具有全内反射（TIR）提取器的发光装置制造方法及图纸

具有全内反射(TIR)提取器的发光装置。公开了被配置来输出由光源提供的光的各种发光装置。一般来讲，所述发光装置的实施方案以光源和耦合到所述光源的提取器元件为特征，其中所述提取器元件至少部分包括全内反射(TIR)表面。还公开了并入这种类型的发光装置的灯具。

Luminescent Device with Total Internal Reflection (TIR) Extractor

【技术实现步骤摘要】
具有全内反射(TIR)提取器的发光装置本申请是分案申请，其原案申请是申请号是PCT/US2014/055511、申请日是2014年9月12日的国际申请，该国际申请的中国国家阶段进入日为2016年4月29日，中国申请号为201480060050.7，专利技术名称为“具有全内反射(TIR)提取器的发光装置”。
技术介绍
所述技术涉及具有大量全内反射(TIR)提取器的发光装置和灯具。发光元件(LEE)在现代世界中是普遍存在的，用在范围从普通照明(例如灯泡)到发光电子信息显示器(例如，背面光LCD和前面光LCD)到医疗装置和治疗的应用中。尤其在与白炽光源和其它常规光源相比较时，包括发光二极管(LED)的固态照明(SSL)装置越来越多地用于各种领域、承诺低功耗、高发光功效和寿命。灯具是提供固定、定位、保护发光元件和/或将所述发光元件连接到电源且在一些情况中提供分布由LEE发射的光的手段的照明单元。越来越多地用于灯具的LEE的一个实例是所谓“白LED。”常规白LED通常包括发射蓝光或紫外光的LED和磷光体或其它发光材料。装置通过磷光体经由降频转换来自LED(称为“泵浦光”)的蓝光或UV光而生成白光。这种装置还称为磷光体型LED(PLED)。虽然经受由于光转换的损耗，但是与其它类型的灯具相比较，PLED的各个方面承诺PLED型灯具有减少的复杂度、更好的成本效益和耐久性。虽然正积极调查和开发新类型的磷光体，但是PLED型发光装置的配置由于可用发光材料的特性而提供了进一步的挑战。例如，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、光子转换特性对操作温度的依赖性、由于受过热影响的磷光体的化学和物理组成变化的降级、受潮或其它损坏、转换特性对光强度的依赖性、非期望方向上由于从磷光体发射的转换光的随机发射的光传播、磷光体的非期望化学特性，以及磷光体在发光装置中的受控沉积。概述所述技术涉及具有大量全内反射(TIR)提取器的发光装置和灯具。在一个方面中，一种发光装置包括发光装置，其包括：多个光源，其被配置来在操作期间发射光；包括透明材料的提取器元件，所述提取器具有光输入表面、与光输入表面相对的光出射表面以及被安置在光输入表面与光出射表面之间的侧表面，其中光源与提取器元件的光输入表面耦合；和光导，其在光导的近端处与提取器元件的光出射表面耦合，所述光导在与近端相对的光导的远端处具有光输出表面，其中提取器元件的侧表面的至少一部分被定位且成形使得从光源接收且直接撞击在侧表面的至少一部分上的光的入射角以等于或大于全内反射的临界角的角度入射在侧表面的至少一部分上，且提取器元件的光出射表面被布置来接收且输出由侧表面反射的光和由光源发射到光导中的光。上述和其它实施方案每个可以单独或组合地任选包括一个或多个以下特征。在一些实施方案中，提取器元件的侧表面的至少一部分延伸到光出射表面。在一些实施方案中，提取器元件的侧表面的至少一部分延伸到光输入表面。在一些实施方案中，提取器元件的侧表面的至少一部分从光输入表面延伸到光出射表面。在一些实施方案中，发光装置还可包括在提取器元件的侧表面的一部分上从光源透射光的反射层。在一些实施方案中，发光装置还可包括与提取器元件的侧表面的一部分间隔开且沿其延伸并且从光源透射光的反射元件，其中反射元件被配置来将通过所述侧表面逸出的光的至少一部分重新引导回到提取器元件中。在一些实施方案中，提取器元件的光出射表面和光导的近端可形成一个或多个光学界面，所述界面被定位且成形使得撞击在所述一个或多个光学界面上的光的入射角小于全内反射的各自临界角。在一些实施方案中，提取器元件和光导可以整合地形成。在一些实施方案中，提取器元件的侧表面可根据R(t)＝x*Exp(t*Tan(g))成形，其中R(t)是从光输入表面和侧表面的邻接点到相同截平面内的侧表面上的点P在输入表面与邻接点的轨迹和点P之间小于90度的角度t下的距离，x是提取器元件的光输入表面的宽度，且g是TIR的临界角，使得g＝Arcsin(周边环境的折射率/提取器元件的折射率)。在一些实施方案中，光源可包括LED管芯。在一些实施方案中，光源可以包括磷光体。在另一方面中，一种发光装置包括包括：光源，其被配置来在操作期间发射光；和包括透明材料的提取器元件，所述提取器具有光输入表面、与光输入表面相对的光出射表面、第一侧表面和与第一侧表面相对的第二侧表面、第一侧表面和第二侧表面被布置在光输入表面与光出射表面之间，其中光源与光输入表面耦合，且其中提取器元件的第一侧表面的至少一部分被定位且成形使得从光源直接接收的全部光在第一侧表面的至少一部分上的入射角以等于或大于全内反射(TIR)的临界角的入射角入射且在第一角度范围内被反射，提取器元件的第二侧表面的至少一部分被定位且成形使得从光源直接接收的全部光在第二侧表面的至少一部分上的入射角以等于或者大于TIR的临界角的入射角入射且在第二角度范围内被反射，第二角度范围等于或小于第一角度范围，且提取器元件的光出射表面被布置来接收且输出由第一侧表面和第二侧表面反射的光以及由光源发射的光。上述和其它实施方案每个可以单独或组合地任选包括一个或多个以下特征。在一些实施方案中，光出射表面可以是不平坦的。在一些实施方案中，光出射表面可以包括多个不同形状部分。在一些实施方案中，发光装置还可包括光导，所述光导在光导的远端处与提取器元件的光出射表面耦合，所述光导在与近端相对的光导的远端处具有光输出表面。在一些实施方案中，所述发光装置还可包括在第一侧表面或第二侧表面中的至少一个的一部分上的反射层。在一些实施方案中，所述发光装置还可包括与第一侧表面或第二侧表面中的至少一个的一部分间隔开且沿其延伸的反射元件，其中所述反射元件被配置来将通过第一侧表面或第二侧表面逸出的光的至少一部分重新引导回到提取器元件中。在一些实施方案中，所述提取器元件的光出射表面和可被定位且成形使得撞击在光出射表面上的光的入射角小于全内反射的临界角。在一些实施方案中，光输入表面可以包括平坦部分且第一侧表面可以在通过平坦部分的至少一个横截面内根据R(t)＝x*Exp(t*Tan(g))成形，其中:R(t)是在第一侧表面的点P1与所述平坦部分和所述至少一个横截面之间交线的最远距离的点O之间的，在相对于所述交线角度t>0下的距离，其中x是所述交线的长度，且g等于或大于所述点P1下的TIR的临界角。在一些实施方案中，第二侧表面可以在至少一个横截面内根据R(t)＝k/(1-cos(d-t))成形，R(t)＝k/(1-cos(d·其中R(t)是在相对于交线的角度t下，第二侧表面的点P2与最远距离的点O之间的距离，且d是预定角度，其定义由来自最远距离的点O的光线在点P2处的反射造成的光线的倾斜，其中第一侧表面以角度tc＝d+2g–Pi端接，且第二侧表面持续到t＞tc，其中g等于或大于点P2处的TIR临界角，且k等于或大于x*Exp(tc*Tang(g))*(Cos(g))^2。在一些实施方案中，光源可包括LED管芯。在一些实施方案中，光源可以包括磷光体。附图说明图1A-1C示出具有全内反射提取器元件的发光装置的实施方案的横截面图。图2-3示出具有非平坦散射元件的发光装置的实施方案的横截面图。图4示本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种发光装置，其包括：多个光源(1105A‑1105C)，其被配置来在操作期间发射光，其中所述光源沿光导(1134)的边缘定位且耦合到多个提取器元件(1130)，每个提取器元件具有光输入表面(125)、与所述光输入表面相对的光出射表面(135’)，以及被安置在所述光输入表面与所述光出射表面之间的提取器侧表面(138，139；138’，139’)；且所述光导(1134)在所述光导的(1134)近端处与所述提取器元件的所述光出射表面(135’)耦合，所述光导在与所述近端相对的所述光导的远端处具有光输出表面且所述光导在所述近端与所述远端之间中具有光导侧表面，所述光导被配置为引导并混合来自所述提取器元件的光，其中其中，所述提取器元件的所述提取器侧表面的至少第一部分(138；138’)和第二部分(139；139’)被定位且成形，使得从所述光输入表面接收的直接撞击在其上的光的入射角以等于或大于全内反射的临界角的入射角入射，并且所述第二部分设置在所述第一部分和所述光出射表面之间，其中，所述提取器元件的所述光出射表面被布置为接收且输出由所述提取器侧表面反射的光以及来自所述光输入表面的光，其中，在至少一个截平面内的所述第一部分(138；138’)和第二部分(139；139’)具有根据R(t)的形状，其中R(t)为线段PO和所述光输入表面的平面之间包括的在角度t处在所述提取器侧表面上的点P和所述光输入表面(125)远端点O之间的线段PO的长度，其中，所述第一部分根据R(t)＝x*Exp(t*Tan(g))成形，其中x是所述光输入表面(125)的宽度，且g等于或大于R(t)处的全内反射TIR的临界角，其中，所述第二部分根据R(t)＝k/(1‑cos(d‑t))成形，其中d是在所述提取器元件的所述光出射表面处光的最大入射角，以及其中，所述第一部分(138；138’)以角度tc＝d+2g‑Pi端接，并且所述第二部分(139；139’)持续到t＞tc，且k等于或大于x*Exp(tc*Tan(g))*(Cos(g))^2。...

【技术特征摘要】
2013.09.12 US PCT/US2013/0595111.一种发光装置，其包括：多个光源(1105A-1105C)，其被配置来在操作期间发射光，其中所述光源沿光导(1134)的边缘定位且耦合到多个提取器元件(1130)，每个提取器元件具有光输入表面(125)、与所述光输入表面相对的光出射表面(135’)，以及被安置在所述光输入表面与所述光出射表面之间的提取器侧表面(138，139；138’，139’)；且所述光导(1134)在所述光导的(1134)近端处与所述提取器元件的所述光出射表面(135’)耦合，所述光导在与所述近端相对的所述光导的远端处具有光输出表面且所述光导在所述近端与所述远端之间中具有光导侧表面，所述光导被配置为引导并混合来自所述提取器元件的光，其中其中，所述提取器元件的所述提取器侧表面的至少第一部分(138；138’)和第二部分(139；139’)被定位且成形，使得从所述光输入表面接收的直接撞击在其上的光的入射角以等于或大于全内反射的临界角的入射角入射，并且所述第二部分设置在所述第一部分和所述光出射表面之间，其中，所述提取器元件的所述光出射表面被布置为接收且输出由所述提取器侧表面反射的光以及来自所述光输入表面的光，其中，在至少一个截平面内的所述第一部分(138；138’)和第二部分(139；139’)具有根据R(t)的形状，其中R(t)为线段PO和所述光输入表面的平面之间包括的在角度t处在所述提取器侧表面上的点P和所述光输入表面(125)远端点O之间的线段PO的长度，其中，所述第一部分根据R(t)＝x*Exp(t*Tan(g))成形，其中x是所述光输入表面(125)的宽度，且g等于或大于R(t)处的全内反射TIR的临界角，其中，所述第二部分根据R(t)＝k/(1-cos(d-t))成形，其中d是在所述提取器元件的所述光出射表面处光的最大入射角，以及其中，所述第一部分(138；138’)以角度tc＝d+2g-Pi端接，并且所述第二部分(139；139’)持续到t＞tc，且k等于或大于x*Exp(tc*Tan(g))*(Cos(g))^2。2.根据权利要求1所述的发光装置，其中所述提取器元件的所述侧表面的所述第二部分(139；139’)延伸到所述光出射表面(135’)。3.根据权利要求1所述的发光装置，其中所述提取器元件的所述侧表面的所述第一部分(138；138’)延伸到所述光...

【专利技术属性】
技术研发人员：英戈·施派尔，汉斯·彼得·施托姆贝格，罗伯特·C·加德纳，格雷戈里·A·马盖尔，费迪南德·斯基纳哥，罗兰德·H·海茨，
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