CN101939668A - 光学元件及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

用于制造光学元件(5)的方法包括以下步骤:提供(100)光学薄片(1);在所述光学薄片(1)上涂敷(103)反射层(4);以及形成(102)各自具有第一宽度的横跨所述光学薄片(1)的第一组轨道(3),以将所述光学薄片分割为多个光学元件(5)。

Description

光学元件及其制造方法
技术领域
本发明涉及光学元件以及用于制造这样的光学元件的方法。此外本发明涉及包括这样的光学元件的光输出设备。
背景技术
包括发光二极管(LED)的光学元件是最为高效和耐用的现有光源之一。照明需要白色光源,特别是高显色性的白色光源。人们做出了各种尝试,通过使用LED作为辐射源,来制造发白光的照明系统。
获得白光的一种方法是使用蓝色LED并将发出的蓝光的一部分转换为黄光(波长谱在大约580nm)。由于黄光会刺激眼睛的红色和绿色受体,由此产生的蓝光和黄光的混合产生出白色的外观。
通常,这是通过在LED上布置包含比如含荧光剂材料之类的波长转换材料的光学元件,使得一部分由LED所发出的光被荧光剂吸收并被作为波长与被吸收的光不同的光进行发射而实现的。
然而,与这样的布置相关的一个问题是所提供的光的色彩均匀性。从LED的边缘处以及从LED以斜角发出的光通过波长转换材料的厚度将不同于正向发射的光。因此,穿出材料侧面的光的转换程度通常低于穿出材料正面的光。实际上,其他类型的光学元件,比如透镜、保护窗等,也可能出现类似问题——一些由光源所发出的光可能由于在无用方向上的发射而被损失掉。
在WO 2006/048064中公开了一种防止光从光学元件的边缘发射的途径。这一参考描述了LED布置,其包括由色彩转换材料所包围的LED芯片,该材料被布置在LED的顶部和侧面上。反射体侧面包围色彩转换材料。LED芯片与反射体之间的最大距离为0.5mm。在LED的侧面上发射的光将会被反射体所反射,据此可以对该光进行波长转换。
WO 2006/048064中的光学元件的缺点包括,制造这样的设备是困难、费时且昂贵的。色彩转换材料的特定物理性状意味着其需要形成于每一发光二极管处,因此妨碍了这样的设备的大规模生产。
发明内容
鉴于现有技术的上述和其他缺点,本发明的总体目标是提供改进的光学元件,并且特别是提供能够防止光从所需方向以外的其他方向发射的光学元件。
本发明的另一目标是提供可以被容易和廉价地制造的这样的光学元件,据此使这样的光学元件的大规模生产得以实现。
将于以下总结和描述中显现的这些和其他目标是通过根据随附的权利要求的光学元件以及其制造方法而实现的。
因而在第一方面中,本发明涉及用于制造光学元件的方法,其总体上包括如下步骤:提供光学薄片;在光学薄片上涂敷反射层;以及形成第一组各自具有第一宽度的横跨光学薄片的轨道,以将光学薄片分割为多个光学元件。
光学薄片有利地为波长转换板,比如陶瓷荧光剂板或者其他透明或半透明材料,包括玻璃、比如环氧树脂之类的聚合物,以及比如熔凝胶之类的混合物。光学薄片可以例如通过铸造法、冲压法、模塑法、机械加工、或溶胶凝胶法而形成。
反射层的提供形式可以,例如,是填充有反射颗粒的树脂,比如填充以TiO2的环氧树脂。但是,反射层可以备选地被提供为金属层、反射多层结构、或例如A12O3或者MgO之类的具有高反射率的其他材料层。反射层可以,例如,通过铸造(casting)、耙铸(raking)、旋涂、蒸发、溅射、喷涂、毛细管填充等方法而被施加。
第一组轨道可以,例如,通过锯切、刻划、激光切割或水射流切割而形成。
光学薄片可以被有利地装设在载体上,以便在第一组轨道形成之后将所述光学元件保持在原位。
通过这样提供载体,光学薄片的处理变得更加容易,这提高了光学元件的大规模生产的可能性。
载体可以,例如,被以输送带、玻璃片、蜡、冰、胶或箔片的形式提供。
应当指出的是,根据本发明的方法的步骤能够以任意顺序执行。
根据本发明的一种实施方式,涂敷光学薄片的步骤可以在形成一组轨道以分割光学薄片并从而形成多个光学元件的步骤之前执行。
由此产生的光学元件将会具有被涂以反射材料的顶面和无涂层的边缘。用这样的方式,所提供的光学元件阻止从其底面到顶面的通过,但却允许通过光学元件边缘的光发射。这样的光学元件对于例如侧发光LED组件是有用的。
根据本发明的另一实施方式,形成第一组轨道的步骤在涂敷反射层的步骤之前执行,并且该方法此外包括如下步骤:从光学薄片上去除一定厚度,该厚度至少对应于反射层的厚度;以及在第一组轨道内形成第二组轨道,第二组轨道比第一组窄,从而形成多个光学元件,这些元件具有形成于其边缘上的反射体。
本发明通过首先切割光学薄片以暴露光学元件的边缘、横跨(切割的)光学薄片的表面施加反射层、减薄光学薄片以暴露光学元件的顶面,并且最终通过以使得反射材料被保留在光学元件的边缘的方式在光学元件之间进行切割来分离光学元件,实现了使得具有降低的或消除的光泄露的光学元件,比如波长转换板,能够以非常经济的方式形成的目的。
在通过根据本发明的当前实施方式的方法而被制造出来的光学元件中,耦合进入光学元件的光将会在其边缘被反射,以最终通过其顶面离开该元件,这产生了提高的色彩均匀性和效率。
而且,根据本发明的方法此外可以包括在涂敷之前减薄光学薄片的步骤,以去除来自光学薄片的形成过程中的剩余缺陷,比如表面下的不规则,并从而提高光学薄片的均匀性。
减薄方法通常包括例如研磨、激光束加工和蚀刻。
根据本发明的第二方面,上述和其他目标通过光学元件实现,该元件包括光学上至少部分透明的板,其具有第一和第二相对表面以及多个侧边缘表面,其中所述第一表面是用于接收来自光源的光的接收表面,而所述第二表面和所述边缘表面中的至少一个被涂以反射材料。
在本发明的实施方式中,所述光学上至少部分透明的板可以是基于陶瓷的波长转换板。
此处使用的术语“波长转换”是指吸收第一波长的光而引起发出更长的第二波长的光的材料或元件。特别是,该术语涉及荧光和磷光波长转换两者。
根据本发明的光学元件的一种实施方式,每一边缘表面都被涂以反射材料。由于根据本发明的光学元件是从光学薄片分离的,边缘表面对应于形成在光学薄片中的轨道的侧面。根据本实施方式的光学元件的边缘表面因而将能够很容易地与通过在已被单一化的光学元件上直接施加反射材料而形成的表面相区别。
根据本发明的光学元件的另一实施方式,光学元件的第二表面可以被涂以反射材料。
根据本发明的光学元件另外可以被有利地包括在光输出设备中,该设备此外包括光源,被布置用以朝光学元件的接收表面发光。
光源可以有利地包括至少一个LED,并且光输出设备可以是用于照明的发光设备,或者为了营造期望的气氛而发光的气氛营造设备。
附图说明
现在将参考示例说明本发明的当前优选实施方式的附图,更加详细地描述本发明的这些和其他方面,在附图中:
图1是示意性地示例说明根据本发明的一种实施方式的用于制造光学元件的第一方法的流程图;
图2a-图2g示意性地示例说明光学元件在图1中的相应方法步骤之后的状态;
图3是示意性地示例说明根据本发明的第二实施方式的用于制造光学元件的方法的流程图;
图4a-图4e示意性地示例说明光学元件在图3中的相应方法步骤之后的状态。
具体实施方式
在下面的描述中,本发明参考基于陶瓷的波长转换薄片的形式的光学元件进行描述。
应当指出的是,这决不意味着对本发明的范围做出限制,本发明的范围同样适用于其他形式的至少部分透明或半透明的光学元件。
另外,虽然在此描述了执行根据本发明的方法的相应步骤的单独范例性方式,但是专业人员能够通过本领域中已知的等效技术手段而轻易地执行这些步骤。
在图1中示例说明了用于制造本发明的光学元件的方法的第一实施方式,而图2a-图2g分别示例说明了光学元件在相应方法步骤之后的状态。
参考图1,载体2上的光学薄片1于第一步骤100中被提供。如上所述,光学薄片1可以是基于陶瓷的波长转换板。
在随后的步骤101中,光学薄片1被减薄到中间厚度,这可以例如通过由研磨主轴进行研磨而完成。备选的减薄方法是激光束加工或者蚀刻。
进入下一步骤102,第一组轨道3通过切割穿过光学薄片1而形成。轨道将光学薄片1分割为多个波长转换板5,并且每个轨道3具有第一宽度。
参考图2c并且继续参考图1,光学元件在步骤103中被涂以反射层。如上所述,反射层4通常通过铸造、耙铸、或旋涂而被施加。反射层4被提供在光学元件5暴露于轨道3中的边缘上以及每个波长转换板5的顶部。
现在参考图1和图2f,足够量的材料被从光学薄片的顶部表面去除,以暴露光学元件的顶面。被去除的材料的量至少对应于反射层4的厚度。这一处理过程可以例如通过研磨、激光束加工或蚀刻而完成。
进入下一步骤105,第二组轨道6例如通过使用比在第一切割处理中更薄的切片刀进行切割而被形成于第一组轨道3内。第二组轨道比第一组窄,因此实现了具有形成在其边缘上的反射体的多个光学元件5。
在最终步骤106中,光学元件5被从载体上移除。这可以,例如,通过逐个拾取光学元件而完成。根据上述方法,光学元件可具有由于轨道延伸到载体中的深度而留下的反射边缘(未在图2a-图2g中示出)。这些边缘可以被用于相对于光源或其他光学元件对光学元件5定位,或者,备选地,如图2c中所示的分割的光学薄片1可以被转移至另一载体并被翻转,随后可以执行剩余的处理步骤。这样的操作的结果将会是不具有反射边缘的平坦的光学元件。
参考图3与图4a-图4e,其示出了制造光学元件的备选实施方式。
在方法的第一部分,步骤100中,光学薄片1被提供在载体2上。如上所述,光学薄片1可以是基于陶瓷的波长转换板,比如发光板。
在方法的第二部分,步骤101中,光学薄片1被减薄到中间厚度,这可以例如通过由研磨主轴进行研磨而完成。备选的减薄方法是激光束加工或者蚀刻。
参考图4c并且继续参考图3,现在光学薄片1在步骤103中被涂以反射层4。如上所述,反射层4通常通过铸造、耙铸、或旋涂而被施加。
进入下一步骤,图3中的步骤102,第一组轨道3通过切割,例如通过切片,穿过反射层4并且穿过光学薄片1并且部分穿过载体2而被形成。横跨所述光学薄片1的具有第一宽度的每个轨道3用以将所述光学薄片1分割为多个波长转换板5。
这一实施方式的最终步骤,图3的步骤106,是从光学元件5移除载体2。在光学元件5将被用在例如光输出设备中时,备选方法可以是将光学元件5逐个从载体上移除。
本领域内的技术人员会认识到,本发明决不限制于所述优选实施方式。恰恰相反,在随附的权利要求范围内的修改和改变是可能的。例如光学元件不限制于对特定类型的光源(LED)的应用,而是可以使用在被期望在某一方向上输出光的任何应用中。

Claims (11)

1.一种制造光学元件(5)的方法,所述方法包括以下步骤:
提供(100)光学薄片(1);
在所述光学薄片(1)上涂敷(103)反射层(4);以及
形成(102)各自具有第一宽度的横跨所述光学薄片(1)的第一组轨道(3),以将所述光学薄片分割为多个光学元件(5)。
2.根据权利要求1的方法,其中所述光学薄片(1)被提供在载体(2)上,以便在所述第一组轨道(3)形成之后将所述光学元件(5)保持在原位。
3.根据权利要求2的方法,其中形成第一组轨道(3)的所述步骤(102)在所述涂敷步骤(103)之前执行,所述方法此外包括如下步骤:
从所述光学薄片(1)上去除(104)一定厚度,该厚度至少对应于所述反射层(4)的厚度;以及
在所述第一组轨道(3)内形成(105)第二组轨道(6),所述第二组轨道比所述第一组窄,从而形成具有形成于其边缘上的反射体的多个光学元件(5)。
4.根据前述权利要求中的任意一项的方法,此外包括以下步骤:
在涂敷之前减薄(101)所述光学薄片(1)。
5.一种光学元件(5),包括光学上至少部分透明的板,该板具有第一和第二相对表面以及多个侧边缘表面,其中所述第一表面是用于接收来自光源的光的接收表面,而所述第二表面和所述边缘表面中的至少一个被涂以反射材料(4)。
6.根据权利要求5的光学元件(5),其中所述光学上至少部分透明的板是基于陶瓷的波长转换板。
7.根据权利要求5或6的光学元件(5),其中每个所述边缘表面被涂以所述反射材料(4)。
8.根据权利要求5或6的光学元件(5),其中所述第二表面被涂以所述反射材料(4)。
9.根据权利要求5至8的任意一项的光学元件(5),其中所述反射材料是填充有反射颗粒的树脂。
10.一种光输出设备,包括:
被布置用以发光的光源;以及
根据权利要求5至9的任意一项的光学元件(5),被布置用以接收由所述光源所发出的光。
11.根据权利要求10的光输出设备,其中所述光源是发光二极管。
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