用于高亮度LED源的颜色混合输出制造技术

一种混合光学器件，其组合各种特征以增强从不同颜色的发光源的组合发射的光的亮度和均匀性。该混合光学器件可以包括重新定向低角度发射的抛物面反射器、空间地混合光的反射光波导以及有角度地混合光的漫射板。在一个实施例中，混合光学器件的输出显示出基本均匀的颜色混合的基本为朗伯型的输出图案，例如显示出单个白色光源的光输出图案。

Color mixed output for high brightness LED source

A hybrid optical device that combines a variety of features to enhance the brightness and uniformity of light emitted from a combination of different color light sources. The hybrid optical device may include a parabolic reflector, which is directed to low angle emission, a reflective optical waveguide with spatially mixed light, and a diffusing plate having an angular mixing light. In one embodiment, the output of the hybrid optical device exhibits a substantially uniform color mixing of the basic Lambertian output pattern, such as a light output pattern of a single white light source.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及发光器件领域，具体地，涉及有效地混合来自多个光源的颜色以产生具有朗伯特性的基本均匀的可编程颜色输出的光学元件。
技术介绍
用于组合来自多个光源的光输出的光学器件在本领域是很普遍的，尤其是用于方向性照射，如图1A和图1B所示。图1A示出了复合抛物线反射器110的使用，其经由光输入表面120接收来自多个光源101的光输出，并且从发光表面130发出复合光。光源101可以安装在基台105上。抛物面反射器110的侧表面115可以涂有反射涂层，或者光波导110可以被包入第二反射材料或者折射率有利于通过全内反射而反射的材料中。传统光源101的光输出图案通常显示出朗伯光输出图案，在每个角度方向上从发光表面发出基本相同量的光。从光源101的发光表面的接近正交角度(未示出)发出的光可以直接从光波导的光出射表面130发出，而不在光波导110内反射。另一方面，如图所示，从发光表面发出的大部分光将在光波导110的侧面115处的一次或多次反射之后从光出射表面130发出。由于锥形光波导110的表面115处于不与光源101的发光表面垂直的角度，所以与从光源101发出的光的角度相比，相对于光源101的表面光从该表面反射的角度更接近垂直。利用斜面115的每次反射，相对于发光表面的反射角度持续变得更接近垂直。因此，来自出射表面130的光输出比从光源101的表面发出的光更加准直。表面115的曲率被设计为使得以任何角度从光波导110中心处的点源发出的光将在相对于发光表面垂直的方向上被反射。即，表面115上每个点处曲线的切线相对于该表面处于90-A/2度的角度，其中A是从点源到该点的角度。如果光源实际上是光波导110中心处的点源，则从表面115反射的所有光都将在相同方向(垂直于表面)上被反射，从光波导110产生高度方向性的光输出。在光源的实际实施例中(诸如半导体发光器件)，从光源的发光表面区域发出光，而不是光波导110中心中的理想单个点。从光源101的表面上的位置(不处于光波导的中心)发出的光将不会在适当点处撞击表面115来垂直于表面被反射，使得光输出图案与来自光波导110中心的单点的光输出相比不太准直。因此，用于要求高度方向性光输出的应用的设计目的是使得光源的表面积最小化以更加类似于点源。然而，可被半导体发光器件发出的光量取决于器件的发光表面积，通常来说，发光表面积越大，光输出的强度(或亮度)越大。为了实现非常明亮的光输出以及适合于方向性照明，多个发光器件密集地定位在光波导的中心来用于准直光输出。在一些实施例中，修改表面115的曲率，从而不“喜欢”从光波导110中心发出的光。即，曲率可以为使得从光波导110中心发出的光以不垂直的角度反射，同时从偏心位置发射的光以更垂直的角度来反射。然而，不管对光波导的修改如何，来自光波导(其接收来自表面区域的光)的光输出与来自接收点源的光的光波导的光输出相比不太准直。在大多数情况下，尤其当与光波导110中心的最大偏移较小时，缺乏完美的准直不会引入不利的影响，而是产生比理想情况具有更宽带宽的光输出图案。然而，考虑当结合的光源101的表面积较大时以及当不同颜色的光源101没有随机在衬底105上分布时的效应。图1B示出了被设计为容纳大量光源101R、101G和101B(分别表示红色、绿色和蓝色光源)的示例性光波导160。由于各种制造原因，多色发光器件的阵列通常配置在衬底105上的每种颜色的块中。在该示例中，9x9阵列的光源配置有3x9块的红色光源101R、3x9块的绿色光源101G以及3x9块的蓝色光源101B。三种光束180R、180G和180B被示为从红色光源101R、绿色光源101G和蓝色光源101B发出。这些光束180R、180G和180B中的每一个都相对于光源101R、101G和101B的表面以相同角度发出。在该示例中，光波导160的侧表面165B的曲率为使得相对于出射表面190以近似垂直的角度反射光180B。然而，以较高高度撞击具有更陡峭的斜率的表面165的光180G，与光180B相比以更加偏离垂直于出射表面190的角度发出；以及在更高的高度撞击的光180R以更加偏离该垂直的角度发出。另一方面，在侧表面165B上，产生的相反的效应。光185R以近乎垂直的角度反射，而光185B以偏离垂直的角度反射。本领域技术人员意识到，侧面165A、165B的曲率可以不同，并且可以产生不同的光学效应。例如，侧面165A、165B可以成形为使得来自阵列中心的光180G、185G以垂直角或接近垂直角反射，而不是光180B撞击侧面165A且185R撞击侧面165B，但是这种调整仅使得光180B和185R以充分偏离垂直的角度反射。实际上，选择曲率(抛物面特性)，使得这种不均匀(针对不同颜色的反射的不同角度)最不引人注意或者最不会令人反感的。图1B的不均匀反射图案的总体效应是：在发光表面190的左侧上，来自蓝色光源101B的非常少的光185B将以垂直角离开表面190，同时来自红色光源101R的充分多的光将以垂直角离开表面190。在发光表面190的右侧，来自红色光源101R的非常少的光180R将以垂直角离开，同时来自蓝色光源101B的充分多的光将以垂直角离开表面190。另一方面，来自绿色光源101G的光将在出射表面190的左侧和右侧上方对称分布，尽管在该示例中不是垂直的。不同颜色的这种不均匀分布和颜色的不同发射角度呈现出多个缺点，尤其在被设计为提供具有均匀的颜色混合的方向性光输出的系统中，诸如产生方向性白光输出的系统。从垂直方向来看，表面190的右侧可能会比左侧看起来更蓝，而表面190的左侧可能会比右侧看起来更红。随着观看角度的变化，一侧上的偏离垂直的光的强度将看起来增加，而另一侧上偏离垂直的光的强度将看起来降低。明显注意到，这种颜色的不均匀分布和发射角度主要由用于提供方向性的准直光输出的光学器件160引起。在提供非方向性照明的应用中(诸如具有广域照明的改装灯泡)，来自不同颜色的每个光源的朗伯光输出自然地相互重叠，并且将提供类似的感觉输出而与观看角度无关。以类似方式，如果每个光源都是相同颜色，或者不同颜色的光源充分随机地分布在衬底上，或者不同颜色以随机方式撞击光波导160的输入表面，则光波导160的每个侧面165A、165B上的反射的不同图案将是不重要的，而不会与真实的准直光输出相比引起增加的带宽。Gielen等人于2012年3月公开的USP2012/0069547提供了一种位于光源101和抛物面反射器210之间的颜色混合光学元件250(如图2所示)。以充分偏离垂直的角度从光源101发射的光从颜色混合元件250的壁255反射，增加了来自任何特定光源101的光将离开表面220并以更随机的分布图案撞击反射器210的壁215的可能性，由此产生来自发光表面230的更均匀的光输出。尽管来自表面220的左侧和右侧的光与来自表面220中心的光相比从壁255不同地被反射，但来自每一侧的光的具体颜色或图案更加随机，在表面230上产生更少的特定颜色的不均匀性。
技术实现思路
有利地提供了一种高亮度光源，其包括不同颜色光输出的混合。还有利地提供高效颜色混合光学器件以提供这种高亮度光源。为了更好地解本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光学混合器，包括：复合抛物面反射器，具有接收来自光源的光的输入表面；以及光波导，耦合至所述复合抛物面反射器，其中所述光波导的至少一个壁基本垂直于所述复合抛物面反射器的出射表面；其中：所述光波导的壁的高度至少为所述复合抛物面反射器的所述输入表面的宽度的0.75倍大，所述复合抛物面反射器具有65°和75°之间的输入角度以及80°和90°之间的输出角度，并且在所述复合抛物面反射器的所述输入表面处接收的光的至少一部分被所述复合抛物面反射器反射到所述光波导中并通过所述光波导，从所述光学混合器的出射表面发射。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.01.08 US 61/924,7441.一种光学混合器，包括：复合抛物面反射器，具有接收来自光源的光的输入表面；以及光波导，耦合至所述复合抛物面反射器，其中所述光波导的至少一个壁基本垂直于所述复合抛物面反射器的出射表面；其中：所述光波导的壁的高度至少为所述复合抛物面反射器的所述输入表面的宽度的0.75倍大，所述复合抛物面反射器具有65°和75°之间的输入角度以及80°和90°之间的输出角度，并且在所述复合抛物面反射器的所述输入表面处接收的光的至少一部分被所述复合抛物面反射器反射到所述光波导中并通过所述光波导，从所述光学混合器的出射表面发射。2.根据权利要求1所述的光学混合器，其中所述光波导的高度小于所述输入表面的宽度的三倍。3.根据权利要求1所述的光学混合器，其中所述复合抛物面反射器的高度在所述输入表面的宽度的0.15倍和0.40倍之间。4.根据权利要求1所述的光学混合器，其中所述光学混合器是单块透明介质。5.根据权利要求1所述的光学混合器，其中所述复合抛物面反射器和所述光波导中的一个或两个是固体透明介质。6.根据权利要求1所述的光学混合器，其中所述复合抛物面反射器和所述光波导中的一个或两个是中空光学器件。7.根据权利要求1所述的光学混合器，包括所述光源。8.根据权利要求1所述的光学混合器，包括位于所述光波导和所述光学混合器的出射表面之间的漫射元件。9.根据权利要求1所述的光学混合器，其中所述光学混合器的出射表面是矩形的。10.根据权利要求1所述的光学混合器，其中所述光学混合器的出射表面是圆形...

【专利技术属性】
技术研发人员：K·泰，J·D·克梅特克，G·古斯，
申请(专利权)人：飞利浦照明控股有限公司，
类型：发明
国别省市：荷兰;NL