專(zhuān)利名稱(chēng)：光學(xué)引擎的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種光學(xué)引擎，包括帶有至少一個(gè)孔的腔室和位于該腔室內(nèi)部的多個(gè)LED元件。
出于例如將該光耦合于一個(gè)或多個(gè)光纖維中從而使該光離開(kāi)單個(gè)光源傳送到多個(gè)偏遠(yuǎn)的地方例如多個(gè)汽車(chē)頭燈/尾燈等處的目的，或者例如為了將非常亮的集中光束直接發(fā)射到外界或發(fā)射到光導(dǎo)引件的一些實(shí)施例中或者出于根據(jù)特定理想規(guī)格成形和/或瞄準(zhǔn)發(fā)射光束的原因發(fā)射到準(zhǔn)直元件中去的原因，存在對(duì)于高強(qiáng)度和高發(fā)光性局部光源的需求。一個(gè)例子是光學(xué)引擎，包括例如HID燈的高強(qiáng)度單個(gè)光源。其輔助光學(xué)器件通常包括至少一個(gè)拋物面鏡和準(zhǔn)直透鏡，來(lái)自光源的光投影和聚焦在實(shí)現(xiàn)光傳送的光學(xué)纖維陣列上。后者的例子包括顯示器背光和汽車(chē)頭燈。近年來(lái)，由于LED光源與傳統(tǒng)光源相比時(shí)的一些公知益處，用LED光源代替?zhèn)鹘y(tǒng)光源的興趣顯著增加。
在過(guò)去的十年中，關(guān)注于LED特別是固態(tài)無(wú)機(jī)LED的設(shè)計(jì)和制造現(xiàn)在已經(jīng)快速提高到了無(wú)機(jī)白光發(fā)射LED能夠以稍超過(guò)40流明/瓦的效率進(jìn)行制造的水平。這顯然超過(guò)了傳統(tǒng)白熾燈(最多16流明/瓦)和大多數(shù)鹵素?zé)?最多30-35流明/瓦)。從單個(gè)LED模獲得的流明輸出現(xiàn)在已經(jīng)增加到遠(yuǎn)超過(guò)100流明并且期望幾年后應(yīng)當(dāng)可能在2.7瓦的輸入功率情況下實(shí)現(xiàn)每LED模75流明/瓦的效率，從而生產(chǎn)出200流明/LED。另一方面，在可預(yù)見(jiàn)的將來(lái)，每LED模的極限流明輸出在用于照明目的的LED普通設(shè)備應(yīng)用中仍存在一個(gè)需要克服的障礙。普通照明光源必須產(chǎn)生處于民用時(shí)500-1000流明而專(zhuān)用時(shí)1000-3000流明的光通量，即普通白熾光源和熒光光源的輸出電流。當(dāng)來(lái)自許多LED模的光輸出結(jié)合在單個(gè)夾具中時(shí)，這只能用LED提供所謂的光學(xué)引擎來(lái)實(shí)現(xiàn)。這本身不應(yīng)是個(gè)問(wèn)題，然而當(dāng)需要高亮度光源時(shí)它開(kāi)始成為一個(gè)問(wèn)題，因?yàn)槔鐏?lái)自所有結(jié)合的LED的發(fā)射光不得不借助于小尺寸緊湊型準(zhǔn)直元件進(jìn)行瞄準(zhǔn)。后者的一個(gè)公知的例子是汽車(chē)頭燈。這里，人們通常使用H7鹵素?zé)?55瓦的輸入功率)，發(fā)射大約1500流明。這些流明以大約30Mcd/平方米的亮度發(fā)射。在使用氙氣HID燈的情況下，所得的亮度增加到大約80Mcd/平方米。相反，當(dāng)單個(gè)的1平方毫米LED模制成發(fā)射50流明的白光，這大約是用現(xiàn)行技術(shù)可以獲得的最佳情況，此時(shí)單個(gè)模的亮度是大約8Mcd/平方米，仍然低于鹵素?zé)袅炼鹊膸妆恫⑶业陀趥鹘y(tǒng)HID燈亮度數(shù)量級(jí)的幾倍。當(dāng)需要多個(gè)LED模時(shí)由于相鄰模之間必要的間距而使情況顯著惡化。
LED光學(xué)引擎(也稱(chēng)為″發(fā)光器″)的一個(gè)例子公開(kāi)在US6402347中，它能夠?qū)亩鄠€(gè)LED模發(fā)出的光輸出結(jié)合在一起以實(shí)現(xiàn)發(fā)射光的單個(gè)集中(瞄準(zhǔn))光束。其中，單個(gè)LED元件安裝在背板上，其每一個(gè)安裝有準(zhǔn)直圓頂。相鄰對(duì)準(zhǔn)的菲涅耳透鏡用于將單個(gè)LED光束投影到單個(gè)輸出元件上，例如光導(dǎo)引件。這一系統(tǒng)的主要問(wèn)題是由于從各個(gè)光界面的反射造成的大量光損失，其數(shù)量可達(dá)大約60％。這種光學(xué)引擎的其它缺點(diǎn)是它的容積以及輔助光學(xué)器件所需的精密對(duì)準(zhǔn)提高了這種光學(xué)引擎的成本。至今，這種LED光學(xué)引擎的尺寸和成本還遠(yuǎn)超過(guò)普通高強(qiáng)度光源。
因此，本發(fā)明的目的是提供基于LED的光學(xué)引擎，它更容易且更便宜地生產(chǎn)，它具有緊湊的尺寸，并且顯示出比現(xiàn)有基于LED的光學(xué)引擎更良好的性能。
為此，本發(fā)明提供一種光學(xué)引擎，包括具有至少一個(gè)孔的腔室和多個(gè)位于該腔室中的LED元件，其中有效地，腔室的所有內(nèi)表面實(shí)現(xiàn)為高反射性、最好是漫反射(也稱(chēng)為″白色反射″)表面，該表面基本不吸收理想波長(zhǎng)范圍內(nèi)的光，特別是可見(jiàn)光譜域、紫外線區(qū)域和/或紅外線區(qū)域。術(shù)語(yǔ)″高反射性″應(yīng)被理解為反射率接近100％，優(yōu)選≥95％，更優(yōu)選≥98％。
根據(jù)本發(fā)明，如果所有未被LED元件占據(jù)的內(nèi)表面-包括LED元件之間的表面積-都是高反射性的，則基本上所有由LED元件發(fā)射的光將離開(kāi)腔室穿過(guò)該孔，或許在數(shù)次甚至多次反射之后終將離開(kāi)。這種光在腔室中多次反射的現(xiàn)象被稱(chēng)為″內(nèi)部光循環(huán)″。在這種結(jié)構(gòu)中，每個(gè)內(nèi)腔表面實(shí)際上是發(fā)射表面，無(wú)論它本身是像LED元件的表面一樣發(fā)光，還是反射光。根據(jù)本發(fā)明的光學(xué)引擎不同于現(xiàn)有技術(shù)的光學(xué)引擎，它不包括內(nèi)部的輔助光學(xué)器件，從而制造更加經(jīng)濟(jì)。如果期望的話，根據(jù)本發(fā)明的光學(xué)引擎可具有外部輔助光學(xué)器件，最好提供在光學(xué)引擎孔附近，其目的是定形和/或瞄準(zhǔn)來(lái)自光學(xué)引擎的發(fā)射光束。
以這種方式設(shè)計(jì)的腔室，作為″集光球″或所謂″積算球″構(gòu)造，這樣由腔室內(nèi)部的LED發(fā)射的絕大部分光將真正穿過(guò)該孔離開(kāi)腔室。顯然，整個(gè)光學(xué)引擎的效率最終依賴(lài)于腔室內(nèi)表面獲得的反射率。雖然內(nèi)表面的反射率不可能準(zhǔn)確達(dá)到100％，這一極限仍可以相當(dāng)好地接近。非常良好的性能可用根據(jù)本發(fā)明的光學(xué)引擎獲得這一點(diǎn)將在下面進(jìn)行證明，從而最終獲得的值將總是依賴(lài)于光學(xué)引擎的準(zhǔn)確結(jié)構(gòu)參數(shù)，例如LED在腔室中的封裝密度、LED的反射率、孔開(kāi)口相對(duì)于暴露于光的光學(xué)引擎總內(nèi)表面積的尺寸。因此準(zhǔn)確的結(jié)構(gòu)參數(shù)應(yīng)被選擇以適應(yīng)期望的場(chǎng)合。
接下來(lái)，假定LED是固態(tài)無(wú)機(jī)LED模，因?yàn)樗鼈兪悄壳翱捎玫木哂谐渥惆l(fā)光強(qiáng)度的類(lèi)型。當(dāng)然，任何其它電子發(fā)光元件均可采用，例如激光二極管、其它類(lèi)型的半導(dǎo)體發(fā)光元件或有機(jī)LED，只要它們提供充足的性能。因此，下面的術(shù)語(yǔ)″LED″將被認(rèn)為是任何適當(dāng)類(lèi)型電子發(fā)光元件的同義詞。
從屬權(quán)利要求和隨后的說(shuō)明書(shū)公開(kāi)了本發(fā)明的特別有利的實(shí)施例和特征。
內(nèi)表面的反射率基本能夠以任何方式獲得。唯一嚴(yán)格的是反射率足夠高，優(yōu)選≥98％。優(yōu)選地，高反射面可通過(guò)在腔壁的內(nèi)表面上分布漫反射材料來(lái)實(shí)現(xiàn)。例如，內(nèi)表面可涂敷形式為足夠厚度的粒子/粘結(jié)劑涂層的適當(dāng)材料。
在本發(fā)明特別優(yōu)選的實(shí)施例中，漫反射材料容納在腔壁的內(nèi)表面與蓋板之間，該蓋板至少在理想波長(zhǎng)范圍內(nèi)透明。漫反射材料因此夾在腔壁的內(nèi)表面與透明蓋板之間。這種結(jié)構(gòu)允許采用例如反射干燥粉末、優(yōu)選自由流動(dòng)粉末的漫反射材料。適當(dāng)?shù)陌咨瓷浞勰┛砂ɡ缪趸X、氧化鈦、氧化鐿、硫酸鋇、焦磷酸鈣、海磷酸鈣(Ca-halophosphate)、或氧化鎂的無(wú)機(jī)粒子或這些粒子的混合物。任何有機(jī)粘結(jié)劑的缺少都增加粉粒的反射率并避免逐漸經(jīng)時(shí)褪色。特別推薦使用平均粒徑5-15微米的焦磷酸鈣，因?yàn)樗谋阋撕头奖憧捎眯浴⒒瘜W(xué)純度、抗高溫(＞1000℃)的能力、當(dāng)它混合大約1％w/w Alon-C納米微粒(即，氧化鋁納米微粒，Degussa GmbH，德國(guó))時(shí)能用作自由流動(dòng)粉末，它對(duì)于用干燥粉末粒子容易地填充腔室內(nèi)表面和蓋板之間的相對(duì)狹窄空間非常有用，以及它那經(jīng)證明在900℃退火后不吸收可見(jiàn)光的特性。采用焦磷酸鈣粉末，反射粉末層最好應(yīng)具有至少2毫米的厚度，從而達(dá)到至少98％-99％的反射率。
為了獲得在將輸入功率轉(zhuǎn)化為光方面最大可能的效率，必需盡可能使產(chǎn)生在LED元件內(nèi)部的光真正離開(kāi)LED進(jìn)入腔室內(nèi)部。這不是沒(méi)有問(wèn)題的，因?yàn)閮?nèi)反射出現(xiàn)在LED模表面與圍繞部之間的邊界層。因此在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例中，光學(xué)引擎包括用于促使由LED元件發(fā)射到腔室內(nèi)去的光進(jìn)行外耦合的外耦合裝置。
該外耦合裝置可包括透明圓頂，例如由硅樹(shù)脂和/或一些有機(jī)聚合材料制成，其每一個(gè)都光學(xué)連接于相應(yīng)LED元件的光發(fā)射面。優(yōu)選地，當(dāng)這一蓋板用于覆蓋LED元件和/或LED裝置主體安裝所在的腔壁并用于覆蓋/夾合白色漫反射材料時(shí)，圓頂穿過(guò)孔伸入蓋板中。這種圍繞LED元件存在的透明圓頂促進(jìn)光從LED模的外耦合。另一方面，它們的存在不利地影響了光學(xué)引擎腔室內(nèi)部光循環(huán)的效率。依賴(lài)于LED特征和所包括的波長(zhǎng)，光吸收會(huì)發(fā)生在相應(yīng)LED元件內(nèi)部或直接相鄰的圓頂?shù)牡撞俊４送?，光學(xué)引擎內(nèi)側(cè)上的高反射涂層僅存在于位于圓頂之間的內(nèi)壁表面積上，該圓頂橫截面明顯大于相應(yīng)LED模本身的橫截面。
因此，在可選實(shí)施例中，LED圓頂被簡(jiǎn)單省略。然后白色反射涂層可施加于LED模元件之間，并且當(dāng)與采用圓頂?shù)那闆r相比時(shí)將覆蓋內(nèi)壁表面積的大致更大的部分。由于來(lái)自裸LED模的光的外耦合本來(lái)效率較低，暴露的LED模表面最好覆蓋著與模光學(xué)接觸的透明散射涂層，或者直接對(duì)LED模表面應(yīng)用微觀結(jié)構(gòu)。后者的這些措施促進(jìn)了來(lái)自LED模的光的外耦合。
在最優(yōu)選的實(shí)施例中，覆蓋反射材料的透明蓋板也覆蓋LED元件，并且外耦合裝置包括多個(gè)透明外耦合元件，其每一個(gè)都從相應(yīng)LED元件的發(fā)光表面延伸到透明蓋板。從而，光學(xué)透明的外耦合元件本身可形成蓋板的一部分。
透明的外耦合元件最好具有在外耦合元件與透明蓋板之間的分界面處比外耦合元件與相應(yīng)LED元件之間的分界面處更寬的橫截面。例如，透明的外耦合元件可具有圓錐形、拋物線形或金字塔形形狀，特征在于橫截面在遠(yuǎn)離相應(yīng)LED元件的方向內(nèi)加寬。這種形式確保透明的外耦合元件不僅有助于對(duì)產(chǎn)生于LED模中的光進(jìn)行外耦合并像光導(dǎo)體一樣通過(guò)透明蓋板將其傳導(dǎo)到腔室內(nèi)部，并且還有助于擔(dān)當(dāng)LED的準(zhǔn)直儀，限制LED的發(fā)射角。
實(shí)質(zhì)上，任何LED元件均可采用，例如涂敷有光轉(zhuǎn)換物質(zhì)(通常稱(chēng)為熒光物質(zhì)或僅僅是″磷光質(zhì)″涂層)的LED模。這種LED的磷光質(zhì)涂層確保由LED發(fā)射的特定波長(zhǎng)的光的至少一部分轉(zhuǎn)換為不同的波長(zhǎng)，從而總體上光線以理想波長(zhǎng)特性即特定顏色發(fā)射。光學(xué)干涉層可設(shè)置在LED模與LED模表面上的磷光質(zhì)涂層之間，用于促使產(chǎn)生在LED模內(nèi)部的光發(fā)射到磷光質(zhì)層中并使從磷光質(zhì)層進(jìn)入LED模中去的磷光質(zhì)轉(zhuǎn)換光的發(fā)射減弱。
在采用磷光質(zhì)轉(zhuǎn)換LED的情況下，例如磷光質(zhì)粒子的光轉(zhuǎn)換物質(zhì)可分布在反射材料上或其內(nèi)部，例如白色反射粉末，它或作為粒子/粘結(jié)劑涂層分布在腔壁內(nèi)表面上，或作為無(wú)粘結(jié)劑粉末層夾在腔壁與透明蓋板之間。這從處理/封裝的觀點(diǎn)來(lái)看不僅更容易、更便宜，而且提供一種抵抗熒光粉飽和度現(xiàn)象的策略并且有助于提高從模得到的流明輸出。通過(guò)例如干燥粉末的簡(jiǎn)單混合將磷光質(zhì)結(jié)合于漫反射白色粉末，簡(jiǎn)化了LED元件的制造并避免了高光強(qiáng)度下的熒光粉飽和度，因?yàn)榇罅康牧坠赓|(zhì)能穿過(guò)相對(duì)較大的表面積傳播。漫反射白色粉末層或漫反射粒子/粘結(jié)劑涂層中磷光質(zhì)的數(shù)量和位置可進(jìn)行優(yōu)化從而獲得適當(dāng)?shù)念伾c(diǎn)。這種情況下，無(wú)磷光質(zhì)LED元件也可采用。
附加地或可選地，不同波長(zhǎng)和特征的LED元件，例如紅色、綠色、藍(lán)色，可隨心所欲地使用和定位在該光學(xué)引擎中。當(dāng)采用根據(jù)本發(fā)明的光學(xué)引擎時(shí)多色混合的問(wèn)題自動(dòng)得到解決，因?yàn)閱蝹€(gè)LED模不能直接從外部看出并且內(nèi)部顏色混合由內(nèi)部光循環(huán)處理負(fù)責(zé)。
該孔可基本由腔壁上的簡(jiǎn)單開(kāi)口組成?？讌?shù)對(duì)光學(xué)引擎的影響此后將進(jìn)行詳細(xì)討論。例如光學(xué)纖維或類(lèi)似物的光導(dǎo)元件可設(shè)置在該孔的附近、之中或之上，其中產(chǎn)生在光學(xué)引擎中的光被捕捉。在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例中，光束形成元件設(shè)置在孔之中或附近。例如形式為透鏡、錐形元件、金字塔形元件或拋物線形元件的光準(zhǔn)直元件特別優(yōu)選。通過(guò)孔出去的光在限定的發(fā)射角中瞄準(zhǔn)和/或通過(guò)這樣的準(zhǔn)直元件在限定的空間/角度光強(qiáng)分布圖案中定形。
為了使存在于光學(xué)引擎內(nèi)部的各個(gè)光學(xué)界面處通過(guò)內(nèi)反射引起的光損失最小化，例如腔室內(nèi)部與透明蓋板之間和/或腔室內(nèi)部與外耦合裝置之間和/或腔室內(nèi)部與設(shè)置在光學(xué)引擎孔處的準(zhǔn)直元件之間，和/或腔室內(nèi)部與LED模表面之間的界面處，該腔室最好填充有折射率接近于或優(yōu)選匹配于透明蓋板和/或外耦合裝置和/或準(zhǔn)直元件和/或LED元件的折射率的材料，因此相對(duì)于可見(jiàn)光和/或相對(duì)于內(nèi)部產(chǎn)生并從LED模發(fā)射出來(lái)的光降低或均勻消除各個(gè)光學(xué)界面的“光學(xué)可見(jiàn)性”。
這種材料可為具有理想(匹配)折射率的有機(jī)介質(zhì)，例如透明液體、特別是油，或是固體樹(shù)脂、特別是硅樹(shù)脂，最好相對(duì)于可見(jiàn)光和/或內(nèi)部產(chǎn)生并從LED模發(fā)射出來(lái)的光大致不吸收。當(dāng)腔室內(nèi)的填充材料與所述光學(xué)元件光學(xué)接觸時(shí)，這一措施還使位于光學(xué)引擎的孔處的光學(xué)元件的菲涅耳反射最小化。當(dāng)材料為用于LED元件前端冷卻的液體材料時(shí)獲得優(yōu)選的實(shí)施例。優(yōu)選地，液體材料作為光學(xué)引擎腔室與一些附加外部冷卻裝置之間的流體而被循環(huán)泵送以增加流體的冷卻效果。
根據(jù)本發(fā)明的光學(xué)引擎可用于任何LED照明設(shè)備，特別是例如汽車(chē)頭燈的汽車(chē)照明系統(tǒng)，特征在于該照明設(shè)備具有有限面積的光輸出孔，帶有可調(diào)亮度和顏色的輸出光束，光從該孔發(fā)射到幾個(gè)遠(yuǎn)方位置。發(fā)射的輸出光束的亮度可通過(guò)改變提供給光學(xué)引擎內(nèi)部的各LED元件的電功率進(jìn)行方便地調(diào)節(jié)。在例如紅、綠、藍(lán)LED元件的不同波長(zhǎng)特征的LED元件存在于光學(xué)引擎內(nèi)部的情況下，發(fā)射的輸出光束顏色也可通過(guò)改變提供給各LED元件的電功率進(jìn)行調(diào)節(jié)。
本發(fā)明的其它目的和特征將從下列結(jié)合附圖的詳細(xì)說(shuō)明中變得顯而易見(jiàn)。當(dāng)然，要理解的是附圖單純出于描述的目的被設(shè)計(jì)，而不是為了限定本發(fā)明的范圍。附圖中，自始至終相似的參考字母表示相同的元件

圖1顯示了根據(jù)本發(fā)明的光學(xué)引擎的第一實(shí)施例；圖2顯示了根據(jù)圖1的光學(xué)引擎的一部分腔壁的放大圖；圖3顯示了根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的光學(xué)引擎的腔壁的放大部；圖4顯示了根據(jù)本發(fā)明第三實(shí)施例的光學(xué)引擎的腔壁的放大部；圖5顯示了根據(jù)本發(fā)明第四實(shí)施例的光學(xué)引擎的腔壁的放大部；圖6顯示了根據(jù)本發(fā)明的光學(xué)引擎的第五實(shí)施例；圖7顯示了根據(jù)本發(fā)明的光學(xué)引擎的第六實(shí)施例；圖8顯示了根據(jù)本發(fā)明的光學(xué)引擎的第七實(shí)施例；
圖9顯示了根據(jù)本發(fā)明的光學(xué)引擎的第八實(shí)施例；圖10顯示了根據(jù)本發(fā)明的光學(xué)引擎的第九實(shí)施例的腔室形狀的簡(jiǎn)化示意圖；圖11是描述孔占比f(wàn)對(duì)下列參數(shù)的影響的圖表；-從光學(xué)引擎放射(發(fā)射)的內(nèi)部產(chǎn)生光的占比T；-表示正常來(lái)自光學(xué)引擎孔中的發(fā)射光束的亮度相對(duì)于單個(gè)LED元件亮度的亮度比B；-質(zhì)量參數(shù)Q。
圖12是顯示對(duì)于內(nèi)部反射壁面和LED表面的各種反射率，質(zhì)量參數(shù)Q對(duì)孔占比f(wàn)的依賴(lài)性的圖表；圖13是顯示對(duì)于光學(xué)引擎內(nèi)壁上的LED元件的多個(gè)包裝密度θLED，質(zhì)量參數(shù)Q對(duì)孔占比f(wàn)的依賴(lài)性的圖表；圖14是顯示對(duì)于各種孔占比f(wàn)，光集中因子L對(duì)準(zhǔn)直角度θC的依賴(lài)性的圖表；圖15是顯示對(duì)于特定第一孔占比f(wàn)的各種LED包裝密度θLED，光集中因子L對(duì)準(zhǔn)直角度θC的依賴(lài)性的圖表；圖16是顯示對(duì)于特定第二孔占比f(wàn)的各種LED包裝密度θLED，光集中因子L對(duì)準(zhǔn)直角度θC的依賴(lài)性的圖表。
圖中對(duì)象的尺寸出于清楚的理由進(jìn)行選擇，但未必反映真實(shí)的相對(duì)尺寸。
圖1和2顯示了根據(jù)本發(fā)明光學(xué)引擎的特別優(yōu)選的實(shí)施例，其中圖1顯示了該整個(gè)光學(xué)引擎的橫截面，圖2顯示了穿過(guò)腔壁的放大橫截面。
光學(xué)引擎1包括以例如長(zhǎng)方形或圓柱形的方式構(gòu)造的腔室6。具有表面積Aexit的開(kāi)口或孔7位于腔室6的頂部并連接于準(zhǔn)直元件8。LED元件13位于腔室6的內(nèi)壁10上，彼此沿筒壁或在與孔7相對(duì)的內(nèi)表面上隔開(kāi)一定距離，即柵格隔開(kāi)。這些LED元件13通過(guò)外耦合件15連接于透明蓋板11。
這一透明蓋板11位于腔室6中與腔室6的內(nèi)壁隔開(kāi)一定距離。包括帶孔7的頂側(cè)在內(nèi)的腔室6的所有壁10由透明蓋板11覆蓋。透明蓋板11與腔室6的壁10的內(nèi)表面之間的間隙充滿漫反射白色粉末。反射白色粉末的適當(dāng)備選物是氧化鋁、氧化鈦、氧化鐿、硫酸鋇、焦磷酸鈣、海磷酸鈣(Ca-halophosphate)、或氧化鎂。用于透明蓋板11的適當(dāng)材料包括PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯，有機(jī)玻璃)、PC(聚碳酸酯)、樹(shù)脂硅樹(shù)脂混合物和玻璃。這一構(gòu)造確保腔室6的所有未被LED模占用的內(nèi)表面20具有高反射性。
壁部的構(gòu)造在圖2中詳細(xì)可見(jiàn)。這里，單個(gè)LED模13安裝在安裝塊14上，該安裝塊最好也具有圍繞LED模的反射頂面。透明的截?cái)喾崔D(zhuǎn)金字塔或圓錐體充當(dāng)外耦合件15，它們光學(xué)耦連于透明蓋板11。此外，這些外耦合件15借助于樹(shù)脂或其它適當(dāng)?shù)哪z狀材料光學(xué)耦連于LED模13。代替用樹(shù)脂或類(lèi)似材料將這些外耦合件15光學(xué)耦連于透明蓋板11，它們也可優(yōu)選直接形成為透明蓋板11的一部分。外耦合件15向著光學(xué)引擎1的內(nèi)部9引導(dǎo)發(fā)射光。圓錐形外耦合件15的橫截面在遠(yuǎn)離相應(yīng)LED模13的方向內(nèi)加寬。優(yōu)選地，外耦合件呈現(xiàn)相對(duì)于垂直線成5°和65°之間的傾斜角度，更優(yōu)選相對(duì)于垂直線成20°和50°之間的傾斜角度，最優(yōu)選呈現(xiàn)相對(duì)于垂直線成大約45°的傾斜角度。
透明蓋板11與腔室6的不透明外壁11的內(nèi)表面之間的距離，即漫反射粉末層12的厚度最好大于2-3毫米。粉末層12提供腔室6的高反射表面20，它使得內(nèi)部光循環(huán)利用。準(zhǔn)直元件8設(shè)置在孔7之上，并且例如由透明塑料材料制成，并接收從光學(xué)引擎1的孔7發(fā)射的光。準(zhǔn)直元件8的形狀選擇為使得基本沒(méi)有光線從準(zhǔn)直元件8的出口表面上大于準(zhǔn)直半角θC的角度發(fā)出，該準(zhǔn)直半角相對(duì)于發(fā)射光束的傳播方向測(cè)量。
為了促進(jìn)光線從透明蓋板11到腔室6內(nèi)部的外耦合，并簡(jiǎn)化從腔室6進(jìn)入準(zhǔn)直元件8的光線的耦合，整個(gè)腔室6的內(nèi)部9充滿固體或液體介質(zhì)22，該介質(zhì)的折射率接近或最好匹配于透明蓋板11的折射率，并且也可能接近或最好匹配于準(zhǔn)直元件8的折射率。在蓋板11與介質(zhì)22之間的邊界面以及在準(zhǔn)直元件8與介質(zhì)22之間的邊界面引起反射的不期望的光線損失從而得以避免或至少得到減少。如果介質(zhì)22是液體介質(zhì)，該液體還可用于前端LED冷卻的目的，例如通過(guò)在腔室9與外部冷卻裝置之間抽吸液體介質(zhì)22。
圖3顯示了腔室6的壁部10的內(nèi)表面的稍加改造的結(jié)構(gòu)。這里，LED模13直接安裝在腔壁10的內(nèi)表面上。光接觸層16位于每個(gè)LED模13上。這一接觸層16可包含散射粒子以促進(jìn)光線從LED模13中外耦合。透明蓋板11呈現(xiàn)塊狀外耦合件15，它從透明蓋板11向著LED模13伸出，擔(dān)當(dāng)擴(kuò)展部或橋，并提供與接觸層16的光學(xué)接觸。這里透明蓋板11與壁部10的內(nèi)表面之間的空間也充滿反射性白色干燥粉末12。
圖4顯示了另一種可能的結(jié)構(gòu)。如圖3所示，LED模13位于內(nèi)壁10上。為了促進(jìn)由LED模13發(fā)射的光線通過(guò)LED模表面外耦合，LED模13最好由與LED模表面光學(xué)接觸的透明散射層17圍繞，從而促進(jìn)光從LED模13到腔室6中去的外耦合。高漫反射白色粒子/粘結(jié)劑層18覆蓋著位于各個(gè)LED13之間的內(nèi)壁10的表面。
圖5中可看到更可能的結(jié)構(gòu)，其中每個(gè)都具有LED模元件(圖表中未示出)的LED裝置主體23安裝在外壁10的內(nèi)表面上。LED模元件本身封裝在LED圓頂19中，確保從LED模發(fā)出的光線的良好外耦合。帶有適當(dāng)?shù)木W(wǎng)格圖案開(kāi)口的蓋板21覆蓋LED裝置主體23，LED圓頂19穿過(guò)這些開(kāi)口突出。LED圓頂19之間的蓋板21的表面用白色漫反射粒子/粘結(jié)劑涂層18覆蓋，該涂層具有足夠的厚度以形成高反射性涂層18。
光學(xué)引擎2的另一結(jié)構(gòu)例顯示在圖6中。它與圖1所示例子之間的根本區(qū)別在于腔室6構(gòu)造得與圖1中的光學(xué)引擎1不同。這里，腔室6具有底壁10，各個(gè)LED像圖1所示的例子那樣安裝其上。當(dāng)然，側(cè)壁10′現(xiàn)在從底壁10朝著孔7錐形延伸。這些側(cè)壁10′上沒(méi)有LED。為了提供理想的高反射性?xún)?nèi)表面20，透明蓋板11和底壁10一樣設(shè)置為距側(cè)壁10′的內(nèi)側(cè)大約2-3毫米的距離，并且蓋板11與側(cè)壁10′之間的空間以及底壁10與蓋板11之間介于LED安裝元件14、模13和外耦合件15之間的空間內(nèi)充滿高反射性白色粉末12。此外，準(zhǔn)直元件8設(shè)置在孔7處。這種光學(xué)引擎2與光學(xué)引擎1相比好處在于其縮小的體積，尤其是其縮小的高度。另一方面，相對(duì)于腔室內(nèi)壁總面積而言LED元件的數(shù)目較少，因?yàn)閭?cè)壁10′上不被LED元件占據(jù)。
根據(jù)本發(fā)明的光學(xué)引擎3的另一實(shí)施例顯示在圖7中。這種光學(xué)引擎3的殼體6具有與光學(xué)引擎2的殼體相同的幾何形狀。當(dāng)然，LED元件以與圖5中相同的方式安裝在基座10上，即支撐LED模(圖表中未示出)封裝所在的LED圓頂19的LED裝置主體23占據(jù)該基座10。LED安裝所在的基座壁10的表面以及LED裝置主體23的側(cè)壁和頂面均覆蓋著白色漫反射涂層18，僅留突出的圓頂19未經(jīng)覆蓋。帶有適當(dāng)?shù)木W(wǎng)格圖案開(kāi)口的透明蓋板11′覆蓋LED裝置主體23，LED圓頂19穿過(guò)這些開(kāi)口伸出。這一透明蓋板11′與外壁10的內(nèi)表面之間的空間充滿反射性白色干燥粉末12。逐漸縮小為孔7且?guī)в性O(shè)置在側(cè)壁10′與透明蓋板11之間的反射材料12的圓錐形側(cè)壁10′以與圖6中光學(xué)引擎相同的方式構(gòu)造。
圖8顯示了根據(jù)本發(fā)明的光學(xué)引擎4的另一實(shí)施例，對(duì)于外殼6而言，它以與圖7所述例子相似的方式構(gòu)造。然而不同于圖7中的是，這里不采用透明蓋板11′和反射白色干燥粉末12。取而代之的是，圓錐形腔壁10′現(xiàn)在也用白色漫反射粒子/粘結(jié)劑層18覆蓋在內(nèi)側(cè)以提供高反射性表面20。此外，白色漫反射粒子/粘結(jié)劑層18提供在腔壁10的內(nèi)表面上以及位于透明圓頂19之間的LED裝置主體23的表面上。
圖9顯示了根據(jù)本發(fā)明的光學(xué)引擎5的另一實(shí)施例，它基本上僅在腔室6的外部形狀方面與圖1和圖6中的例子不同。腔室6的下半部是圓柱形或長(zhǎng)方形形狀，其基座壁10和側(cè)壁10均由設(shè)置為特定網(wǎng)格圖案的LED元件13占據(jù)。腔室6的上部圓錐形縮小為孔7，其方式與圖6中光學(xué)引擎2的圓錐形側(cè)壁10′相同。腔室6上部的這一圓錐形壁10′內(nèi)側(cè)未被LED元件13占據(jù)，僅具有高反射性表面20。這一高反射性表面20也由距壁部10、10′一定距離設(shè)置的透明蓋板11形成，白色反射粉末12填充壁部10、10′的內(nèi)表面與蓋板11之間的空間。
在圖6至9所示的所有情況中，腔室6的內(nèi)部9最好充滿具有適當(dāng)折射率的固體或液體介質(zhì)22，如對(duì)圖1中的光學(xué)引擎1描述的那樣。
不同的例子顯示出腔室6可基本具有任何表面幾何形狀類(lèi)型。此外，必須強(qiáng)調(diào)的是孔7不一定必需是側(cè)壁上的圓形開(kāi)口并且它不必具有光學(xué)元件8。任何最好具有較小尺寸的側(cè)壁可簡(jiǎn)單忽略掉結(jié)構(gòu)，提供孔7。這由圖10中的圓柱形腔室6的簡(jiǎn)圖顯示出來(lái)?；旧?，這種腔室6可具有任何基本表面幾何形狀，例如位于相對(duì)側(cè)面上的孔。例如，人們還可以設(shè)想伸長(zhǎng)的光學(xué)引擎立方體，兩個(gè)小表面均向外界開(kāi)口。這取決于光學(xué)引擎的預(yù)期作用，以及光學(xué)引擎工作所在空間的限制。
例如腔室?guī)缀涡螤?、腔室中LED元件的數(shù)目、孔的大小等精確結(jié)構(gòu)參數(shù)依賴(lài)于例如光學(xué)引擎最大尺寸的限制條件以及期望的輸出參數(shù)。因此下面描述可獲得的輸出參數(shù)如何依賴(lài)于光學(xué)引擎的結(jié)構(gòu)參數(shù)假定圖1所示光學(xué)引擎盒具有表面積為Aexit的單個(gè)孔或出口7，包括出口表面積Aexit在內(nèi)的總內(nèi)表面積Aengine。假如各個(gè)LED模元件13的總數(shù)NLED，每個(gè)占用(突出的)平坦頂面積ALED，各LED模元件安裝在光學(xué)引擎1的壁部10的內(nèi)表面上。每個(gè)LED元件13被假定具有反射率RLED并從其模面積ALED中發(fā)射光通量ΦLED。反射率Rwall的白色漫反射壁20圍繞LED元件13橫向存在。
穿過(guò)孔出口7逃逸到外界的內(nèi)部產(chǎn)生的光線的發(fā)射占比T遵循以下級(jí)數(shù)T=AexitAengine+(1-AexitAengine)RavAexitAengine+(1-AexitAengine)2Rav2AexitAengine+······]]>將″孔占比″f=AexitAengine]]>代入其中，得到T=f1-Rav(1-f)---(1)]]>從而根據(jù)下式，Rav表示光學(xué)引擎內(nèi)壁表面非出口部的平均內(nèi)部反射率Rav，Rav=NLEDALEDRLED+(Aengine-Aexit-NLEDALED)RwallAengine-Aexit---(2)]]>=θLEDRLED+(1-θLED)Rwall]]>其中θLED=NLEDALEDAengine-Aexit---(3)]]>表示覆蓋著LED元件13的內(nèi)反射光學(xué)引擎表面積Aengine-Aexit的占比。
上述等式不設(shè)定光學(xué)引擎內(nèi)壁的任何具體形狀。另一方面，等式(1)的級(jí)數(shù)展開(kāi)僅適于小的孔占比f(wàn)。在包括單個(gè)平面光發(fā)射面的光學(xué)引擎的極端情況下，可具有最大的f＝0.5，并且根據(jù)定義得到T＝1，因?yàn)闆](méi)有反射面存在于發(fā)射光源中。這種情況下，等式(1)錯(cuò)誤地預(yù)測(cè)了T＜1，但只要Rav＞0.90這一錯(cuò)誤就不嚴(yán)重，從而可以容易地實(shí)現(xiàn)。
對(duì)于實(shí)際的光學(xué)引擎，上限f≈0.3-0.4最好應(yīng)被保持，但根據(jù)本發(fā)明光學(xué)引擎的概念顯然對(duì)于更小得多的f值更有利。例如構(gòu)造為立方體且僅在其六個(gè)側(cè)面之一上開(kāi)口的光學(xué)引擎具有孔占比f(wàn)＝0.17?？渍急萬(wàn)更小的值可通過(guò)使立方體更長(zhǎng)而容易地獲得，同時(shí)保持其兩個(gè)小側(cè)面中僅有一個(gè)開(kāi)口。在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例中，孔占比f(wàn)應(yīng)≤0.15，更優(yōu)選≤0.1。例如，根據(jù)圖1的直徑2厘米、腔長(zhǎng)3厘米、孔徑1厘米的光學(xué)引擎1具有孔占比f(wàn)＝0.03。
在RLED＝Rwall＝Rav＝1的情況下，不存在光損失，并且對(duì)于任何任意小孔占比f(wàn)，將根據(jù)等式(1)獲得T＝1。這將在理論上允許當(dāng)f→0時(shí)極高亮度的產(chǎn)生。當(dāng)然，實(shí)際上這是不可能的，因?yàn)楣鈸p失決不會(huì)完全得到避免。
因此導(dǎo)出光學(xué)引擎1的孔出口7處的可獲得亮度的等式作為系統(tǒng)參數(shù)的函數(shù)也是有意義的。表示孔出口7處的正常亮度Bexit(假定不存在準(zhǔn)直元件8)相對(duì)于單個(gè)LED模元件13的亮度級(jí)的亮度比B符合下式 =TNLEDALEDAexit=TNLEDALEDAengine-AexitAengine-AexitAexit---(3)]]>=TθLED(1f-1)=f1-Rav(1-f)θLED1-ff=1-f1-Rav(1-f)θLED]]>=(1-f)θLED1-(1-f)[θLEDRLED+(1-θLED)Rwall]]]>它在LED模13和孔出口7發(fā)射非準(zhǔn)直光(即θc＝90°的朗伯光)時(shí)可用。
此外，用下式導(dǎo)出第二亮度比L(θc)，以下也稱(chēng)為″亮度集中因子″，也是有益的L(θc)=Bexit(θc)Bscreen(θc)---(4)]]>它表示發(fā)光出口表面(可能是準(zhǔn)直元件8的突出的發(fā)光出口表面Acol)的亮度Bexit(θc)與LED元件13以封裝密度θLED安裝所在的表面積為Ascreen＝Aengine-Aexit的假想屏幕表面的平均亮度Bscreen(θc)的比。這里，光被假設(shè)作為有角度地限定在相對(duì)于光束傳播方向的準(zhǔn)直半角θc內(nèi)的準(zhǔn)直光束而發(fā)射。對(duì)于非準(zhǔn)直光，θc＝90°。
亮度集中因子L(θc)的資料指示出凈的光集中是否已經(jīng)通過(guò)將NLED個(gè)模以對(duì)應(yīng)于簡(jiǎn)單位置的表面封裝密度θLED一起封裝在光學(xué)引擎1內(nèi)部，其中NLED模以相同的表面封裝密度簡(jiǎn)單安裝在平面光發(fā)射屏幕上。數(shù)值L(θc)＞1表示光(亮度)相對(duì)集中而數(shù)值L(θc)＜1表示光(亮度)相對(duì)分散。很明顯L(θc)的值盡可能大并遠(yuǎn)高于1通常會(huì)是理想的。
一旦光學(xué)引擎1被制成發(fā)射二維準(zhǔn)直光，如圖1所示，相關(guān)出口表面積變成安裝在光學(xué)引擎1的出口7上的準(zhǔn)直元件8的突起的輸出表面Acol。根據(jù)集光率定律，對(duì)于給定的準(zhǔn)直半角θc，準(zhǔn)直元件8的所需最小輸出表面積Acol根據(jù)下式與圖1中光學(xué)引擎1的孔7的輸出面積Aexit存在關(guān)系，Acol=Aexitsin2θc---(5)]]>并且從而表示在減小θc時(shí)發(fā)射表面Acol不可避免的增大。屏幕平均亮度級(jí)Bscreen(θc)根據(jù)下式與BLED(θc)存在關(guān)系，Bscreen(θc)＝θLEDBLED(θc) (6)
在根據(jù)圖1的光學(xué)引擎的實(shí)施例中，單個(gè)LED元件具有形式為金字塔形外耦合件15的準(zhǔn)直元件。因此，單個(gè)LED外表上的光發(fā)射表面積也增加，但是它們可直接容納在安裝屏幕(以上為等式(4)的推導(dǎo)定義的假想平面屏幕表面積Ascreen)上，只要平面安裝屏幕上的LED封裝密度約束θLED≤sin2(θc) (7)得到滿足就不會(huì)擴(kuò)大屏幕。之后該屏幕表面積Ascreen可獨(dú)立于θc獲得。
從上可知的是，只要θc＜90°，等式(4)中的Bexit表示安裝在光學(xué)引擎1的孔開(kāi)口7上的準(zhǔn)直元件8的光輸出表面處的亮度Bcol，遵循的是L(θc)可從下式獲得 =sin2θcθLEDB=(1-f)sin2(θc)1-(1-f)[θLEDRLED+(1-θLED)Rwall]]]>對(duì)于θc＝90°的特例(朗伯光)，圖11顯示了在對(duì)應(yīng)于現(xiàn)實(shí)條件封裝密度θLED＝0.05并且發(fā)射率Rwall＝0.98且RLED＝0.50時(shí)，作為孔占比f(wàn)的函數(shù)的發(fā)射率T與亮度比B的計(jì)算值。
從圖11中清晰可見(jiàn)，在減少孔占比f(wàn)時(shí)，出口處可獲得的亮度比B增加，雖然顯著降低了流明輸出，該流明輸出與離開(kāi)光學(xué)引擎的內(nèi)部產(chǎn)生的光的發(fā)射率T成比例。由于光通量和亮度在與孔占比f(wàn)的關(guān)系中呈現(xiàn)相反的趨勢(shì)，它根據(jù)下式限定質(zhì)量參數(shù)Q是有意義的Q=BT=θLED(1-f)f[1-[θLEDRLED+(1-θLED)Rwall](1-f)]2---(9)]]>
在圖11中，質(zhì)量參數(shù)Q也描繪為孔占比f(wàn)的函數(shù)。從這一圖中變得很明顯的是Q在其最佳孔徑fopt處經(jīng)歷最大值。fopt的值由下式得出fopt=1-Rav2-Rav---(10)]]>Rav由等式(2)給定。
當(dāng)然，在f＝fopt附近，Q不嚴(yán)重依賴(lài)于孔占比f(wàn)。在高的T比高的B更重要的情況(例如普通照明設(shè)備關(guān)心的)下，建議選擇f＞fopt。當(dāng)高的B比高的T更重要時(shí)，反之亦然。
圖12顯示了在封裝密度θLED＝0.05且θc＝90度時(shí)，對(duì)應(yīng)于RLED和Rwall的各種值，質(zhì)量參數(shù)Q因子作為孔占比f(wàn)函數(shù)的計(jì)算(IRwall＝0.98且RLED＝0.7；IIRwall＝0.98且RLED＝0.5；IIIRwall＝0.96且RLED＝0.5)。對(duì)于fopt周?chē)目渍急?，如果反射率RLED和Rwall減小，質(zhì)量參數(shù)Q明顯下降，即曲線變平。
此外，圖13顯示了在恒定Rwall＝0.98且RLED＝0.5并且θc＝90°時(shí)，對(duì)應(yīng)于θLED各種值，作為孔占比f(wàn)的函數(shù)的質(zhì)量Q的計(jì)算。如圖可見(jiàn)，質(zhì)量參數(shù)Q隨著增加的封裝密度θLED在f的整個(gè)范圍內(nèi)增加。
圖14、15和16顯示了在現(xiàn)實(shí)反射率Rwall＝0.98以及RLED＝0.5時(shí)，對(duì)應(yīng)于孔占比f(wàn)的各種值(圖14中，保持恒常的封裝密度θLED＝0.05)，以及對(duì)應(yīng)于θLED的各種值(圖15中，保持恒常的孔占比f(wàn)＝0.05；圖16中，保持恒常的孔占比f(wàn)＝0.1)，光集中因子L(θc)的計(jì)算。在所有的圖中，各條線根據(jù)等式(7)的限制而畫(huà)出。
很明顯，至少對(duì)于θc＝60°(普通照明設(shè)備)，采用根據(jù)本發(fā)明的光學(xué)引擎使得80％的流明輸出(T＝0.8)時(shí)實(shí)現(xiàn)顯著的亮度集中，其因子數(shù)值高達(dá)5。此外，更高的光集中因子L通過(guò)減小孔占比f(wàn)可得以獲得，但其代價(jià)是降低的流明效率。
理所當(dāng)然，Rwall和RLED總是盡可能選擇高的，它基本上決定內(nèi)壁上的LED元件的封裝密度θLED，作為孔占比f(wàn)的函數(shù)來(lái)影響性能?？偸且诹炼确矫婧土髅餍史矫嬷g尋找平衡。此外所需總的流明輸出必須要考慮，從而光學(xué)引擎的大小與總的流明輸出成正比。
在高流明效率最重要的情況下，可建議在低θLED≈0.01時(shí)選擇孔占比f(wàn)≈0.10-0.12。這獲得T≈0.8且B≈0.07，在θc＝90°時(shí)，它們?nèi)允前惭b壁的屏幕平均亮度的七倍那么亮。亮度集中因子L(θc)在θc減小時(shí)減小但降至θc＝40°時(shí)基本保持。
在高亮度最重要的情況下，建議選擇較高的LED封裝密度θLED≈0.05，如果可行甚至可以選擇更高。為了增加可獲得的LED封裝密度，應(yīng)提供LED元件的冷卻，例如借助于如前所述的折射率匹配的冷卻液。在f≈0.1時(shí)，它具有較小的T＝0.65，但是較高的亮度比B＝0.3，在θc＝90°時(shí)仍比安裝壁的屏幕平均亮度B＝θLED亮六倍。亮度可通過(guò)將孔占比f(wàn)減小到例如f＝0.05而進(jìn)一步增加。在f≈0.1時(shí)，質(zhì)量參數(shù)Q在增加θLED時(shí)顯著提高。為了從根據(jù)本發(fā)明的光學(xué)引擎中獲得最多利益，因此將θLED增大到θLED＝0.10或超過(guò)此數(shù)值的水平將非常有益。
雖然本發(fā)明已經(jīng)用上述優(yōu)選實(shí)施例和變形的形式進(jìn)行了公開(kāi)，應(yīng)當(dāng)理解的是可對(duì)此做出許多其它修改和變化而不脫離本發(fā)明的范圍。為了清楚的原因，也應(yīng)理解的是整個(gè)申請(qǐng)中″一″或″一個(gè)″的使用并不排除多個(gè)，而″包括″不排除其它步驟或元件。
權(quán)利要求
1.一種光學(xué)引擎(1、2、3、4、5)，包括帶有至少一個(gè)孔(7)的腔室(6)以及多個(gè)位于此腔室中的LED元件(13)，其中有效地，腔室(6)的所有內(nèi)表面實(shí)現(xiàn)為高反射面(20)，它們基本不吸收理想波長(zhǎng)范圍內(nèi)的光。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)引擎，包括外耦合裝置(15、15′、16、17、19)以提高由LED元件(13)發(fā)射到腔室(6)中去的光線的外耦合。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或權(quán)利要求2所述的光學(xué)引擎，其中高反射面(20)由分布在腔壁(10、10′)內(nèi)表面上的漫反射材料(12、18)實(shí)現(xiàn)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的光學(xué)引擎，其中漫反射材料(12)容納在透明蓋板(11、11′)和腔壁(10、10′)的內(nèi)表面之間。
5.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的光學(xué)引擎，其中漫反射材料(12)包括反射性干燥粉末(12)。
6.根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的光學(xué)引擎，其中透明蓋板(11)覆蓋LED元件(13)，外耦合裝置(15、15′)包括多個(gè)透明外耦合件(15、15′)，它們中的每一個(gè)從相應(yīng)LED元件(13)的光發(fā)射表面延伸到該透明蓋板(11)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的光學(xué)引擎，其中透明外耦合件(15)具有在外耦合件(15)與透明蓋板(11)之間的分界面處比外耦合件(15)與相應(yīng)LED元件(13)之間的分界面處更寬的橫截面。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至7中任一項(xiàng)所述的光學(xué)引擎，其中外耦合裝置(19)包括透明圓頂(19)，每一個(gè)透明圓頂光學(xué)連接于相應(yīng)LED元件的光發(fā)射表面。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的光學(xué)引擎，其中圓頂(19)通過(guò)孔(22)伸入覆蓋著LED元件安裝所在的腔壁(10)的蓋板(11′、21)。
10.根據(jù)權(quán)利要求3至9中任一項(xiàng)所述的光學(xué)引擎，其中分布在腔壁(10、10′)內(nèi)表面上的反射性材料(12)包括光轉(zhuǎn)換物質(zhì)。
11.根據(jù)前述權(quán)利要求任一項(xiàng)所述的光學(xué)引擎，其中具有不同波長(zhǎng)特征的LED元件定位在腔室內(nèi)部。
12.根據(jù)前述權(quán)利要求任一項(xiàng)所述的光學(xué)引擎，包括定位在腔室(6)的孔(7)處的光準(zhǔn)直元件(8)。
13.根據(jù)前述權(quán)利要求任一項(xiàng)所述的光學(xué)引擎，其中腔室(6)充滿材料(22)，該材料的折射率接近于或優(yōu)選匹配于透明蓋板(11、11′)和/或外耦合裝置(15、15′、19)和/或準(zhǔn)直元件(8)和/或LED元件(13)的折射率。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的光學(xué)引擎，其中材料(22)是液體材料，它還用于LED元件(13)的前端冷卻。
15.根據(jù)前述權(quán)利要求任一項(xiàng)所述的光學(xué)引擎，其中由孔(7)的表面積(Aexit)與光學(xué)引擎(1、2、3、4、5)的包括孔(7)的表面積(Aexit)的總內(nèi)表面積(Aengine)的比限定的孔占比(f)優(yōu)選小于等于0.15，更優(yōu)選小于等于0.1。
16.一種包括根據(jù)前述任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的光學(xué)引擎(1、2、3、4、5)的汽車(chē)照明系統(tǒng)。
全文摘要
本發(fā)明描述了一種光學(xué)引擎(1、2、3、4、5)，包括帶有至少一個(gè)孔(7)的腔室(6)以及多個(gè)位于此腔室中的LED元件(13)，其中有效地，腔室(6)的所有內(nèi)表面實(shí)現(xiàn)為高反射面(20)，它們基本不吸收理想波長(zhǎng)范圍內(nèi)的光。
文檔編號(hào)B60Q1/00GK1993581SQ200580026646
公開(kāi)日2007年7月4日 申請(qǐng)日期2005年8月2日 優(yōu)先權(quán)日2004年8月6日
發(fā)明者J·馬拉, H·范斯普朗 申請(qǐng)人:皇家飛利浦電子股份有限公司