專利名稱：光源的制作方法
光源 描述了一種光源。 本專利申請(qǐng)要求歐洲專利申請(qǐng)07010836. 0的優(yōu)先權(quán)，該歐洲專利申請(qǐng)的公開(kāi)內(nèi) 容因此通過(guò)參考被引入。 本文中所述設(shè)備的實(shí)施例的至少一個(gè)目的是提供一種光源，其包括發(fā)光裝置和光 學(xué)元件。 可以由根據(jù)本專利權(quán)利要求1的光源實(shí)現(xiàn)這個(gè)目的。在其它專利權(quán)利要求中列舉 了其它實(shí)施例。 根據(jù)至少一個(gè)實(shí)施例，一種光源包括-發(fā)光裝置，其從發(fā)射表面發(fā)出電磁輻射以及-光學(xué)元件，其具有光輸入表面、光輸出表面和連接該光輸入表面與光輸出表面的
側(cè)表面，
其中，-該光輸入表面位于發(fā)光裝置的光路中，電磁輻射通過(guò)該光輸入表面進(jìn)入該光學(xué) 元件，并且-該光輸入表面具有凹曲度和面積，該面積小于光輸出表面的面積。 此處以及下文中，"電磁輻射"和"光"是同義詞，均表示具有一波長(zhǎng)或者從紫外到 紅外范圍波長(zhǎng)的組合的電磁輻射。 光輸入表面可以面向發(fā)光裝置的發(fā)射表面。光學(xué)元件的光輸入表面的凹曲度意味 著該光輸入表面相對(duì)于光學(xué)元件的體積是向內(nèi)彎曲和/或中空的，因此從發(fā)光裝置觀察其 形成為中空或凹形。由于該光輸入表面的凹曲度，所以由發(fā)光裝置發(fā)出的光能夠非常高效 地耦合到光學(xué)元件中，這是因?yàn)閺陌l(fā)射表面來(lái)看，凹曲的光輸入表面可以比與該凹曲的光 輸入表面具有相同表面面積的平的輸入表面覆蓋更大的立體角。如果發(fā)光裝置提供具有角 分布的光發(fā)射，即發(fā)光裝置可以向覆蓋發(fā)射立體角的不同方向發(fā)光，那么這可能是特別有 利的。例如，發(fā)光裝置的發(fā)射表面可以是平的，并且可以由具有與發(fā)射表面的延伸方向正交 的表面法線的平面來(lái)表征。由發(fā)光裝置發(fā)出的光的特征可以在于相對(duì)于發(fā)射表面的表面 法線的角強(qiáng)度分布(angular intensitydistribution)。例如，發(fā)光裝置可以提供朗伯特 (Lambertian)發(fā)射特性，即由發(fā)光裝置發(fā)出的光可以提供相對(duì)于發(fā)射表面的表面法線的余 弦狀強(qiáng)度分布。這可能意味著所發(fā)出的光的有效部分沿著與發(fā)射表面非正交的方向發(fā)射， 產(chǎn)生了發(fā)射立體角。所發(fā)出的光中的沿著與發(fā)射表面非正交的方向發(fā)射并且由此偏離發(fā)射 表面的表面法線的部分光可以被有效地耦合到光學(xué)元件中，這是因?yàn)楣鈱W(xué)元件的凹曲的光 輸入表面可以覆蓋等于或接近于發(fā)光裝置的發(fā)射立體角的立體角。因此，該光輸入表面能 夠捕獲全部或幾乎全部光，例如大于從發(fā)光裝置發(fā)出的光的80%或者大于85%，或者甚至 是大于90%。 由于光輸出表面具有比光輸入表面大的表面面積，所以光學(xué)元件還可以提供穿過(guò) 該光學(xué)元件的光的集中，從而使得從光輸出表面發(fā)出光所成的立體角小于發(fā)光裝置的發(fā)射 立體角，從發(fā)光裝置的發(fā)射表面以該發(fā)射立體角發(fā)出光。這可能意味著該光學(xué)元件可以提
4供穿過(guò)該光學(xué)元件的光的準(zhǔn)直。可能發(fā)生集中和/或準(zhǔn)直是因?yàn)榧饴适睾?，這是基本的 光學(xué)定律，遵循此定律就可以僅以擴(kuò)大光束的橫截面為代價(jià)實(shí)現(xiàn)光束的集中和/或準(zhǔn)直。 例如，該光學(xué)元件可以將由發(fā)光元件發(fā)出的具有朗伯特強(qiáng)度分布的光集中和/或準(zhǔn)直成錐 形光束，該錐形光束具有20。到60°之間或者30°到50°之間，或者例如大約38。的張角。 光輸入表面可以被形成為橢圓體、球體、橢圓拋物面或者其任意組合的一部分。光 輸入表面可以由平滑表面形成，或者可以包括接近前面提到的形狀之一的多個(gè)平的表面部 分，該多個(gè)平的表面部分相對(duì)于彼此傾斜。 此外，光輸入表面可以具有采用多邊形、圓形或者橢圓形或其任意組合的周界 (perimeter)。此處以及下文中，"周界"可以表示平面或者曲表面的邊界線。多邊形可以是 例如三角形、四邊形，特別是矩形，或者具有n個(gè)邊和角的任何其它規(guī)則的或者不規(guī)則的多 邊形，n等于或大于3。周界的形狀可以由歐幾里得幾何體(即周界的邊可以位于平面中)， 或者由非歐幾里得、橢圓的幾何體(即周界的邊可以位于橢圓體、球體、橢圓拋物面的表面 上或者任何其它彎曲(curved)或彎折(bent)的表面上或其任意組合上)來(lái)表征。
光輸出表面可以具有類(lèi)似于或者不同于光輸入表面形狀的形狀。這可能意味著光 輸出表面可以具有類(lèi)似于或者不同于光輸入表面周界的周界。特別是，光輸出表面的周界 可以是多邊形、圓形或者橢圓形或其任意組合。例如，該輸出表面可以具有有著規(guī)則八邊形 形狀的多邊形周界，即具有有著8個(gè)角的八邊形形狀。此外，光輸出表面的周界可以由歐 幾里得幾何體來(lái)表征(即該周界的邊可以位于平面中)，或者由非歐幾里得、橢圓形幾何體 (即該周界的邊可以位于橢圓體、球體、橢圓拋物面或者任何其它彎曲或彎折表面或其任意 組合上)來(lái)表征。 此外，光輸出表面可以是平面?？蛇x的是，光輸出表面可以具有曲率，優(yōu)選的是凸 曲率。這可能意味著光輸出表面可以相對(duì)于光學(xué)元件的體積向外凸出。彎曲的光輸出表面 可以提供從光學(xué)元件形成的光的準(zhǔn)直、聚焦或者散焦。例如，該光輸出表面可以被形成為凸 透鏡表面。 側(cè)表面可以是平面表面。因此，該側(cè)表面可以不被彎曲或彎折并相對(duì)于彼此傾斜。 例如，光學(xué)元件可以具有有著三角形形狀的側(cè)表面和/或有著四邊形形狀(特別是梯形) 的側(cè)表面。該光學(xué)元件可以具有類(lèi)似擬柱體(prismatoid-like)形狀和/或可以是圓錐體 或者棱錐體的一部分，例如分別為圓錐或棱錐平截頭體，其中該光輸入表面和光輸出表面 分別構(gòu)成了該平截頭體的上表面和下表面。此外或者可選的是，一個(gè)或多個(gè)側(cè)表面可以沿 著從光輸入表面到光輸出表面的方向彎曲和/或彎折。該一個(gè)或多個(gè)側(cè)表面可以被例如橢 圓地、圓地、拋物面地、雙曲線地或者其任意組合地彎曲。 由發(fā)光裝置發(fā)射的電磁輻射的第一部分可以被耦合到光學(xué)元件中，即該第一部分 可以經(jīng)由光輸入表面進(jìn)入光學(xué)元件并且傳遞，從而使得該第一部分直接照射光輸出表面。 這意味著光的該第一部分從光輸入表面到光輸出表面橫穿該光學(xué)元件，而不撞擊側(cè)表面。 優(yōu)選的是，光的該第一部分可以照射整個(gè)光輸出表面。進(jìn)入光學(xué)元件的電磁輻射的第二部 分可以撞擊側(cè)表面，并且可以通過(guò)全內(nèi)反射被側(cè)表面反射。然后，被側(cè)表面朝著光輸出表面 反射的光的該第二部分可以照射整個(gè)光輸出表面。因此，電磁輻射的該第一部分和電磁輻 射的第二部分(其加在一起可以是耦合到光學(xué)元件中的全部電磁輻射)二者可以照射整個(gè)
5光輸出表面。這可能意味著，優(yōu)選地，在光輸出表面的每個(gè)點(diǎn)處以及在出射光束的每個(gè)方向 上，從光學(xué)元件發(fā)出光的混合物，其直接地(即未在側(cè)表面處被反射)以及間接地(即在至 少一個(gè)側(cè)表面處被反射)穿過(guò)光學(xué)元件。因此，該光學(xué)元件可以是非成像的，即光輸入表面 處的光分布未投射到光輸出表面上，并且在光輸出表面處提供了均勻的亮度和色分布。
該光學(xué)元件可以包括玻璃和/或塑料或者可以由玻璃和/或塑料制成，所述玻璃 如同是石英或者光學(xué)玻璃，所述塑料如同是環(huán)氧樹(shù)脂、硅樹(shù)脂、環(huán)氧_硅混合材料、聚甲基 丙烯酸甲酯、聚碳酸酯或者任何其它塑料或者其任意混合物。為了給如上所述的電磁輻射 的第二部分提供全內(nèi)反射，光學(xué)元件可以包括下述材料或者可以由下述材料制成，所述材 料提供了大于空氣折射率的折射率，例如等于或者大于1.5。例如，該光學(xué)元件可以包括聚 碳酸酯，或者可以由聚碳酸酯制成，該聚碳酸酯對(duì)于具有約640nm波長(zhǎng)的光提供約1. 58的 折射率，并且對(duì)于具有約480nm波長(zhǎng)的光提供約1. 6的折射率。 發(fā)光裝置可以包括至少一個(gè)發(fā)光二極管(LED)。 LED可以包括在襯底上外延地生 長(zhǎng)的半導(dǎo)體層序列，并且可以基于例如氮化物半導(dǎo)體材料系，如InGaAlN?？蛇x的是，該半導(dǎo) 體層序列可以基于InGaAlP或者AlGaAs。此外或可選的是，該半導(dǎo)體層序列還可以包括其 它m-V半導(dǎo)體材料系或者n-VI半導(dǎo)體系或者所述材料的任意組合。該LED還可以被形 成為薄膜半導(dǎo)體芯片。半導(dǎo)體序列可以包括有源區(qū)，其形成為pn過(guò)渡、雙異性結(jié)構(gòu)、單量子 阱結(jié)構(gòu)或者多量子阱結(jié)構(gòu)。而且，發(fā)光裝置可以包括殼體和/或光學(xué)組件(例如透鏡、漫射 器和/或波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器)。該殼體可以包含LED中的一個(gè)或多個(gè)。該漫射器可以被有利地置 于輻射發(fā)射裝置的輻射路徑中，特別是當(dāng)外部觀察者優(yōu)選均勻的光和強(qiáng)度效果時(shí)?？梢詫?發(fā)光轉(zhuǎn)換器與半導(dǎo)體層序列組合起來(lái)，以便為外部觀察者提供混色或者白光效果。優(yōu)選的 是，該LED可以提供白光。例如，該LED可以包括發(fā)射藍(lán)光的有源區(qū)以及將藍(lán)光部分轉(zhuǎn)變?yōu)?黃光和/或綠光和紅光的發(fā)光轉(zhuǎn)換器。該發(fā)光轉(zhuǎn)換器可以被形成為在半導(dǎo)體層序列的頂部 上的層，或者可以被形成為半導(dǎo)體層序列的封裝。 此外，該發(fā)光裝置可以包括多個(gè)LED。所述多個(gè)LED的全部可以發(fā)射具有相同或者 具有類(lèi)似光譜分布和強(qiáng)度的光?？蛇x的是，所述多個(gè)LED中的至少兩個(gè)可以分別發(fā)射具有 彼此不同的光譜分布的光。而且，所述多個(gè)LED可以被設(shè)置為形成LED陣列，例如形成矩形 或者圓形陣列。包含多個(gè)LED的發(fā)光裝置的發(fā)射表面可以由所述多個(gè)LED的單獨(dú)LED的發(fā) 射表面之和來(lái)定義。 光學(xué)元件的光輸入表面可以具有與LED陣列的形狀相同或類(lèi)似的形狀。僅作為舉 例，該LED陣列可以是由2X 3個(gè)LED構(gòu)成的矩形陣列，并且光輸入表面的形狀(即其周界) 也可以是矩形的。例如，發(fā)射表面的面積可以等于或大于9咖2和/或等于或小于15咖2。光 輸入表面的面積可以等于或者大于28mm2和/或等于或小于45mm2。 光學(xué)元件的光輸入表面可以被設(shè)置在離發(fā)光裝置的發(fā)射表面一定距離處，由此在 發(fā)光裝置與光學(xué)元件之間，即光輸入表面與發(fā)射表面之間形成間隙。因此，在發(fā)光裝置與光 學(xué)元件之間無(wú)需折射率匹配。所述距離，即間隙的寬度可以等于或者大于約0. 8mm，和/或 可以等于或者小于約2mm，進(jìn)一步等于或者大于約lmm和/或等于或者小于約1. 5mm。間隙 的寬度越大，光源的壽命就可以越長(zhǎng)，這是因?yàn)樵撻g隙(其可以填滿氣體，例如空氣)可以 在發(fā)光裝置與光學(xué)元件之間提供絕熱以及對(duì)接近發(fā)射表面發(fā)出的具有高強(qiáng)度的電磁輻射 進(jìn)行稀釋。
而且，光輸入表面的面積可以大于發(fā)射表面的面積，從而使得當(dāng)結(jié)合如上所述的 光輸入表面的凹曲度時(shí)，在偏離發(fā)射表面的表面法線的方向上發(fā)射的光被有效地耦合到光 學(xué)元件中。光輸入表面的面積與發(fā)射表面的面積之比可以等于或者大于約2，和/或可以等 于或者小于約5，例如4。 以下，結(jié)合根據(jù)附圖對(duì)示例性實(shí)施例的說(shuō)明公開(kāi)本發(fā)明的其它特征、實(shí)施例和優(yōu) 點(diǎn)。

圖1A-3B示出了根據(jù)各個(gè)實(shí)施例的光源的示意圖， 圖4A-6示出了對(duì)根據(jù)各個(gè)實(shí)施例的光源的光束特性的測(cè)量。 在附圖中，類(lèi)似的元件或者具有類(lèi)似功能或功能性的元件由類(lèi)似的附圖標(biāo)記指 示。所示的元件及其相對(duì)于彼此的尺寸并不旨在按比例畫(huà)出。相反，某些元件或者全部元 件，例如層、裝置和/或其部件、元件和區(qū)域可能在尺寸和/或厚度上被夸大地畫(huà)出，以便提 供對(duì)所示實(shí)施例的更好的理解。 圖1A示出了根據(jù)至少一個(gè)實(shí)施例的光源100的橫截面視圖的示意圖。光源100 包括發(fā)光裝置1和光學(xué)元件2。 圖1B中更詳細(xì)地示出了發(fā)光裝置l，首先將對(duì)該發(fā)光裝置1進(jìn)行描述。該發(fā)光裝 置1包括LED11，其具有半導(dǎo)體層序列14，該序列14具有有源區(qū)15。在本特定實(shí)施例中示 出的半導(dǎo)體序列14基于氮化物半導(dǎo)體材料，并且在給有源區(qū)15施加電流時(shí)該半導(dǎo)體序列 14提供(僅作為示例)藍(lán)光的發(fā)射。發(fā)光轉(zhuǎn)換器16形成為被施加到半導(dǎo)體層序列14的 層，該發(fā)光轉(zhuǎn)換器16通過(guò)吸收藍(lán)光并且重新發(fā)射黃光而將部分藍(lán)光轉(zhuǎn)變?yōu)辄S光。發(fā)光轉(zhuǎn)換 器16的表面18構(gòu)成了 LED18的發(fā)射表面，其可以由用虛線表示的表面法線19來(lái)表征。
由有源區(qū)15發(fā)出的藍(lán)光的吸收概率以及因而將被轉(zhuǎn)變?yōu)辄S光的概率與發(fā)光轉(zhuǎn)換 器16中藍(lán)光的路徑長(zhǎng)度有關(guān)。因此，相對(duì)于表面法線19以小角度穿過(guò)該發(fā)光轉(zhuǎn)換器16的 光(由光束方向Bl表示)比以較大角度穿過(guò)發(fā)光轉(zhuǎn)換器16的光(由光束方向B2表示) 經(jīng)歷了更小的吸收概率。因此，以小角度(例如沿著B(niǎo)1方向)從發(fā)射表面18發(fā)出的藍(lán)光 所占的百分比高于以較大角度(例如沿著B(niǎo)2方向)從發(fā)射表面發(fā)出的藍(lán)光所占的百分比。 因此，由外部觀察者相對(duì)于表面法線以小視角觀察到的光比以較大視角觀察到的光更加帶 藍(lán)色，該以較大視角觀察到的光實(shí)際上更帶黃色，從而使得LED11的顏色效果取決于視角。
如圖1A中所示，由發(fā)射表面18發(fā)出的光經(jīng)由光輸入表面21進(jìn)入光學(xué)元件2。該 光穿過(guò)光學(xué)元件2并且從光輸出表面22發(fā)出，該光輸出表面依次具有比光輸入表面21更 大的表面面積。選擇光輸出表面22的面積與光輸入表面21的面積的比率，以提供在光輸 出表面22處獲得希望的光束寬度所需的希望的準(zhǔn)直。該光輸入表面21和光輸出表面22 通過(guò)平的、非彎曲的側(cè)表面23連接。該光學(xué)元件2是由透明材料(其是僅作為示例的聚碳 酸酯)制成的。 由于光學(xué)元件2的平滑表面，所以如本說(shuō)明書(shū)的概述部分中所述的集光率守恒傾 向于不僅適用于如圖1中所示的紙面(垂直平面)中的光的準(zhǔn)直，還獨(dú)立地適用于垂直于 紙面的平面(水平平面)中的光的準(zhǔn)直。因此，與從發(fā)光裝置的發(fā)射表面發(fā)出的光圖案的 長(zhǎng)寬比相比，光學(xué)元件能夠改變從光輸出表面22發(fā)出的光束的長(zhǎng)寬比。結(jié)合圖3A和3B更 詳細(xì)地示出了這點(diǎn)。 光輸入表面21被凹地彎曲，因此相對(duì)于光學(xué)元件2的體積向內(nèi)凹進(jìn)去。光輸入表
7面21的曲率與發(fā)射表面的距離和尺寸有關(guān)，以及與發(fā)光裝置1的輻射圖案有關(guān)。因此，光 輸入表面21能夠覆蓋下述立體角，該立體角至少接近由從發(fā)光裝置1的發(fā)射表面18發(fā)出 的光所覆蓋的立體角。而且，由于光輸入表面21的曲率，所以即使在相對(duì)于表面法線19的 大角度處，進(jìn)入光學(xué)元件2的光的折射也被最小化。當(dāng)進(jìn)入光學(xué)元件2的光線幾乎垂直于 光輸入表面21時(shí)，在光輸入表面21處保持小的散射角，從而使得由于散射導(dǎo)致的效率下降 可以被最小化，甚至被避免。相反，在光輸出表面22處的散射比在光輸入表面21處的散射 更有助于提高亮度和/或色均勻性，這是因?yàn)閺墓廨敵霰砻?2觀察，光來(lái)自明顯"小"的發(fā) 光裝置。因此，控制在光輸入表面21處的光的散射和折射可有助于改善從光輸出表面22 發(fā)出的光的均勻性，并且由于光輸入表面21的恒定曲率，所以通過(guò)光學(xué)元件2提供了發(fā)射 表面18的均勻放大率。 可以通過(guò)從錐形或者棱錐形光學(xué)元件"減去"橢圓體、球體或者任何其它適當(dāng)?shù)膹?曲體積，將光輸入表面21設(shè)計(jì)成例如布爾差分(Boolean difference)。布爾差分是一種公 知的構(gòu)造方法，其特別是兩個(gè)體積之差，其中將第二表面(例如橢圓體或者球體)從第一體 積(例如"原始"光學(xué)元件)中"減去"，其中將位于第二體積內(nèi)的第一體積的表面和體積的 部分除去，同時(shí)保留第一體積的表面的剩余部分。然后，保留位于第一體積內(nèi)的第二體積的 表面和體積的部分，同時(shí)除去第二體積的表面的其它。如果表面是未封住一定體積的開(kāi)放 表面，則該表面相對(duì)于其它體積的方向表示該表面的"外部"。類(lèi)似地，可以設(shè)計(jì)光輸出表面 22。 相對(duì)于發(fā)光裝置1設(shè)置光學(xué)元件2，從而使得光輸入表面21面向發(fā)光裝置的發(fā)射 表面18，并且使得在發(fā)光裝置與光學(xué)元件2之間存在至少lmm的空氣間隙3。如上所述，大 的空氣間隙3由于使光學(xué)元件2與發(fā)光裝置1熱絕緣而有助于提高光源100的壽命。由于 光輸入表面21的凹曲度，所以即使以如此大的間隙3，由發(fā)光裝置發(fā)出的光的多達(dá)90%以 及更多的大部分也能夠被有效地耦合到光學(xué)元件2中。由于該凹曲度，光輸入表面21的面 積能夠被保持在相對(duì)于發(fā)射表面18的面積的適當(dāng)?shù)某叽纭H僅作為示例，在所示實(shí)施例 中，光輸入表面面積與發(fā)射表面面積之比約為4。 如圖1A中用示例性光線Dl、 D2和D3所示的，從發(fā)光裝置發(fā)出的電磁輻射的第一 部分經(jīng)由光輸入表面21進(jìn)入光學(xué)元件2，并且直接穿過(guò)光學(xué)元件2到達(dá)光輸出表面22。由 此，電磁輻射的第一部分照射整個(gè)光輸出表面22。因?yàn)橹苯诱丈涔廨敵霰砻?2的該光的第 一部分是相對(duì)于發(fā)射表面18的表面法線19以小角度從發(fā)光裝置1的發(fā)射表面18發(fā)出的， 所以光的該第一部分看上去更帶藍(lán)色，如以上結(jié)合圖1B所述。由示例性光線II、 12和13 表示的電磁輻射的第二部分經(jīng)由光輸入表面21進(jìn)入光學(xué)元件2，并且碰撞側(cè)表面23。在該 側(cè)表面23處，電磁輻射的該第二部分通過(guò)全內(nèi)反射朝著光輸出表面22進(jìn)行反射。電磁輻 射的該第二部分在側(cè)表面23處被反射之后，間接地照射整個(gè)光輸出表面22。因?yàn)殚g接照射 光輸出表面22的光的該第二部分是相對(duì)于發(fā)射表面18的表面法線19以比該電磁輻射的 第一部分更大的角度從發(fā)光裝置1的發(fā)射表面18發(fā)出的，所以光的該第二部分看上去更帶 黃色，如以上結(jié)合圖1B所述。 因此，因?yàn)闃?gòu)成電磁輻射的第一部分的直接光線是以接近表面法線方向19從發(fā) 光裝置發(fā)出的，而在側(cè)表面23處被反射并且構(gòu)成電磁輻射的第二部分的間接光線是以更 加遠(yuǎn)離該表面法線19的方向指向從發(fā)光裝置發(fā)出的，并且直接光線和間接光線二者均照射整個(gè)光輸出表面22，所以在從光輸出表面22發(fā)出的光束中很好地混合了更帶藍(lán)色的電 磁輻射的第一部分以及更帶黃色的電磁輻射的第二部分。因此，光源ioo提供了所發(fā)出的 光的非常好的色均勻性，特別是在遠(yuǎn)場(chǎng)中。 在后面的圖2-3B中，示出了在其它實(shí)施例中對(duì)于光源100的修改，因此僅描述其 與圖1A和1B的實(shí)施例的差別。 如圖2中的橫截面圖中所示的光源200包括發(fā)光裝置1，其包括多個(gè)LED11。所述 多個(gè)LED11設(shè)置在殼體12中，并且形成2X3個(gè)LED的矩形陣列。該殼體12可以放置在保 持裝置13上，該保持裝置13還支撐光學(xué)元件2，如虛線所示?？蛇x的是，該保持裝置13可 以是殼體12的一部分。 光學(xué)元件2的光輸出表面22被凸地彎曲，由此相對(duì)于光學(xué)元件2的體積向外凸 出。該凸?fàn)顝澢軌蜃鳛轭?lèi)似透鏡，并且提供從光輸出表面22發(fā)出的光的進(jìn)一步準(zhǔn)直或者 散射。 圖3A和3B以兩個(gè)頂視圖示出了光源300的另一實(shí)施例，其中圖3A中的視圖是沿 著圖3B中所指示的方向A，而圖3B中的視圖是沿著圖3A中所指示的方向B。
僅由虛線表示的發(fā)光裝置1類(lèi)似于結(jié)合圖2所示的發(fā)光裝置，特別之處在于包括 2 X 3個(gè)LED的LED陣列。 光源300的光學(xué)元件2具有如圖2中所示的凸地彎曲的光輸出表面22以及具有 八邊形周界的八邊形橫截面。光輸入表面21具有下述周界，該周界是相應(yīng)于發(fā)光裝置1的 發(fā)射表面18的矩形形狀的、在如上所述的橢圓幾何體中的矩形。連接光輸入表面21與光 輸出表面22的側(cè)表面23具有三角形和梯形形狀，以便將光輸入表面21的矩形形狀周界變 換為光輸出表面22的八邊形形狀周界。如上所述，光源300的光學(xué)元件2將由發(fā)光裝置1 發(fā)出的光圖案的長(zhǎng)寬比(其受到發(fā)射表面18的矩形形狀的影響)變?yōu)榫哂袨?的長(zhǎng)寬比 的更加對(duì)稱的光束形狀。在沒(méi)有三角形側(cè)表面23的情況下，即如果光輸出表面的周界是方 形形狀的，則從光輸出表面22發(fā)出的光束基本上也是方形的。該三角形側(cè)面23 "截掉"了 該光分布的"角"，由此產(chǎn)生了從光輸出表面22發(fā)出的光束的基本上圓形的遠(yuǎn)場(chǎng)分布。
在接下來(lái)的圖4A-4C中，示出了對(duì)從光源300的光輸出表面22發(fā)出的光束的仿 真。對(duì)于那些特定的仿真而言，在發(fā)光裝置1的發(fā)射表面18與光學(xué)元件2的光輸入表面21 之間選擇1. 3mm的距離，其中該發(fā)光裝置1假設(shè)為如上所述的2X3的LED陣列。發(fā)射表面 18的面積為6. 59咖2，周長(zhǎng)為10. 50mm，其中每個(gè)LED具有大約lmm2的面積。每個(gè)LED的光 通量假設(shè)為0. 971m黃光和0. 31m藍(lán)光，其導(dǎo)致該發(fā)光裝置1的總朗伯特光通量為61m。忽略 了聚碳酸酯光學(xué)元件2中的吸收。光輸入表面21的面積假設(shè)為28. 68mm2，周長(zhǎng)為21. 05mm。 這些設(shè)置導(dǎo)致由發(fā)光裝置1發(fā)出的光的88%耦合到光學(xué)元件2中。選擇光學(xué)元件2的長(zhǎng) 度，即光輸入表面21與光輸出表面22之間的距離，以及光輸出表面22的面積，以導(dǎo)致從輸 出表面發(fā)出的光束從直接和間接光線二者而言均具有大約38°的張角，該直接和間接光線 即如上所述的電磁輻射的第一和第二部分。該張角被視為是其尖端位于發(fā)光裝置1的發(fā)射 表面18的中心之后的圓錐的張角。所選擇的張角將產(chǎn)生近似相等比例的電磁輻射的第一 部分和第二部分。 在圖4A中，示出了在光輸出表面22之后500mm的位置處的所仿真的光束圖案，為 此仿真了 3億光線。如可以看出的那樣，從光輸出表面22發(fā)出的光束在遠(yuǎn)場(chǎng)具有圓形形狀，并且不包含可見(jiàn)圖案或者亮度或色彩的不均勻性。圖4B示出了從圖4A中的光束的中 心在水平方向和垂直方向(實(shí)線和虛線)上的亮度分布。該亮度分布示出了希望的38。張 角(注意在圖4B中在最大亮度的一半處表示19。的一半張角)以及從光束中心的平滑強(qiáng) 度降低。在30°的張角處強(qiáng)度下降小于10%。仿真光源的效率在500mm距離處的壁處為 75%。圖4C示出了 CIEx和y坐標(biāo)中的顏色分布。顯而易見(jiàn)，在顏色分布中不存在可見(jiàn)的 不均勻性。 因此，所公開(kāi)的光源提供了良好的白色混合，其中利用產(chǎn)生均勻和均一輸出光束 的單一光學(xué)元件2使LED11的不均勻的輻射圖案均勻化。 圖5示出了類(lèi)似于結(jié)合圖4A-4C所述光源的光源的仿真，其中發(fā)光裝置1與光學(xué) 元件2之間的間隙被減小0. 3mm到lmm。在該仿真中，獲得了效率的略微提高(78% )，以及 峰值強(qiáng)度的略微降低(降低5%)以及由40°張角表征的略微變寬的光束圖案。如前面所 述的仿真一樣，未獲得顏色或亮度的不均勻性。 圖6示出了類(lèi)似于結(jié)合圖4A-4C所述光源的光源的仿真，其中發(fā)光裝置從其中 心位置橫向移動(dòng)了 0.3mm。與結(jié)合圖4A到4C所示的仿真相比，獲得了效率的略微降低 (74% )，然而沒(méi)有獲得光束圖案和光束均勻性的差別。 這些仿真示出了在本說(shuō)明書(shū)概述部分中以及結(jié)合附圖所述的光源的實(shí)施例(比 照常用的反射器、透鏡、透鏡陣列和/或散射結(jié)構(gòu))提供了發(fā)光裝置1與光學(xué)元件2之間的 有效的光耦合、在光輸出表面22處和遠(yuǎn)場(chǎng)中的均勻亮度和顏色分布、對(duì)于對(duì)準(zhǔn)和制造偏差 和誤差的容限，因?yàn)樵摴庠刺峁┝藢?duì)發(fā)射表面的均勻放大，使該發(fā)光表面從遠(yuǎn)處觀察均勻 地分布在各個(gè)光路之中。該光源還提供了長(zhǎng)壽命、僅需要小的空間并且確保了即使發(fā)光裝 置中使用了 LED陣列，對(duì)物體的照射也不會(huì)在那些物體之后的壁上產(chǎn)生多色陰影。
本發(fā)明的范圍不限于本文中所述的示例性實(shí)施例。雖然在權(quán)利要求中或者在實(shí)施 例中并未明確表述該新穎的特征或者特征組合，但是本發(fā)明體現(xiàn)在任何新穎的特征和任何 新穎的特征組合，該特征組合包括本文中公開(kāi)的以及權(quán)利要求中表述的任何特征組合。
權(quán)利要求
光源，其包括-發(fā)光裝置(1)，其從發(fā)射表面(18)發(fā)出電磁輻射，以及-光學(xué)元件(2)，其具有光輸入表面(21)、光輸出表面(22)和連接該光輸入表面(21)與光輸出表面(22)的側(cè)表面(23)，其中，-該光輸入表面(21)位于發(fā)光裝置(1)的光路中，該電磁輻射通過(guò)該光輸入表面(21)進(jìn)入該光學(xué)元件(2)，以及-該光輸入表面(21)具有凹曲度以及小于光輸出表面(22)面積的面積。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的光源，其中-該光輸入表面(21)是橢圓體、球體、橢圓拋物面的一部分或者其任意混合。
3. 根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的光源，其中 -該光輸入表面(21)具有有著多邊形形狀的周界。
4. 根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的光源，其中 -該光輸入表面(21)的周界具有矩形形狀。
5. 根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的光源，其中 -該側(cè)表面(23)是平面表面。
6. 根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的光源，其中 -該光輸出表面(22)具有曲率。
7. 根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的光源，其中 -該光輸出表面(22)具有凸曲率。
8. 根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的光源，其中 -該光輸出表面(22)具有有著多邊形形狀的周界。
9. 根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的光源，其中 -該光輸出表面(22)的周界具有八邊形形狀。
10. 根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的光源，其中 -該光學(xué)元件(2)是非成像的。
11. 根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的光源，其中 -該光學(xué)元件(2)包括聚碳酸酯。
12. 根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的光源，其中 -該發(fā)光裝置(1)包括至少一個(gè)發(fā)光二極管(11)。
13. 根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的光源，其中 -該發(fā)光裝置(1)包括發(fā)光二極管(11)的陣列。
14. 根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的光源，其中-該光學(xué)元件(2)的光輸入表面(21)被設(shè)置在離發(fā)光裝置(1)的發(fā)射表面(18)的一 距離處，以在該發(fā)光裝置(1)與光學(xué)元件(2)之間形成間隙(3)并且 _所述距離等于或者大于約0. 8mm以及等于或者小于約2mm。
15. 根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的光源，其中-該光學(xué)元件(2)的光輸入表面(21)的面積大于發(fā)光裝置(1)的發(fā)射表面(18)的面積。
16. 根據(jù)前述權(quán)利要求的光源，其中-該光輸入表面(21)的面積與發(fā)射表面(18)的面積之比等于或者大于約2以及等于 或小于約5。
17. 根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的光源，其中-進(jìn)入該光學(xué)元件(2)的電磁輻射的一部分碰撞側(cè)表面(23)并且經(jīng)由全內(nèi)反射被反射。
18. 根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的光源，其中 -該電磁輻射的第一部分直接照射光輸出表面(22)并且-該電磁輻射的第二部分在被側(cè)表面(23)朝著光輸出表面(22)反射之后照射光輸出 表面(22)， 射_該電磁輻射的第一部分和第二部分二者分別完全地照射該光輸出表面(22)。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種光源，其包括發(fā)光裝置(1)，其從發(fā)射表面(18)發(fā)出電磁輻射，以及光學(xué)元件(2)，其具有光輸入表面(21)、光輸出表面(22)和連接該光輸入表面與光輸出表面的側(cè)表面(23)。該光輸入表面(21)位于發(fā)光裝置(1)的光路中，電磁輻射通過(guò)該光輸入表面(21)進(jìn)入該光學(xué)元件(2)，并且該光輸入表面(21)具有凹曲度，其面積小于光輸出表面(22)的面積。
文檔編號(hào)H01L33/58GK101711327SQ200880018297
公開(kāi)日2010年5月19日 申請(qǐng)日期2008年5月28日 優(yōu)先權(quán)日2007年5月31日
發(fā)明者A·斯科迪諾, J·穆沙韋克, J·馬費(fèi)爾德 申請(qǐng)人:奧斯蘭姆奧普托半導(dǎo)體有限責(zé)任公司