用于均勻照明的光學(xué)元件的制作方法
【專利摘要】提供了一種與LED(102)一起使用的光學(xué)元件(100)，其中底面(103)被布置為從LED(102)接收入射光。光學(xué)元件(100)包括頂面(104)，其具有光學(xué)結(jié)構(gòu)(110)的圖案(108)，該圖案(108)將光折射離開光學(xué)元件(100)的光軸(A)。進一步地，光學(xué)元件(100)包括多個側(cè)面(106)，其在頂面(104)和底面(103)之間延伸并且被配置為將光從向著光軸(A)折射。為了避免在頂面(104)的全內(nèi)反射，頂面(104)這樣延伸，以便其覆蓋相對于光軸(A)的第一角度范圍。第一角度范圍為這樣的角度范圍，由LED(102)發(fā)出的光在該范圍外將在頂面的虛擬延伸處受到全內(nèi)反射。該光學(xué)元件(100)是有利的在于其提供更均勻的照明圖案，而不導(dǎo)致能量損失。
【專利說明】用于均勻照明的光學(xué)元件
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及發(fā)光二極管（LED)領(lǐng)域。特別地，其涉及與LED -起使用的折射光學(xué) 元件。
【背景技術(shù)】
[0002] 近年來，將LED用于照明設(shè)備的普遍性增加。為了獲得成本有效的解決方案，通常 在照明設(shè)備中以彼此相距一定距離地放置幾個大功率和/或中功率LED。然而，這具有一個 缺點，即照明設(shè)備在工作時將具有帶斑點的外觀，這歸因于不同LED所引起的不規(guī)則的照 明圖案。
[0003] 進一步，LED有時與顏色轉(zhuǎn)換層諸如有機磷光體層一起使用，以便盡管使用藍色 LED，輸出光也被用戶感知為白色。然而，當在照明設(shè)備中具有幾個LED時，可能在顏色轉(zhuǎn)換 層中引起熱點，這最后導(dǎo)致照明設(shè)備的壽命減少。
[0004] 已經(jīng)嘗試通過在照明設(shè)備中引入漫射元件來克服上述缺點，以便擴展LED的光并 從而實現(xiàn)更均勻的照明圖案。然而，這些嘗試遭受系統(tǒng)效率降低并且成本增加。
[0005] CN201779526公開了一種包括被固定到襯底上的LED芯片的光源。在每個LED芯 片的頂部，存在薄的光傳輸層，并且在LED芯片的側(cè)表面上，存在將出射光向上水平折射的 傾斜結(jié)構(gòu)。所公開的LED光源特別聲稱增加了 LED的輻射效果。
[0006] 盡管已經(jīng)幾次嘗試克服上述困難，但是仍舊存在改進的空間。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0007] 本發(fā)明的目標是克服或緩解上述問題，并且提供與LED -起使用的光學(xué)元件，其 提供更均勻的照明圖案以及低效率損耗。
[0008] 根據(jù)本發(fā)明的第一方面，通過與LED -起使用的光學(xué)元件實現(xiàn)這個及其他目標， 其包括被布置為從LED接收入射光的底面、具有在從底面到頂面的方向上延伸并且限定光 軸的法線的頂面，其中頂面延伸以便其覆蓋相對于光軸的第一角度范圍，在第一角度范圍 之外，由LED的至少一個點發(fā)出的第一角度范圍的光將在頂面的虛擬延伸處受到全內(nèi)反 射，并且其中頂面包括第一光學(xué)結(jié)構(gòu)的第一圖案，其被布置為將源自LED的光折射遠離光 軸；以及多個側(cè)面，其在底面和頂面之間延伸并且被布置為朝向光軸折射源自111的光。
[0009] 由LED的至少一個點發(fā)出的光將在頂面的虛延延伸受到全內(nèi)反射（TIR)的特征意 味著，如果頂面更進一步延伸，那么由LED的至少一個點發(fā)出的光將在頂面受到TIR。因此， 如下面進一步解釋的，在第一角度范圍內(nèi)未發(fā)生TIR。
[0010] 通過在頂面上具有將入射光折射離開光軸的結(jié)構(gòu)的圖案，并且通過具有被布置為 朝著光軸折射入射光的側(cè)面，該入射光被擴展開。尤其是，頂面上的結(jié)構(gòu)的第一圖案增強了 光輸出的展寬。因此，與未使用光學(xué)元件的情形相比，實現(xiàn)更均勻的照明圖案。如果在光源 中彼此相隔一定距離布置幾個LED，這是尤其有利的，因為由于光的擴展減少光源的斑點外 觀。
[0011] 進一步，該光學(xué)元件導(dǎo)致非常低的效率損耗。更具體地，如果全內(nèi)反射發(fā)生并且 LED發(fā)出的光向后引向LED，在這里光可能被吸收，那么能量損耗可能發(fā)生。例如，這種TIR 能夠在光學(xué)元件的頂面或側(cè)面發(fā)生。然而，利用本發(fā)明，選擇頂面的尺寸使得在頂面中不能 發(fā)生TIR。更具體地，頂面這樣延伸，以便其僅僅覆蓋第一角度范圍，LED的至少一個點所 發(fā)出的光在該范圍外將受到TIR。因此，在頂面未發(fā)生TIR并且從而減少效率損耗。此外， 因為側(cè)面朝向光軸折射線束，將減少光線在到達目標表面之前將撞擊任何障礙物諸如鄰近 LED或側(cè)壁的風(fēng)險。以這種方式，側(cè)面也有助于效率損耗的減少。
[0012] 進一步的優(yōu)點是，光學(xué)元件可能在LED的制造期間容易地結(jié)合到LED封裝中，并因 此增加LED布置的功能性，而不顯著地增加成本。
[0013] 多個側(cè)面可以進一步關(guān)于光軸傾斜。以這種方式，可以減少在側(cè)面發(fā)生的TIR。例 如，可以這樣選擇傾斜角，以便避免在側(cè)面中的TIR，其中關(guān)于光軸的角度不等于90度，例 如大于90度。如果在側(cè)面發(fā)生TIR，由LED發(fā)出的光主要沿一個方向在LED上方擴展開。 作為側(cè)面是直的并且關(guān)于光軸傾斜的替換，側(cè)面可以具有曲面形狀。
[0014] 多個側(cè)面的至少一個可以包括關(guān)于光軸具有不同傾斜度或角度的第一部分和第 二部分。通過調(diào)節(jié)第一部分和第二部分關(guān)于光軸的傾斜度或角度，實現(xiàn)更好地控制發(fā)射光 的方向。因此，可以進一步減少包括幾個LED的光源的斑點外觀。在一個實施例中，側(cè)面具 有不同傾斜度的部分的數(shù)目大于二。具有不同傾斜度的部分的數(shù)目可以對于全部側(cè)面是相 同的，或者可以對于不同側(cè)面是不同的。例如，一個側(cè)面可以具有傾斜度不同的兩個部分， 并且另一側(cè)面可以具有傾斜度不同的三個部分。
[0015] 在一個實施例中，全部側(cè)面關(guān)于光軸具有相同的傾斜度或角度。這在可以實現(xiàn)對 稱照明圖案上可能是有利的。類似地，全部側(cè)面可以具有相同尺寸。在幾個方面（aspect)， 具有對稱的幾何結(jié)構(gòu)的光學(xué)元件是有利的。例如，對稱的光學(xué)元件是有利的，其在于與非對 稱光學(xué)元件相比，較少受到光學(xué)元件的方向的影響。這簡化了后處理，諸如光學(xué)元件的安 裝，因為用戶在安裝期間無需考慮光學(xué)元件的方向。從制造的角度，依賴于使用什么類型的 制造工藝，對稱光學(xué)元件也可以是有利的。頂面的第一圖案可以延伸到多個側(cè)面中的至少 一個。例如，結(jié)構(gòu)的圖案可以延伸到兩個側(cè)面或全部側(cè)面。這有利地在于可以實現(xiàn)光在光 學(xué)元件的側(cè)向上，也就是說在垂直于光軸的方向上的更好地擴展開。
[0016] 該光學(xué)元件可以包括頂面的延伸，其這樣延伸以便其僅僅覆蓋在第一角度范圍向 外延伸的第二角度范圍。該頂面的延伸包括第二圖案，第二圖案包括第二光學(xué)結(jié)構(gòu)，其頂面 被定向為相對于光軸形成大于90度的角度。如果頂面的延伸不會具有第二光學(xué)結(jié)構(gòu)的任 何第二圖案，那么在頂面的延伸中將發(fā)生TIR。然而，通過包括具有頂面的第二光學(xué)結(jié)構(gòu)的 第二圖案，該頂面被定向為關(guān)于光軸形成大于90度的角度，從頂面的延伸所輸出的光能夠 被控制成減少TIR的發(fā)生。因此，結(jié)構(gòu)的第二圖案提供增加準直的光輸出。然而，隨著TIR 發(fā)生的減少，第二圖案增加效率，這是因為未將光向著可能吸收光的LED重定向。如果例如 出于設(shè)計或構(gòu)造原因，頂面的物理尺寸不能被限制于未發(fā)生TIR的角度范圍，那么具有延 伸的頂面的實施例可以是特別有用的。
[0017] 頂面的第一光學(xué)結(jié)構(gòu)的每個都可以具有上表面，該上表面被定向為關(guān)于光軸形成 小于90°的角度，其中該角度隨著到頂面中心的距離的增加而增加。例如，第一光學(xué)結(jié)構(gòu)橫 截面可以是鋸齒形的。以這種方式，頂面上的結(jié)構(gòu)的折射力在入射光的強度相對高的頂面 的中部比在光的強度較低的邊緣更高。
[0018] 第一光學(xué)結(jié)構(gòu)可以被布置成一維圖案。例如，該圖案可以包括彼此相鄰布置的脊 狀結(jié)構(gòu)。以這種方式，光在一個方向上擴展開。如果光學(xué)元件在具有LED -維陣列的光源 中使用，那么這可以是特別有利的?？商鎿Q地，第一光學(xué)結(jié)構(gòu)可以被布置成二維圖案。如果 這樣，光在兩個方向上擴展開。如果光學(xué)元件在具有LED二維陣列的光源中使用，那么這可 以是特別有利的。
[0019] 根據(jù)本發(fā)明的第二方面，通過包括根據(jù)第一方面的與LED整體形成的光學(xué)元件的 發(fā)光器件實現(xiàn)這個及其他目標。
[0020] 根據(jù)本發(fā)明的第三方面，通過LED裝置實現(xiàn)這個及其他目標，該LED裝置包括LED 和根據(jù)第一方面的光學(xué)兀件，該光學(xué)兀件與LED關(guān)聯(lián)。
[0021] 該LED裝置還可以進一步包括多個LED和多個根據(jù)第一方面的光學(xué)元件，多個LED 的每個都與多個光學(xué)元件中的一個關(guān)聯(lián)。多個LED及其關(guān)聯(lián)的多個光學(xué)元件可以被布置成 一維陣列。可替換地，多個LED及其關(guān)聯(lián)的多個光學(xué)元件可以被布置成二維陣列。
[0022] 第一方面的優(yōu)點通常適用于第二和第三方面。應(yīng)當注意，本發(fā)明涉及權(quán)利要求中 所記載的特征的全部可能組合。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0023] 現(xiàn)在將參考示出本發(fā)明的實施例的附圖，更詳細描述本發(fā)明的這些及其他方面。
[0024] 圖la-b和圖2-3為與根據(jù)實施例的LED -起使用的光學(xué)元件的側(cè)視圖。
[0025] 圖4是與根據(jù)實施例的LED -起使用的光學(xué)元件的頂視圖。
[0026] 圖5是根據(jù)實施例的光學(xué)元件的頂面上的結(jié)構(gòu)的橫截面視圖。
[0027] 圖6a_b是與根據(jù)實施例的LED -起使用的光學(xué)元件的頂視圖。
[0028] 圖7a_b示出了根據(jù)實施例的LED和光學(xué)元件的布置的頂視圖。
[0029] 圖7c是圖7a_b的布置的側(cè)視圖。
[0030] 圖8示出了線性LED布置的照度分布。
[0031] 如圖中示出的，為了說明性的目的，放大層和區(qū)域的尺寸，并因此被提供為說明本 發(fā)明的實施例的通用結(jié)構(gòu)。貫穿附圖，相同的參考數(shù)字涉及相同元件。
【具體實施方式】
[0032] 現(xiàn)在將參考附圖更完整地描述本發(fā)明，其中示出本發(fā)明的當前優(yōu)選實施例。然而， 本發(fā)明可以以許多不同形式實現(xiàn)，并且不應(yīng)該被解釋限制于本文中闡述的實施例；相反， 這些實施例被提供用于徹底和完全，并且充分地將本發(fā)明的保護范圍傳達給本領(lǐng)域技術(shù)人 員。
[0033] 圖la示出了被布置為與LED 102-起使用的光學(xué)元件100。所圖示的LED 102的 發(fā)光面積的尺寸表示LED裸片的發(fā)光面積的尺寸。光學(xué)元件100可以被放在LED 102的頂 部。光學(xué)元件100可以是與LED分開的元件或者可以與LED 102整體形成。
[0034] 該光學(xué)元件100是固體透明結(jié)構(gòu)，其具有底面103、頂面104和多個側(cè)面106。該 頂面104平行于底面103,并且至底面103相距一定距離放置。該側(cè)面106在底面103和 頂面104之間延伸。LED 102被布置在底面103以便由LED 102發(fā)出的光在底面103進入 光學(xué)元件100。側(cè)面106的數(shù)目可以變化。然而，優(yōu)選地，光學(xué)元件100包括四個側(cè)面106。 側(cè)面106的幾何尺寸可以不同或相同。該光學(xué)元件100還具有光軸A，其由頂面104的法線 限定，其實質(zhì)上垂直于頂面104和底面103,并且在從底面103到頂面104的方向上延伸。
[0035] 頂面104在其背向LED 102的上側(cè)上具有第一圖案108。如所圖示的，第一圖案 108包括第一光學(xué)結(jié)構(gòu)110,其被布置為將源自LED 102的光折射遠離光軸A。例如，這可以 通過第一光學(xué)結(jié)構(gòu)110具有以下的頂部小面實現(xiàn)，這些頂部小面被定向為相對于光軸A形 成小于90°的角度?。在所圖示的實施例中，用于鄰近第一光學(xué)結(jié)構(gòu)110的角度?隨著到 頂面104的中心的距離的增加而增加。以這種方式，第一光學(xué)結(jié)構(gòu)110的折射力在頂面104 的中部最大，并且向頂面104的邊緣減小。
[0036] 類似地，側(cè)面106被布置為將源自LED 102的光向光軸A折射。以這種方式，可以 獲得均勻照明圖案，特別是如果將幾個LED以陣列布置。進一步，隨著光向光軸A引導(dǎo)，發(fā) 射光在到達諸如鄰近LED的目標之前，很少會擊中光學(xué)元件外的任何障礙物。因此，從而提 高效率。例如，側(cè)面106可以是直的，并且可以相對于光軸A形成角度，其不等于90度。可 以這樣選擇側(cè)面106相對于光軸A的角度，以便避免在側(cè)面106的TIR?？商鎿Q地，一個或 多個側(cè)面106可以彎曲的。如下面進一步解釋的，一個或多個側(cè)面106可以是多小面的。
[0037] 可以這樣選擇頂面104在垂直于光軸A的方向上的幾何尺寸，以便避免在頂面104 的TIR。因為避免TIR，所以由于光學(xué)元件100的效率損耗非常小。更具體地，這樣選擇頂 面104的尺寸，以便如果頂面104已經(jīng)在垂直于光軸A的方向上有任何更進一步延伸，那么 由LED 102的至少一個點發(fā)出的光將在頂面104已經(jīng)受到TIR。
[0038] 這在圖lb中進一步示出，其示出圖1的LED 102和光學(xué)元件100以及頂面的虛 擬延伸112。LED 102的發(fā)出面積具有幾何廣度。因此，LED 102的每個點都可以發(fā)光，諸 如所圖示的點l〇2a-b。點102a是LED 102最左邊的點，并且點102c是LED 102最右邊的 點。對于LED 102的每個點，諸如點102a-b，限定了由相對于光軸A的角度?限定的關(guān)聯(lián)角 度范圍。這里，角度范圍114a-b分別與點102a-b關(guān)聯(lián)。角度?與以下角度關(guān)聯(lián)，即在大于 該角度，LED 102所發(fā)出的光的TIR將在頂面104的虛擬延伸112中發(fā)生。換句話說，如果 頂面104更進一步延伸，對于LED 102所發(fā)出的大于角度·的光，TIR將在頂面104發(fā)生。 因此，由LED的任一點發(fā)出的光，諸如以大于角度?的角度的點102a-b中的一個所發(fā)出的 光，在其到達頂面104的虛擬延伸112,其將經(jīng)受TIR。一旦已知光學(xué)元件100的折射率，角 度?可以通過折射定律容易地計算。
[0039] 為了避免在頂面104的TIR，頂面104不應(yīng)該在可能與LED 102的任一點相關(guān)聯(lián) 的任何角度范圍外延伸。這通過頂面104覆蓋相對于光軸A的第一角度范圍116來實現(xiàn)， 該范圍相應(yīng)于可以針對LED 102的任何點所限定的角度范圍的交集。特別地，這可以看作 相應(yīng)于可以針對LED 102的邊緣點102a和102b限定的角度范圍114a和114b的交集。以 這種方式，頂面104不會延伸到在發(fā)生TIR的任何角度范圍114a-b之外，并因此避免在頂 面104中的TIR。換言之，在第一角度范圍116外，也就是，在虛擬延伸112,由LED 102的 至少一個點發(fā)出的光受到TIR。
[0040] 圖2示出了與LED 202 -起使用的光學(xué)元件200。這個實施例不同于參考圖la描 述的實施例在于其還包括頂面104 (非虛擬）延伸204。頂面104的延伸204在垂直于光軸 A的方向上延伸，以便其僅僅覆蓋在關(guān)于圖lb所公開的第一角度范圍之外延伸的第二角度 范圍。換句話說，第一和第二角度范圍是不重疊的。由于該延伸204覆蓋從第一角度范圍 向外延伸的第二角度范圍，所以如果不采取進一步措施，那么在該延伸204可能發(fā)生TIR。 為了在頂面的延伸204避免TIR，延伸204包括第二圖案208。第二圖案208包括第二光學(xué) 結(jié)構(gòu)210,其被配置為將光向光軸A折射。例如，這可以通過具有小面212的第二光學(xué)結(jié)構(gòu) 210實現(xiàn)，該小面被定向成使得其相對于光軸A限定大于90°的角度?。例如，鄰近的第二 光學(xué)結(jié)構(gòu)210的角度?可以隨著到頂面的延伸204邊緣的距離的減小而增加。在頂面出于 實際原因不能被給予任意尺寸，而是受限于某些條件時，圖2的實施例可能特別有用。例 如，如果頂面104的尺寸被限制在等于LED 102的發(fā)光面積的尺寸，那么可以使用這個實施 例。
[0041] 在頂面104的第一光學(xué)結(jié)構(gòu)的圖案108和頂面的延伸204的第二光學(xué)結(jié)構(gòu)的第二 圖案208之間，頂面104的一部分可能不存在光學(xué)結(jié)構(gòu)。該部分可能被看作相應(yīng)于具有相 對于光軸A等于90°的角度?的光學(xué)結(jié)構(gòu)。
[0042] 圖3示出了與LED 302 -起使用的光學(xué)元件300。光學(xué)元件300具有頂面304和 側(cè)面，其中至少一個側(cè)面包括位于最接近頂面304的第一部分306a和第二部分306b。在所 圖示的實施例中，全部側(cè)面都包括第一和第二部分306a和306b。然而，通常，不同的側(cè)面可 以包括不同數(shù)目的部分。所圖示的第一部分306a和第二部分306b實質(zhì)上是直的。例如，第 一部分306a和第二部分306b可以以平面表面的形式。第一部分和第二部分306a和306b 可以相對于光軸A具有不同的傾斜度。尤其是，第一部分306a可以具有由相對于光軸A的 角度·：限定的第一傾斜度，并且第二部分306b可以具有相對于光軸A的角度· 2限定的第 二傾斜度，其中· 2 >· i > 90°。例如，可以這樣選擇第一部分306a的傾斜度· i，以便在 LED 302發(fā)出的光穿過第一部分306a，實質(zhì)上未發(fā)生光的折射。同時，可以這樣選擇第二部 分306b的傾斜度· 2，以便由LED 302發(fā)出的光被向著光軸A折射。通過變化側(cè)面的不同 部分306a-b的角度或傾斜度和尺寸，能夠控制發(fā)射光的方向。
[0043] 在一個可替換的實施例中，第一部分306a是彎曲的，以便其具有二階或更高階的 曲線或表面的形狀?？商鎿Q地，其可以以B樣條（B-spline)或有理貝塞爾（Bezier)曲線的 形式?？商鎿Q地，第一部分306a的橫截面可以以弧形的形狀。以這種方式，第一部分306a 可以被設(shè)計為具有這樣的形狀，通過該形狀，由LED 302發(fā)出的光實質(zhì)上垂直撞擊在第一 部分306a上從而獲得實質(zhì)上未折射的光。
[0044] 圖4是具有帶有第一圖案408的頂面404和側(cè)面406a_d的光學(xué)元件400的頂視 圖。該光學(xué)元件400被與LED 402 -起使用。在這個實施例中，第一圖案408還延伸到多 個側(cè)面406a-d的至少一個。這里，該圖案延伸到兩個側(cè)面，也就是相對布置的側(cè)面406b和 406d。然而，該圖案也可以延伸到全部側(cè)面406a-d。在光學(xué)元件400具有側(cè)面406a-d的情 形中，其中如上面參考圖3所討論的，側(cè)面406a-d被分為具有不同角度或傾斜度的不同部 分，該圖案408可以延伸到僅僅一個部分、到一些部分、或到全部部分。通過也在側(cè)面406上 具有第一光學(xué)結(jié)構(gòu)的第一圖案，由LED 402發(fā)出的光被進一步折射并擴展開。以這種方式， 當與光學(xué)元件400 -起使用時，由LED 402引起的照明分布可以被進一步提高。特別是，可 以提高在垂直于光軸的方向上的照明。
[0045] 圖5示出了頂面的第一光學(xué)結(jié)構(gòu)110的第一圖案108的示例。原則上，第一光學(xué) 結(jié)構(gòu)110的第一圖案108可以具有任何形狀，只要其用來將由LED發(fā)出的光折射遠離光軸 A。這里，第一圖案108包括具有鋸齒形橫截面的多個鄰近第一光學(xué)結(jié)構(gòu)110。鋸齒形第一 光學(xué)結(jié)構(gòu)110具有頂表面，其被定向為關(guān)于光軸A形成小于90°的角度?。該角度?隨著 到頂面104的中心的距離的增加而增加。以這個方式，第一圖案108的折射力向著頂面的 邊緣減小。
[0046] 在光學(xué)元件包括第二圖案諸如圖2的圖案208的情形中，第二圖案的第二光學(xué)結(jié) 構(gòu)也可以具有鋸齒形橫截面。
[0047] 圖6a_b為如何可以將第一光學(xué)結(jié)構(gòu)的第一圖案布置在光學(xué)兀件的頂面上的不 例。在圖6a中，第一光學(xué)結(jié)構(gòu)110被布置成一維圖案。例如，第一光學(xué)結(jié)構(gòu)110可以以脊 的形式，該脊被彼此鄰近布置以形成得到的圖案108。例如，該脊可以具有如參考圖4所述 的鋸齒形橫截面。通過將第一光學(xué)結(jié)構(gòu)110布置成一維圖案，實現(xiàn)光在一個方向上的擴展。
[0048] 在圖6b中，第一光學(xué)結(jié)構(gòu)110被布置成二維圖案。例如，形成第一圖案108的個 體的第一光學(xué)結(jié)構(gòu)110可以以彼此鄰近布置的半錐體的形式。其它替代為四分之一球體或 橢球體。通過將第一光學(xué)結(jié)構(gòu)110布置成二維圖案，光在兩個方向上擴展。
[0049] 上面公開的示例也適用于參考圖2公開的第二圖案。
[0050] 圖7a_c示出了包括根據(jù)如上所述的實施例的光學(xué)元件的LED布置的示例。例如， LED可以是發(fā)出白光的涂覆磷光體的LED或者具有遠程磷光體的發(fā)出藍光的LED。圖7a示 出了包括多個LED 702和多個光學(xué)元件701的矩形光源。LED 702被布置為矩形陣列。類 似地，圖7b示出了包括多個LED 702和多個光學(xué)元件701的線性光源700b。LED 702被布 置為線性陣列。矩形陣列和線性陣列的每個LED 702與多個光學(xué)元件701的一個關(guān)聯(lián)，如 圖7c所圖示的，光學(xué)元件701位于LED的頂部或與LED整體形成。
[0051] 通過將每個LED 702與光學(xué)元件701關(guān)聯(lián)，所獲得的光源700a或700b的照明分 布得以改善，這意味著與未使用光學(xué)元件701的情形相比，照明分布更均勻。圖8示出了線 性光源的照明分布，該線性光源具有彼此間隔50mm的距離布置的三個LED。照明平面位于 距LED 20mm的距離。曲線802表示當不存在光學(xué)元件時的照明分布，并且曲線804表示存 在光學(xué)元件的照明分布。在圖8中清楚地示出，當使用光學(xué)元件時，照明分布更均勻。實際 上，這意味著減少光源的斑點外觀，并且在遠程磷光體應(yīng)用的情形中，由于磷光體層中的熱 點減少，壽命得以增加。
[0052] 本領(lǐng)域技術(shù)人員認識到，本發(fā)明決不限于如上所述的優(yōu)選實施例。相反，在附加的 權(quán)利要求的范圍內(nèi)，可能存在許多修改和變化。例如，該側(cè)面可以包括超過兩個具有不同形 狀的部分。進一步，關(guān)于頂面的第一光學(xué)結(jié)構(gòu)的形狀，存在許多替換例。
[0053] 另外，本領(lǐng)域技術(shù)人員在實踐所要求權(quán)利的本發(fā)明中，能夠從附圖、公開、和附加 權(quán)利要求的學(xué)習(xí)中，理解本公開的實施例的變化并受其影響。在權(quán)利要求中，單詞"包括"不 排除其他元件或步驟，并且不定冠詞"一"或"一個"不排除多個。在相互不同的從屬權(quán)利 要求中記載某些措施的僅有事實不指示這些措施的組合不能被加以利用。
【權(quán)利要求】
1. 一種與1^0(102、202、302、402)-起使用的光學(xué)元件（100、200、300、400)，包括： 底面（103)，被布置為從所述LED(102、202、302、402)接收入射光， 頂面（104、404)，其具有在從所述底面（103)到所述頂面（104、404)的方向上延伸并且 限定光軸（A)的法線， 其中所述頂面（1〇4、404)延伸成使得其覆蓋相對于所述光軸（A)的第一角度范圍 (116)，在所述第一角度范圍（116)外側(cè)，由所述LED(102、202、302、402)的至少一個點發(fā)出 的光將在所述頂面（1〇4、404)的虛擬延伸（204)處受到全內(nèi)反射，和 其中所述頂面（1〇4、404)包括第一光學(xué)結(jié)構(gòu)（110)的第一圖案（108、408)，其被布置為 將源自所述1^0(102、202、302、402)的光折射遠離所述光軸仏）；和 多個側(cè)面（l〇6、406a-d)，在所述底面（103)和所述頂面（104、404)之間延伸，所述多 個側(cè)面（106、406&-(1)被布置為將源自所述1^(102、202、302、402)的光向所述光軸仏）折 射。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)元件（100、200、300、400)，其中所述多個側(cè)面（106、 406a-d)相對于所述光軸（A)傾斜。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的光學(xué)元件（100、200、300、400)，其中所述多個側(cè)面（106、 406a-d)中的至少一個包括相對于所述光軸具有不同傾斜度的第一部分（306a)和第二部 分（306b)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的光學(xué)元件（100、200、300、400)，其中全部側(cè)面（106、406&-(1) 相對于所述光軸具有相同的傾斜度。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)元件（100、200、300、400)，其中全部側(cè)面（106、406&-(1) 具有相同的幾何尺寸。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)元件（100、200、300、400)，其中所述頂面（104)的第一 圖案（108、408)延伸到所述多個側(cè)面（106、406a-d)中的至少一個。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)元件（100、200、300、400)，還包括所述頂面（104)的延 伸（204)，其延伸成使其僅覆蓋在所述第一角度范圍（116)向外延伸的第二角度范圍，其中 所述頂面（104)的所述延伸（204)包括含有第二光學(xué)結(jié)構(gòu)（210)的第二圖案（208)，所述第 二光學(xué)結(jié)構(gòu)具有被定向為相對于所述光軸（A)形成大于90度的角度的頂表面（212)。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)元件（100、200、300、400)，其中所述第一光學(xué)結(jié)構(gòu)（110) 每個具有被定向為相對于所述光軸（A)形成小于90度的角度的頂表面，并且其中所述角度 隨著到所述頂面中心的距離的增加而增加。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的光學(xué)元件（100、200、300、400)，其中所述第一光學(xué)結(jié)構(gòu)（110) 橫截面為鋸齒形。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)元件（100、200、300、400)，其中所述第一光學(xué)結(jié)構(gòu) (110)以一維圖案布置。
11. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)元件（100、200、300、400)，其中所述第一光學(xué)結(jié)構(gòu) (110)以二維圖案布置。
12. -種發(fā)光器件，包括與LED整體形成的根據(jù)權(quán)利要求1-11的任何一項所述的光學(xué) 元件（100、200、300、400)。
13. -種 LED 裝置（700a、700b)，包括 LED (702)，和 根據(jù)權(quán)利要求1-11任一項所述的光學(xué)元件（701)，所述光學(xué)元件（701)與所述LED關(guān) 聯(lián)。
14. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的LED裝置（700a、700b)，包括多個LED (702)，其每個都與光 學(xué)元件（701)關(guān)聯(lián)，其中所述多個LED (702)以一維陣列布置。
15. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的LED裝置（700a、700b)，包括多個LED (702)，其每個都與光 學(xué)元件（701)關(guān)聯(lián)，其中所述多個LED (702)以二維陣列布置。
【文檔編號】F21V5/00GK104115050SQ201380009813
【公開日】2014年10月22日 申請日期:2013年2月12日 優(yōu)先權(quán)日:2012年2月16日
【發(fā)明者】A·比吉爾斯馬, R·A·M·?？他溙? 申請人:皇家飛利浦有限公司