第一組光纖的第二端發(fā)射的輻射的第一方向。
30.如權(quán)利要求26的光子發(fā)射器件，其中第一組LED管芯包括紅色發(fā)射LED管芯，其中第二組LED管芯包括藍(lán)色發(fā)射LED管芯，以及其中第三組LED管芯包括綠色發(fā)射LED管芯。
31.如權(quán)利要求6的光子發(fā)射器件，其中光纖陣列連接器適于嚙合在插座中。
32.如權(quán)利要求2的光子發(fā)射器件，其中多個(gè)LED管芯的至少一部分包括紫外線發(fā)射LED管芯。
33.如權(quán)利要求2的光子發(fā)射器件，其中每個(gè)LED管芯與磷材料光連通，以將每個(gè)LED管芯的輸出發(fā)射轉(zhuǎn)換為不同顏色的光。
34.一種汽車前燈，包括根據(jù)權(quán)利要求1的光子發(fā)射器件。
35.一種牙科固化設(shè)備，包括根據(jù)權(quán)利要求1的光子發(fā)射器件。
36.一種投射系統(tǒng)，包括根據(jù)權(quán)利要求1的光子發(fā)射器件。
37.一種LCD顯示器，包括根據(jù)權(quán)利要求1的光子發(fā)射器件，其中該光子發(fā)射器件適于背光。
38.一種光子發(fā)射系統(tǒng)，包括固態(tài)光源，包括多個(gè)LED管芯，生成光輻射；多個(gè)聚光器，其中每個(gè)聚光器接收來(lái)自相應(yīng)一個(gè)所述LED管芯的照明；以及多個(gè)光纖，其中多個(gè)光纖的每一個(gè)包括第一端和第二端，其中每個(gè)第一端接收來(lái)自相應(yīng)聚光器的集中照明；以及控制器，耦接到固態(tài)光源，以選擇性地啟動(dòng)多個(gè)LED管芯的一個(gè)或多個(gè)組。
39.如權(quán)利要求38的光子發(fā)射系統(tǒng)，還包括互連電路層，提供到多個(gè)LED管芯的電連接，并電耦接到控制器；熱沉；以及熱導(dǎo)粘合劑，將互連電路層熱耦合到熱沉。
40.如權(quán)利要求38的光子發(fā)射系統(tǒng)，其中固態(tài)光源還包括光纖陣列連接器，在預(yù)設(shè)圖形中支撐多個(gè)光纖的第一端；以及薄層，支撐聚光器陣列。
41.如權(quán)利要求40的光子發(fā)射系統(tǒng)，還包括支撐結(jié)構(gòu)，具有封閉光纖陣列連接器周邊的第一孔徑以及第二孔徑，以穩(wěn)定第一和第二端之間的多個(gè)光波導(dǎo)。
42.如權(quán)利要求38的光子發(fā)射系統(tǒng)，其中LED管芯陣列包括第一組紅色發(fā)射LED管芯，第二組藍(lán)色發(fā)射LED管芯，以及第三組綠色發(fā)射LED管芯。
43.如權(quán)利要求38的光子發(fā)射系統(tǒng)，其中控制器響應(yīng)于觸發(fā)信號(hào)，選擇性地啟動(dòng)第一LED管芯溝道。
44.如權(quán)利要求38的光子發(fā)射系統(tǒng)，其中控制器向第一LED管芯溝道發(fā)送增大的驅(qū)動(dòng)電流，以補(bǔ)償來(lái)自第二LED管芯溝道的減小的發(fā)射輸出。
45.如權(quán)利要求38的光子發(fā)射系統(tǒng)，其中控制器響應(yīng)于增高的溫度，向第一LED管芯溝道發(fā)送增大的驅(qū)動(dòng)電流。
46.一種車輛前燈照明系統(tǒng)，包括位于第一車輛隔室中的固態(tài)光源，以產(chǎn)生選擇的照明圖形，其中由固態(tài)光源產(chǎn)生的熱分散到遠(yuǎn)離第一隔室的位置。
47.如權(quán)利要求46的車輛前燈照明系統(tǒng)，其中選擇的照明圖形是易操縱的。
全文摘要
光子發(fā)射器件(100)包括多個(gè)固態(tài)輻射源(104)以產(chǎn)生輻射?？梢栽陉嚵袌D形中設(shè)置固態(tài)輻射源。以相應(yīng)陣列圖形排列的聚光器(120)接收來(lái)自相應(yīng)固態(tài)輻射源的輻射。由同樣以相應(yīng)陣列圖形排列的多個(gè)光波導(dǎo)(130)接收集中輻射。每個(gè)光波導(dǎo)包括接收輻射的第一端(132)和輸出輻射的第二端(133)。提供支撐結(jié)構(gòu)(150)，穩(wěn)定第一和第二端之間的多個(gè)光波導(dǎo)。在包括道路照明、電光源、圖像投射和輻射激活的固化的各種應(yīng)用中，光子發(fā)射器件可以提供放電燈設(shè)備的替換。
文檔編號(hào)G02B6/42GK1914527SQ200480041274
公開(kāi)日2007年2月14日 申請(qǐng)日期2004年10月27日 優(yōu)先權(quán)日2003年12月2日
發(fā)明者戈登·D·亨森, 博尼·魏斯科普夫阿爾布雷希特, 唐納德·K·拉森, 約翰·J·辛巴爾, 邁克爾·A·梅斯, 邁克爾·E·格里芬, 布魯斯·R·布羅伊萊斯 申請(qǐng)人:3M創(chuàng)新有限公司