发光装置制造方法及图纸

公开了一种发光装置，包括：一个或多个发光元件；第一光学元件；和第二光学元件；其中：所述装置包括与所述第一光学元件的第一表面相邻的具有折射率n

【技术实现步骤摘要】
发光装置本申请是PCT/US2012/066463进入中国国家阶段的申请201280067881.8的分案申请。相关申请的交叉引用本申请要求下列临时申请的权益：于2011年11月23日提交的临时申请No.61/563,513l；于2012年2月6日提交的临时申请No.61/595,663；于2012年4月27日提交的临时申请No.61/639,683；和于2012年9月13日提交的临时申请No.61/700,724。这些优先权申请中的每一篇的全部内容在此通过引用并入。
本专利技术总体涉及发光装置，并且具体地，涉及特征在于固态发光元件和散射元件以及离开发光元件的提取器元件的发光装置。
技术介绍
发光元件在现代世界中是普遍存在的，在从一般照明(例如，灯泡)到照明用电子信息显示器(例如，LCD背光灯和前灯)到医疗装置和治疗的应用中被使用。包括发光二极管(LED)的固态发光装置在各领域中越来越多地被采用，特别是与白炽光源和其它常规光源相比，固态发光装置允许低功耗、高照明效率和长寿命。在灯具中越来越多地被使用的SSL装置的一个示例是所谓的“白色LED”。常规白色LED通常包括发射蓝光或紫外光的LED以及磷光体或其它发光材料。装置通过磷光体经由来自LED的蓝光或UV光(被称为“泵浦光”)的下转换(down-conversion)而产生白光。这样的装置也被称为基于磷光体的LED(PLED)。虽然由于光转换而经历损耗，但是与其它类型的灯具相比，PLED的各方面允许基于PLED的灯具的降低的复杂性、较佳的成本效率和耐久性。虽然正积极地研究和开发新类型的磷光体，然而，基于PLED的发光装置的构造由于可用的发光材料的性质而提出进一步挑战。例如，这些挑战包括来自光子转换的光能量损耗、来自斯托克斯损耗的磷光体自加热、光子转换性质对操作温度的依赖性、由于在过热或其它损害的作用下引起磷光体的化学和物理组成的永久改变而导致的退化、转换性质对光强度的依赖性、光在从磷光体发射的转换光的随机发射的作用下沿不期望方向的传播、磷光体的不期望的化学性质和发光装置中磷光体的受控沉积。
技术实现思路
公开了用于利用固态光源(例如，发光二极管)的一般照明的各种发光装置。一般而言，这些装置包括与提取器元件相结合的散射元件。散射元件可以包括弹性和/或非弹性散射中心，与光源元件间隔开。散射元件的两个相反侧具有不对称的光学界面，与在散射元件和提取器元件之间的界面相比，在面对发光元件的界面处存在更大的折射率失配。据信，这样的结构有利于来自散射元件的光的向前散射。换言之，通过朝光源元件后向散射光，系统有利于从散射元件到提取器元件中的散射。这样的构造在此处被称为不对称的散射光阀(“ASLV”)。提取器元件的大小和形状进而适于减少从发光装置出射的光在装置与周围环境的界面处的反射。因此，发光装置可以以高度有效、高度均质的方式输送光。已知，来自点源的径向向外传播的光将通常入射在以点源为中心的球形表面上。其中，在表面处的光透射和反射受斯涅尔定律(Snell’slaw)决定的情况下，在表面处的光反射取决于在表面处的介质的折射率，并且一般因为正入射角而被最小化。因此，通过使在提取器元件内的光源充分小和/或使提取器元件充分大，使得光源相对于出射表面接近点源，能够应用该原理来设计包括具有球形出射表面的提取器元件的灯泡。然而，事实上，源元件和散射元件具有有限的大小。而且，相对于具有固定大小散射元件增加提取器元件的大小会增加发光装置的重量、体积和/或材料成本。因此，对于特征为散射元件和提取器元件的发光装置，在优化来自提取器元件的提取效率与装置的大小和/或成本之间存在权衡。专利技术人已经意识到，存在提取器元件和散射元件的相对尺寸的范围，对于该范围，以相对于散射元件而言相对小的提取器元件来实现高提取效率。例如，提取器元件和散射元件的相对大小能够使得来自散射光学元件的直接撞击在提取器元件的出射表面上的光在出射表面处不经历全内反射。例如，提取器元件的出射表面的形状能够为具有半径R1的球形穹顶或壳体(shell)，其中散射元件被容纳在由相应的抽象球体限定的区域内，该抽象球体与出射表面同心并且具有半径ROW＝R1/n，其中n是提取器元件的折射率。这样的构造可以被称为维尔斯特拉斯(Weierstrass)几何结构或维尔斯特拉斯构造。在某些实施例中，在散射元件和提取器元件之间的界面的全部或部分能够对应于RW的抽象表面。据信，这样的构造在减小(例如，最小化)提取器元件的体积的同时可以提供维尔斯特拉斯几何结构的益处。然而，虽然维尔斯特拉斯几何结构避免TIR，但是入射在出射表面上的光将仍经历菲涅耳反射，这从100％减少在出射表面处的透射。在某些实施例中，出射表面成形为使得直接撞击在该出射表面上的散射光在该出射表面上的入射角小于布儒斯特(Brewster)角。布儒斯特角(也称为偏振角)为下述入射角：在该入射角，具有特定偏振的光极佳地透射通过透明电介质表面，并且无反射。据信，这样的提取器元件不仅减小可能与一些提取器元件相关联的偏振效应，而且还避免可能与例如维尔斯特拉斯构造相关联的某些偏振依赖的损耗。对于球形出射表面，对于来自位于对应的抽象球形或圆柱形表面——被称为布儒斯特半径，ROB——内的散射元件的光可以满足布儒斯特条件。据信，提取器元件和散射元件的大小使得散射元件完全位于在1.1ROB或更小(例如，在从0.5ROB至1.1ROB的范围内)的抽象表面内能够在成本/质量和性能之间提供合理的权衡。发光装置包括用于使来自散射元件的后向散射光再循环的回收包封体(recoveryenclosure)。各种形式的回收包封体是可能的。在一些实施例中，回收包封体包括反射表面，诸如反射镜。该表面能够是平面或非平面。非平面反射表面的示例包括锥形反射体(conicalreflectors)和抛物线反射体(parabolicreflectors)。在某些实施例中，回收包封体对应于大致由似壳散射元件(shell-likescatteringelement)包围的包封体(enclosure)。这样的实施例可以使后向散射光以高效率再循环，因为大部分例如大多数后向散射光子重新进入散射元件，而不从会导致进一步损耗的中间表面反射。一般地，发光装置能够包括单个发光元件(例如，单个LED)或多个发光元件。具有多个发光元件的实施例能够包括具有相同或不同色度的元件。例如，实施例能够具有多个类似的发光元件以提供更加强大的和/或更大的发光装置。在一些实施例中，发光装置能够包括具有不同色度的发光元件。能够改变不同发光元件的发射强度，以便改变发光装置的色度。例如，能够通过相对于一个发光元件增加或降低来自另一个发光元件的贡献，改变光白光装置的白点。专利技术人还已经意识到，可以通过散射元件和/或提取器元件的适当的构造，定制发光装置的发光分布。因此，公开了提供在某些方向上增强的发射和在其它方向上减弱的发射的实施例。相反地，在某些实施例中，挑选散射元件和/或提取器元件的形状以提供到立体角的范围中的大致各向同性的发射。在一些实施例中，出射表面和在散射元件和提取器元件之间的光学界面具有相同的形状。例如，出射表面和光学界面两者都能够为球形(例如，不同半径的同心球体)。替代地本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种发光装置，包括：一个或多个发光元件，所述一个或多个发光元件被构造成在操作期间发光；第一光学元件，所述第一光学元件具有第一表面，所述第一表面与所述一个或多个发光元件间隔开，并且定位成接收来自所述一个或多个发光元件的光，所述第一光学元件包括散射中心，所述散射中心被布置成使来自所述一个或多个发光元件的光大致各向同性地散射并且提供散射光；和第二光学元件，所述第二光学元件由具有出射表面的透明材料形成，所述第二光学元件与所述第一光学元件相接触，在所述第一和第二光学元件之间在接触位置处存在光学界面，所述光学界面与所述第一光学元件的所述第一表面相反，所述第二光学元件被布置成通过所述光学界面接收所述散射光的一部分；其中：所述装置包括与所述第一光学元件的所述第一表面相邻的具有折射率n

【技术特征摘要】
2011.11.23 US 61/563,513;2012.02.06 US 61/595,663;1.一种发光装置，包括：一个或多个发光元件，所述一个或多个发光元件被构造成在操作期间发光；第一光学元件，所述第一光学元件具有第一表面，所述第一表面与所述一个或多个发光元件间隔开，并且定位成接收来自所述一个或多个发光元件的光，所述第一光学元件包括散射中心，所述散射中心被布置成使来自所述一个或多个发光元件的光大致各向同性地散射并且提供散射光；和第二光学元件，所述第二光学元件由具有出射表面的透明材料形成，所述第二光学元件与所述第一光学元件相接触，在所述第一和第二光学元件之间在接触位置处存在光学界面，所述光学界面与所述第一光学元件的所述第一表面相反，所述第二光学元件被布置成通过所述光学界面接收所述散射光的一部分；其中：所述装置包括与所述第一光学元件的所述第一表面相邻的具有折射率n0的介质，并且所述第一光学元件包括具有第一折射率n1的材料，其中，n0<n1；所述透明材料具有折射率n2，其中，n0<n2；...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗兰德·H·海茨，乔治·E·史密斯，罗伯特·C·加德纳，路易斯·勒曼，
申请(专利权)人：夸克星有限责任公司，
类型：发明
国别省市：美国,US