CN105102889B - 光波导本体以及使用该光波导本体的发光体 - Google Patents

光波导本体以及使用该光波导本体的发光体 Download PDF

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Abstract

一种发光体具有波导本体，该波导本体包括中心部分以及分别沿着第一方向和第二方向远离中心部分延伸的分离的第一侧部分和第二侧部分。所述中心部分包括耦合部分，并且LED设置为与耦合部分相邻并且适于产生通过耦合部分被导向到波导本体中的光。电源电路用于向LED提供电力，并且波导本体包括从侧部分中提取出光的多个光提取零件。

Description

光波导本体以及使用该光波导本体的发光体
相关申请的交叉引用
本申请要求于2013年1月30日提交的题为“光波导(Optical Waveguide)”(克利公司(Cree)案号P1961US0)的美国临时专利申请号61/758,660的权益，并且还要求于2013年12月30日提交的题为“光波导本体及使用个该波导本体的发光体(Optical WaveguideBodies and Luminaires Utilizing Same)”(克利公司案号P2143US0)的美国临时专利申请号61/922,017的权益。本申请还包括于2013年3月15日提交的题为“光波导(OpticalWaveguides)”(克利公司案号P1946US1)的美国专利申请号13/842,521的部分继续申请，还包括于2013年3月15日提交的题为“光波导及包括该光波导的灯具(Optical Waveguideand Lamp Including Same)”(克利公司案号P1961US1)的美国专利申请号13/839,949的部分继续申请，还包括于2013年3月15日提交的题为“光波导本体(Optical WaveguideBody)”(克利公司案号P1968US1)的美国专利申请号13/841,074的部分继续申请，还包括于2013年3月15日提交的题为“光波导及结合该光波导的发光体(Optical Waveguide andLuininaire Incorporating Same)”(克利公司案号P2025US1)的美国专利申请号13/840,563的部分继续申请，还包括于2013年7月10日提交的题为“Optical Waveguide andLuminaire Incorporating Same”(克利公司案号P2025US2)的美国专利申请号13/938,877的部分继续申请，还包括于2013年12月9日提交的题为“光波导及结合该光波导的发光体(Optical Waveguides and Luminaires Incorporating Same)”(克利公司案号P2126US1)的美国专利申请号14/101,086的部分继续申请，还包括于2013年12月9日提交的题为“包括再定向特性的光波导本体及生产该波导本体的方法(Waveguide Bodies IncludingRedirection Features and Methods of Producing Same)”(克利公司案号P2130US1)的美国专利申请号14/101,132的部分继续申请，还包括于2013年12月9日提交的题为“使用光波导本体和光学元件的灯具(Luminaires Using Waveguide Bodies and OpticalElements)”(克利公司案号P2131US1)的美国专利申请号14/101,147的部分继续申请，还包括于2013年12月9日提交的题为“光波导组件及包括该组件的光引擎(Optical WaveguideAssembly and Light Engine Including Same)”(克利公司案号P2129US1)的美国专利申请号14/101,099的部分继续申请，还包括于2013年12月9日提交的题为“用于垂吊式、表面安装式、壁装式以及独立式的发光体的具有光导的简装模件(Simplified Low ProfileModule With Light Guide For Pendant,Surface Mount,Wall Mount and Stand AloneLuminaires)”(克利公司案号P2141US1)的美国专利申请号14/101,129的部分继续申请，并且还包括于2013年12月9日提交的题为“光波导及包括该光波导的灯具(OpticalWaveguide and Lamp Including Same)”(克利公司案号P2151US1)的美国专利申请号14/101,051的部分继续申请，所有这些申请都由本申请的受让人所拥有，并且其公开内容通过引用结合于此。
技术领域
本发明的主题涉及发光体，更具体地涉及用于通用照明的使用光波导的发光体。
背景技术
光波导混合并导向由一个或多个光源(例如，一个或多个发光二极管(LED))发射的光。典型的光波导包括三个主要元件：一个或多个耦合部件、一个或多个分布部件以及一个或多个取出部件。耦合元件将光引入分布部件内，并且调节光以与后续元件相互作用。一个或多个分布部件控制光如何穿过波导并取决于波导几何结构和材料。取出部件通过控制光离开波导的位置和方向来确定如何去除光。
在设计耦合元件时，首先考虑：尽可能使光从光源传输到波导内的效率最大化；控制射入波导内的光的位置；并且控制光在耦合光学部件内的角度分布。光可以通过气隙(air gap)和由位于波导的边缘和/或内部部分处的表面限定的耦合腔而耦合到波导内。这种表面包括在折射率较低的空气与折射率较高的波导材料之间的接合面。通过使每个光源适配专用透镜是控制射入的光的空间和角度传播的一个问题。这些透镜可以设置有在透镜与耦合光学部件之间的气隙，或者这些透镜可以由限定波导的分布部件的相同材料块制成。
在光耦合到波导内之后，必须引导和调节到取出的位置。最简单的实例是光纤线缆，该光纤线缆设计为将光从线缆的一端传输到另一端，同时在两端之间具有最小的损失。为了实现这个目标，光纤线缆仅是逐渐弯曲的并且避免波导内的锐角弯曲。根据全内反射的众所周知的原理，如果入射光相对于表面没有超过临界角，那么穿过波导的光从其外表面被反射回波导内。
为了使取出部件从波导中去除光，光必须首先与包括该部件的结构(feature，结构)接触。通过使波导表面适当地成形，人们可控制光穿过提取零件的传播。具体而言，选择提取零件的间距、形状和其他特性，影响了波导的外观、其产生的分布以及效率。
赫尔斯(Hulse)的美国专利第5,812,714号公开了一种波导弯曲部件，该波导弯曲部件构造成将光的传播方向从第一方向改变成第二方向。波导弯曲部件包括收集器部件，收集器部件收集从光源中发射的光并且将光导向到波导弯曲部件的输入面内。沿着外表面在内部反射进入弯曲部件内的光，并且光在输出面处离开该部件。外表面包括斜角表面或弯曲表面，该斜角表面或弯曲表面定向为在内部反射进入弯曲部件的大部分光，直到光到达输出面。
帕克(Parker)等人的美国专利第5,613,751号公开了一种发光面板组件，该组件包括具有光输入表面、光转换区以及一个或多个光源的透明发光面板。光源优选地嵌入或粘合在光转换区内以消除任何气隙，从而减少光损耗并且尽可能增大发射的光。光转换区可包括在每个光源周围和后面的反射表面和/或折射表面，以使光通过光转换区更有效地反射和/或折射并且聚焦到发光面板的光输入表面中。可在面板构件的一侧或两侧上提供光取出畸变的类型或面板表面的形状或几何结构的任何改变和/或致使部分光发射的涂层。畸形可变的类型可使光线散射以使得一部分光线的内反射角足够大从而使光线射出面板或者通过面板反射回并从另一侧射出。
席普曼(Shipman)的美国专利第3,532,871号公开了一种具有两个光源的组合式行驶灯反射镜，在照明时，每个光源产生导向至突出部分的抛光表面上的光。光被反射到锥形反射镜上。光被横向反射到主体内并且撞击到将光导出主体的棱镜上。
西蒙(Simon)的美国专利第5,897,201号公开了从径向容纳的准直光(collimatedlight，平行光)分布的建筑照明的多种实施方式。准点光源(quasipoint source)产生在径向朝外的方向上准直的光，并且分布光学部件的出射装置将准直光导向出光学部件。
位于伊利诺斯州奈尔斯市的A.L.P.Lighting Components公司制造了一种具有楔形形状的波导，该波导具有厚端、窄端以及位于其间的两个主面。在这两个主面上形成金字塔形提取零件。楔形波导用作出口标志，以使得该标志的厚端与天花板相邻并使得窄端向下延伸。光在厚端处进入波导中，并且通过金字塔形提取零件使光向下导向并远离波导。
近来，形成了基于LED的简装(low-profile，低调的)发光体(例如，通用电气公司ET系列的平板灯(panel troffer))，这种发光体利用引入波导部件的边缘内的一连串LED元件(“侧光式”方法)。然而，由于将从主朗伯发射源(例如，LED元件)发射的光耦接到波导平面的窄边缘内时固有的损耗，这种发光体通常具有低效率。
概要
本发明公开的是一种具有波导本体的发光体，波导本体包括中心部分以及分别沿着第一方向和第二方向远离所述中心部分延伸的分离的第一侧部和第二侧部分。LED设置为与中心部分相邻并且适于产生通过中心部分被导向到波导本体内的光。电源电路向LED提供电力，并且波导本体包括从侧部分取出光的多个光提取零件。
波导本体还包括分别沿着第一方向和第二方向远离中心部分延伸的分离的第一侧部分和第二侧部分。光提取零件可以设置在侧部分上或内。
本发明还公开了一种用于波导本体的耦合光学部件。耦合光学部件包括：第一耦合部分，其设置在耦合光学部件的输入区域内；第一反射部分，其远离所述输入区域并且适合于将进入所述第一耦合部分内的光反射到所述波导本体内；以及第二耦合部分，其设置在所述输入区域内并且远离所述第一耦合部分，并且适合于将进入所述第二耦合部分内的光直接折射到所述波导本体内。
此外，本发明公开了一种用于波导本体的耦合光学部件，该耦合光学部件具有位于至少一个LED的近端处的第一输入表面，其中，输入表面构造成接收来自至少一个LED的光。第一控制表面从第一输入表面移动；并且提取部分位于第一控制表面的近端处，其中，第一输入表面朝向第一控制表面导向来自LED的光，并且第一控制表面将所述光反射到所述提取部分内。
附图说明
图1是示出所公开的发光体的一实施方式的等距视图；
图2是图1的实施方式的组合式端部正视图和方框图；
图2A是图1和图2的发光体的分解等距视图；
图3是有图2的视图线3-3引用的中心部分的放大片段侧视图；
图3A是中心部分的放大片段侧视图；
图3B是产生两个独立的光束的发光体的放大片段侧视图；
图4是有图2的视图线4-4引用的提取零件的放大片段侧视图；
图4A是示出从图1和图2的发光体中发射的期望的光分布的示图；
图4B是在本公开的一个实施方式中使用的提取零件的片段图；
图4C是在本公开的第二实施方式中使用的提取零件的片段图；
图4D是示出从波导的表面向外延伸的提取零件的特定实施方式的波导表面的片段等距视图；
图4E是在本公开的另一实施方式中使用的提取零件的片段图；
图4F是图4E的提取零件的放大的片段截面图；
图4G是在本公开的另一实施方式中使用的提取零件的片段图；
图4H是图4G的提取零件的放大平面图；
图4I是图4G的提取零件的放大的片段截面图；
图4K是示出从图1和图2的发光体发射的可替代的期望的光分布的示图；
图5A是发光体的另一实施方式的立体图；
图5B是发光体的端部正视图，该发光体是图5A中示出的去除了端盖的修改版本的发光体；
图5C是图5B的波导本体的中心部分的放大的片段侧视图；
图6是示出本文描述的任何波导本体的中心部分的放大的片段截面图，示出了位于中心部分的近端处的光源以及与光源相对的镜像顶部反射器；
图6A是中心部分的放大的片段端部视图，示出了位于波导本体的第一侧与第二侧之间的V形会聚部中的镜面反射体；
图7是示出了穿过具有以成第一角度设置的切面的波导本体地光线的示图；
图8是示出了穿过波导的光线的示图，该波导具有以成比图7的切面更浅的第二角度设置的切面；
图9是示出了穿过公开的发光体的另一实施方式的波导本体的光线的示图；
图10是示出了在公开的发光体的又一实施方式中使用的波导的侧视图；
图11是可在发光体的又一实施方式中使用的波导本体的端部正视图；
图12是图11的波导本体的等距视图；
图13A是可在公开的发光体的又一实施方式中使用的另一波导本体的端部视图；
图13B是图13A的波导本体的等距视图；
图14A是可在发光体的又一实施方式中使用的波导本体的端部正视图；
图14B是图14A的波导本体的等距视图；
图15A是可在发光体的另一实施方式中使用的波导本体的端部正视图；
图15B是图15A的波导本体的等距视图；
图16A是可在发光体的又一实施方式中使用的又一波导本体的等距视图；
图16B是可在发光体的另一实施方式中使用的又一波导本体的等距视图；
图17A是可在发光体的又一实施方式中使用的又一波导本体的等距视图；
图17B是可在发光体的另一实施方式中使用的又一波导本体的等距视图；
图18A是可在发光体的又一实施方式中使用的又一波导本体的等距视图；
图18B是可在发光体的另一实施方式中使用的又一波导本体的等距视图；
图19A是可在发光体的又一实施方式中使用的又一波导本体的等距视图；
图19B是可在发光体的另一实施方式中使用的又一波导本体的等距视图；
图20是发光体的实施方式的端部视图；
图21是在本申请中公开的波导的中心部分的实施方式的侧视图；
图22A是与在申请中公开的波导结合使用的提取零件的实施方式的片段等距视图；
图22B是与在申请中公开的波导结合使用的提取零件的第二实施方式的片段等距视图；
图22C是与在申请中公开的波导结合使用的提取零件的又一个实施方式的片段等距视图；
图22D是与在申请中公开的波导结合使用的提取零件的进一步实施方式的放大的片段截面图；
图23A是可在发光体的另一实施方式中使用的又一波导本体的等距视图；
图23B是在图23A中示出的波导本体的第二等距视图；
图23C是在图23A中示出的波导本体的侧视图；
图24A是公开的发光体的又一实施方式的仰视图；
图24B是在图24A中示出的发光体的截面图；
图24C是在图24A中示出的发光体的等距视图；
图25A是公开的发光体的又一实施方式的仰视图；
图25B是在图25A中示出的发光体的侧视图；
图25C是在图25A中示出的发光体的元件的一个的侧视图；
图25D用虚线示出了在图25A中示出的发光体的元件的一个的轮廓并且用实线示出了该元件的横截面的等距视图；
图26是在本申请中公开的波导的中心部分的实施方式的侧视图，示出了与输入表面相对的纹理表面；
图27是在本申请中公开的发光体以及与发光体的一侧相对的反射器的实施方式的侧视图；
图27A是示出从图27的发光体发射的一个可替代的期望的光分布的示图；
图28是波导本体的另一实施方式的侧视图；
图28A是图28的实施方式的分解的等距视图；
图29是波导本体的另一实施方式的侧视图；
图30是在公开的发光体的又一实施方式中使用的波导的另一实施方式；
图30A是图30的实施方式的中心部分的侧视图。
具体实施方式
以下实例进一步说明了本发明，但是当然不应理解为通过任何方式限制本发明的范围。
通常，波导本体的曲率和/或其他形状和/或提取零件的形状、尺寸和/或间距确定特定的光取出分布。所有这些选择影响了从波导的一端到另一端的视觉均匀性。例如，具有光滑表面的波导本体可在其弯曲部分处发射光。弯曲(curve)越尖锐，取出的光就越多。沿着弯曲的光的取出还取决于波导本体的厚度。光不用达到临界角就可以穿过薄波导本体的小的弯曲，然而，穿过厚波导本体的光更可能以大于临界角的角度穿透表面并逸出。
使波导本体成锥形使得光沿着波导本体的长度在内部反射，同时增大入射角。最后，该光以足够逸出的尖锐的角度穿透一侧以逸出。相对的实例，即，在波导本体长度上逐渐变厚的波导本体致使光沿着长度准直，并与波导本体表面的相互作用越来越少。这些反作用可以用于取出和控制波导内的光。在与专用提取零件相结合时，锥形化允许人们改变在一系列的结构上的入射角分布。这控制取出多少光以及在哪个方向取出光。因此，弯曲、锥形表面以及提取零件的选择组合可以实现期望的照明和外观。
此外，本文预计的波导本体由任何合适的光学透射材料制成，例如，丙烯酸材料、硅树脂、聚碳酸酯、玻璃材料、环烯烃共聚物(cyclic olefin copolymer)、空气或其他合适的材料或它们的组合，以实现期望的效果和/或外观。
根据一个方面，波导将光导向成至少一个到高达无穷大数量的光束或光线组，其中，每组的光线在相对于彼此的角度范围内穿过波导。每个范围可以是在波导材料的TIR界限内窄的或宽的。
根据另一方面，波导将光布置成多个组，通过波导的一个或多个表面的全内反射(“TIR”)(total internal reflection)，多个组在波导内部回射(bounce)至少一次。每个组均包括以设置在相对于彼此的角度的窄范围或宽范围内的角度传播的多条光线。
在任一实施方式中，该范围可以是窄的以便光线组的光线可以被视为完全准直或几乎准直，或者该范围可以是宽的以便光线组的光线可以被视为反准直(anti-collimated)或几乎反准直。以这种方式控制光线角度可造成增加的光控制，减小的波导尺寸和重量以及降低的发光体成本。
图1至图3示出了发光体10，该发光体包括具有波导本体12的波导，该波导本体包括中心部分18以及分离的第一侧部分和第二侧部分20、22，第一侧部分和第二侧部分分别沿着第一方向和第二方向远离所述中心部分18延伸并且分别在第一外端和第二外端20A、22A处终止(图2)。在示出的实施方式中，侧部分20、22优选地是彼此镜像的。中心部分18包括耦合部分24，并且一个或多个LED部件26形式的光源25设置为邻接耦合部分24，如图2中所示，并且光源25适合于产生光，通过所述耦合部分24将该光导向到波导本体12内。电源电路(图2)向光源25提供电力，并且波导本体12包括从侧部分20、22中取出出光的多个光提取零件14(图4、4B、4C、4D、4E以及4G示出了这种结构14的多种实施方式)，例如图7和图8中所示。
更具体而言，如图2A中所示，发光体10包括衬底27形式的基底部件，该基底部件具有基底表面28。必要时，基底表面可以由反射材料覆盖或涂覆，该材料可以是白色材料或显示镜面反射特性的材料。LED部件26安装在基底表面28上。衬底27通过任何合适的方式相对于波导本体12紧固地固定，以使得LED部件优选地沿着纵向轴线L(图2A)等距地间隔，并且进一步延伸到耦合部分24的腔29(图3)中。每个LED部件26均可以是单个白光LED或多个白光LED，或者每个LED部件可以包括多个LED，多个LED单独地或者共同地安装在单个衬底或封装上，该单个衬底或封装包括单独涂有磷光体的LED或包括与彩色LED(例如绿光LED等)相结合的涂有磷光体的LED。在产生柔和的白光照明的情况下，每个LED部件26通常包括一个或多个蓝变黄LED以及一个或多个红光LED。在本领域中已知，使用其他LED组合可以产生不同的色温和外观。在一个实施方式中，光源包括任何LED，例如，包含True LED技术的MT-G LED模块，或者如在由罗斯(Lowes)等人于2012年10月10日提交的题为“具有多元化光源的LED封装和具有平坦表面的封装体(LED Package with Multiple ElementLight Source and Encapsulant Having Planar Surfaces)”的美国专利申请13/649,067(克利公司案号P1912US1-7)中所公开的，该申请的公开内容通过引用结合于此，这两种产品均由作为本申请的受让人的克利公司开发。在本文公开的任何实施方式中，如必要或可期望的，LED具有特定的发射分布。例如，可在波导本体内部使用美国专利第8,541,795号公开的侧面发射LED，该申请的公开内容通过引用结合于此。更一般而言，任何朗伯型(lambertian)、对称的、广角的、优先侧面的或非对称光束型LED均可以用作光源。更进一步地，可以使用凯乐(Keller)等人于2013年12月9日提交的题为“使用波导本体和光学部件的发光体(Luminaires Using Waveguide Bodies and Optical Elements)”(克利公司案号P2131US1)的共同审理的美国专利申请第14/101,147号公开的任何LED排布和光学部件，该申请通过引用结合于此。
电源电路C可以设置在衬底27上或者可以远程定位，或者一部分电源电路C可以设置在衬底上，而其余电源电路C可以远程定位。在任何情况下，电源电路C设计为使用AC或DC电源以期望的方式来操作电源25以产生具有期望的强度和外观的光。如果必要或可期望的，热交换器(未示出)布置成散热并且消除在LED与电源电路C之间的热串扰(thermalcrosstalk)。优选地，光源25产生适合于一般照明目的的光，包括可以在下照灯(downlight，筒灯)、产生泛光照明(wall washing)效果的灯、作业灯、平板灯等中产生的光。
在图1至图3的实施方式中，所述第一侧部分和第二侧部分20、22中的每个均具有上表面和下表面30、32以及位于耦合部分24近端的第一端部20B、22B和位于耦合部分24远端的第二端部20A、22A。第一端部20B、22B具有第一厚度T1，所述第二端部20A、22A具有第二厚度T2，并且第一厚度T1大于第二厚度T2，因此，侧部分20、22成锥形。在一个特定的实施方式中，例如，第一厚度T1不大于大约6毫米，并且第二厚度不小于大约2毫米。在一实施方式中，第一侧部分和第二侧部分20、22中的每个的中心部分也具有等于第二端部20A、22A的厚度，这是因为(例如)该厚度不小于大约2毫米。应注意的是，最小厚度仅受到结构强度因素的限制，而最大厚度目前仅受到制造因素的限制。在一实施方式中，波导本体的最大厚度与最小厚度的比率是10：1或更小。在实施方式的具体实例中，该比率是大约3：1。在一特定的实施方式中，如图27中所示，反射器53可放置于波导12的上表面30的上方。必要时，反射器53可以由设置在表面30上的镜面或反射涂层代替。(在图27的实施方式中，与前面显示的实施方式相反，表面32设置在表面30上方)。图27A示出了图27的实施方式的示例性光分布，其中，同心圆表示强度的大小(坎德拉(candelas)：流明/球面度)，并且从中心径向延伸的线表示出射光的角度，其中，笔直向下的表示0°，向右的表示90°，以及笔直向上的表示180°。其他可期望的光分布可以实现。
在又一实施方式中，如图5B中所示，使用平直波导本体12，其中，第一厚度T1等于第二厚度T2。
此外，在图1至图3示出的实施方式中，耦合部分24朝着第二端部20A、22A中的一个或两个远离LED部件26向上弯曲。第一部分和第二部分20、22的上表面30可以具有纹理。每个纹理表面30均可包括多个光提取零件14，在图4中示出了多个光提取零件的一个。在更具体的实施方式中，多个光提取零件14中的每一个均包括中间表面40，中间表面从第一表面38延伸到第二表面42。所有中间表面40或部分中间表面可以是平直的或弯曲的，如图4、图4B、图4C、图4D、图4E以及图4G中所示。在一实施方式中，中间表面40的曲率角(angle ofconvature)的范围可以从10°到80°。在实施方式的更具体的实例中，曲率角大约是30°到60°。在又一实施方式的实例中，中间表面40的曲率角大约是42.5°到50°。中间表面40可以但不必须具有恒定的曲率半径。此外，耦合部分24的边缘47可以具有任何形状，包括但不限于平面弯曲的、成角度的、成锥形的等。
此外，优选地，每个第一表面38均从相关联的相邻第二表面42中移动特定的距离D1，如图4中所示，其中，距离D1是恒定的或是沿着每个表面30的长度和宽度变化的。曲率半径的中心的布置、曲率半径的幅度以及每个中间表面40的弧形范围均影响光从波导本体12上的分布。在另一实施方式中，如图7和图8中所示，虽然表面40不必都是平直的或平行的，但是中间表面40是平直的，并且中间表面40均彼此平行。在一实施方式中，第一表面38与相邻的第二表面42之间的垂直距离(即，从表面38延伸到位于表面38之下的平面42的虚投影并且与该表面正交的线的长度)优选地小于100微米，并且更优选地在大约20与大约100微米之间。在另一实施方式中，中间表面40彼此平行并且以相对于相关联的第一表面和第二表面38、40的非零角度设置。在每个中间表面40与相切于相邻的相关联的平面38或42的线之间在平面38或42与表面40相交处的角度可以比较尖锐(例如，如图7中所示)或者可以比较平缓(例如，如图8中所示)。因此，例如，在每个中间表面40与相切于相邻的相关联的平面38的线之间在平面38与表面40相交处的角度可以在大约5°与90°的范围内，更优选地可以在大约40°与大约60°之间，并且最优选地可以大约是50°。这个角度(或任何其他相关的角度，例如，在中间表面40与相切于相邻的相关联的平面42的线之间在平面42与表面40相交处的角度)以及每个中间表面40的尺寸影响波导本体12的光的输出分布。
还应注意的是，提取零件在波导本体12的表面之上可以具有不同的尺寸、形状和/或间距以便获得非对称的发射光分布。例如，提取零件可以包括造成锥形边缘的凹槽和凸阶的组合取出部，如图22A至图22D中所示。在图22D中示出的提取零件可以具有在下表中注释的尺寸，虽然这种尺寸仅是示例性，而非限制性的。
表1
图22D 标称尺寸(毫米-除非另有规定)
Q 0.100
R 0.134
S 20度
T 65度
U 0.020
V 0.020
W 0.092
X 30度
Y 50度
Z 0.060
AA 0.140
此外，如在由凯乐(Keller)等人于2013年12月9日提交的题为“光波导以及结合该光波导的发光体(Optical Waveguides and Luminaires Incorporating Same)”的共同审查的美国专利申请第14/101,086号(克利公司案号P2126US1)中所见，提取零件可以包括小凹口或突出部，并且较大数量的这种提取零件可以设置在耦合部分21的左边，并且较小数量的这种提取零件可以设置在耦合部分21的右边。在这种实施方式中，应该显而易见，从波导本体12的左侧取出更多的光，并且从波导本体12的右侧取出较少的光。
在另一实施方式中，下表面32具有纹理。可由产生漫射效应的糙化表面和/或由多个提取零件14产生这种纹理。这些提取零件14可以与上述提取零件相同或相似。
再次参照图2和图2A，在示出的实施方式中，波导本体12具有与纵向轴线L平行的长度L1，并且波导本体12还具有横向于长度L1的宽度W。宽度W可以小至约3英寸或者宽至制造所允许的程度。在一个实施方式中，宽度W可以是大约12英寸，在另一实施方式中，宽度W是大约24英寸。长度L1可以小至大约2英尺或者长至制造所允许的程度。在一实施方式中，长度L1优选地至少大约是12英寸，并且更优选地至少大约是48英寸。在图2中示出的实施方式中，本文公开的波导可以具有在下表中注释的尺寸。应注意的是，下表中的尺寸仅是示例性的，而非进行限制性的：
表2
图2 标称尺寸(毫米-除非另有规定)
A 2.0
B 3.2
C 3.0
D 7.6
E 2.0
F 10度
G 300
如图3所示，所述耦合部分24具有限定腔29的凹形第一表面44以及与凹形第一表面44相对定位的弯曲的V形第二表面46。凹形表面44可具有纹理以允许光的更好的颜色混合，如图26所示。在一个实施方式中，V形第二表面46是光滑的并且未被涂覆。在图6中所见的可替代的实施方式中，可选的镜面反射材料层48设置在V形第二表面46上。在图6A中所见的又一实施方式的实例中，可选的镜面反射体49位于第一侧与第二侧20、22之间的V形会聚部。可以在本文讨论的任何实施方式中使用材料48或镜面反射体49。
虽然将光源26的光线重新导向至均具有光线角度分布范围的一个或多个光线组或光束内通常需要远远比光源更大的光学部件，但是还可以通过使用厚波导12实现这种重新定向，如图3A中所示。然而，由于成本的原因，可以优选地使用比较薄的波导进行这种光重新定向。例如，如图3B中所示，由光源26产生的光可以重新导向到独立的两组光线内。每组光线均具有非常窄的分布范围或者可以是大体上或完全准直的以实现射出波导12的期望的光分布。具体而言，并且参照图6，由LED部件产生的光的主要朗伯分布入射到限定凹形表面44的壁上，并且在上表面44a上入射的光穿过耦合部分24，并且投射弯曲的V形第二表面46。由于上表面与下表面30、32之间的全内反射，第一组光线组被射回，所以构成第二表面46的表面46a、46b通过TIR(和/或如果镜面反射体49上具有材料48，那么通过镜面反射)将光重新导向到作为第一组光线组51a、51b的侧边20、22内，直到这种光线超过波导本体12的材料的临界角并且逸出，如图7至图9中所示，在凹形表面44的下表面44b上入射的光穿过耦合部分24，直接进入部分20、22内，而不投射弯曲的V形第二表面46。在图3B的实施方式中，下表面44b是以使穿过表面44b的光重新导向成第二组光线组52a、52b的方式弯曲的。这种光还在上表面与下表面30、32之间回射，直到这种光线超过波导本体12的材料的临界角并且逸出，还如图7至图9中示出的。在图3B示出的实施方式中，光线组51a、51b、52a以及52b具有窄光线角度分布(即，光线组大体上或完全准直)。在一些实施方式中，表面46a、46b可以是抛物线形状的，并且集中在光源26上。提取零件14使光以控制的方式射出波导12，以使得光被导向出上表面和下表面30、32。由于光线至少是大体上准直的，所以在通过波导本体12传播时，光线的分散最小。这产生高度控制的光束，这些光束能以准直的方式取出或者分散成宽分布。
具体而言，如图6至图8中所示，准直光线通过全内反射反复回射穿过波导12，直到光线射到提取零件14并且重新导向到波导12内，或者如果光的角度超过临界角，那么逸出到要照明的空间或房间内。穿透提取零件14并且反射回波导本体12内的光可以穿透相对的波导本体表面并且从波导本体12中逸出，或者可以根据穿透这种相对的表面的光的入射角，进一步从相对的表面中反射，并且继续在波导本体12内传播。光最后优选地在到达外端20A、22A之前离开波导本体12。具有彼此平行的阶梯形表面的提取零件14使这种逸出容易。这种设置使侧部分20、22形成锥形外观。取出的光可以具有在图4A或图4K中示出的光分布，其中，同心圆表示强度的大小(坎德拉：流明/球面度)，并且从中心开始径向延伸的线表示出射光的角度，笔直向下的表示0°，向右的表示90°，并且笔直向上的表示180°。然而，可以实现任何期望的光分布。
在一实施方式中，提取零件14形成向外延伸的突出部，如图4D中所示。这种提取零件14的使用根据突出部分在波导本体12的哪个表面上延伸而在向上方向上或向下方向上限制光的分布。例如，包括位于波导本体12的上表面上向外延伸的突出部(例如，具有凸圆形状)的提取零件14仅允许在向上方向发射光。如果向外突出的提取零件在波导本体12的下表面上突出，那么允许在向上方向发射光。在与上述耦合结构相结合时，这些提取零件14尤其有用。
在一实施方式中，以最大照度与最小照度的比率不大于大约4：1的方式从天花板处反射由LED 26产生的光。更优选地，以最大照度与最小照度的比率在大约1：1与3：1之间的方式从天花板处反射光。最优选地，以最大照度与最小照度比率不大于大约2：1的方式从天花板处反射光。
在一个实施方式中，用于公开的发光体而获得的照度使得发光体使用可导致大约1.3的间距标准。换言之，一系列发光体10均可以安装在要照明的表面上方的7英尺的高度处，间隔10英尺，并且依然实现可接受的照度水平。向上照明的间距可以在16或更低的间距标准范围内。换言之，安装为在与天花板相距1英尺的距离处间隔16英尺的发光体依然实现可接受的照度水平和均匀性。当前的实施方式具有10或更小的向上的间距标准。向下照明的间距可以具有2或更低的间距标准。在16英尺的间隔时，发光体可以安装为与任务表面相距8英尺，并且传输可接受的照度水平和均匀性。在一实施方式中，发光体可以具有1.3或更小的间距标准。
图5A至图5C、图10以及图29示出了组装成从天花板62悬挂的完整的发光体60的另一实施方式。波导本体64设置在端盖66A、66B之间，端盖固定至外壳68。虽然驱动器电路可以设置在另一位置处，但是外壳68包围驱动器电路。此外，外壳68可以由导热材料(例如，铝)制成，并且可以包括散热结构70，散热结构使热辐射远离驱动器电路元件。外壳68通常可由支架72和绳索74从合适的天花板安装结构悬挂。发光体60可以通过电连接线76接收电力。
波导本体64可以在任何方向(例如，水平、垂直或对角线地)上定向。如图5B和图5C中所示，波导本体64相对于波导本体12是倒转的(即，翻转的)。因此，与耦合部分(与耦合部分24相似或相同)84的与腔29相似或相同的腔82设置在V形弯曲表面(与V形表面46相似或相同)86之上。与在前述实施方式中一样，V形表面可以是光滑的并且未被涂覆，或者可以涂覆有镜面反射材料，或镜面反射体可设置为邻接并抵靠V形表面86，与前述实施方式中一样。安装在衬底92上的LED部件90(图5C)可以相对于波导本体64固定，以使得LED部件延伸到腔82内。此外，波导本体64与波导本体12的不同之处在于，与侧部分20、22对应的侧部分90、92相对于彼此大约180°地设置，与在本文中公开的任何提取零件14相似或相同的提取零件(未示出)设置在与耦合部分84相邻的表面96内，并且与表面96相对的表面98具有比表面96更大的横向范围。虽然表面96可以具有如在表面32中指出的纹理，但是表面96优选地是光滑的。
如图中的多种实施方式所示，波导本体12或64的下表面32可设置成相对于轴线B(位于与纵向轴线L正交的平面内并且平分耦合部分24)成任何角度A(图4)。更优选地，这个角度A在大约45°与大约135°之间(例如，见图11至图14B)。在另一实施方式中，下表面32相对于轴线B设置为具有在大约70°与大约90°之间的角度A。在图1至图4示出的实施方式中，下表面32相对于轴线B设置为具有大约85°的角度A。
图15A和图15B示出了一实施方式，其中，侧部分20、22设置为成不同的角度，因此，该实施方式不对称。更具体而言，侧部分20、22的各自的下表面32-1和32-2相对于与轴线B平行的线分别形成角度C和角度D。在优选的实施方式中，虽然这些角度可以具有任意大小，但是角度C和角度D分别是大约85°和135°。当在天花板悬挂的发光体中使用(该发光体在邻近与壁和天花板接触的区域处使用)时，图15A和图15B的实施方式可以具有特定的效用。在这种情况下，部分20可以朝向壁和天花板的接合部导向以使得表面30照亮该接合部以及房间内部，并且部分22可被导向远离该接合部以照亮天花板的内部部分以及在房间内部的工作空间。
接下来参照图16A和图16B，波导本体可以部分地或完全地弯曲以限定弯曲的纵向轴线L。例如，图16A示出了围绕自身部分地弯曲的波导本体12A，但是此外，该波导本体与本文公开的任何实施方式的波导本体12相同。虽然波导本体可以根据需要弯曲任何其他弧度，但是图16A的实施方式显示为弯曲180°。图16B示出了一实施方式，其中，波导本体21B围绕自身完全地弯曲并且连接至自身(即，波导本体弯曲360°)以限定圆形纵向轴线L(未示出)，从而形成圆形柱体。(应注意的是，图16A还示出了图16B的波导本体的横截面)。必要时，每个波导本体12A、12B均可限定在包括弯曲的纵向轴线L的平面内除部分地圆形或完全圆形之外的形状。因此，可以限定例如椭圆形或其他形状。此外，波导本体21B可以与本文公开的任何实施方式相同，并可在发光体内使用。在这种情况下，LED部件26可以设置在弯曲的衬底27上，其中，弯曲的衬底以任何合适的方式固定至波导本体12A、12B使得LED部件26延伸到由表面44限定的腔29中。
图17A至图20以及图23A至图25D示出了使用耦合部分24和V形表面46的波导的更进一步的实施方式。(与图16和图16B的情况中一样，图17A和图18A不仅示出了替换的实施方式，而且还分别示出了图17B和图18B的实施方式)。这些附图的实施方式围绕穿过耦合部分的中心的平面P对称(如图17A和图17B中所示)，并且具有限制的尺寸的耦合部分24，该耦合部分可容纳一个或者至多几个LED部件。图17A和图17B分别示出了半圆形波导本体和全圆形波导本体12C、12D，而图18A和图18B分别示出了半方形和全方形波导本体12E、12F。虽然这些实施方式中的任一个必要时可以具有不同的横截面形状，但是在示出的实施方式中，波导本体12C至12F具有与图1至图4的实施方式相似或相同的横截面形状。还能够具有其他相似的形状，例如，四分之一圆形，或四分之一正方形，或除了圆形或方形以外的形状。
替代的实施方式以图1至图3中指出的方式分布光，并且可在任何发光体中使用，例如本文所讨论的发光体，该发光体可必要地或可期望地进行适当的修改以容纳不同的波导本体形状。例如本文公开的任何波导本体可在发光体60中使用。
图1、图2以及图2A公开了一种波导本体12，其具有中心部分18以及分别沿着第一方向和第二方向远离所述中心部分18延伸的分离的第一侧部分和第二侧部分20、22。中心部分18包括耦合部分24，该耦合部分位于所述中心部分18中。
在一实施方式中，波导本体12包括多个光提取零件14，多个光提取零件从波导本体12的侧部分20、22中取出由位于波导本体12的近端处的LED光源生成的发射光。在另一实施方式中，第一侧部分和第二侧部分20、22中的每个均具有上表面和下表面30、32以及位于耦合部分24近端的第一端部34和位于耦合部分24远端的第二端部20A、22A。第一端部34具有第一厚度T1，第二端部具有第二厚度T2，并且第一厚度T1大于第二厚度T2。例如在特定的实施方式中，第一厚度T1不大于大约6毫米，并且第二厚度不小于大约2毫米。
在又一实施方式中，波导本体12的耦合部分24朝向第二端部20A向上弯曲。
在一实施方式中，波导本体12的上表面30具有纹理。在更特别的实施方式中，多个光提取零件14中的每个均由第一表面38限定，并且中间表面40从第一表面38延伸到第二表面42，如图4B、图4C、图4E以及图4G中所示。中间表面40的全部或部分可以是平直的或弯曲的，其中，每个中间表面40均具有恒定半径的弯曲。在后一种情况下，虽然并非必须，但是表面40的横截面优选地是凸形的，如图4C中所示。在一些实施方式中，表面40可以包括平直部分以及弯曲部分，如图4E中所示。在其他实施方式中，中间表面40的全部或部分可以是与上述平直部分或恒定半径曲率部分相结合的扇形的，如图4G中所示。此外，中间表面40的全部或部分可以具有纹理，而表面30、42中的一个或两个是光滑的。可以通过使用多晶金刚石切割表面或者通过任何其他合适的方式实现这种纹理。可以在波导12的上表面和/或下表面30、32中模制、凸雕或另外形成表面40和/或提取零件14。可替代地或此外，包括提取零件的薄膜(未示出)可被粘附、压制或另外地固定至上表面和/或下表面30、32以实现光取出。
在图4E、图4F、图4G以及图4H中示出的实施方式中，本文公开的表面40可以具有在下表中注释的尺寸。应注意的是，下表中的尺寸仅是示例性的，而非限制性的：
表3
标称尺寸(毫米-除非另有规定)
图4F
H 0.05
I 45度
J 0.005(曲率半径)
图4H
K 0.340
L 27.5度
M 0.175(曲率半径)
图4I
N 37.5度
P 0.050
在另一实施方式中，虽然表面40不必都是平直的或平行的，但是如图7和图8中所示，中间表面40是平直的，并且中间表面40彼此平行。在另一实施方式中，中间表面40彼此平行并且设置为相对于相关联的第一表面和第二表面38、40成非零角度。在每个中间表面40与相切于相邻的相关联的平面38或42的线之间在平面38或42与表面40相交处的角度可以比较尖锐(例如，如图7中所示)或者可以比平缓(例如，如图8中所示)。这个角度(或任何其他相关的角度，例如，中间表面40与相切于相邻的相关联的平面42的线之间在平面42与表面40相交处的角度)以及每个中间表面40的尺寸影响波导本体12的光的输出分布。
在该实施方式的更具体的实例中，第一表面38从第二表面42移动特定的距离，并且多个光提取零件中的每个的第一表面与第二表面之间的所有距离都相等。在该实施方式的又一更具体的实例中，多个光提取零件14中的每个的每一个凸阶的中间表面40的角度成相同的角度。
在一个实施方式中，波导本体12的第一侧部分和第二侧部分20、22的下表面32具有纹理。在该实施方式的具体的实例中，下表面32包括如上所述的多个光提取零件14。
如图3中所示，耦合部分24具有限定腔29的凹形第一表面44以及与凹形第一表面44相对设置的弯曲的V形第二表面46。凹形表面44可具有纹理以允许光更好的颜色混合。在一个实施方式中，V形第二表面46是光滑的并且未被涂覆。在又一实施方式中，V形第二表面46可具有纹理，并且在更特别的实施方式中，可选的镜面反射材料层48可以设置在V形第二表面46上，如图6中所示。
凹形第一表面44可以包括弯曲部分和线性部分，如在图21中示出为102和108。此外，与V形第二表面46相对的中心部分18的表面能以平稳的抛物线的方式弯曲(例如在图13A至图15B和图21至图22中所示)以辅助使反射光线准直，这是因为曲率越大，光线就越准直。参照图21，第一表面44包括分别与弯曲部分和线性部分102b、108b相对的弯曲和线性部分102a、108a。该表面102a、108a和各自的102b、108b可以是彼此的镜像或者具有不同的几何结构。
在图30和图30A中示出的实施方式中，本文公开的波导12可以具有在下表中注释的尺寸。应注意的是，下表中的尺寸仅是示例性的，而非限制性的：
表4
标称尺寸(毫米-除非另有规定)
图30A
AB 563.355
AC 66.338
AD 1.956
图30A
AE 2.850
AF 5.60
AG 0.20
AH 7.0
AI 3.965
在又一实施方式中，波导本体12可以由透明丙烯酸制成。
本文还公开了一种用于波导本体12的耦合光学部件100。如图21中所示，耦合光学部件100包括：第一耦合部分102，其设置在耦合光学部件100的输入区域104中；第一反射部分106，其远离输入区域104并适于将进入第一耦合部分102中的光反射到波导本体12中；以及第二耦合部分108，其设置在所述输入区域104中并远离第一耦合部分102，并且该第二耦合部分适于将进入第二耦合部分102中的光直接折射到波导本体12中。
在一实施方式中，耦合光学部件100具有第一表面110和第二表面112，第一表面从耦合部分24的中心向外弯曲，并且第二表面从耦合部分24的中心向外弯曲，其中，第二表面112与第一表面110相对。在一个实施方式中，第一表面和第二表面110、112中的一个或两个可以具有抛物线的形状并集中于光源26上。在另一实施方式中，第一表面和第二表面110、112中的一个或两个可以是“自由形式”的，这是因为该表面特别被设计为控制光线的角度或控制被导向通过波导12的准直的光线组的传播。在其他实施方式中，第一表面和第二表面110、112中的一个或两个可以是抛物线和自由形式的形状的组合。此外，参照图21，耦合光学部件100包括分别与第一表面和第二表面110a、112a相对的第三表面和第四表面110b、112b。第一表面和第三表面110a、110b可以是彼此的镜像或具有不同的形状。同样，第二表面和第四表面112a、112b可以是彼此的镜像或具有不同的形状。耦合光学部件100还具有位于耦合部分24的中心的远端处的端部114，并且波导12连接至端部114。在实施方式的具体的实例中，第一表面和第二表面110、112的端部114限定与第一表面110和第二表面112大约垂直的线路。第一表面和第二表面110、112中的每个均可具有纹理表面。
在操作时，从LED部件26发射的光的主要朗伯分布穿过第一耦合部分102，然后，光线射到第一反射部分106。由于在波导12的上表面与下表面之间的全内反射，第一耦合部分102的表面通过TIR朝向第二表面112或进入波导12中将光重新导向为大体上准直或平行的射回的光线组，直到这种光线超过波导本体12的材料的临界角并逸出。
图28和图28A示出了波导200，该波导包括波导本体202以及设置在衬底26的表面204上的任何合适类型(包括本文公开的类型)的一系列LED 26。表面204可涂覆有镜面反射或白光反射材料。波导本体202包括与上面公开的耦合部分24相似或相同的耦合部分208。前述实施方式的侧部分被单个发光部分204代替，该发光部分可以包括凸梯形的(或其他形状的)提取零件，如前所述。与在其他实施方式中一样，光线可以设置成组，其中，在波导本体材料的TIR限制下，每组的光线以在彼此的期望范围内的角度传播以使得光线在波导本体内TIR至少一次。
工业实用性
总之，人们发现，在发光体内使用单色或多色LED部件时，期望的是完全混合由LED产生的光输出，以使得由发光体发射的强度和/或颜色外观均匀。在LED部件与波导一起使用时，人们发现具有在光耦合期间完成混合以及光导向或分布功能的机会。具体而言，通过折射而弯曲光线可以改善混合。在这种情况下，可以通过在具有不同的折射率的材料之间设置波导中的接合部而实现该折射弯曲。这些接合部可以限定由LED部件产生的光进入波导处的耦合结构，和/或限定在介于耦合结构与波导提取零件中间的部分或在从波导中取出(例如通过弯曲)光的区域处的光重新定向结构。人们还发现，将光导向成大范围的折射角增强了光混合。由于折射的光线的角度Ar是在入射光线与由入射光线所射到的接合部之间的角度Ai的函数(在Ai接近0时，即，在入射光线相对于接合部接近准直条件时，折射角Ar增大)，所以可以通过将接合部构造成相对于入射光线包括角度的宽范围来获得折射光线角度的大范围。这表示接合部可包括与入射光线几乎平行的一定程度的接合部以及设置为与入射光线具有其他角度的其他表面。可以使用例如弯曲的(包括凸形的、凹形的以及凸形和凹形表面的组合的)、平直的、非平直的、锥形的、分段式的、连续或不连续的表面的、规则或不规则形状的表面的、对称或不对称的形状等的总体波导形状以及耦合结构和重新定向结构形状，要理解的是，通常，通过在光路中提供更大数量的接合部和/或更复杂的接合部形状，可以进一步提高光混合(与在光取出上的必要控制一致)。此外，耦合结构和光重新定向结构的间距影响混合的程度。在一些实施方式中，单个光耦合结构和/或单个光重新定向结构可足以实现期望程度的光混合。在其他实施方式中，多个耦合结构和/或多个光重新定向结构可能用于实现期望程度的光混合。在任一种情况下，多个耦合结构或多个重新定向结构的形状可以简单或复杂，可以是相同的形状或不同的形状，可以相等或不相等地间隔，或者随机地分布或在一个或多个阵列内分布(本身可以相等或不相等地隔开，具有相同或不同的尺寸和/或形状等)。此外，接合部可以设置成在波导中的对称或非对称的类型，波导本身可以对称或不对称，波导可以形成相对于波导对称、不对称、居中的或非居中的光分布，光分布可以是在轴上(即，与波导的面正交)的或在轴外的(即，不与波导面正交)，可以是单个的或分开的光束等。
此外，重新定向结构和/或一个或多个耦合结构可以设置在波导内部的任何地方，可设置在波导的任何外表面上(例如，波导的边缘表面或主面)，和/或设置在波导的不止一个表面或部分之上延伸的位置处。在耦合结构或光重新定向结构设置在波导内部的情况下，该结构可以设置在完全延伸穿过波导的腔中或者由该腔限定，或者设置在不完全延伸穿过波导的腔中或者由该腔限定(例如，在盲孔中或在由波导的材料完全封闭的腔中)。此外，本文公开的任何实施方式的波导可以是平直的、非平直的、不规则的形状的、弯曲的、其他形状的、悬挂的等。
虽然本文作为实施方式公开了具体的耦合结构和光重新定向结构参数，包括形状、尺寸、位置、相对于光源的方向、材料等，但是本发明不限于所公开的实施方式，这是因为本文还具体预期了这种参数的多种组合和所有排列。因此，本文描述的耦合腔、插头部件、LED部件、遮挡部件、重新定向结构、提取零件等中的任一个可以单独地或者与一个或多个额外的部件相结合或者在不同组合中用于发光体中，以获得光混合和/或期望的光输出分布。更具体而言，本文公开的装置中，可以使用以下专利要求保护或说明的结构的任一个：美国专利申请序列号13/842,521(克利公司案号P1946US1)、美国专利申请序列号13/839,949(克利公司案号P1961US1)、于2013年3月15日提交的题为“光波导本体(OpticalWaveguide Body)”(克利公司案号P1968US1)的美国专利申请号13/841,074、美国专利申请序列号13/840,563(克利公司案号P2025US1)、由凯乐等人于2013年12月9日提交的题为“光波导及包括该光波导的发光体(Optical Waveguide and Luminaire Including Same)”(克利案号P2126US1)的美国专利申请号14/101,086、由袁(Yuan)等人于2013年12月9日提交的题为“光波导组件及包括该光波导组件的光引擎(Optical Waveguide Assembly andLight Engine Including Same)”(克利公司案号P2129US1)的美国专利申请号14/101,099、由塔萨(Tarsa)于2013年12月9日提交的题为“包括重新定向结构的光波导本体及制造该光波导本体的方法(Waveguide Bodies Including Redirection Features andMethods of Producing Same)”(克利公司案号P2130US1)的美国专利申请号14/101,132、由凯乐等人于2013年12月9日提交的题为“使用波导本体以及光线部件的发光体(Luminaires Using Waveguide Bodies and Optical Elements)”(克利公司案号P2131US1)的美国专利申请号14/101,147、由塔萨等人于2013年12月9日提交的题为“用于垂吊式、表面安装式、壁装式以及独立式的发光体的具有光导的简装模件(Simplified LowProfile Module With Light Guide For Pendant,Surface Mount,Wall Mount andStand Alone Luminaires)”(克利公司案号P2141US1)的美国专利申请号14/101,129、以及由袁等人于2013年12月9日提交的题为“光波导及包括该光波导的灯具(OpticalWaveguide and Lamp Including Same)”(克利公司案号P2151US1)的美国专利申请号14/101,051，这些专利的全部内容通过引用结合于此，并且这些专利为本申请的受让人所拥有。因此，例如，如果必要或者可期望的，本文公开的任何波导或发光体可以包括这些申请中公开的一个或多个耦合结构或光学部件、改变的LED设置、一个或多个光重新定向结构、一个或多个提取零件和/或特定的波导或总体发光体形状和/或构造。除了本文公开的以外，还预计具有其他发光体和波导形状因素。
本文公开的耦合结构将光有效地耦合到波导中，并且重新定向结构在波导中均匀地混合光，光因此被调节以用于从波导中均匀地取出。本文公开的至少部分发光体特别适于在设备内使用，例如，备用或改型的灯具(例如LED PAR灯泡)、室外产品(例如街灯、工矿灯、冠层灯)以及室内产品(例如筒灯、平板灯、嵌入式或插入式应用、在壁或天花板上的表面安装的应用等)，该设备优选地需要至少大约800流明或更大的总照度输出，更优选地需要至少大约3000流明或更大的总照度输出，并且最优选地需要大约10,000流明或更大的总照度输出。此外，本文公开的发光体的色温优选地在大约2500开氏度与大约6200开氏度之间，更优选地在大约2500开氏度与大约5000开氏度之间，并且最优选地是大约2700开氏度。此外，本文公开的至少部分发光体优选地显示了每瓦特至少大约100流明并且更优选地每瓦特至少大约120流明的效能，并且还显示了至少大约92％的耦合效率。此外，本文公开的至少部分发光体优选地显示了至少大约85％的总体效率(即，由射入波导中的光分开的波导中的取出的光)。通过本文公开的至少部分发光体优选地实现了至少大约80的显色指数(CRI)，更优选至少大约88的CRI。本发明可以实现至少大约65的全色域指数(GAI)。可以实现任何期望的特定的输出光分布(例如，蝴蝶光分布)，包括上下光分布或者仅上分布或仅下分布等。
在人们使用发射到广泛(例如，朗伯)的角度分布中的较小光源时(对于基于LED的光源常见)，如在本领域中通常了解的那样，光学扩展性的保留要求具有大发射区域的光学系统以实现窄(准直)角度的光分布。在抛物面反射器的情况下，因此通常要求大型光学部件以实现高水平的准直。为了在更紧凑的设计中实现大的发射区域，现有技术依靠于使用菲涅耳透镜(Fresnel lens)，该透镜使用折射光学表面使光导向并准直。然而，菲涅耳透镜实际上通常是平直的，因此不太适于重新导向由光源发射的高角度光，造成光学效率的损失。相反，在本发明中，光被耦合到光学部件中，其中，主要的TIR用于重新导向和准直。这种耦合允许来自包括高角度光的光源的全范围的角度发射，导致在更紧凑的形式因素中更高的光学效率。
与如下的现有技术相比，本文公开的实施方式能够符合提高的操作标准。
在本实施方式中的至少部分中，更好地了解波导内的光的分布和导向，从而以更加控制的方式控制和取出光。在标准的光波导中，光通过波导来回反射。在本实施方式中，通过波导一次性取出尽可能多的光，以尽可能减少损失。
在部分实施方式中，人们可以期望控制光线，以使得至少部分光线准直，但是在相同的或其他实施方式中，人们还期望控制其他或所有光线以增加光线的角分散以使这种光不准直。在一些实施方式中，人们可能希望准直为小范围，而在其他情况下，人们可能希望准直为大范围。
本文引用的所有参考文献(包括出版物、专利申请以及专利)通过引用结合在本文中，如通过引用以相同的程度单独地并特别地结合于此并且陈述每个参考文献的全文。
在描述本发明的背景下(尤其在上述权利要求的背景下)使用术语“一(a)”、“一个(an)”、“该(the)”以及相似的引用，要理解为包括单数和复数的意义，除非在本文中另有说明或者与上下文明显矛盾。在本文中叙述值的范围，仅仅旨在用作单独地表示每个单独值落在该范围内的快捷方法，除非在本文中另有说明，并且每个单独值包含在说明书内，犹如在本文中单独引用。可通过任何合适的顺序执行在本文中描述的所有方法，除非在本文中另有说明或者与上下文明显矛盾。使用在本文中提供的任何和所有实例或示例性语言(例如，“例如”)，仅仅旨在更好地阐明本公开，而非对本公开的范围造成限制，除非另有声明。在说明书中的任何语言都不应理解为表示对本公开的实践必不可少的任何未主张的部件。
在本文中描述本公开的优选实施方式，包括用于执行本公开的发明人已知的最佳模式。应理解的是，所说明的实施方式仅具有示例性，而不应被视为限制本公开的范围。

Claims (20)

1.一种波导本体，所述波导本体包括从第一端部至第二端部的长度，所述波导本体包括：
中心部分，所述中心部分沿着所述波导本体的整个长度延伸并包括第一厚度；
相对的第一侧部分和第二侧部分，所述第一侧部分和所述第二侧部分沿着所述波导本体的所述长度远离所述中心部分延伸并包括分别小于所述第一厚度的第二厚度和第三厚度；以及
耦合部分，所述耦合部分位于所述中心部分内，其中，所述耦合部分包括至少部分地限定沿着所述波导本体的所述长度延伸的细长凹入耦合腔的第一耦合表面和第二耦合表面，所述第一耦合表面和第二耦合表面在相对于光源凹入的第一顶点处相邻接，
其中，所述耦合部分还包括第一对相对的控制表面和第二对相对的控制表面，并且其中，所述第一耦合表面和所述第二耦合表面构造成将光引导到所述第一对相对的控制表面和所述第二对相对的控制表面上，并且所述第一对相对的控制表面和所述第二对相对的控制表面构造成将光引导到与所述第一对相对的控制表面和所述第二对相对的控制表面对应的相对的所述第一侧部分和所述第二侧部分中的至少一个侧部分中；
其中所述第一对相对的控制表面中的第一控制表面在朝向所述光源凸起的第二顶点处抵靠相对的一对所述第二对相对的控制表面中的第二控制表面；
其中所述第一顶点和第二顶点在所述耦合部分的中心轴线上对齐；以及
其中，所述侧部分包括光零件，以随着光通过所述至少一个侧部分传播从所述至少一个侧部分的相对侧提取出所述光。
2.根据权利要求1所述的波导本体，其中，每个侧部分包括从所述侧部分提取出光的多个光提取零件。
3.根据权利要求2所述的波导本体，其中，所述多个光提取零件中的每个从所述第一侧部分和所述第二侧部分中的相关侧部分向外突出。
4.根据权利要求2所述的波导本体，其中，所述耦合腔的一部分是凹入的，并且所述第一控制表面和所述第二控制表面限定与所述耦合腔相对定位的V形表面。
5.根据权利要求4所述的波导本体，其中，所述V形表面涂覆有镜面材料。
6.根据权利要求1所述的波导本体，其中，所述波导本体包括第一表面以及与所述第一表面相对的第二表面，并且所述第一表面和所述第二表面中的至少一个具有纹理。
7.根据权利要求1所述的波导本体，其中，所述第一控制表面和所述第二控制表面中的每个构造成将光的一部分准直为进入所述第一侧部分和所述第二侧部分中的一个的至少一个基本准直的光线组。
8.根据权利要求1所述的波导本体，其中，所述第一侧部分和所述第二侧部分是旋转不对称的，并且所述第一控制表面和所述第二控制表面构造成将光引导到所述第一侧部分和所述第二侧部分中。
9.根据权利要求1所述的波导本体，其中，所述光零件与所述第一控制表面和所述第二控制表面隔开，以随着光通过所述侧部分传播从所述第一侧部分和所述第二侧部分的相对侧提取出所述光。
10.根据权利要求1所述的波导本体，其中，所述中心部分包括沿着所述中心部分的纵向轴线延伸的第一厚度。
11.根据权利要求1所述的波导本体，其中，相对的所述第一侧部分和所述第二侧部分还包括相对于位于与所述中心部分的纵向轴线正交的平面内的轴线以非垂直的第一侧部分角度和第二侧部分角度设置的第一下表面和第二下表面，其中，所述平面还将所述耦合部分平分。
12.根据权利要求1所述的波导本体，其中，相对的所述第一侧部分和所述第二侧部分还包括相对于位于与所述中心部分的纵向轴线正交的平面内的轴线以不同的侧部分角度设置的第一下表面和第二下表面，其中，所述平面还将所述耦合部分平分。
13.根据权利要求12所述的波导本体，其中，所述第一控制表面和所述第二控制表面中的至少一个构造成将光作为基本准直的光线组引导到所述第一侧部分和所述第二侧部分中的一个中。
14.根据权利要求1所述的波导本体，其中，所述第一控制表面和所述第二控制表面中的每个构造成将光引导到所述第一侧部分和所述第二侧部分中的一个中，并且其中，所述侧部分包括光零件，以随着光通过所述侧部分传播从所述侧部分的相对侧提取出所述光。
15.根据权利要求1所述的波导本体，其中，所述耦合腔的一部分是凹入的，并且所述第一控制表面和所述第二控制表面限定与所述耦合腔相对定位的V形表面。
16.根据权利要求1所述的波导本体，其中，所述第一控制表面和所述第二控制表面中的至少一个构造成将光作为基本准直的光线组引导到所述第一侧部分和所述第二侧部分中的一个中。
17.根据权利要求1所述的波导本体，其中，相对的所述第一侧部分和所述第二侧部分还包括相对于位于与所述中心部分的纵向轴线正交的平面内的轴线以相等的侧部分角度设置的第一下表面和第二下表面，其中，所述平面还将所述耦合部分平分。
18.根据权利要求1所述的波导本体，其中，相对的所述第一侧部分和所述第二侧部分还包括相对于位于与所述中心部分的纵向轴线正交的平面内的轴线以侧部分角度设置的第一下表面和第二下表面，其中，所述平面还将所述耦合部分平分，并且其中，所述第一侧部分角度和所述第二侧部分角度都小于90度。
19.根据权利要求1所述的波导本体，其中，相对的所述第一侧部分和所述第二侧部分还包括相对于位于与所述中心部分的纵向轴线正交的平面内的轴线以侧部分角度设置的第一下表面和第二下表面，其中，所述平面还将所述耦合部分平分，并且其中，所述第一侧部分角度和所述第二侧部分角度都大于70度。
20.根据权利要求1所述的波导本体，其中，相对的所述第一侧部分和所述第二侧部分还包括相对于位于与所述中心部分的纵向轴线正交的平面内的轴线以侧部分角度设置的第一下表面和第二下表面，其中，所述平面还将所述耦合部分平分，并且其中，所述第一侧部分角度和所述第二侧部分角度中的至少一个为下列之一：大于45度、小于135度、以及在45度至135度之间。
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