光导光学系统和导光板技术方案

公开了用于提高光导光学系统中的光提取效率的光导光学系统和导光板。光导光学系统可以包括发光源。发光源可以是例如一个或多个发光二极管（LED）。光导光学系统还可以包括导光板（LGP）。LGP可以包括位于LGP的表面上的光提取特征。LGP还可以包括LGP的输入表面上的成形注入表面。成形注入表面可以成角度，以使从LED发射的近平行光偏离，来使得从LED发射的近平行光能够经由光提取特征被从LGP提取。成形注入表面可以是分裂边缘（即V形凹槽）或弯曲边缘。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】光导光学系统和导光板
本专利技术涉及使用发光二极管（LED）源的基于光导光学器件的照明应用领域。
技术介绍
如今，发光二极管（LED）经常用于包括光导光学器件的系统中。这种光学器件用于将LED的光重新导向为更理想的空间和角度分布。LED通常以朗伯角度光分布发射光。当光以朗伯角度光分布发射时，它在所有上半球方向上基本等同地发射。作为以朗伯角度光分布发射光的结果，大量光在接近LED的发射表面的法线的方向上传播（即，以接近0度的低传播角度）。当这些光线照射到常规光导光学器件（诸如可以是平坦的并且平行于LED的发射表面的导光板（LGP））上时，它们受到这些表面的干扰最小。例如，对于从空气传播到玻璃或塑料中的低角度光线，透射角~入射角/1.4。因此，当这些光线照射到常规光导光学器件上时，它们偏离到甚至更小的角度方向（即，接近平行于主光导表面的方向）。因此，行进通过光导光学器件的这些光线中的大多数不与引导表面相互作用，或者仅在低频率下相互作用，并且因此只能在光导内微弱混合，并且只能微弱地出耦合。
技术实现思路
公开了一种用于提高光导光学系统中的光提取效率的方法、设备和系统。光导光学系统可以包括发光源。发光源可以是例如一个或多个发光二极管（LED）。光导光学系统还可以包括导光板（LGP）。LGP可以包括位于LGP的表面上的光提取特征。LGP还可以包括LGP的输入表面上的成形注入表面。成形注入表面可以成角度，以使从LED发射的近平行光偏离，来使得该光能够经由LGP的光提取特征被从LGP提取。成形LGP光注入表面可以是分裂边缘（即，V形凹槽）或弯曲边缘。在另一示例实施例中，可以确定光导光学系统中使用的LED的光线组的角度分布。然后，可以基于LED的光线组的角度分布来确定光导光学系统中使用的LGP的注入表面的形状。然后可以应用所确定的LGP的注入表面的形状，其中应用例如可以包括使用制造过程，该制造过程包括使用钻头在LGP的相关表面中创建这样的形状。附图说明图1是示例光导光学系统的示意图；图2A是另一示例光导光学系统的示意图；图2B是另一示例光导光学系统的示意图；图3是示例光导光学系统的示意图；图4是示例光导光学系统的另一视图的示意图，该示例光导光学系统包括注入表面处的分裂边缘；图5是包括弯曲形状注入表面的示例光导光学系统的示意图；图6A是包括弯曲形状注入表面的示例光导光学系统的另一视图的示意图；图6B是包括弯曲形状注入表面的示例光导光学系统的另一视图的示意图；图7是示出光强和光提取效率的示意图；图8是示出当LGP具有符合朗伯曲线的发光特性时的光强和光提取效率的示意图；图9是另一示例光导光学系统的示意图；图10是具有分裂边缘注入表面的另一示例光导光学系统的示意图；图11是示出当LGP具有V形凹槽时的光强和光提取效率的示意图；图12是示出当LGP具有V形凹槽时的光强和光提取效率的另一示意图；图13是示出相比于LGP上的注入表面的角度的光提取效率的改善的示意图；图14是示出所使用的LGP具有正常刻面时的光强和光提取效率的示意图；图15是示出当所使用的LGP具有注入表面的10度的输入角时的光强和光提取效率的示意图；图16是示出当所使用的LGP具有注入表面的20度的输入角时的光强和光提取效率的示意图；图17是示出当所使用的LGP具有注入表面的30度的输入角时的光强和光提取效率的示意图；图18是用于光导光学系统的示例过程的流程图；图19是示出使用非成形输入表面的亮度分布的示意图；和图20是示出使用成形输入表面的亮度分布的示意图。具体实施方式本文描述的实施例旨在实现光导光学系统中的提高的光提取效率。本文描述的实施例中使用的发光源可以是任何发光源，诸如半导体发光装置，包括但不限于发光二极管（LED）、谐振腔发光二极管（RCLED）、垂直腔激光二极管（VCSEL）和边缘发射激光器。本文描述的实施例中使用的发光源可以包括发射蓝光的LED，其由镓、铝、铟和氮的二元、三元和四元合金（也称为III族氮化物材料）形成。本文描述的实施例中使用的发光源还可以包括发射红光的LED，其由镓、铝、铟、砷和磷的二元、三元和四元合金形成。该方法也适用于UV或IRLED源。本文描述的实施例中使用的发光源可以通过金属有机化学气相沉积（MOCVD）、分子束外延（MBE）或其他外延技术、通过在衬底（诸如例如的砷化镓（GaAs）衬底、蓝宝石衬底、碳化硅衬底、III族氮化物衬底、III族磷化物衬底、III族砷化物衬底、硅衬底或其他合适衬底）上外延生长不同成分和掺杂浓度的半导体层的堆叠来制造。半导体层的堆叠可以包括形成在衬底之上的掺杂有例如Si的一个或多个n型层、形成在一个或多个n型层之上的有源区中的一个或多个发光层以及形成在有源区之上的掺杂有例如Mg的一个或多个p型层。电接触部可以形成在n型和p型区上。本文描述的实施例中使用的光导、波导和导光板（LGP）可以使用在系统中考虑的光源的波长处的任何透明材料（例如针对可见光的玻璃、硅树脂或塑料或丙烯酸树脂）来制造。这些可以用于各种室内或室外照明应用、照明分布应用、路灯和/或显示装置。术语LGP、光导和波导在本文中可以可互换地使用。图1是示例光导光学系统100的示意图。在图1的示例中，光源101将光103发射到光导（诸如LGP102）中。LGP102可以包括光提取特征104，光提取特征104包括但不限于可以位于LGP102的表面上的点图案或纹理。如图1的示例中所示，一些光103可以从LGP102逸出，其可以从LGP102的不希望的表面逸出。从LGP102逸出的光103可以包括不频繁与提取特征相互作用的低角度全内反射（TIR）光线。逸出的光103可能从未撞击LGP102的表面或提取特征，或者从LGP102的相对端出射，并且因此逸出的光103可能直接转化为光损失。图2A-2B是另一示例光导光学系统200的示意图。如图2A所示，在LGP202a中以低传播角度行进的光线201a没有被提取并从LGP202a逸出。如图2B所示，光线201b行进穿过LGP202b，它们或者在其被提取之前被LGP202b的材料吸收，或者在LGP202b的相对表面被提取，然后它们可能在该相对表面处被其他元件吸收。由于上述问题，图1、图2A和图2B所示的系统经历了降低的光提取效率，其中光线行进穿过光导光学器件和/或不与引导表面相互作用或仅在光导光学器件的低频率下相互作用，并且因此只能在光导内微弱混合，并且只能微弱地出耦合。如图1、图2A和图2B的示例所示，光线可能在其被提取之前从LGP出射。此外，光线可能在LGP的相对表面处被提取，然后它们可以在该相对表面处被其他元件吸收。本文描述的实施例通过调整为适合LED的形状来改变LGP的输入表面的几何形状，以便使LED光去准直并减少这些不期望的影响。因此，本文描述的实施例提高了光提取效率，并本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种光导光学系统，包括：/n发光源；/n导光板，所述导光板包括光提取特征，所述光提取特征包括纹理和点图案中的一个并且位于所述导光板的第一表面上，所述导光板还包括与所述第一表面相对的第二表面和输入表面，所述输入表面包括成形注入表面并且从所述第一表面延伸到所述第二表面；和/n所述成形注入表面成角度使从所述发光源发射的近平行光朝向所述第一和第二表面偏离，以使得从所述发光源发射的近平行光入射在所述光提取特征上。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20170531 US 15/6102451.一种光导光学系统，包括：
发光源；
导光板，所述导光板包括光提取特征，所述光提取特征包括纹理和点图案中的一个并且位于所述导光板的第一表面上，所述导光板还包括与所述第一表面相对的第二表面和输入表面，所述输入表面包括成形注入表面并且从所述第一表面延伸到所述第二表面；和
所述成形注入表面成角度使从所述发光源发射的近平行光朝向所述第一和第二表面偏离，以使得从所述发光源发射的近平行光入射在所述光提取特征上。


2.根据权利要求1所述的光导光学系统，其中所述成形注入表面是分裂边缘，并且所述第一和第二表面是笔直的。


3.根据权利要求2所述的光导光学系统，其中所述分裂边缘包括“v”形，其中“v”的顶点位于所述成形注入表面的在所述第一和第二表面之间的大约中间上，并且所述“v”形远离所述输入表面的相对输入表面朝向所述第一和第二表面延伸。


4.根据权利要求2所述的光导光学系统，其中所述分裂边缘创建10、20或30度的输入角。


5.根据权利要求1所述的光导光学系统，其中所述成形注入表面是弯曲边缘，并且所述第一和第二表面是笔直的。


6.根据权利要求1所述的光导光学系统，其中所述成形注入表面包括相对于所述发光源的凸出轮廓，所述凸出轮廓在所述第一表面和所述第二表面之间的大约中间处相交。


7.根据权利要求1所述的光导光学系统，其中所述成形注入表面包括钟形弯曲形状，其中相应尾部分别朝向所述第一和第二表面延伸。


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【专利技术属性】
技术研发人员：FS戴安娜，J邓布里珍，G古思，
申请(专利权)人：亮锐有限责任公司，
类型：新型
国别省市：美国;US