具有遠(yuǎn)程散射元件和全內(nèi)反射提取器元件的發(fā)光設(shè)備的制造方法
【專利說明】具有遠(yuǎn)程散射元件和全內(nèi)反射提取器元件的發(fā)光設(shè)備
[0001]所描述的技術(shù)設(shè)及具有遠(yuǎn)程散射元件和實質(zhì)上全內(nèi)反射（TIR)提取器元件的發(fā) 光設(shè)備和照明器具。
[0002] 發(fā)光元件（LE巧在現(xiàn)代世界中是普遍存在的，用在范圍從一般照明（例如燈泡） 到照明電子信息顯示器（例如LCD的背光燈和前燈）到醫(yī)療設(shè)備和治療學(xué)的應(yīng)用中。在各 種領(lǐng)域中越來越多地采用包括發(fā)光二極管（LED)的固態(tài)照明（SSL)設(shè)備，允諾低功率消耗、 高發(fā)光功效和長壽命，特別是與白巧和其它常規(guī)光源比較。
[0003] 照明器具是照明單元，其提供手段來保持、定位、保護(hù)發(fā)光元件和/或?qū)l(fā)光元件 連接到電源且在一些情況下分布由Lffi發(fā)射的光。越來越多地在照明器具中使用的Lffi的 一個例子是所謂的"白色L邸"。常規(guī)白色L邸一般包括發(fā)射藍(lán)光或紫外光的L邸和磯光體 或其它發(fā)光材料。設(shè)備經(jīng)由來自LED的藍(lán)光或UV光（被稱為"累浦光"）的下變頻通過磯 光體產(chǎn)生白光。該樣的設(shè)備也被稱為基于磯光體的LED(PLED)。雖然受到由于光轉(zhuǎn)換而引 起的損耗，與其它類型的照明器具比較，PLED的各種方面允諾基于PLED的照明器具的減小 的復(fù)雜性、更好的成本效率和耐久性。
[0004] 雖然新類型的磯光體被積極地研究和發(fā)展，然而由于可用發(fā)光材料的特性，基于 PLED的發(fā)光設(shè)備的配置提供進(jìn)一步的挑戰(zhàn)。挑戰(zhàn)包括例如來自光子轉(zhuǎn)換的光能損失、來自 斯托克斯損失的磯光體自加熱、光子轉(zhuǎn)換特性對操作溫度的依賴性、作為過熱的效應(yīng)由磯 光體的化學(xué)和物理成分的變化引起的降解、轉(zhuǎn)換特性對光的強(qiáng)度的依賴性、由于從磯光體 發(fā)射的所轉(zhuǎn)換的光的隨機(jī)發(fā)射而引起的在不希望有的方向上的光的傳播、磯光體的不希望 有的化學(xué)特性和在發(fā)光設(shè)備中的磯光體的受控沉積。
[0005] 概述
[0006]所描述的技術(shù)設(shè)及具有遠(yuǎn)程散射元件和實質(zhì)上全內(nèi)反射（TIR)提取器元件的發(fā) 光設(shè)備和照明器具。
[0007]在一個方面中，發(fā)光設(shè)備包括配置成在操作期間發(fā)射累浦光的發(fā)光二極管（LED);具有面向LED的第一表面的磯光體元件，磯光體元件與LED間隔開并定位成從LED接收至 少一些累浦光并發(fā)射散射光；W及包括透明材料的提取器，提取器具有出射表面和側(cè)表面， 并布置成接收穿過相鄰于磯光體元件的區(qū)的散射光的一部分并輸出穿過出射表面的散射 光，側(cè)表面布置在相鄰區(qū)和出射表面之間，其中具有折射率n。的介質(zhì)布置成相鄰于磯光體 元件的第一表面，且磯光體元件具有折射率ni，其中n"<ni，且透明材料具有折射率n,，其中 W及側(cè)表面包括TIR表面，其中TIR表面定位和成形為使得在穿過相鄰區(qū)接收的直接 射在TIR表面上的散射光的TIR表面上的入射角W等于或大于全內(nèi)反射的臨界角的入射角 入射在TIR表面上。
[0008] 前述和其它實施方案可各自任選地單獨(dú)或組合地包括下面特征中的一個或兩個。 在一些實施方案中，磯光體元件可配置成非彈性地散射至少一些累浦光并彈性地散射至少 一些累浦光。在一些實施方案中，TIR表面可延伸到出射表面。在一些實施方案中，TIR表 面可延伸到相鄰區(qū)。磯光體元件可W是平面的或外殼。外殼相對于出射表面可W是凸的。
[0009]在一些實施方案中，發(fā)光元件還可包括在側(cè)表面的一部分上的反射層。在一些實 施方案中，發(fā)光元件還可包括與側(cè)表面的至少一部分間隔開并沿著側(cè)表面的至少一部分延 伸的反射元件，反射元件配置成將從側(cè)表面逸出的光的一部分重定向回到提取器。磯光體 元件可至少部分地在提取器中凹進(jìn)。在一些實施方案中，出射表面可W是非平面的。在一 些實施方案中，出射表面可包括多個不同地成形的部分。
[0010] 在一些實施方案中，出射表面可定位和成形為使得在穿過相鄰區(qū)的直接射在出射 表面上的散射光的出射表面上的入射角小于全內(nèi)反射的臨界角。在一些實施方案中，出射 表面可定位和成形為使得在穿過相鄰區(qū)的直接射在出射表面上或在從TIR表面的TIR之后 射在出射表面上的散射光的出射表面上的入射角小于全內(nèi)反射的臨界角。在一些實施方案 中，ni可小于或等于02。磯光體元件可包括非彈性和彈性散射中屯、。散射光可W是各向同 性地散射的光。
[0011] 在一些實施方案中，發(fā)光設(shè)備還可包括相鄰于提取器的二次反射器，其中二次反 射器可配置成將從提取器輸出的光重定向。二次反射器可具有布置成接近出射表面的輸入 孔。
[0012] 在另一方面中，照明器具包括殼體和由殼體支持的發(fā)光設(shè)備，發(fā)光設(shè)備包括配置 成在操作期間發(fā)射累浦光的發(fā)光二極管（LED);具有面向LED的第一表面的磯光體元件，其 中磯光體元件與L邸間隔開并定位成從L邸接收至少一些累浦光并發(fā)射散射光；W及包括 透明材料的提取器，提取器具有出射表面和側(cè)表面，并布置成接收穿過相鄰于磯光體元件 的區(qū)的散射光的一部分且輸出穿過出射表面的散射光，其中側(cè)表面布置在相鄰區(qū)和出射表 面之間，其中具有折射率n。的介質(zhì)布置成相鄰于磯光體元件的第一表面，且磯光體元件具 有折射率ni，其中n。小于n1，且透明材料具有折射率n,，其中n。小于n2,且其中側(cè)表面包括 TIR表面，其中TIR表面定位和成形為使得在穿過相鄰區(qū)接收的直接射在TIR表面上的散射 光的TIR表面上的入射角W等于或大于全內(nèi)反射的臨界角的入射角入射在TIR表面上。
[0013] 前述和其它實施方案可各自任選地單獨(dú)或組合地包括下面特征中的一個或兩個。 在一些實施方案中，照明器具還可包括由殼體支持的光學(xué)元件并配置成從發(fā)光設(shè)備接收 光，其中從發(fā)光設(shè)備發(fā)射的光可進(jìn)一步由光學(xué)元件定向和成形。光學(xué)元件可W是反射器、透 鏡或其它光學(xué)元件。
[0014] 在另一方面中，發(fā)光設(shè)備包括發(fā)光元件（LE巧；具有面向LEE的第一表面的散射元 件，其中散射元件與間隔開并定位成從Lffi接收至少一些光并配置成發(fā)射散射光；W及 提取器，其具有側(cè)表面并布置成接收穿過與散射元件相鄰的區(qū)的散射光的一部分，其中提 取器配置成發(fā)射穿過出射表面的光，其中出射表面布置在與散射元件相鄰的區(qū)的遠(yuǎn)側(cè)，且 其中具有折射率n。的介質(zhì)布置成相鄰于散射元件的第一表面，且散射元件具有折射率n1， 其中n。小于n1，且提取器具有折射率ri2,其中n。小于n2,且其中側(cè)表面定位和成形為使得在 穿過相鄰區(qū)接收的直接射在側(cè)表面上的散射光的側(cè)表面上的入射角等于或大于全內(nèi)反射 的臨界角。
[0015] 前述和其它實施方案可各自任選地單獨(dú)或組合地包括下面特征中的一個或兩個。 在一些實施方案中，散射元件可被成形為半球。在一些實施方案中，提取器還可包括光導(dǎo)， 其中光導(dǎo)可延伸到側(cè)表面并包括出射表面。
[0016] 前述和其它實施方案可各自任選地單獨(dú)或組合地包括下面特征中的一個或兩個。 在一些實施方案中，光學(xué)元件可W是反射器。在一些實施方案中，光學(xué)元件可W是透鏡。
[0017] 附圖簡述
[0018] 圖1A-1C示出具有全內(nèi)反射提取器元件的發(fā)光設(shè)備的實施方案的截面圖。
[0019] 圖2-3示出具有非平面散射元件的發(fā)光設(shè)備的實施方案的截面圖。
[0020] 圖4示出具有包括反射元件的提取器元件的發(fā)光設(shè)備的實施方案的截面圖。
[0021] 圖5-6示出包括具有非平面出射表面的提取器元件的發(fā)光設(shè)備的實施方案的截 面圖。
[0022] 圖7示出具有二次反射器的發(fā)光設(shè)備的實施方案的截面圖。
[0023] 圖8A-8B示出包括具有輔助光學(xué)元件的發(fā)光設(shè)備的照明器具的實施方案的截面 圖。
[0024] 圖9示出具有TIR提取器元件的發(fā)光設(shè)備的實施方案的截面圖。
[002引圖10A-10C示出具有彎曲散射元件的發(fā)光設(shè)備的各種實施方案的截面圖。
[0026] 使用相同的參考數(shù)字來標(biāo)識在不同附圖中的相似的元件。
[0027] 詳細(xì)描述
[0028] 圖1A示出具有全內(nèi)反射（TIR)提取器元件130的發(fā)光設(shè)備100的例子的橫截面?zhèn)?視圖。發(fā)光設(shè)備100包括底部基底150、發(fā)光元件110(例如藍(lán)色累浦發(fā)光二極管（LED))、 散射元件120 (例如磯光體元件）連同提取器元件130。散射元件120具有與發(fā)光元件110 間隔開并定位成接收從發(fā)光元件110發(fā)射的光的輸入表面115。發(fā)光元件110在底部基底 150上布置在至少部分地由輸入表面