專利名稱：有效光注入器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及有效光注入器，并且特別涉及有效地透射來自朗伯光源的光的錐形固體光注入器。
背景技術(shù)：
固態(tài)光源(例如發(fā)光二極管(LED))由于其小尺寸、純顏色以及長壽命往往是多種應(yīng)用中的優(yōu)選光源。然而，封裝的LED往往沒有被優(yōu)化以用于任何特定的應(yīng)用，并且設(shè)計者竭盡全力會聚并引導(dǎo)光輸出以用于特定用途。未有效地利用的光實際上被浪費(fèi)了。
光傳輸材料(如玻璃或聚合物)可以用作光導(dǎo)來傳播光。光導(dǎo)通常包括至少一個適于從光源接收光的表面，以及用于反射穿過光導(dǎo)傳播的光的光學(xué)平滑表面。光導(dǎo)的通用實例包括傳統(tǒng)地用于數(shù)據(jù)通信行業(yè)中的光纖和新近用于照明目的的光導(dǎo)。例如，美國專利No. 5,432,876公開了一種采用光導(dǎo)的此類照明裝置。在該裝置中，光可以注入光導(dǎo)的至少一端，并且允許光在沿著光導(dǎo)長度的預(yù)定位置射出光導(dǎo)。光導(dǎo)上形成有光提取結(jié)構(gòu)或凹口。該提取結(jié)構(gòu)限定了第一和第二反射面，第一和第二反射面沿著徑向方向反射穿過光導(dǎo)軸向傳播的光的一部
分。根據(jù)全內(nèi)反射的原理，該反射光以小于沿著光導(dǎo)持續(xù)傳播所需臨界角的角度進(jìn)行導(dǎo)向。因此，從光導(dǎo)提取出該反射光。
會聚來自朗伯LED源的光并將該光耦合到光導(dǎo)中往往是困難的，因為這種光沿著所有方向從LED發(fā)射并且這種光必須被重新導(dǎo)向到光導(dǎo)的數(shù)值孔徑的范圍內(nèi)，在這里其可以通過全內(nèi)發(fā)射被有效地保持。當(dāng)使用單反射器時，反射表面的不完美的鏡面反射率意味著在每一次反射彈回時損失光的一部分。設(shè)計用于準(zhǔn)直朗伯光源的反射器通常需要大的縱橫比以實現(xiàn)理想的輸出角。該縱橫比也意味著橫穿反射器的光的相對大量的彈回，并且更多彈回相當(dāng)于更多的損失。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明涉及有效地會聚和透射來自朗伯光源的光。具體地講，本發(fā)明涉及采用鏡面反射率和全內(nèi)反射以最大化效率的小型反射式圓錐形集光器/光注入器。
在第一實施例中，光注入器包括錐形固體光導(dǎo)，錐形固體光導(dǎo)具有光輸入端、相對的光輸出端以及限定它們之間的縱向外表面的全內(nèi)反射表面。光輸出端具有比光輸入端更長的周長。光輸入端包括延伸到錐形固體光導(dǎo)中的由孔表面限定的孔。鏡面反射層或膜鄰近全內(nèi)反射表面設(shè)置。在鏡面反射層或膜和全內(nèi)反射表面之間的距離限定第一空氣間隙?？妆粯?gòu)造用于接納朗伯光源。
在另一個實施例中，光注入器組件包括具有第一端、相對的第二端和在它們之間的管身的細(xì)長管。細(xì)長管具有內(nèi)表面和鄰近內(nèi)表面設(shè)置的鏡面反射層或膜。第一端被構(gòu)造用于接納朗伯光源。錐形固體光導(dǎo)設(shè)置在細(xì)長管內(nèi)。錐形固體光導(dǎo)具有光輸入端、相對的光輸出端以及限定它們之間的縱向外表面的全內(nèi)反射表面。第一空氣間隙由在鏡面反射層或膜和全內(nèi)反射表面之間的距離限定。光輸出端具有比光輸入端更長的周長。光輸入端包括延伸到錐形固體光導(dǎo)中的由孔表面限定的孔?？妆粯?gòu)造用于接納朗伯光源。
在另外的實施例中，形成光注入器組件的方法包括提供細(xì)長管和錐形固體光導(dǎo)。細(xì)長管包括第一端、相對的第二端以及在它們之間的管身。細(xì)長管具有內(nèi)表面和鄰近內(nèi)表面設(shè)置的鏡面反射層或膜。朗伯光源鄰近第一端設(shè)置。錐形固體光導(dǎo)包括光輸入端、相對的光輸出端以及限定它們之間的縱向外表面的全內(nèi)反射表面。光輸出表面具有比光輸入端更長的周長。光輸入端包括延伸到錐形固體光導(dǎo)中的由孔表
7面限定的孔。方法還包括將錐形固體光導(dǎo)插入到細(xì)長管中使得朗伯光 源設(shè)置在孔內(nèi)并且通過第一空氣間隙與孔表面間隔開，并且全內(nèi)反射 表面通過第二空氣間隙與細(xì)長管內(nèi)表面間隔開，以形成光導(dǎo)組件。
本發(fā)明還描述了照明組件，該照明組件包括本文所述的光注入器 和光注入器組件。這些組件包括細(xì)長的柱形光導(dǎo)，該細(xì)長柱形光導(dǎo)具 有光導(dǎo)光輸入端，該光導(dǎo)光輸入端布置用于接收從錐形固體光導(dǎo)的光 輸出端發(fā)射的光。在一些實施例中，這些光注入器和細(xì)長柱形光導(dǎo)形 成一體元件。


結(jié)合下面參照附圖對本發(fā)明的各種實施例的詳細(xì)描述，可以更全 面地理解本發(fā)明，其中
圖1為示例性照明組件的示意性剖視圖；并且 圖2為示例性光注入器組件的透視剖視圖。
這些圖未必按比例繪制。圖中所用相同的標(biāo)號是指相同的元件。 然而應(yīng)當(dāng)理解，在給定圖中使用標(biāo)號來指代元件并非意圖限制另一圖 中標(biāo)記為相同標(biāo)號的元件。
具體實施例方式
在以下的說明中，參考構(gòu)成本文一部分的附圖，其中以舉例說明 的方式示出了若干具體的實施例。應(yīng)當(dāng)理解，在不脫離本發(fā)明的范圍 或精神前提下，可以設(shè)想和構(gòu)造其他實施例。因此，不應(yīng)認(rèn)為本發(fā)明 受限于以下具體實施方式
。
除非另外指明，否則本文所用的全部科學(xué)和技術(shù)術(shù)語具有本領(lǐng)域 中通常所用的含義。本文提供的定義是為了便于理解本文中很多情況 下所用到的某些術(shù)語，而不是為了限制本發(fā)明的范圍。除非另外指明，否則在所有情況下，在說明書和權(quán)利要求書中使 用的表述部件尺寸、數(shù)量和物理特性的所有數(shù)字應(yīng)被理解為在所有情 況下均由術(shù)語"約"來修飾。因此，除非有相反的指示，否則上述說 明書和所附權(quán)利要求書中提出的數(shù)值參數(shù)均為近似值，并且能夠隨本 領(lǐng)域技術(shù)人員利用本文所公開的教導(dǎo)內(nèi)容得到的所需特性的不同而有 所不同。由端點(diǎn)表述的數(shù)值范圍包括該范圍內(nèi)所包含的所有數(shù)字(例如，1至5包括1、 1.5、 2、 2.75、 3、 3.80、 4和5)以及該范圍內(nèi)的任何范 圍。除非所述內(nèi)容明確指出，否則本說明書和所附權(quán)利要求書中使用 的單數(shù)形式"一"、"一個"和"所述"涵蓋了具有多個指代物的實 施例。本發(fā)明涉及有效地會聚和透射來自朗伯光源的光。具體地講，本 發(fā)明涉及采用鏡面反射率和全內(nèi)反射(TIR)以最大化從朗伯光源發(fā)射 出的光的有效會聚和透射的小型反射式圓錐形集光器/光注入器然而本 發(fā)明不受此限制，本發(fā)明的各個方面的認(rèn)識將通過下面提供的實例的 討論來獲得。小型反射式圓錐形集光器/光注入器為由高效鏡面反射器包圍的 錐形光學(xué)元件。錐形光學(xué)元件通過空氣間隙與反射器分離。朗伯光源 設(shè)置在錐形光學(xué)元件的狹窄端中的孔內(nèi)。在一些實施例中，朗伯光源 通過空氣間隙與孔表面分離。當(dāng)光橫穿錐形光學(xué)元件時，這種錐形光 學(xué)元件構(gòu)造引起反彈角的連續(xù)降低。因此，會聚的光將滿足錐形光學(xué) 元件的全內(nèi)反射的臨界角需求。 一旦光耦合到錐形光學(xué)元件中，后續(xù) 的反射回彈將會歸因于TIR并且將較少損失。圖1示出包括光注入器110和細(xì)長柱形光導(dǎo)105的照明組件100。光注入器110連接到光導(dǎo)105。在多個實施例中，使用在注入器110和 光導(dǎo)105之間的界面107處的折射率匹配凝膠或粘合劑將光注入器110 耦合到光導(dǎo)105。在一些實施例中，注入器IIO可以形成到光導(dǎo)105的 端上以形成一體元件或主體，從而消除光學(xué)界面以及將注入器耦合或 粘合到光導(dǎo)上的需要。光注入器IIO包括錐形固體光導(dǎo)112，其具有光輸入端114、相對 的光輸出端116以及限定它們之間的縱向外表面的全內(nèi)反射表面118。 光輸出端116具有比光輸入端114更長的周長。光輸入端114包括延 伸到錐形固體光導(dǎo)112中的由孔表面113限定的孔111，孔表面113可 以具有增加進(jìn)入錐形固態(tài)光導(dǎo)112的透射光的任何形狀。在多個實施 例中，孔表面113為彎曲孔表面113，例如余弦曲線的旋轉(zhuǎn)、半球狀孔 表面等等。在一些實施例中，孔表面113 —般對應(yīng)于朗伯光源120的 外表面，使得朗伯光源120可以與孔表面113匹配。錐形固體光導(dǎo)112可以具有任何可用的形狀。在多個實施例中， 錐形固體光導(dǎo)112可以具有錐形形狀或長方錐形形狀(如，具有在光 輸出端116處的橢圓橫截面以及在光輸入端114處的橢圓或圓形橫截 面)。錐形形狀可以用于將光注入到細(xì)長柱形光導(dǎo)中。長方錐形形狀 可以用于將光注入到具有橢圓或矩形橫截面的光導(dǎo)中?？梢赃x擇從光 輸入端114到光輸出端116的漸縮程度以實現(xiàn)來自光輸出端116的特 定光輸出束形狀。在一些實施例中，錐形固體光導(dǎo)112被構(gòu)造為用由朗伯光源120 發(fā)射的光基本(即，95%或更大程度地)填充光輸出端116的數(shù)值孔徑。 在一些實施例中，這可以通過選擇在20至50度或20至35度范圍內(nèi) 的錐形角(由錐形固體光導(dǎo)112的全內(nèi)反射表面118和縱向軸線形成) 而實現(xiàn)。這些錐形固體光導(dǎo)112可以用于需要分散光束的應(yīng)用中，例 如，在光導(dǎo)顯示器或照明應(yīng)用中。在一些實施例中，錐形固體光導(dǎo)112被構(gòu)造為基本(即，95%或 更大程度地)準(zhǔn)直由朗伯光源120發(fā)射的來自光輸出端116的光。在 一些實施例中，這可以通過選擇在10至20度范圍內(nèi)的錐形角(上面 所述)而實現(xiàn)。這些錐形固體光導(dǎo)112可以用于需要準(zhǔn)直光束的應(yīng)用 中，例如，光投影應(yīng)用中。在一些實施例中，錐形固體光導(dǎo)112被構(gòu)造為基本(即，95%或 更大程度地)準(zhǔn)直由朗伯光源120從光輸出端116發(fā)射的沿著第一軸 線的光，并且基本準(zhǔn)直由朗伯光源120從光輸出端116發(fā)射的沿著正 交于第一軸線的第二軸線的光。在一些實施例中，這可以通過選擇在 光輸出端116處形成長方形、橢圓形或矩形橫截面的錐形角(上面所 述)而實現(xiàn)。這些錐形固體光導(dǎo)112可以用于需要沿著一個軸線的分 散光束以及沿著正交軸線的準(zhǔn)直光束的應(yīng)用中，例如，光導(dǎo)顯示器或 照明應(yīng)用中。鏡面反射層或膜115鄰近全內(nèi)反射表面118設(shè)置，但與全內(nèi)反射 表面間隔開。在鏡面反射層或膜115和全內(nèi)反射表面118之間的距離 限定第一空氣間隙117。在多個實施例中，空氣間隙117完全包圍全內(nèi) 反射表面118。朗伯光源120設(shè)置在孔111中。在多個實施例中，在孔表面113 和朗伯光源120之間的距離限定第二空氣間隙119。在一些實施例中， 空氣間隙119完全包圍朗伯光源120。在其他實施例中，在孔表面113 和朗伯光源120之間的距離為用折射率匹配凝膠或粘合劑填充的間隙 119，從而光學(xué)耦合孔表面113和朗伯光源120。在一些實施例中，孔111的表面113 —般對應(yīng)于朗伯光源120的 外表面，使得朗伯光源120與孔111的表面113匹配。在一些實施例 中，錐形固體光導(dǎo)112可以與朗伯光源120 —起模制或形成，使得孔 111的表面113可以在朗伯光源120上形成，以得到總體對應(yīng)于朗伯光源120的外表面的互補(bǔ)的孔111的表面113。
光導(dǎo)105和錐形固體光導(dǎo)112可以為任何可用的互補(bǔ)形狀。在多 個實施例中，錐形固體光導(dǎo)112為錐形形狀并且光導(dǎo)105為細(xì)長圓柱 體形狀。
光導(dǎo)105和錐形固體光導(dǎo)112可以獨(dú)立地由任何可用的透光材料 (例如玻璃、石英和/或聚合物材料)形成?？捎玫木酆衔锊牧习ň?酯、聚碳酸酯、聚酰亞胺、聚丙烯酸酯、聚甲基苯乙烯、硅樹脂(例 如GE的Invisisil可液態(tài)注塑成型的材料)等。光導(dǎo)105和錐形固體光 導(dǎo)112不管是單獨(dú)件還是組合件都可以通過注塑成型、澆注、擠出或 通過加工固體材料或任何其他合適的方法制造。在多個實施例中，光 導(dǎo)105和錐形固體光導(dǎo)112由折射率為1.4或更大，或1.5或更大或1.4 至1.7范圍內(nèi)的材料形成。
本文所述的光注入器110包括鄰近全內(nèi)反射表面118設(shè)置但不與 其緊密或光學(xué)接觸的鏡面反射層115。由于鏡面反射層不與全內(nèi)反射表 面118緊密接觸，因此光主要通過直接發(fā)射或通過全內(nèi)反射(TIR)移 出光注入器110。通過全內(nèi)反射表面118逸出的光通過鏡面反射層115 發(fā)生鏡面反射。已發(fā)現(xiàn)這種構(gòu)造可以提高光注入器110的效率。鏡面 反射層115可以為任何可用的鏡面反射層，例如，金屬或電介質(zhì)材料。 示例性的鏡面反射金屬層或膜包括鍍銀的反射鏡、拋光的金屬或金屬 化的表面。
在多個實施例中，本文所述的光注入器利用具有獨(dú)特和有利特性 的多層光學(xué)膜作為鏡面反射層115。這些膜的優(yōu)點(diǎn)、特性和制備在 U.S.5，882，774中有所描述，其以引用的方式并入本文。例如，多層光 學(xué)膜可以用作高效的光譜鏡。下面提供了多層光學(xué)膜的特性和性質(zhì)的 相對簡單描述。在多個實施例中，多層聚合物反射鏡膜為Vikuiti ESR 膜，其可得自明尼蘇達(dá)州圣保羅市的3M公司。這種多層聚合物反射鏡膜在多層聚合物膜上將大于95%的入射光以任意角度反射。
結(jié)合本發(fā)明使用的多層光學(xué)反射鏡膜表現(xiàn)出對入射光相對低的吸 收率，以及對于偏軸和法向光線的高反射率。多層光學(xué)膜的獨(dú)特性質(zhì) 和優(yōu)點(diǎn)提供了設(shè)計高效光注入器的機(jī)會，當(dāng)與已知的光注入器系統(tǒng)相 比時，這種高效光注入器表現(xiàn)出低的吸收損失。示例性的多層光學(xué)反
射鏡膜在U.S.6,924,014中有所描述，其以引用的方式并入本文(見實 例1禾口實例2)。
示例性的多層光學(xué)反射鏡膜包括具有至少兩種材料的交替層的多 層疊堆。材料中的至少一個具有應(yīng)力引發(fā)的雙折射性能，使得材料的 折射率(n)被拉伸處理所影響。在層間的每一個邊界處的折射率差值將 使得部分光線被反射。通過在單軸向雙軸取向范圍內(nèi)拉伸多層疊堆， 生成對于不同取向的平面偏振入射光具有一系列反射率的膜。因此可 以制備多層疊堆用作反射鏡。因此構(gòu)造的多層光學(xué)膜呈現(xiàn)非常大或不 存在的布魯斯特角(對于在層界面的任何地方的入射光在該角度處反 射率為零)。因此，這些聚合物多層疊堆在寬的帶寬上并且在寬的角 度范圍內(nèi)對于s和p偏振光具有高反射率，可以實現(xiàn)反射。
多層聚合物反射鏡膜可以包括數(shù)十、數(shù)百或數(shù)千層，并且每一層 可以由多種不同材料中的任意材料制成。決定具體疊堆所用材料的選 擇的特性取決于疊堆的所需光學(xué)性能。疊堆可以包含與疊堆中的層同 樣多的材料。為了易于制造，優(yōu)選的光學(xué)薄膜疊堆僅包含幾種不同的 材料。多種材料、或者具有不同物理性質(zhì)而化學(xué)上相同的材料之間的 邊界可為突變或漸變的。除了采用解析解法的一些簡單情況外，對于 具有連續(xù)變化折射率的漸變類型的成層介質(zhì)的分析通常被處理為數(shù)量 極多的均勻薄層，并且所述均勻薄層具有突變的邊界但相鄰層的性質(zhì) 之間僅具有微小的變化。在多個實施例中，多層聚合物反射鏡膜包括 低/高折射率的膜層對(pairs of film layers)，其中每對低/高折射率的 層的組合光學(xué)厚度為其被設(shè)計以反射的帶的1/2中心波長。
13對于多層聚合物反射鏡膜，對于每個偏振和入射平面的光的理想 平均透射率一般取決于反射鏡膜的預(yù)期用途。 一種生成多層反射鏡膜 的方式為雙軸拉伸多層疊堆，多層疊堆包含雙折射材料作為低/高折射
率對的高折射率層。對于高效反射膜而言，在可見光譜(400-700nm) 上的垂直入射處沿著每個拉伸方向的平均透射率期望地小于10% (反 射率大于90%)、或小于5% (反射率大于95%)、或小于2% (反射 率大于98%)、或小于1% (反射率大于99%)。從400-700nm在偏離 法線60度角處的平均透射率期望地小于20% (反射率大于80%)，或 小于10% (反射率大于90%)，或小于5% (反射率大于95%)，或小 于2% (反射率大于98%)，或小于1% (反射率大于99%)。
采用在上述提及的U.S. 5，882，774中描述的設(shè)計考慮，普通技術(shù)人 員將容易地認(rèn)識到，當(dāng)在一定條件下加工時可以使用寬范圍的材料來 形成多層聚合物反射鏡膜，其中選擇所述的條件以得到理想的折射率 關(guān)系?？梢砸远喾N方式實現(xiàn)理想的折射率關(guān)系，這些方式包括在膜形 成期間或之后拉伸(如，就有機(jī)聚合物而言)、擠出(如，就液晶材 料而言)或涂布。另外，優(yōu)選的是兩種材料具有相似的流變性(如， 熔體粘度)，使得它們可以被共擠出。
一般來講，可以通過選擇結(jié)晶或半結(jié)晶的材料(優(yōu)選地聚合物) 作為第一材料實現(xiàn)合適的組合。繼而，第二材料可以為結(jié)晶的、半結(jié) 晶的或非晶態(tài)的。第二材料可以具有相對于第一材料的雙折射?；蛘撸?第二材料可以不具有雙折射，或小于第一材料的雙折射。適合材料的 具體實例包括聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)及其異構(gòu)體(如，2,6-、 1，4-、 1,5-、 2，7-和2,3-PEN)、聚對苯二甲酸亞烷基二醇酯(如，聚對苯二甲 酸乙二醇酯、聚對苯二甲酸丁二醇酯以及聚對苯二甲酸-l，4-環(huán)己胺二亞 甲基二醇酯)、聚酰亞胺(如，聚丙烯酰亞胺)、聚醚酰亞胺、無規(guī) 聚苯乙烯、聚碳酸酯、聚甲基丙烯酸酯(如，聚甲基丙烯酸異丁酯、 聚甲基丙烯酸丙酯、聚甲基丙烯酸乙酯和聚甲基丙烯酸甲酯)、聚丙烯酸酯(如，聚丙烯酸丁酯和聚丙烯酸甲酯)、間規(guī)立構(gòu)聚苯乙烯(sPS)、 間規(guī)立構(gòu)聚-a-甲基苯乙烯、間規(guī)立構(gòu)聚二氯苯乙烯、任何這些聚苯乙 烯的共聚物和共混物、纖維素衍生物(例如乙基纖維素、乙酸纖維素、 丙酸纖維素、乙酸丁酸纖維素和硝酸纖維素)、聚亞烷基聚合物(例 如聚乙烯、聚丙烯、聚丁烯、聚異丁烯和聚(4-甲基)戊烯)、氟化的聚 合物(如，全氟烷氧基樹脂、聚四氟乙烯、氟化的乙烯-丙烯共聚物、 聚偏二氟乙烯和聚三氟氯乙烯)、氯化的聚合物(如，聚偏二氯乙烯 和聚氯乙烯)、聚砜、聚醚砜、聚丙烯腈、聚酰胺、有機(jī)硅樹脂、環(huán) 氧樹脂、聚乙酸乙烯、聚醚-酰胺、離聚物樹脂、人造橡膠(如聚丁二 烯、聚異戊二烯和氯丁橡膠)以及聚氨酯。另外合適的為共聚物，如 PEN共聚物(例如，2,6-、 1，4-、 1,5-、 2，7-和/或2，3-萘二甲酸或它們的
酯與下列物質(zhì)的共聚物(a)對苯二甲酸或其酯；(b)間苯二甲酸或其酯； (C)鄰苯二甲酸或其酯；(d)垸烴二醇；(e)環(huán)垸烴二醇(如環(huán)己垸二甲垸)； (f)烷基二甲酸；和/或(g)環(huán)烷烴二甲酸(如環(huán)己垸二羧酸))，聚對苯 二甲酸亞烷基二醇酯共聚物(例如對苯二甲酸或其酯與下列物質(zhì)的共 聚物，所述物質(zhì)為(a)萘二甲酸或其酯；(b)間苯二甲酸或其酯；(C)鄰 苯二甲酸或其酯；(d)烷烴二醇；(e)環(huán)烷烴二醇(如環(huán)己垸二甲烷)；
(f)垸基二甲酸；禾n/或(g)環(huán)垸烴二甲酸(例如環(huán)烷烴二甲酸))，以及
苯乙烯共聚物(例如苯乙烯-丁二烯共聚物和苯乙烯-丙烯腈共聚物)， 4,4'-聯(lián)苯甲酸和乙二醇的共聚物。此外，每個單獨(dú)的層還可包含兩種或 更多種上述聚合物或共聚物的共混物(例如sPS與無規(guī)聚苯乙烯的共 混物)。所描述的coPEN還可以為顆粒的共混物，其中至少一種組分 為基于萘二甲酸的聚合物，而其它組分為其它聚酯或聚碳酸酯，例如 PET、 PEN或coPEN。
在多個實施例中，多層聚合物反射鏡膜交替層包括PET/Ecdel、 PEN/Ecdel、PEN/sPS、PEN/THV、PEN/co-PET和PET/sPS，其中"co-PET" 是指基于對苯二甲酸的共聚物或共混物。Ecdel為可從Eastman化學(xué)有 限公司商購的熱塑性聚酯，并且THV為可從明尼蘇達(dá)州圣保羅市的3M 公司商購的含氟聚合物。由于膜厚度、柔性和經(jīng)濟(jì)上的原因，選擇膜中的層數(shù)使得用最少
的層數(shù)來實現(xiàn)理想的光學(xué)特性。層數(shù)可以小于10,000，或小于5,000， 或小亍2，000。選擇預(yù)拉伸溫度、拉伸溫度、拉伸速率、拉伸率、熱定 形溫度、熱定形時間、熱定形弛豫以及交叉拉伸弛豫，以得到具有理 想的折射率關(guān)系的多層膜。這些變量彼此相關(guān)；因此，例如，如果與
(例如)相對低的拉伸溫度相結(jié)合，則可以使用相對低的拉伸速率。 如何選擇這些變量的合適組合以實現(xiàn)理想的多層膜對于普通技術(shù)人員 將顯而易見。然而， 一般來講，在拉伸方向上拉伸率的范圍為1:2至 1:10(或1:3至1:7)，在與拉伸方向正交的方向上拉伸率的范圍為1:0.2 至1:10 (或1:0.3至1:7)為優(yōu)選的。
本文所述的光注入器110提供非常有效的集光器/光注入器。將朗 伯發(fā)射光耦合到錐形固體光導(dǎo)(其中在朗伯光源和錐形固體光導(dǎo)之間 存在空氣間隙)中正常情況下導(dǎo)致至少4%的光損失。本文所述的光注 入器可以提供97%或更大、或98%或更大的集光器/光注入器效率，如 通過已知來自朗伯光源的光輸出和光注入器的光輸出所測量的。
在一個示例性實例中，由聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)制造的小 型反射式圓錐形光導(dǎo)并將其拋光成光學(xué)成品。圓錐形光導(dǎo)具有6毫米 直徑的基部或光輸入端、12毫米直徑的光輸出端和48毫米的高度。在 光輸入端形成半球狀孔。半球狀孔的周長為5.35毫米，半徑為2.67毫 米。將多層聚合物反射鏡膜(￥1101^@￡8尺膜，得自明尼蘇達(dá)州圣保羅 市的3M公司)繞著小型反射式圓錐形光導(dǎo)纏繞，在多層聚合物反射鏡 膜和反射圓錐形光導(dǎo)之間留有小的空氣間隙。
將朗伯Luxeon V型白光LED(得自加利福尼亞州圣何塞(San Jose, CA)的Phillips Lumileds公司)安裝到散熱器上并在39" Optronic Labs
積分球中通電，允許工作約10分鐘以達(dá)到穩(wěn)態(tài)。 一旦到達(dá)穩(wěn)態(tài)，就使 用積分球進(jìn)行光輸出測量。朗伯Luxeon V型白光LED具有122.4流明的光輸出。
然后將ESR膜纏繞的小型反射式圓錐形光導(dǎo)安裝到半球狀孔內(nèi)的 朗伯Luxeon V型白光LED上，使得空氣間隙圍繞LED。給LED通電 并且在穩(wěn)態(tài)下使用積分球測量從ESR膜纏繞的小型反射式圓錐形光導(dǎo) 的光輸出端發(fā)射的光。ESR膜纏繞的小型反射式圓錐形光導(dǎo)具有120.3 流明的光輸出。這樣，ESR膜纏繞的小型反射式圓錐形光導(dǎo)具有98.3。/。 的光會聚/注入效率。
圖2為示例性光注入器組件210的透視剖視圖。光注入器組件210 包括細(xì)長管230以及設(shè)置在細(xì)長管230內(nèi)的錐形固體光導(dǎo)212(如上所述)。
如上所述，照明組件可以包括光注入器組件210和細(xì)長柱形光導(dǎo) (未示出)。錐形固體光導(dǎo)212耦合到光導(dǎo)。在多個實施例中，錐形 固體光導(dǎo)212用在錐形固體光導(dǎo)212和光導(dǎo)之間的界面處的折射率匹 配凝膠或粘合劑耦合到光導(dǎo)。在一些實施例中，錐形固體光導(dǎo)212可 以形成在光導(dǎo)的端上以形成一體元件或主體，從而消除光學(xué)界面和將 注入器耦合或粘合到光導(dǎo)的需要。
光導(dǎo)和錐形固體光導(dǎo)212可以為任何可用的互補(bǔ)形狀。在多個實 施例中，錐形固體光導(dǎo)212為錐形并且光導(dǎo)為細(xì)長柱形。
在多個實施例中，錐形固體光導(dǎo)212耦合到細(xì)長管230上。在多 個實施例中，錐形固體光導(dǎo)212插入到細(xì)長管230中以形成光注入器 組件210。細(xì)長管230可以由任何可用的材料(例如聚合物材料)形成。 在一些實施例中，細(xì)長管230通過模制或擠出工藝形成。
細(xì)長管230具有第一端232、相對的第二端234以及在它們之間的 管身。第一端232被構(gòu)造用于接納朗伯光源220。細(xì)長管230具有內(nèi)表面231以及鄰近內(nèi)表面231設(shè)置的鏡面反射層或膜215 (如上所述)。 在一些實施例中，使用例如粘合劑將鏡面反射層或膜215固定或粘附 到細(xì)長管230的內(nèi)表面231。
在一些實施例中，細(xì)長管的內(nèi)表面231形成平行的圓柱體壁。在 其他實施例中，細(xì)長管的內(nèi)表面231形成錐形的圓柱體壁。錐形的圓 柱體壁可以具有與錐形固體光導(dǎo)212相似或相同的錐形角，從而錐形 的圓柱體壁可以平行于限定錐形固體光導(dǎo)212的縱向外表面。
朗伯光源220鄰近第一端232設(shè)置。在多個實施例中，細(xì)長管230 包括安裝凸緣233。安裝凸緣233可以設(shè)置在細(xì)長管230的第一端232 處或安裝凸緣233可以設(shè)置在細(xì)長管230的第二端234 (未示出)處。
錐形固體光導(dǎo)212具有光輸入端214、相對的光輸出端216以及限 定它們之間的縱向外表面的全內(nèi)反射表面218。第一空氣間隙217由鏡 面反射層或膜215和全內(nèi)反射表面218之間的距離限定。光輸出端216 具有比光輸入端214更長的周長。
光輸入端214包括延伸到錐形固體光導(dǎo)212中的由孔表面213(如 上所述)限定的孔211。朗伯光源220設(shè)置在孔211內(nèi)。在多個實施例 中，孔表面213和朗伯光源220之間的距離限定第二空氣間隙219。在 一些實施例中，空氣間隙219完全包圍朗伯光源220。在其他實施例中， 在孔表面213和朗伯光源220之間的距離為間隙219，間隙219被折射 率匹配凝膠或粘合劑填充，從而光學(xué)耦合孔表面213和朗伯光源220。
因此，本發(fā)明公開了有效光注入器的實施例。本領(lǐng)域中的技術(shù)人 員將會知道，除這些已公開的實施例之外，也可以設(shè)想出其他實施例。 提供本發(fā)明所公開的實施例用于舉例說明而非限制性目的，并且本發(fā) 明應(yīng)僅受下列權(quán)利要求書及其等同物的限制。
權(quán)利要求
1.一種光注入器，包括錐形固體光導(dǎo)，所述錐形固體光導(dǎo)具有光輸入端、相對的光輸出端以及限定它們之間的縱向外表面的全內(nèi)反射表面，所述光輸出端具有比所述光輸入端更長的周長，并且所述光輸入端包括延伸到所述錐形固體光導(dǎo)中的由孔表面限定的孔；以及鏡面反射層或膜，所述鏡面反射層或膜鄰近所述全內(nèi)反射表面設(shè)置，其中在所述鏡面反射層或膜和所述全內(nèi)反射表面之間的距離限定第一空氣間隙，其中所述孔被構(gòu)造用于接納朗伯光源。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的光注入器，其中由所述朗伯光源發(fā)射的 97%或更多的光從所述光輸出端發(fā)射。
3. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的光注入器，還包括設(shè)置在所述孔內(nèi)的朗 伯光源。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的光注入器，其中使用折射率匹配凝膠或 粘合劑將所述朗伯光源光學(xué)耦合到所述錐形固體光導(dǎo)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的光注入器，其中在所述孔表面和所述朗 伯光源之間的距離限定第二空氣間隙。
6. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的光注入器，其中所述錐形固體光導(dǎo)為圓 錐形固體光導(dǎo)。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的光注入器，其中所述鏡面反射層為多層 聚合物反射鏡膜，在所述多層聚合物膜上將大于95%的入射光以任意 角度反射。
8. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的光注入器，其中所述第一空氣間隙包圍 所述全內(nèi)反射表面。
9. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的光注入器，其中所述孔表面由彎曲的孔 表面限定。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的光注入器，其中所述錐形固體光導(dǎo)被構(gòu)造為用由所述朗伯光源發(fā)射的光基本填充所述光輸出端的數(shù)值孔 徑。
11. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的光注入器，其中所述錐形固體光導(dǎo)被 構(gòu)造為基本準(zhǔn)直從所述光輸出端發(fā)射的光。
12. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的光注入器，其中所述錐形固體光導(dǎo)被 構(gòu)造為基本準(zhǔn)直由所述朗伯光源從所述光輸出端發(fā)射的沿著第一軸線 的光，并且基本準(zhǔn)直從所述光輸出端發(fā)射的沿著正交于所述第一軸線 的第二軸線的光。
13. —種光注入器組件，包括細(xì)長管，所述細(xì)長管包括第一端、相對的第二端以及在它們之間 的管身，所述細(xì)長管具有內(nèi)表面和鄰近所述內(nèi)表面設(shè)置的鏡面反射層或膜，所述第一端被構(gòu)造用于接納朗伯光源；以及錐形固體光導(dǎo)，所述錐形固體光導(dǎo)設(shè)置在所述細(xì)長管內(nèi)，所述錐 形固體光導(dǎo)具有光輸入端、相對的光輸出端以及限定它們之間的縱向 外表面的全內(nèi)反射表面，并且第一空氣間隙由在所述鏡面反射層或膜 和所述全內(nèi)反射表面之間的距離限定，所述光輸出端具有比所述光輸 入端更長的周長，并且所述光輸入端包括延伸到所述錐形固體光導(dǎo)中 的由孔表面限定的孔，其中所述孔被構(gòu)造用于接納朗伯光源。
14. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的光注入器組件，其中由所述朗伯光源 發(fā)射的97%或更多的光從所述光輸出面發(fā)射。
15. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的光注入器組件，其中所述孔表面由彎 曲的孔表面限定。
16. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的光注入器組件，其中所述錐形固體光 導(dǎo)為圓錐形固體光導(dǎo)。
17. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的光注入器組件，還包括在所述細(xì)長管 的所述第一端處的朗伯光源，并且使用折射率匹配凝膠或粘合劑將所 述朗伯光源光學(xué)耦合到所述錐形固體光導(dǎo)。
18. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的光注入器組件，還包括在所述細(xì)長管 的所述第一端處的朗伯光源，并且在所述孔表面和所述朗伯光源之間 的距離限定第二空氣間隙。
19. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的光注入器組件，其中所述鏡面反射層 為多層聚合物反射鏡膜，在所述多層聚合物膜上將大于95%的入射光 以任意角度反射。
20. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的光注入器組件，其中所述細(xì)長管還包 括安裝凸緣。
21. —種形成光注入器組件的方法，包括提供細(xì)長管和朗伯光源，所述細(xì)長管包括第一端、相對的第二端 以及在它們之間的管身，所述細(xì)長管具有內(nèi)表面和鄰近所述內(nèi)表面設(shè) 置的鏡面反射層或膜，所述朗伯光源鄰近所述第一端設(shè)置；提供錐形固體光導(dǎo)，所述錐形固體光導(dǎo)具有光輸入端、相對的光 輸出端以及限定它們之間的縱向外表面的全內(nèi)反射表面，所述光輸出表面具有比所述光輸入端更長的周長，并且所述光輸入端包括延伸到所述錐形固體光導(dǎo)中的由孔表面限定的孔；并且將所述錐形固體光導(dǎo)插入到所述細(xì)長管中，使得所述朗伯光源設(shè)置在所述孔內(nèi)并且通過第一空氣間隙與所述孔表面間隔開，所述全內(nèi)反射表面通過第二空氣間隙與所述細(xì)長管的內(nèi)表面間隔開，以形成光導(dǎo)組件。
22. 根據(jù)權(quán)利要求21所述的方法，其中所述插入步驟包括將所述錐形固體光導(dǎo)耦合到所述細(xì)長管。 '
23. 根據(jù)權(quán)利要求21所述的方法，還包括將所述細(xì)長管安裝到安裝基板。
24. —種照明組件，包括根據(jù)權(quán)利要求1的光注入器以及細(xì)長柱形光導(dǎo)，所述細(xì)長柱形光導(dǎo)具有光導(dǎo)光輸入端，所述光導(dǎo)光輸入端被布置用于接收從所述錐形固體光導(dǎo)的所述光輸出端發(fā)射的光。
25. 根據(jù)權(quán)利要求24所述的照明組件，其中所述細(xì)長柱形光導(dǎo)和所述錐形固體光導(dǎo)形成一體元件。
26. —種照明組件，包括根據(jù)權(quán)利要求10的光注入器組件以及細(xì)長柱形光導(dǎo)，所述細(xì)長柱形光導(dǎo)具有光導(dǎo)光輸入端，所述光導(dǎo)光輸入端被布置用于接收從所述錐形固體光導(dǎo)的所述光輸出端發(fā)射的光。
27. 根據(jù)權(quán)利要求26所述的照明組件，其中所述細(xì)長柱形光導(dǎo)和所述錐形固體光導(dǎo)形成一體元件。
全文摘要
一種光注入器包括錐形固體光導(dǎo)，所述錐形固體光導(dǎo)具有光輸入端、相對的光輸出端以及限定它們之間的縱向外表面的全內(nèi)反射表面。所述光輸入端包括延伸到所述錐形固體光導(dǎo)中的由孔表面限定的孔。鏡面反射層或膜鄰近所述全內(nèi)反射表面設(shè)置。在所述鏡面反射層或膜和所述全內(nèi)反射表面之間的距離限定第一空氣間隙。所述孔被構(gòu)造用于接納朗伯光源。
文檔編號G02B6/42GK101636678SQ200880008915
公開日2010年1月27日 申請日期2008年1月28日 優(yōu)先權(quán)日2007年3月19日
發(fā)明者大衛(wèi)·J·倫丁, 斯科特·D·格利克斯, 查爾斯·D·霍伊爾, 邁克爾·A·梅斯 申請人:3M創(chuàng)新有限公司