用于颜色混合的全内反射透镜制造技术

技术编号:4898518 阅读:253 留言:0更新日期:2012-04-11 18:40
用于颜色混合的全内反射透镜,包括具有外表面和延伸穿过所述主体构件的内部开口通道的主体构件。该主体构件和内部开口通道基本相对于光轴对称,外表面的形状设置成提供全内反射。主体构件在开口通道的第一端部区域处具有用于容纳光源的第一端部表面区域,并且具有与第一端部表面区域相对的第二端部表面区域。第二端部表面区域包括围绕着开口通道的第二端部区域定位的多个折射表面区域。透镜构造为在光源偏离光轴设置时提供相对于光轴基本居中的投射光。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术主要涉及照明设备,更具体地,涉及用于提供居中(centered)光输出的方 法和器件。在一些实施例中,改善的全内反射透镜和/或LED封装方法和材料即使在光源 偏离光轴而定位时也可以产生居中的光。
技术介绍
发光器件包括光源以及用于支撑光源并且将从光源发出的光引导、会聚、过滤或 增强的封装。一些光源的示例包括发光二极管(LED)、白炽灯、蓝宝石晶体灯和荧光灯。LED是在施加沿着p-n结的正向电偏压时发出非相干的窄光谱的光的半导体器 件。这种效果是一种形式的电致发光。发出的光的颜色由使用的半导体材料的成分和条件 决定,并且可以是红外的、可见的或近紫外的。LED相对于其他照明源的优点包括紧凑、非常 低的重量、低功率消耗、简单并且不昂贵的制造、没有烧穿问题、高抗振以及经受频繁重复 操作的能力。除了广泛地应用到电子产品(诸如指示灯等)中之外,在白炽灯和荧光灯传 统地占统治地位的各种应用中,LED也已经变为重要的替换光源。虽然LED通常是单色的,但是例如通过使用荧光体作为光“转换器”也可以使用 LED来产生白光。在通常的基于LED的白光产生器件中,产生单色可见光的LED被封装在含 有补偿荧光体的材料中。从补偿荧光体发出的光的波长与由LED发出的光的波长互补,使 得来自LED和补偿荧光体的波长混合到一起,来产生白光。例如,基于蓝色LED的白光光源 通过使用蓝色单色LED以及在由蓝光激发时产生互补黄色的荧光体来产生白光。在这些器 件中,小心地控制封装中的荧光体的量,使得蓝光的一部分被荧光体吸收并且剩余的蓝光 穿过而不被吸收。由荧光体发出的互补黄色的光以及未被吸收的蓝光混合而产生白光。在另一种一般的基于LED的白光产生器件中,多个单色LED被封装在透明材料中。 例如,红色LED元件、两个绿色LED元件以及蓝色LED元件可以形成红-绿-蓝(RGGB)LED 光源。可以独立地将电流施加到每个LED元件,以调整颜色的平衡。因此,可以产生白光。不幸的是,根据导致不均勻的颜色分布的光源位置或观察光的角度,白光的颜色 平衡可能变化。已经尝试使用特殊的混合透镜来补偿颜色分布的不均勻性。然而,虽然可 以减小变化,但是颜色仍然根据发出照明光的角度或者接收或观察照明光的角度而明显地 变化。这种颜色不均勻性可能负面地影响光源(诸如点光源或其它一般照明应用)的设计以及彩色显示技术(诸如消费计算机以及电视监视器、投影电视、大型广告显示器的应用 中的有源矩阵薄膜晶体管液晶显示器(TFTLCD))。颜色变化问题的一个解决办法是将具有 光混合设计的次级透镜用在发光器件上。不幸地,次级透镜通常导致由发光器件输出的光 强度减小40%到50%。颜色的质量(也称为保色性(color rendition))在许多应用中也是非常重要的。 例如,医疗人员依赖于颜色来在手术期间识别组织。保色性的一个标准是光源再现由光源 照射的各种物体的颜色的能力,其可以由显色性指数(CRI)来量化。最好的保色性被规定 为100CRI,而最差的保色性被规定为0CRI。在诸如手术的应用中,小于70的CRI导致许多 颜色丢失并且提供较差的照明,使得组织难以辨认。通常,大于80-90的CRI对于医疗应用 是优选的。发出基本上黑体辐射的白炽灯泡的CRI接近一百。然而,白炽灯也产生大量热 量。所需要的是具有大于80-90的CRI的冷光源。虽然白光LED光源可以调节为发出沿 着一个特定方向具有高CRI的光,但所需要的是可以在宽的角度范围内均勻地发出具有高 CRI的白光的LED光源。已知LED(特别是使用多颜色元件的LED)作为光源的重要性,存在对于减轻上述 问题的改善的透镜和LED封装方法以及材料的需要。还需要也可以减小在大角度处的光损 失并且允许LED从更小的封装或占地面积产生更高的光学性能(流明/封装、流明/面积) (这些对于许多光源应用是非常重要的)的方法和材料。随着对于更好的照明器件的需求持续增加,应当期望提供具有改善的效率和亮度 的高性价比的基于LED的光源。
技术实现思路
根据本专利技术的实施例,提供了用于颜色混合的全内反射(TIR)透镜。该透镜包括 主体构件,主体构件具有外表面和纵向地延伸穿过所述主体构件的内部开口通道。该主体 构件和内部开口通道基本相对于光轴对称,外表面的形状被设置成提供全内反射。主体构 件在开口通道的第一端部区域处具有用于容纳光源的第一端部表面区域,并且具有与第一 端部表面区域相对的第二端部表面区域。第二端部表面区域包括围绕着开口通道的第二端 部区域而定位的多个折射表面区域。在本专利技术的实施例中,透镜构造为在光源偏离光轴设 置时提供相对于光轴基本居中的投射光。在特定实施例中,用于提供居中的白光的照明设 备包括这种透镜和多个光源。在透镜的特定实施例中,内部开口通道的特征在于基本圆柱形的侧壁。在实施例 中,内部开口通道的侧壁在不弯曲或不成角度的状态下从内部开口通道的一端沿着直的路 径延伸另一端。在一些实施例中,侧壁相对于光轴形成小的角度(例如,1度)。换言之,内 部开口通道的一端比另一端略大。这种通道构造可以简化制作工艺,诸如塑料模制工艺。在某些实施例中,上述透镜可以在照明设备中与一个或多个发光二极管(LED) — 同使用。在特定实施例中,照明设备包括发光二极管(LED)、重叠在LED上的具有第一折 射率的基质材料以及分散在基质材料内的珠体,该珠体具有与第一折射率不同的第二折射 率。在实施例中,照明设备包括如上所述的透镜以及四个LED 红色LED、绿色LED、蓝 色LED和琥珀色LED。在示例中,照明设备构造为提供基本居中的白光。根据本专利技术的另一个实施例,发光器件包括支撑件、设置在支撑件上的光源以及 设置在光源上方的具有第一折射率的基质材料。基质材料包括分散珠体,其中珠体具有与 第一折射率不同的第二折射率。根据本专利技术的另一种实施例,提供了一种用于混合来自两个光源的光,以在角度 范围内提供均勻颜色的光的方法。该方法包括从设置在支撑件上的两个光源发出光,每个 光源发出不同颜色的光,并且通过基质材料来传递来自两个光源的光,其中基质材料具有 第一折射率并且包括具有散布在基质材料中的、具有第二折射率的珠体。在一些实施例中, 基质材料包括第一玻璃,并且珠体材料包括具有比第一玻璃更高的折射率和更高的熔点的 第二玻璃。珠体可以直径小于10微米并且按重量计算小于基质材料的百分之二十。附图说明图1是根据本公开的实施例的示意性发光器件的立体图;图2是图1的发光器件的截面图;图3是图1的发光器件的俯视图;图4是图1的发光器件的替换实施例的发光器件的截面图,其示出了多层基质材 料;图5是示出了根据本公开的实施例的示例性发光器件上的透镜的截面图;图6是示出了根据本公开的另一个实施例的多个光源元件的发光器件的俯视图;图7示出了从发光器件发出的光的截面光线图;图8是示出了从图7的发光器件发出的光的、随着发射角θ而变化的相关色温 (CCT);图9示出了用于将来自发光器件的光耦合到数字光处理器(DLP)的光管道;图10描绘了根据本专利技术的示例性实施例的方法;图11是示出了包括根据本专利技术的实施例的透镜和光源的照明设备的简化截面 图;图12Α和图12Β是示出了根据本专利技术的实施例的透镜的简化截面图本文档来自技高网
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【技术保护点】
一种透镜,其包括:主体构件,所述主体构件具有外表面和纵向地延伸穿过所述主体构件的内部开口通道,所述主体构件和所述内部开口通道基本相对于光轴对称,所述外表面的形状被设置成提供全内反射;所述主体构件在所述开口通道的第一端部区域处具有用于容纳光源的第一端部表面区域,并且具有第二端部表面区域,该区域与所述第一端部表面区域相对并且围绕所述开口通道的第二端部区域,所述第二端部表面区域包括围绕着所述开口通道的所述第二端部区域而定位的多个折射表面区域,其中,所述透镜构造为在所述光源被定位成偏离所述光轴时提供相对于所述光轴基本居中的投射光。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】US 2008-10-14 61/105,407;US 2009-10-12 12/577,583一种透镜,其包括主体构件,所述主体构件具有外表面和纵向地延伸穿过所述主体构件的内部开口通道,所述主体构件和所述内部开口通道基本相对于光轴对称,所述外表面的形状被设置成提供全内反射;所述主体构件在所述开口通道的第一端部区域处具有用于容纳光源的第一端部表面区域,并且具有第二端部表面区域,该区域与所述第一端部表面区域相对并且围绕所述开口通道的第二端部区域,所述第二端部表面区域包括围绕着所述开口通道的所述第二端部区域而定位的多个折射表面区域,其中,所述透镜构造为在所述光源被定位成偏离所述光轴时提供相对于所述光轴基本居中的投射光。2.根据权利要求1所述的透镜,其中,所述内部开口通道的特征在于基本圆柱形的侧壁。3.根据权利要求1所述的透镜,其中,所述内部开口通道的侧壁在基本不弯曲的状态 下从所述内部开口通道的第一端部区域延伸到所述第二端部区域。4.根据权利要求1所述的透镜,其中,所述内部开口通道的侧壁相对于所述光轴形成 约1度的角。5.根据权利要求1所述的透镜,其中,所述多个折射表面区域包括蜂窝排列的六边形 区域。6.根据权利要求1所述的透镜,其中,所述光源包括发光二极管(LED)。7.根据权利要求1所述的透镜,其中,所述光源包括发光二极管(LED)、重叠在所述LED 上的具有第一折射率的基质材料以及分散在所述基质材料内的珠体,所述珠体具有与所述 第一折射率不同的第二折射率。8.根据权利要求1所述的透镜,其中,所述光源包括四个发光二极管。9.根据权利要求1所述的透镜,其中,所述光源包括红色LED、绿色LED、蓝色LED和琥 珀色LED,并且其中,所述透镜被构造为提供基本居中的白光。10.一种照明设备,包括光源;以及与所述光源相邻设置的透镜,其中,所述透镜具有光轴并且构造为在所述光源被定位成偏离所述光轴时提供相对于 所述光轴基本居中的投射光。11.根据权利要求10所述的照明设备,其中,所述透镜还包括主体构件,所述主体构件具有外表面和延伸穿过所述主体构件的内部开口通道,所述 主体构件和所述内部开口通道基本相对于光轴对称,所述外表面的形状被设置成提供全内 反射;所述主体构件在所述开口通道的第一端部区域处具有用于容纳光源的第一端部表面 ...

【专利技术属性】
技术研发人员:吴江贤涛严泽群梅
申请(专利权)人:里德安吉公司
类型:发明
国别省市:US[美国]

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