CN105650596B - 扩散光的光学元件 - Google Patents

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Abstract

本文公开一种扩散光的光学元件，该光学元件含有一个或多个具有纹理的表面。该有纹理的表面包括多个微结构，用来在整个照明表面上均匀地或单调地重分布入射光。

Description

扩散光的光学元件
技术领域
本公开涉及用于将光源发出的光进行再分散的光学元件领域，尤其涉及用于发光二极管的光学元件。
背景技术
在许多使用发光二极管(LED)发光器作为光源的应用中，光学元件，例如，透镜，扩散片，反射器，转向器等可以用来调整从LED发出的光的辐射模式。在各种实施方式中，光源可以包括一个LED阵列。在这样的实施方式中，一个光学元件阵列可以被布置在该LED阵列之上，使得每个布置在光学元件阵列中的光学元件都环绕着一个相应的在LED阵列中的LED，用于照亮更大的所需面积。
近来，对于照明面板有一个要求：具有超薄/薄型且包括更少LED以减少成本。所需要的光学元件是那些能够使用更少LED就可以在一定面积上获得所需光照度，从而使得照明面板薄且低价的光学元件。
使用白光LED的极薄型照明面板也会具有色彩不均匀的问题。相应的，就希望具有可以混合白光LED所发出的各种波长的光的光学元件，从而减少色彩不均匀性。本节前述的讨论是用来提供本文所公开的主题内容的背景，并不构成对现有技术的承认。
发明内容
本公开所述的系统，方法和设备，每一项都具有数个创新的方面，没有任何单个项可以完全承担此处所公开的期望属性。
本文所描述的各种实施例包括一个光学元件，其可以被用来扩散从一个LED发光器所发出的光到一个更大的角度范围上。本文所描述的光学元件的实施例可以被用来在一个所需要的光照面积上均匀地和/或单调地扩散从一个LED发光器发出的光，使得该光照面积上的辐射模式不含弱光强的区域。相应地，光照度可以在该光照面积上平滑地和/或单调地变化。例如，该光照面积上的光照度可以具有高斯分布或者郎伯分布。在各种实施方式中，该光学元件可以包括一个或者多个有纹理的表面，其作用是可以在一个安置在距离LED发光器约10-30毫米光学距离处的光照表面上再分散该LED发光器所发出的光，使得光照表面单位面积上的入射光通量的变化是单调的。在各种实施方式中，纹理化的表面可以包括多种微结构。该多种的微结构可以包括凹槽，凸起，小平面，二维或者三维全息图等。该多种的微结构可以按照一定模式排列或者随机排列。
此处所描述的各种实施例包括一个照明设备，其含有一个LED发光器和一个安置在LED上方的光学元件，该元件设置来均匀地和/或单调地扩散该LED发光器发出的光到一个光照面板上，使得整个面板上的光照度平滑变化。相应地，整个面板上的光的分布没有任何光强减弱或者陡降的区域。该LED发光器和该光学元件可以设置为，即使该LED是放置在一个距离光照面板小于等于约25毫米(例如，15-18毫米)处，也可以获得光的均匀的或者单调分布。本文所描述的不同实施方式可以用来给直接式或者直下式显示器和液晶显示器(LCD)提供背景照明应用以及面板照明应用。该光照设备的不同实施方式可以被包括在一个薄型或者超薄型结构的发光面板的背景照明中。
本公开所描述的主题事务的一个创新方面可以在与一个含有发光二极管(LED)的光源一起使用的光学装置中实现。该装置包括一个整体形成的透光体，其包括一个顶部，一个底部和一个连接顶部和底部的侧边，其中该透光体的一条虚拟中心轴线穿过顶部和底部，但不越过侧边。该装置进一步包括至少一个位于该透光体顶部的顶部曲面和一个陷进该透光体底部中央的底部凹腔，使得中心轴通过底部凹腔。底部凹腔与光源对齐，使得光源放置于底部凹腔之下，且中心轴穿过光源以及顶部和底部凹腔。当从顶部沿中心轴观察，该装置进一步包括至少一个沿该至少一个的顶部曲面外周形成的有纹理的表面，该至少一个的纹理表面含有用于扩散从透光体内部入射到此处的光的微结构，当光束从这些微结构离开透光体的时候(会被扩散)。
在该装置的不同实施方式中，该至少一个的纹理化的表面通常参照该至少一个的顶部曲面抬升。该至少一个的顶部曲面不需要含有用于扩散从导光体内部入射到此处的光束的微结构。该至少一个的顶部曲面可以相对于该至少一个的纹理化的表面凹进，而该至少一个的顶部曲面可以在沿着平行于中心轴的平面上截出的横截面上呈凸型。该至少一个的纹理化的表面可以含有在顶部形成的一个顶纹理表面和在侧面形成的一个侧纹理表面，其中，该顶纹理表面和侧纹理表面两者都紧挨着顶纹理表面构成，两者都可以含有用于当光束从这些微结构离开透光体的时候，扩散从透光体内部入射到此处的光束的微结构。
在各种实施方式中，该顶纹理表面和侧纹理表面可以紧密相邻，其中，顶纹理表面和侧纹理表面可以设置成中间具有一个清晰的边界或中间没有清晰边界的连续构成，其中，当不考虑微结构的时候，顶纹理表面含有一个通常沿着中心轴方向背对底凹腔的部分，侧纹理表面含有一个通常从中心轴径向背对底凹腔的部分。
在各种实施方式中，侧纹理表面可以被称为第一侧纹理表面，其中，该至少一个的纹理化的表面进一步包括一个在侧面形成的第二侧纹理表面，其中第二侧纹理表面以一个无纹理表面而与第一侧纹理表面分开，其(该无纹理表面)不含有用于当光束从微结构离开透光体的时候扩散从透光体内部入射到此处的光束的微结构。
在各种实施方式中，透光体的高度可以从约5毫米到约10毫米，其中，该纹理化的表面位于离开中心轴约6毫米到约10毫米的距离处。该至少一个的顶部曲面可以被弯曲使得其曲率一般关于中心轴径向对称，其中，当沿着中心轴从顶部观察的时候，该至少一个的纹理表面围绕该至少一个的顶部曲面，其中该微结构用于引导入射光束指向除非具有微结构才可能的方向。该微结构可以含有一个第一微结构，其提供多个具有不同切面的微表面，而这允许两个或多个入射到该第一微结构的平行光束到达不同的微平面，而这使得该两个或多个平行光束从不同方向离开该第一微结构，其中多个微表面的所有或者部分与其紧密相连的邻近微平面呈连续弯曲或者孤立离散结构。该至少一个的顶部曲面可以弯曲为使得一个微量部分的从光源发出并为底部凹腔所接受的且入射到该至少一个的顶部曲面并在导光体内没有任何先前的反射的光束受到该至少一个的顶部曲面的完全内部反射。该装置可以被设置为提供一定的光照特性，使得经过安装在离开中心轴25毫米距离以内的该装置，在一个10-30毫米光学距离处，(所得到的)光照度大于等于最大光照度的75％。
本公开所述的主题事务的另一个创新方面可以在一个照明设备中实现，其包括上述装置的实施应用和一个含有发光二极管(LED)的光源。该光源相对该装置设置，使得中心轴穿过光源且光源发出的光束中至少部分在到达前没有被反射过的情况下被引向底部凹腔。该照明设备的不同的实现方式具有如下光照特性，就是在一个光学距离10-30毫米处，在离开中心轴25毫米径向距离内的光照度大于等于最大光照度的75％。在一个光照距离10-30毫米处，在离开中心轴50毫米径向距离内的光照度大于等于最大光照的50％。
本公开所述的主题事务的另一个创新方面可以在一个照明设备中实现，其包括一个底物；多个上述装置的实施例置于该底物之上；且多个LED光源置于底物之上，其中，至少该多个LED光源之一位于该多个装置之一的底部凹腔之中。
在该照明设备的各种实施方式中，多个装置之一和位于该一个的装置底部凹腔之下的至少一个LED光源的一个组合具有如下光照特性，就是，在一个光照距离10-30毫米处，在离开中心轴25毫米径向距离内的光照度大于等于最大光照度的约75％。在该光照设备的不同实现方式中，多个装置可以呈线性或者矩阵型排列。
本公开所述的主题事务的另一个创新方面可以在一台LCD显示面板的背景照明单元中实现，其包含上述照明设备的应用。
本公开所述的主题事务的另一个创新方面可以在一台LCD显示面板中实现，其包含上述背光单元。
本公开所述的主题事务的另一个创新方面可以在一台消费电器设备中实现，其包含一个上述LCD显示面板。
本公开所述的主题事务的一个创新方面可以在一台照明设备中实现，其包含一个含有发光二极管(LED)的光源，该LED包括一个发射面；和一个置于该LED之上的光学元件。该光学元件含有一个内表面；和一个外表面。外表面包括一个基底区；一个与该基底区相对的外部顶区；一个外部侧区连接该基底区和顶区；和至少一个纹理结构。该光学元件围绕光源设置，使得其内表面围绕LED。该光学元件用来再分散该LED发出的光，使得此光从与发光面法线呈Δθ1角度变为与发光面法线呈更宽的Δθ2角度，使得光照在关于发射面法线角度Δθ2范围内单调变化。该纹理结构可以包括多个微结构。该纹理结构可以包括一个安置在基底区的外周的微结构环。该纹理结构可以用来把LED发出的光散射到一个角度范围Δθdark。
该照明设备的各种实施方式可以进一步包括一个底面板和一个顶面板，其中LED安置在底面板上且从光学元件发出的光入射到顶面板。顶面板和底面板之间的距离可以小于约25毫米。该照明设备的各种实施方式中可以进一步包括一个分散元件，安置在底面板上，使得从外部顶区发出的一部分光由该分散元件分散到顶面板。该照明设备的各种实施方式可以用来为一个显示设备作背光。该照明设备的不同实施方式可以用来作为建筑照明。
本公开所述的主题事务的一个创新方面可以在一个光学元件中实现，其包括关于一个中心轴安置的一个顶部曲面；一个沿着该顶部曲面外周设置的纹理结构，该纹理结构包括一个上表面，其法线平行于中心轴，以及一个侧表面，其法线垂直于中心轴；一个下表面，与上表面相对，该下表面包括一个开口，其限定了一个通过该光学元件延伸到顶面的内部空腔，该内部空腔由一个内侧面和一个内顶面所围成；和一个在顶面和底面之间延伸的侧面。纹理结构的上表面可以包括一个第一微结构群，用来在一个围绕在上表面法线周围的第一区域上扩散从内部空腔入射的光。该第一区域可以对应一个圆形区域。第一微结构群可以随机安排。纹理结构的侧面可以包括一个第二微结构群，用来在一个围绕在侧面法线周围的第二区域上扩散从内部空腔入射的光。该第二微结构群可以随机安排。侧面的一部分可以包括一个第三微结构群，用来扩散从内部空腔入射的光。该光学元件可以用来在一个照明表面上括散从内部空腔入射的光，使得整个照明表面上的光强度为单调的。该照明表面可以放置在距离底面少于25毫米的地方。
本公开所描述的主题事务的一个或者多个应用的细节在下面的描述中结合附图进行详细解释。其他特性，方面和优点将在下面的描述，附图和权利要求中得以体现。注意下列附图的相对尺寸可能并不符合比例。
附图说明
图1为一个用于使用折射法来扩展从一个面发射LED发光器发出的光的光学元件的横截面图。
图2为另一个用于扩展从一个边发射LED发出的光的光学元件的横截面图。
图3为图2所示的光学元件在一个置于离LED一定距离的照明面板上所达到的光照度(或一个光照表面上单位面积的入射光通量)。
图4A为一个光学元件的一个实施例的透视图，该元件用于在一个照明面板上扩展光。图4B是图4A所示的光学元件的部分切开透视图。图4C是图4A所示光学元件的横截面图。图4D是图4A所示光学元件的顶视图。图4E是该光学元件整合的纹理环的透视图。图4F是一个用来扩展一个照明面板上光的光学元件的另一个实施例的透视图。图4G是图4F所示光学元件的横截面图。
图5为图2所示的光学元件在一个置于离LED发光器一定距离的光照表面上所达到的光照度(或一个光照表面上单位面积的入射光通量)。
图6是一个实施例所对应的一个照明设备的横截面图，其包括一个LED发光器和光学元件。
图7是相应于一个实施例的一个发光带的横截面图，该发光带包括多个LED发光器和置于其上的光学元件。
图8是该光学元件的另一个实施例的部分切开的透视图，该光学元件用于在一个照明面板上扩展光。
相同的参考数字和标记在不同附图中的表明相同的元件。
具体实施方式
下述的详细描述是针对一定的实施方式来描述创新之处。但是，此处的启示可以被应用于多个不同的方式。正如将在下面的描述中变得清晰的，该创新之处可以应用于任何用来提供照明的设备上。尤其是，可以预期的是，该创新之处可以被应用于照明系统，例如，一个薄的背光和/或前光单元，用于给不同的显示设备提供照明，诸如用于基于液晶(LCD)的显示设备或基于发光二极管(LED)的显示设备。所述的应用可以应用到任何设备，装置，或系统中，可以被用于显示诸如视屏的动态图片，以及诸如照片，文字，图像，和/或图片的静态图片。尤其是，可以预期的是，所描述的应用可以包括于或者伴随于多种电子设备中，诸如，但不限于，移动电话，智能电话，开通多媒体互联网的手机，移动电视接收器，无线设备，蓝牙设备，私人数据助手(PDA)，无线垫子邮件接收器，手持或移动电脑，平板电脑，上网本电脑，笔记本电脑，智能本，打印机，复印机，扫描仪，复制设备，全球定位系统(GPS)接收器/浏览器，照相机，数码媒体播放器(诸如MP3播放器)，摄像机，游戏控制台，腕表，时钟，计算器，电视显示器，平板显示器，电子阅读器(如，电子书)，计算机显示器，汽车显示屏(包括里程表和速度表的显示屏等)，驾驶舱控制和/或显示，相机显示屏(诸如车载后视相机显示屏)，电子照片，电子广告牌或招牌，投影仪，建筑结构，微波炉，冰箱，立体声系统，磁带录音机或播放器，DVD播放器，CD播放器，VCR，洗衣机，烘干机，清洗/烘干机，停车计时器，广告牌，标牌等。另外，发明点可以应用于商用和/或家用照明的薄的照明系统和/或灯具。例如，此处描述的实施例可以设置为薄型照明设备，可以被整合进或应用于建筑材料，诸如，家用和商用结构的墙壁，地板，天花板。也可能有其他用途。
一个光学元件的不同实施例在此处参照附图进行描述。此处描述中使用的名词不应该仅仅按照任何有限的或者受限制的方式来解释，仅仅因为其被用来详细描述特定的实施例。进一步，此处描述的光学元件的不同实施例可以含有多个性能，而没有任何单个性能可以对所期待的属性完全负责，或者对可以获得此处描述的光分布曲线起到关键作用。
术语底部，顶部和侧边在本公开中用来指定或者识别在不同应用中的某些特性。但是，这些术语只是来明确这些特性的相对位置，而不应该被解释成承载有任何有异于特性相对位置的含义。
此处描述的一个光学元件的不同实施例可以用来再分散从一个LED发光器发出的光。例如，此处描述的光学元件的实施方式可以用来在一个更宽角度范围上扩展从LED发光器发出的光。而且，此处描述的光学元件的应用也可以用来混合LED发光器发出的不同波长的光，从而获得一个高度的色彩均匀性。另外，此处描述的光学元件的应用也可以用来在一个照明区域上均匀地和/或单调地再分散LED发光器发出的光，使得在照明区域上光强恒定或者单调变化。在不同的实施方式中，该光学元件可以用来再分散LED发光器发出的光，使得再分散后的光强具有高斯或者郎伯剖面。该光学元件可以用来在一个置于距离LED发光器10-30毫米处的光照表面上再分散LED发光器发出的光，使得在该光照表面与光学元件中心轴交点附近且面积小于等于约320平方毫米区域内的光照大于等于该区域最大光照的约75％，当某点周围的面积是至少约80平方厘米时，该点为该光学元件中心轴与某光照表面的交点，该光照表面位于从耦合到该光学元件的单个LED来的光照降到最大光照约50％的地方。该光学元件可以用来在一个光照表面上再分散该LED发光器来的光，该光照表面位于距离该LED发光器约10-30毫米之间，使得当其距离光学元件中心轴和光照表面交点的长度少于某阈值时的光照大于等于在该光照表面上的最大光照的75％(例如，大于等于约80％，大于等于约85％，大于等于约90％，大于等于约95％，大于等于约99％)。在不同的应用中，阈值距离可以在约5-30毫米之间。例如，该阈值距离在约5毫米和约30毫米之间，在约10毫米和约25毫米之间，在约15毫米和约20毫米之间，在约10毫米和约30毫米之间，或者这之间的值。
在此描述的不同应用包括一个光带，该光带包括多个LED发光器，每个LED发光器都伴随着一个光学元件，该光学元件用于裁切从LED发光器发出的光的辐射模式到一个所期望的辐射模式。例如，伴随每个LED发光器的光学元件可以用来均匀地和/或单调地扩散LED发出的光，和/或混合LED发出的不同波长的光以减少颜色不均匀性。
LED发光器
一个发光二极管(LED)是一个发紫外光，可见光，和/或红外光波长的半导体设备，半导体技术的近期发展已经使得LED发展为高亮度，可以产生如一个标准60W或100W白炽灯或者荧光灯泡发出的光量，而消耗不超过1W的电能。高亮度的LED发光器可以缩小成小于10毫米的尺寸，使得其可以被使用半导体包装技术安装在一个印刷电路板上(PCB板)。该PCB板可以包括驱动电路来提供所需电流和电压供给LED发光器。在不同的应用中，PCB板还可以包括热井和/或降温器来给LED发光器降温。相应地，一个薄的可以提供大量光照并消耗很少量电能的LED发光器阵列也可以被生产出。这样的薄的用于各种显示应用和/或照明应用的LED发光器阵列，需求量很高。
早期的LED发光器主要发出红光和/或红外光。但是，半导体技术的近期发展已经使得LED发光器发展为可以发出不同光谱范围的紫外光(UV)，可见光和红外光(IR)。例如，可以发出可见光谱中的蓝色和紫色区域的光的LED发光器近期已经发展出来。发出白光的LED发光器也被发展出来了。白光LED(WLED)发光器可以采用两种方式之一来实现。一种生产WLED发光器的方法是使用发出对比色光的LED发光器并混合该对比色。例如，一个WLED发光器可以含有一个发青色光的LED发光器和一个发黄色光的LED发光器，使得从青光LED发出的光和黄光LED发光器发出的光混合而产生白光。另一个例子，一个WLED发光器可以包括一个红光LED发光器，一个绿光LED发光器和一个蓝光LED发光器，使得从红绿蓝光LED发光器发出的光可以被混合而产生白光。另外一个产生WLED发光器的方法是使用吸收辐射并放出白光的磷材料。例如，一个WLED发光器可以包括一个RGB磷和一个近紫外或紫外LED。该RGB磷可以吸收近紫外或紫外辐射并发出一个光谱的白光。另外一个例子，一个WLED发光器可以包括一个黄光磷和一个蓝光LED。该黄光磷可以吸收蓝光LED的辐射并放出一个广谱白光。
LED发光器在显示设备的背景照明和前景照明中，以及在建筑照明中，都是很合意的，因为他们具有高光照度，长寿命，低生产成本和小型化能力。
LED发光器一般可以分成两类：边发光发光器和顶发光发光器。在顶发光LED发光器中，光沿着垂直于LED发光器表面的方向发出。在边发光LED发光器中，光沿着平行于LED发光器表面的方向发出。大多数的顶发光LED发光器表现出一个郎伯发射模式，其中光强度曲线与发射角度的余弦值成正比，从垂直于LED发光器表面到平行于表面来测量。大多数的边发光LED发光器从一个沿着该LED发光器的一条长边界表面的区域发出光。从边发光LED发光器发出的光通常以一个复杂的模式发出并可能非对称。
LED发光器通常从一个小面积发光。例如，该发光面积可能小于1－2平方毫米。相应地，从一个LED发光器发出的光的光柱角可以很小。因此，可以用来反射，准直折射,聚焦，散射和/或衍射光的光学元件被整合进LED发光器，用以裁切从LED发光器发出的辐射模式。
图1为一个用于扩展从一个设置为顶发光LED的LED发光器11发出的光的光学元件1的横截面图。该LED发光器具有垂直于该LED发光器11的表面的中心轴5。在具有圆形横截面的光学元件1的应用中，中心轴5可以通过该圆形横截面的中心。在该光学元件1的各种应用中，中心轴5可以通过该光学元件1的形心。在该光学元件1的各种应用中，中心轴5可以通过该光学元件1的几何中心。该LED发光器11和光学元件1可以关于中心轴5旋转对称。该光学元件1的表面用于折射从面发光LED发光器11表面发来的光，并引导其进入一个距离该LED发光器一定距离的照明表面上的更宽的角度范围。相应地，若该照明表面被设置为一个观察表面，那么从该面发光LED发光器11发出的光通过本方法被引向一个更大的视角。
图2为光学元件2的另一个设置的横截面图，该元件用于扩展从一个设置为顶发光LED的LED发光器11发出的光。与图1所示的设置类似，该LED发光器11和该光学元件2可以关于中心轴5对称，而该中心轴5垂直于该LED发光器11的表面。在该光学元件2具有一个圆形横截面时的应用中，中心轴5可以通过该圆形横截面中心。在该光学元件2的各种应用中，中心轴5可以通过该光学元件2的质心。在该光学元件2的各种应用中，中心轴5可以通过该光学元件2的形心。该光学元件2的各种应用包括一个或多个镜面反射表面，散射反射表面和/或全内反射表面，用以收集从边发光LED所有边发出的光。所收集的从边发光LED所有边发出的光在该光学元件2的一个或者多个表面被折射，从而增大所发出的光在一个位于该LED发光器一定距离处的光照表面上角度范围。
传统的用于收集LED发光器发出的光并指引到一个更宽角度范围的光学元件，当该LED发光器和该照明表面的距离减小的时候，可能并不足以在该照明表面上提供均匀的和/或单调的光分布。这点参照图3进行进一步的详细说明，图3为一个单个LED在一个离LED一定距离的照明面板上所达到的光照度(或光照表面上单位面积的入射光通量)，当图2所示的光学元件的实施例置于该单个LED之上。在不同的应用中，照明面板可以放置于距离该LED 15-20毫米之间或更短距离处。没有参阅任何理论，本文所使用的光照度就是一个光照表面单位面积上的入射光通量的量度，并可以与该光照表面上单位面积的入射光强有关。在各种应用中，该表面上的光照度可以使用一个照度计来测量。正如从图3所注意到的，当光发出的方向和中心轴5的方向一致的时候，光照度具有一个峰值。光照度一般随着光发射的方向和中心轴5的方向所成角度增加而减小。进一步注意到，该光照度随着光发射的方向和中心轴5的方向所成的角度增加而减小并非单调的。事实上，可以观察到，光照度在光发射方向和中心轴5所成的一定的角度上降低到了低于一个阈值，然后增加。相应地，该光照表面的光照度并非均匀的和/或单调的。在各种实施例中，光照度在一定角度上的下跌可以导致该LED发光器在光照模式上产生黑色区域，而这并非所期望的。
此处所描述的光学元件的各种应用包括一个或多个有纹理的光输出表面，其可以均一地在一个置于光学距离约10毫米到30毫米处的光照表面上再分散从LED发光器发出的光。该一个或多个的有纹理的光输出表面可以用来使得在该照明表面上每平方毫米区域的光强不少于该照明表面最大强度的75％，该照明表面在某个点周围约5-300平方毫米，而该点是由垂直于该光学元件的中心轴与照明表面相交所形成，而耦合于该光照元件的单个LED所发的光照度降低为在一个至少约80平方厘米(cm2)区域上的最大光照度的约50％。例如，在垂直光学元件的中心轴和照明表面所交的点附近约10-50平方毫米面积的照明表面每平方毫米区域的光强大于该照明表面最大光强的90％，而耦合于该光照元件的单个LED所发的光照度降低为在一个至少约80平方厘米(cm2)区域上的最大光照度的约50％。作为另一例子，在垂直光学元件的中心轴和照明表面所交的点附近约10-100平方毫米面积的照明表面每平方毫米区域的光强大于该照明表面最大强度的80％，而耦合于该光照元件的单个LED所发的光照度降低为在一个至少约80平方厘米(cm2)区域上的最大光照度的约50％。再一个例子，在与光学元件相垂直的中心轴和照明表面所交的点附近约5-150平方毫米面积的照明表面每平方毫米区域的光强大于该照明表面最大强度的80％，而耦合于该光照元件的单个LED所发出的光照度降低为在一个至少约80平方厘米(cm2)区域上的最大光照度的约50％。另一个例子，在与光学元件相垂直的中心轴和照明表面所交的点附近约5-200平方毫米范围的照明表面每单位面积的强度不小于该照明表面最大强度的75％，而耦合于该光照元件的单个LED所发出的光照度降低为在一个至少约80平方厘米(cm2)区域上的最大光照度的约50％。另一个例子，在与光学元件相垂直的中心轴和照明表面所交的点附近约5-320平方毫米范围的照明表面每单位面积的强度不小于该照明表面最大强度的75％，而耦合于该光照元件的单个LED所发出的光照度降低为在一个至少约80平方厘米(cm2)区域上的最大光照度的约50％。
该一个或多个的有纹理的光输出表面可以用来使得在距离与光学元件相垂直的中心轴和照明表面所交的点小于等于约25毫米的区域内的光照度大于该照明表面最大光照度的75％，而耦合于该光照元件的单个LED所发出的光照度降低为在一个至少约80平方厘米(cm2)区域上的最大光照度的约50％。该一个或多个的有纹理的光输出表面可以用来使得在距离与光学元件相垂直的中心轴和照明表面所交的点小于等于约20毫米的区域内的光照度大于该照明表面最大光照度的75％，而耦合于该光照元件的单个LED所发的光照度降低为在一个至少约80平方厘米(cm2)区域上的最大光照度的约50％。该一个或多个的有纹理的光输出表面可以用来使得在距离与光学元件相垂直的中心轴和照明表面所交的点少于等于约10毫米的区域内的光照度大于该照明表面最大光照度的80％，而耦合于该光照元件的单个LED所发的光照度降低为在一个至少约80平方厘米(cm2)区域上的最大光照度的约50％。该一个或多个的有纹理的光输出表面可以用来使得在距离与光学元件相垂直的中心轴和照明表面所交的点在约20毫米到约50毫米的区域内的光照度在该照明表面最大光照度的约50％到约90％之间，而耦合于该光照元件的单个LED所发的光照度降低为在一个至少约80平方厘米(cm2)区域上的最大光照度的约50％。
此处所描述的光学元件的各种应用可以设置为，置于一个LED发光器之上，使得从该LED发光器发出的光在一个位于离该LED发光器的光学距离约10-30毫米的照明表面上再分散。该光学元件可以被用来通过重引导该LED发光器发出的光到一定的角度范围来再分散从该LED发光器发出的光到远离该光学元件中心轴的区域。
进一步的，传统的用于收集WLED发光器发出的光的光学元件，可能并不能够有效混合不同波长的光，这可能导致在光照表面和/或该光学元件表面的色彩不均匀性。例如，一照明区域的中央部分的平均色温可能与该照明区域周边的平均色温不同。而且，该照明区域不同部分的平均色温可能比该LED发光器的平均色温低。相应地，就希望能够提供可以均匀地和/或单调地和/或更高色彩不均匀地扩散LED发光器发出的光。
此处描述的光学元件的不同应用中的有纹理的输出表面也可以通过提供色彩混合功能而改善色彩不均匀性。在不同应用中，此处描述的光学元件的一个或者多个光接收表面也可以纹理化来进一步改善色彩不均匀性。
扩散光的光学元件
图4A为一种光学元件10的一个实施例的透视图，该元件置于一个LED发光器之上并用于在一个光照面板上扩散光。图4B是图4A所示的光学元件的部分切开透视图。图4C是图4A所示光学元件的横截面图。图4D是图4A所示光学元件的顶视图。该光照面板可以放置于距离该LED发光器约15到20毫米或更近的地方。该光学元件10可以用来在照明面板上均匀地重分散LED发光器发出的光使得分散在照明面板上的光强的分布是平滑的。该光学元件10可以用来在照明面板上扩散光使得整个照明面板上的照明的光强单调变化且没有任何强度陡降。该光学元件10可以用来在放置于距离该LED发光器约10-30毫米的光照表面上均匀地重分散LED发光器发出的光使得在距离垂直于该光学元件的那根中心轴与该光照表面的交点少于某个阈值距离处的光照度大于等于该光照表面最大光照度的75％(例如，大于等于约80％，大于等于约85％，大于等于约90％，大于等于约95％，大于等于约99％)。在不同的应用中，阈值距离可以取约5-30毫米中的一个值。例如，该阈值距离可以在约5毫米和约30毫米之间，在约10毫米和约25毫米之间，该阈值距离可以在约15毫米和约20毫米之间，在约10毫米和约30毫米之间，或者中间的取值。
该光学元件10含有一个内腔13，该内腔13由内表面13a和13b，一个顶面12，一个侧面15和一个底所围成。该光学元件10的底包括一个正对于顶面12的底面17。在不同的应用中，底面17可以包括一个或多个底部结构19。在不同的应用中，底包括一个凸缘和/或一个从外部侧面15向外延伸的边18。该光学元件10可以进一步包括一个或多个纹理结构。例如，该一个或多个的纹理结构可以包括一个围绕顶面12放置的有纹理的顶环14。另外一个例子，该一个或多个的纹理结构可以包括一个围绕底面或侧面15放置的有纹理的侧环16。该光学元件10可以是关于中心轴3对称的，该中心轴3垂直于底面17并通过顶面12和内腔13。顶面12在一个垂直于中心轴3的平面上的横截面的外缘形状(例如，从上往下观察)可以是圆形，椭圆形和一些其他形状。在具有顶面12的光学元件10的应用中，当其在一个垂直于中心轴3的平面上的横截面的外缘形状是圆形，该中心轴3可以通过该圆形横截面的中心。在具有顶面12的光学元件10的应用中，当其在一个垂直于中心轴3的平面上的横截面的外缘形状是椭圆形，该中心轴3可以通过该椭圆形横截面的中心。在该光学元件10的不同应用中，中心轴3可以通过该光学元件10的质心。在该光学元件10的不同应用中，中心轴3可以通过该光学元件10的几何形心。该光学元件10最大高度可以在约5-10毫米之间(例如，约6毫米，约7毫米，约8毫米，约9毫米)。该光学元件10从中心轴算起的最大侧边延伸可以在约6-10毫米之间(例如，约7毫米，约8毫米，约9毫米)。在具有顶面12的光学元件10的应用中，其在一个垂直于中心轴3的平面上具有圆形横截面，其顶面12的最大直径可以在约10-20毫米之间(例如，13毫米，14毫米，15毫米，16毫米，17毫米，18毫米，19毫米，20毫米)。
该光学元件的顶面
在不同应用中，顶面12可以是平坦的或者弯曲的。在所示的实施方式中，顶面12是弯曲的，且从侧面15的顶部向底面17延伸。顶面12弯离侧面15，并弯向中心轴3。顶面12可以被认为具有类似于螺旋形漏斗或涡流的形状。在图4A-4D所示的实施方式中，顶面12的曲率是连续。值得注意的是，图4A，4B和4D中的圆形线405是画了来表明顶面12的弯曲，并不代表在面12上不连续。但是，在其他实施方式中，顶面的弯曲可以是不连续的，如图4F所示，该图显示了另一个光学元件实施例的透视图，该实施例用来传播光通过照明面板。图4G显示了图4F所示光学元件的剖视图。从图4G中看出，图4F和图4G所示光学元件的顶面12具有第一曲面12a，由一个不连续(或弯折)区域410从第二曲面12b隔离开。第一和第二曲面12a和12b的曲率可以是类似的或者不同的。在不同实施方式中，顶面12在一个平行于光轴3的平面上的剖面的弯曲度可以是凹的，凸的或非球面的。在光学元件10的不同实施方式中，顶面12是弯曲的，顶面12可以由一个曲线段绕中心轴3旋转形成。相应地，在这些实施方式中，顶面12关于中心轴3旋转对称。中心轴3可以垂直于该LED发光器11的表面。在不同实施方式中，该LED发光器11和/或该光学元件10可以关于中心轴3旋转对称。
顶面12的弯曲可以设置为使得从LED发光器11发出的与中心轴3所成的角度小于一个第一阈值的光被引出该顶面12，朝向照明面板113，而从该LED发光器11发出的角度大于一个第二阈值的光被引向侧面15或顶环结构14。该第一和第二阈值角度可依赖于从该LED发光器11发出的光的属性，该光学元件10的材料折射指数。在不同的实施方式中，与中心轴3所构成的第一阈值角度可以在0-20度范围之间，而与中心轴3所成的第二阈值角度可以在10-60度之间。
该光学元件的侧面
该光学元件10的侧面15可以通过绕中心轴3旋转一条曲线段而构成。在不同实施方式中，侧面15可以设置为围绕中心轴3安放的圆筒表面。相应地，侧面15关于中心轴3旋转对称。该侧面15可以围绕中心轴3弯曲。在所示的实施方式中，侧面15包括一个第一部分15a，设置为一个筒状表面。该第一部分15a从顶环结构14延伸到基底部。该筒状侧面15a挨近基底的部分由一个第一曲面15b和一个第二曲面15c所限制。该第一和第二曲面15b和15c可以沿着径向弯曲使得其从该光学元件向外凸出。在一些实施例中，该侧面15可以设置为在基底附近加宽，而在顶面12周边附近收窄。相应地，在这些实施方式中，侧面15在基底附近的部分15b和15c上的点和中心轴3上的点之间的最短距离可能大于侧面15在顶面12周边附近的部分15a上的点与中心轴3上的点之间的最短距离。换而言之，侧面15在基底附近的周长(如，侧面15上的15b和15c部分的周长)可以大于侧面15在顶面12外周附近的周长(如，侧面15上的15a部分的周长)。这可能导致侧面15在基底附近的切线与中心轴3之间具有一个较大的角，相比较于侧面15在顶面12外周附近的切线与中心轴3之间的角。
该光学元件的底面
如上所述，该光学元件10包括在底面17上形成的多个结构19。该底面结构19的形状和位置可以取决于多种因素，包括但不限于内腔13，侧面15和凸缘18的形状和/或尺寸。在各种实施方式中，结构19可以是部分或者纹理化。部分或者全部的纹理化可以在减少光分布曲线中心的强度热点上有优势。该结构19可以也提供其他优点。例如，该底部结构19可以帮助循环光。
该光学元件的内部空腔
如上所述，内部空腔13是由内侧面13a和内顶面13b围成。在各种实现方式中，内侧面13a的可以是筒形的。在各种实现方式中，内顶面13b可以是一个如图4B，4C和4G所示的非球面。内侧面13a和内顶面13b可以是关于中心轴3旋转对称的。内部空腔13可以具有一定的尺寸和形状使得当光学元件10被布置在LED发光器11之上，内部空腔包裹LED发光器11，使得大部分从LED发光器11发出的光被该光学部件10所收集。例如，在各种实现方式中，内侧面13a和内顶面13b可被用来收集约50％至约99％的从该LED发光器11发出的光。该内侧面13a可以被用来收集和重定向该LED发光器11以倾斜角向侧面15发出的光。内顶面13b可以被用来收集和重定向该LED发光器11以小倾斜角(如，光沿着一个更接近于中心轴3的方向)向顶面12发出的光。在各种实施方式中，内侧面13a和内顶面13b部分可以通过提供多个微结构被纹理化。部分地或完全地纹理化的内表面13a和内顶面13b可以帮助减少颜色不均匀性。
该光学元件的纹理化的光再分散表面
在所示的实施方式中(如图4A和4B)，该纹理化的顶环结构14具有一个内侧面14c，一个顶面14b，和一个外侧面14a。图4E是该纹理环14的一个透视图，显示了内侧面14c，顶面14b，和外侧面14a。该顶环结构14的内侧面14c设置为朝向顶面12的曲边，而外侧面14a则相对于该内侧面14c设置。在不同的实施方式中，顶环14可以位于距离该光学元件10的底面18约5毫米到约10毫米处。在不同的实施方式中，顶环14可以位于距离该光学元件10的中心轴3约6毫米到约10毫米处。该有纹理的圆环14在一个平行于中心轴3的平面上的截面可以是如图4B，4C，4G和6所示的长方形。或者说，该有纹理的圆环14在一个平行于中心轴3的平面上的截面可以是如图7中光学元件10b所示的梯形或者如图7中光学元件10c所示的半圆形。在不同的实施方式中，有纹理的顶环结构14的表面14a，14b和14c可以是有纹理的。或者在某些实施例中，表面14a，14b和14c中只有一个或两个可以是有纹理的。表面14a，14b和14c中的一个，两个或者所有都可以通过提供多个微结构1405而成有纹理的。该多个的微结构1405可以包括凹槽，凸起，面，二维或三维全息图，光栅等。在不同的实施方式中，该多个的微结构1405可以是随机安排的。但是，在其它实施方式中，该多个的微结构1405可以被安排形成一个规则或者不规则的模式。该安置于有纹理的顶环结构14上的一个或多个表面的多个微结构的密度可以在每平方毫米10个到每平方毫米1000个之间。
在不同的实施方式中，该安置于有纹理的顶环结构14上的一个或多个表面的多个微结构1405的密度可以在每平方毫米10个到每平方毫米30个之间，在每平方毫米20个到每平方毫米50个之间，在每平方毫米25个到每平方毫米100个之间，在每平方毫米40个到每平方毫米75个之间，在每平方毫米50个到每平方毫米100个之间，在每平方毫米75个到每平方毫米200个之间，在每平方毫米125个到每平方毫米250个之间，在每平方毫米150个到每平方毫米300个之间，在每平方毫米200个到每平方毫米400个之间，在每平方毫米250个到每平方毫米500个之间，在每平方毫米300个到每平方毫米450个之间，在每平方毫米500个到每平方毫米750个之间，在每平方毫米550个到每平方毫米800个之间，在每平方毫米600个到每平方毫米700个之间，在每平方毫米750个到每平方毫米850个之间，在每平方毫米800个到每平方毫米1000个之间，或者在其间的值。
不同的实施方式中，该多个的微结构1405可以具有这样一个尺寸：正常人眼在不借助于放大镜的情况下，无法解析出一个单个的微结构。该多个的微结构1405中每一个可以具有一个在1微米和约100微米范围之间的尺寸。例如，在那些包括凹槽的该多个的微结构1405的实施方式中，一个凹槽的深度(或高度)可以是在约1微米到约10微米的范围之间，在约5微米到约20微米之间，在约10微米到约30微米之间，在约30微米到约50微米之间，在约40微米到约75微米之间，在约50微米到约80微米之间，在约75微米到约100微米之间，或者在其间的值。
作为另一个例子，在该多个的微结构1405中的一些包括面的实施方式中，该面的高度可以是在约1微米到约10微米的范围之间，在约5微米到约20微米之间，在约10微米到约30微米之间，在约30微米到约50微米之间，在约40微米到约75微米之间，在约50微米到约80微米之间，在约75微米到约100微米之间，或者在其间的值。
例如，在该多个的微结构1405中的一些包括光栅的实施方式中，该光栅的深度和/或两个连续光栅之间的距离可以是在约1微米到约10微米的范围之间，在约5微米到约20微米之间，在约10微米到约30微米之间，在约30微米到约50微米之间，在约40微米到约75微米之间，在约50微米到约80微米之间，在约75微米到约100微米之间，或者在其间的值。
在有纹理的顶环结构14的一个或多个表面上的多个的微结构1405可以散射和/或扩散从LED发光器11发出的并由内腔13的表面进行了重定向的光。在不同的实施方式中，该有纹理的顶环结构14可以放置于顶面12的外周，使得其在顶面12和侧面15之间形成一个边界。该有纹理的顶环结构14的位置和微结构1405的密度与安排可以是设置成使得LED发光器11发出并由内腔13的表面重定向的光在距离该LED发光器11的距离在约10-30毫米之间(如，10-15毫米，15-18毫米，15-20毫米，13-20毫米，15-25毫米，或之间的值)的一个光照表面上均匀地和/或单调地分布，而没有任何倾斜或黑暗带。该有纹理的顶环结构14的位置以及微结构1405的密度与安排可以是设置成使得在安置在一个距离LED发光器11约10-30毫米之间的照明表面上的光照度可以是大于等于该照明表面最大光照度的75％，(例如，大于等于约80％，大于等于约85％，大于等于约90％，大于等于约95％，大于等于约99％)，而该LED发光器11距离中心轴3小于一个阈值距离。在不同的实施方式中，该阈值距离可以是在约5-30毫米之间。例如，该阈值距离可以是在约5毫米和约30毫米之间，约10毫米和约25毫米之间，约15毫米和约20毫米之间，约10毫米和约30毫米之间，或者其间的值。
该有纹理的侧环结构16具有一个顶面16b和一个侧面16a。有纹理的侧环结构16的顶面16b的法线与中心轴3相平行或者形成一个小角度，而侧面16a的法线与垂直于中心轴3的水平轴相平行或者形成一个小角度。在不同的实施方式中，该侧环结构16可以位于离该光学元件10的底面18约0.5毫米到约2毫米处。在不同的实施方式中，该侧环结构16可以位于离该光学元件10的中心轴3约6毫米到约10毫米处。顶面16b和侧面16a两者之一或两者都可以是有纹理的。如上所述，该侧环结构16的一个或多个表面可以是通过具有多个微结构而有纹理。该多个的微结构可以包括凹槽，凸起，面，二维或三维全息图，光栅等。在不同的实施方式中，该多个的微结构可以是随机安排的。但是，在其它实施方式中，该多个的微结构可以被安排形成一个规则或者不规则的模式。该置于有纹理的侧环结构16的表面上的多个微结构的密度可以是在每平方毫米10个到1000个之间。置于有纹理的侧环结构16的表面上的微结构的大小和密度范围可以与上述范围类似。
与顶环结构14类似，在该有纹理的侧环结构16的一个或者多个表面上的多个微结构也可以散射和/或扩散从LED发光器11发出并由内腔13的表面重定向的光。在不同的实施方式中，该有纹理的侧环结构16可以安置在侧面15的基底部并与凸缘18相邻。有纹理的侧环结构16的位置和微结构的密度与排列可以设置为使得从LED发光器11发出并由内腔13的表面重定向的光在距离该LED发光器11的距离在约10-30毫米之间(如，10-15毫米，15-18毫米，15-20毫米，13-20毫米，15-25毫米，或之间的值)的一个光照表面上均匀地和/或单调地分布，而没有任何倾斜或黑暗带。有纹理的侧环结构16的位置和微结构的密度与排列可以设置为使得在距离LED发光器11约10-30毫米远(如，10-15毫米，15-18毫米，15-20毫米，13-20毫米，15-25毫米，或之间的值)的照明表面上的光照度关于中心轴3平滑变化(或单调变化)。例如，在距离LED发光器11约10-30毫米处的照明表面上的光照度可以是大于等于该照明表面最大光照度的75％，(例如，大于等于约80％，大于等于约85％，大于等于约90％，大于等于约95％，大于等于约99％)，而该LED发光器11距离中心轴3小于一个阈值距离。在不同的实施方式中，该阈值距离可以在约5-30毫米之间。例如，该阈值距离可以在约5毫米和约30毫米之间，约10毫米和约25毫米之间，约15毫米和约20毫米之间，约10毫米和约30毫米之间，或者其间的值。
位于该光学元件输出处的一个照明面板上的光的分布
图5为一个单一LED发光器11在一个置于离该LED一定距离的光照表面113上所达到的光照度(或一个光照表面单位面积的入射光照)，当该光照元件10置于该单个LED发光器11之上。如图5所注的，光照度剖面关于一个参考点(指定为“0”)分布，相应于该点，中心轴3与该光照表面相交。该光照表面113可以置于离开该LED发光器11约10-30毫米之间(如，10-15毫米，15-18毫米，15-20毫米，13-20毫米，15-25毫米，或之间的值)或更短距离处。从图5可以观察到，光照度峰值沿着一个吻合中心轴3的方向。在一个距离参考点(或中心轴3与该照明表面相交点)少于等于25毫米距离处的光照度大于等于最大光照度的约75％，而在一个离中心轴3约25毫米到约60毫米之间距离上的光照度为最大光照度的约50％-80％。
光照度剖面包括一个峰和谷，表明在离参考点距离d处，光照度可以大于或小于在其邻域的另一个距离d±Δd处的光照度。但是，在一个位于参考点距离(d‐Δd)和中心轴3距离(d+Δd)之间区域的光照度的最大变化少于该区域最大光照度的10％，其中d值在1-100毫米之间而Δd值在0.5-25毫米之间。这与图3所示的光照度剖面成对比，图3显示了在一个离参考点距离5-25毫米之间或20-40毫米之间的区域上的光照度的最大变化大于该区域最大光照度的20％。相应地，图5所示的光照度曲线可以被认为是随着离开参考点的距离增加而逐渐下降的，离开参考点的距离增加对应于在发光方向和中心轴3之间的角度增加。实际上，与图3所示光照曲线相反，图5所示的光照曲线在围绕该参考点的区域上的照明度值并没有表现出很大的变化。与此类似，光学元件10使得在光照表面113上的光可以被认为是均匀分布的。在不同的实施方式中，照明度可以随着从参考点的距离增加而单调下降。因此，图4A，4B，4C，4D，4F和4G所示的光学元件10可以进一步的减少LED发光器所产生的照明模式中强度的黑区或者大的变化的发生。
图4A所示的光学元件10的展光机制参考图6进行解释。图6是一个照明装置的横截面图，其包括一个LED发光器11和用于照亮该表面113的光学元件10。如上所述，该光学元件10用于在表面113上均匀的扩展光使得在表面113上的光强度分布光滑。该光学元件10用来在表面113上扩展光，使得照明表面113上的光强单调变化，没有任何强度骤降。在图6所示的实施方式中，LED发光器11安装在一个印制电路板(PCB)112上。光学元件10置于LED发光器11之上。放置有LED发光器11的PCB板112的表面可以是反光的。PCB板112的表面可以通过整合一个反光镜到放置有LED发光器11的PCB板112表面而成为反光的，(或者)通过使用高发光的覆盖层或其它方法来覆盖放置有LED发光器11的PCB板112表面(而反光)。在不同的实施方式中，该PCB板112的表面的反射率可以在该PCB板112的表面上是单一的。但是，在某些实施方式中，PCB板112表面上的反射率可能是变化的。例如，在某些实施方式中，LED发光器11和光学元件10之间的PCB板112表面在区域605上的反射率可以与PCB板112表面在区域610上的反射率不同，该区域610挨着光学元件10的底面17。PCB板112表面在区域605和610上的反射率可以与PCB板112表面在区域615的反射率不同，该区域615在光学元件10的外部。在不同的实施方式中，区域605中的反射率可以低于区域610和/或区域615的反射率。在不同的实施方式中，区域610中的反射率可以低于区域615的反射率。区域605,610和615的反射率可以选择为减少中央区域的强度峰值和/或谷值并在整个照明表面上均匀地分散从光学元件10输出的光。区域605,610和615的反射率变动可以在30-100％之间。
从LED发光器11发出的，沿着相对于中心轴3形成的第一角度Δθ1的光从光学元件10经过顶面12输出到照明面板113上。从LED发光器11发出的，沿着相对于中心轴3形成的第二角度Δθ2的光入射到有纹理的顶环结构14上，并重定向到该照明面板113上。一部分从LED发光器11发出的并入射到顶环结构14的光可以被定向到PCB板112上。通过在PCB板上提供一个光变向元件111，指向PCB板112的光可以被重定向到光照面板113上。从LED发光器11发出的，沿着相对于中心轴3形成的第四角度Δθ4的光入射到有纹理的侧环结构16上(如，顶面16b或侧面16a)并定向到PCB板112上。这部分光也可以被重定向元件111重定向到光照面板113上。在不同的实施方式中，相对于中心轴3的第一角度Δθ1可以在0-20度之间，第二角度Δθ2可以在10-70度之间，第三角度Δθ3可以在10-60度之间，以及第四角度Δθ4可以在50-150度之间。
如上所述，照明面板113可以置于离LED发光器11少于30毫米处(如，少于25毫米，少于20毫米，约13-20毫米之间，约15-18毫米之间，约8-13毫米之间，等)。如上所述，该光学元件10的内腔13包裹该LED发光器11使得该LED发光器11发出的大部分的光入射到内腔13的内表面13a和13b。在不同的实施方式中，内表面13a的法线可以垂直于或者几乎垂直于中心轴3，使得内表面13a平行于中心轴3安放(或沿着垂直方向)。从该LED发光器11发出的，与中心轴3形成斜角(如，大于45度)的光入射到内表面13a并因折射而弯曲，使得其几乎与中心轴3垂直并导向到临近该光学元件10的基底的侧面15的部分上，如图6所示，光以与中心轴3形成的大角度射出光学元件10以照亮面板113。内顶面13b的大小和形状适合于引导LED发光器11发出的光以与中心轴3构成小角度(如，小于45度)指向顶面12。例如，入射到内顶面13b的外周部分的光经过折射使得其入射到顶面12的外周部分，如图6所示，当入射到内顶面13b的中央部分的光经过折射使得其入射到顶面12的中央部分，如图6所示，并逐步弯曲使得其沿着一个几乎垂直于中心轴3的方向传播并通过侧面15离开该光学元件10。
当该LED发光器11和表面113之间的光学距离(OD)变小，入射到顶面12的外周部分的光可以被折射离开该光学元件10，使得全光照面板上的光照度出现骤降，如图3所示，这可以导致在照明曲线中形成一个黑暗环形区域。该黑暗环形区域可以具有一个角度Δθdark。在不同实施方式中，该环形区域角度Δθdark可以在20和60度之间变化。但是，如上所述，该放置在顶面12的外周区域的有纹理的顶环结构14可以散射和/或扩散入射到顶面12外周的光到该黑暗环形区域，使得在光照曲线上的骤降被填充。因此，入射到顶面12的外周部分的点P2的光，对应于入射到环14的顶面14b和/或内侧面14c的光，由顶环结构14在一个沿着平行于中心轴3的那些垂直方向上放置的环形区域上的一个或多个有纹理的表面所扩散，如图6所示。该环形区域可以对应于具有角度Δθdark的黑环。如上所述，以大角度对应于中心轴3入射的光可以入射到有纹理的侧环结构16的顶面16b或者侧面16a，并被重定向到PCB板112。该光也可以通过调整PCB板112表面的反射率或者通过提供一个反射镜被定向到光照面板113(例如，下文所述的一个光重定向元件111)。
另外一个例子，入射到顶面12的外周部分的点P1的光，对应于入射到顶环结构14的外侧面14a(的光)，在一个角区被扩散，该角区置于垂直于中心轴3的水平方向附近，如图6所示。在不同的实施方式中，一些入射到点P1的光可能被扩散和/或散射，使得其沿着朝向PCB板112的方向传播并离开照明面板113，如图6中的光线115所示。在这些实施方式中，一个光重导向元件111可以放置在PCB板112上，使得入射到光重定向元件111的点P3的光被重定向到表面113。在不同的实施方式中，光重定向元件111可以是一个镜面反射器，一个漫射反射器和/或一个散射元件。在不同的元件中，该光重定向元件111可以包括多个折光特性(如，微结构，面，全息特性等)，其可以用来进一步重定向入射到表面113的光。在不同的实施方式中，该光重定向元件111可以用来进一步散射或扩散入射光，使得整个表面113上的辐射模式是均匀的和/或单调的。
如上所述，在顶环结构14和/或侧环结构16上的一个或多个有纹理的表面的多个的微结构的密度可以设置用来获得一个所期待的辐射模式。类似地，在顶环结构14和/或侧环结构16上的一个或多个有纹理的表面的多个的微结构的大小和/或顶环结构14和/或侧环结构16上的一个或多个的表面的尺寸可以被设置为用来获得一个所需的辐射模式。例如，微结构的尺寸，微结构的密度和/或顶环结构14和/或侧环结构16上的一个或多个的表面的尺寸可以设置为使得整个照明面板113上的光强分布是均匀的，单调的，高斯分布的，郎伯分布的或其他类型的。在不同的实施方式中，该顶环结构14的顶面14b和内侧面14c可以设置用来沿着垂直方向重定向一个范围里的光。在不同的实施方式中，顶环结构14的外侧面14a可以被设置用来沿着水平方向重定向一个范围里的光。在不同的实施方式中，顶环结构14的顶面14b和内侧面14c重定向光的范围可以小于(外)侧面14a用来重定向光的范围。
尽管，图6所示的实施方式是在LED发光器11和光照面板113之间的光学距离少于25毫米(如，15-20毫米或更少)的情况下所适用的，微结构的尺寸，微结构的密度和/或顶环结构14和/或侧环结构16上的一个或多个的表面的尺寸可以设置为，当LED发光器11和光照面板113之间的光学距离大于等于25毫米时，使得整个照明面板上的光强分布是均匀的和/或单调的。在不同的实施方式中，PCB板112和/或光重定向元件111的反射率可以被调整为取消/减少当更改光学距离为大于等于约25毫米值以获得均匀和/或单调的光强分布时的影响。在不同的实施方式中，PCB板112的反光率的变化可以结合调整微结构的尺寸，微结构的密度和/或顶环结构14和/或侧环结构16上的一个或多个的表面的尺寸，进行调整，以减少位于光分布中心的热/黑点强度，通过引导更多的入射到PCB板112的光到该环状结构14。
图6所示的实施方式可以设置为作为背光灯或面板灯使用。例如，该PCB板112可以包括一个LED发光器阵列11a,11b和11c，该阵列中的每一个LED发光器伴随一个相应的光学元件10a-10c,如图7所示。
减少光学元件输出的色彩不均匀性
如上所述，WLED(白光LED)发光器的实施例在发射表面或该WLED发光器附近可能具有色彩不均匀性。该色彩不均匀性可指空间色彩不均匀性和/或近场角度色彩不均匀性。WLED发光器的色彩不均匀性可以导致从该光学元件10发出的光也具有色彩不均匀性。例如，离开光学元件10并入射到表面113的光可以表现出色彩的快速变化，导致不同颜色的环和/或色彩的渐变，这可以导致一个中央照明区域的平均色温与该WLED发光器的平均色温不同。
为了减少颜色不均匀性，侧面15可以部分或者全部设置来扩散光。例如，侧面15的一部分可以被配置来扩散光。该扩散功能可以在侧面15的任何部分引入。例如侧面15接近顶面12外周的那部分，侧面15对着光线元件10的基底的那部分和/或侧面15中部的那部分，可以被配置为扩散光。在不同的实施方式中，多个微结构可以结合进侧面15的用于扩散光的那部分。
尽管，如图4A所示，顶面12表现为具有多个圆环，但这些圆环显示了该顶面12的一个深度曲线。在图4A所示的实施例中，顶面12从外周到中心具有一个光滑的曲率。相应地，顶面12可以被认为是一个连续的曲线，具体表征为：当向下跟踪该曲线的时候，由该曲线的切线与中心轴3所成的角度形成逐渐的或光滑的变化。但是，在某些实施例中，顶面12可以具有一个圆环状阶梯，有如下表征：当向下追踪该曲线的时候，由一个相切于该弧线的切线与中心轴3所成的角度形成相对大的变化。该环状阶梯的位置可以依赖于顶面12的颜色分布。环状阶梯的出现可以导致不同于该LED发光器11的平均色的颜色的光被引向光重定向元件111，使得其可以散射出去。
尽管，图4A所示的实施例，显示了顶环结构14包括一个内侧面14c，一个外侧面14a和一个顶面14b，但是在不同的实施方式中，该内侧面14c可以整合进顶面14a，使得顶环结构14只包含外侧面14a和顶面14b。
扩展光的光学元件的第二实施方式
图8是一个设置来照明一个表面的一个光学元件20的另一个实施例的部分剖开的立体图。类似于光学元件10，该光学元件20也是设置来在整个表面上均匀分布光，使得在整个表面上的光强分布是平滑的。该光学元件20设置来分布光到整个表面上，使得整个照明的光强在整个表面单调变化，没有任何强度骤降。该光学元件20含有一个由一个内侧面23a和一个内顶面23b所围成的内腔23。该光学元件20包括一个弯曲的顶面22。在不同的实施方式中，顶面22可以是凸的，凹的或非球面的。一个用来扩散光的漫射表面24可以被置于顶面22的外周附近。一个侧面25可以从顶面22的外周部分向下延伸到光学元件20的基底部。光学元件20的基底部的一部分可以被设置为一个突出的凸缘28，从侧面25向外延伸。一个或多个的结构29可以被置于该光学元件20的底面上。在不同的实施方式中，侧面25可以在接近凸缘28的部位增宽，在对着外周部分24的部位收窄。在所示的实施方式中，侧面25的一部分设置为一个筒状表面，由数字25a指代，而另一由数字25b所指代的部分则设置为在径向弯曲。
在不同的实施方式中，散射表面24可以置于侧面25的中部，使得侧面25分为一个连接顶面22外周的第一区域和一个延伸到凸缘28的第二区域。其它变化也有可能。
结论
这里所述的光学元件10，10a，10b，10c和20可以包含对波长在紫外光谱，可见光谱和/或红外光谱的光透明或透射的材料。例如，光学元件10和20可以含有如下材料，包括但不限于无机玻璃，有机玻璃，光学级聚合物或复合材料。光学元件10和20的内腔13和23可以包括一种材料，其折射指数低于光学元件10和20所采用材料的折射指数。例如，在不同实施方式中，内腔13和23可以包括空气，氮气，氩气，氙气，或其他气体。在不同实施方式中，光学元件10和20可以被制造为一个整体结构。在不同的实施方式中，顶环结构14，侧环结构16和/或漫射表面24可以与该光学元件10，10a，10b，10c，和20的其它表面整合。光学元件10和20可以使用已知的制造方法来制造，包括但不限于玻璃旋转，玻璃吹制，铸模，铸造和压花，3D打印，等等。光学元件10，10a，10b，10c，和20在不同实施方式中可以被铸造为一个统一体或一个整体。例如，光学元件10，10a，10b，10c，和20可以通过注入光学级材料进一个模中来铸造。
多个的微结构可以通过以下方法设置于光学元件10，10a，10b，10c，和20的不同表面上，例如，图案化，蚀刻，光刻，3D印刷，压花，机械加工等。在使用铸模法制造光学元件10，10a，10b，10c，和20的那些实施方式中，金属或其他微粒可以被置于模的表面，与要加上纹理的光学元件10，10a，10b，10c，和20的表面相对应，使得在铸模过程中，纹理被嵌于光学级材料中，该材料与模具表面相接触，包括金属或其他颗粒。
贯穿本说明书中对“一个实施例”，“实施例”，“一个相关的实施例”，“一个实施方式”，参考”或类似语言意味着所描述的一个特定特征，结构或特性以及提到的“实施例”或“实施方式，”被包括在本发明的至少一个实施例中。因此，在整个本说明书中出现短语“在一个实施例中，”“在实施例中”，以及类似语言，可以但不必然，都指的是同一实施例。应该理解的是，公开里没有一部分，就其自身，以及连同其可能的图片，意在提供对本发明的所有特征的完整描述。
在附图中，尽可能的使用相同的数字来表征同一个或类似的元件。所描绘的结构元件通常不按照比例，某些元件相对其他元件被放大，以用来强调和理解。应当理解的是，没有单个的图片意在支持本发明所有特性的完整的描述。换而言之，一个给定的图片通常描述本发明的仅仅部分的，一般不是全部的特性。一个给定的图片和本公开的一个相关的部分包括一个参考该图片的描述，通常并不包含一个特定视图的所有元素或该视图可以描述的所有特性，这样可以简化给定视图和讨论，并引导讨论到该视图表征的特定元素上去。一个有经验的所属领域的技术人员将认识到，本发明有可能在缺少一个或多个具体特性，元件，部件，结构，细节或特性的情况下，或使用其它方法，部件，材料等的情况下被实施。因此，尽管本发明的一个实施例的一个特定细节可能并不必然在描述该实施例的每一个图片中显示，在图片中出现这个细节可能通过暗示，除非本说明书的上下文另有要求。其他情况下，公知的结构，细节，材料或者操作可能并不在一个给定的图片中显示或详细描述，以避免模糊本发明的一个实施例正在被讨论的方面。进一步地，所描述的单一特点，结构，或本发明的特征可以以任何合适的方式结合到一个或者多个其它实施例中。
本公开所附的权利要求所主张的特征，应根据本公开整体进行评估。
如本文所使用的，一个短语，指代“至少一个”:某项目列表，表示这些项目的任意组合，包括单个成员。一个例子：“至少一个：a，b，或c”，表示涵括了：a，b，c，a-b，a-c，b-c，和a-b-c。
本公开所描述的对实施方式的各种修改也许对本领域有经验的技术人员来讲是显而易见的，并且在此定义的一般原理可以在不偏离本公开精神和范围的情况下，应用到其他实施方式上。因此，权利要求并非旨在被限定于此处所显示的实施方式，而是符合与本公开最宽的范围，原则和在此公开的新颖特征一致的原则。
本说明书在各个实施方式的上下文中描述的某些特征也可以组合到单一的实施方式中来实现。相反的，在一个单个实施方式的上下文所描述的不同特征也可以在多个实施方式中分别实施或在任何合适的子组合中实施。而且，尽管特征可能被上面描述为作用于一定组合中，甚至开始就声明了这点，一个声明的组合里的一个或多个的特征可以在某些情况下从该组合中切除，并且所声明的组合可以被引向一个子组合或者一个子组合的变异形式。

Claims (19)

1.一种用于含有发光二极管（LED）的光源的光学装置，该光学装置包括:
一体形成的透光体，包括顶部，底部和连接顶部和底部的侧面;至少一个形成于所述透光体顶部的顶部曲面；
一个陷进该透光体底部中央的底部凹腔，使得虚拟中心轴穿过该底部凹腔；和
至少一个沿该至少一个的顶部曲面外周形成的有纹理的表面;
其特征在于，
该透光体的中心轴穿过顶部和底部但不越过侧面；
底部凹腔与光源对齐，使得光源放置于底部凹腔之下，且中心轴穿过光源以及顶部和底部凹腔;
当从顶部沿中心轴观察，该至少一个的纹理表面含有用于扩散从透光体内部入射到此处的光束的微结构，当光束从这些微结构离开透光体的时候会被扩散；
该至少一个的纹理表面含有一个位于顶部的顶纹理表面和一个位于侧面的侧纹理表面，其中，该顶纹理表面和侧纹理表面紧密相邻，两者都含有用于扩散从物体内部入射到此处的光束的微结构，当光束从这些微结构离开透光体的时候被扩散；
所述微结构包括凹槽，凸起；或者所述微结构为二维或三维全息图，或者光栅。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，至少一个有纹理的表面参照该至少一个的顶部曲面抬升，其中，该至少一个的顶部曲面不含有用于扩散从透光体内部入射到此处的光束的微结构。
3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，至少一个顶部曲面可以相对于该至少一个的纹理表面凹进，而该至少一个的顶部曲面可以在沿着平行于中心轴的平面上的截出的横截面上呈凸型。
4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，顶纹理表面和侧纹理表面可以设置成中间具有一个清晰的边界或中间没有清晰边界而连续构成，其中，当不考虑微结构的时候，顶纹理表面含有一个沿着中心轴方向背对底凹腔的部分，其中，当不考虑微结构时候，侧纹理表面含有一部分从中心轴径向背对底凹腔。
5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，侧纹理表面可以被称为第一侧纹理表面，其中，该至少一个纹理表面进一步包括一个侧面形成的第二侧纹理表面，其中第二侧纹理表面以一个无纹理表面而分离于第一侧纹理表面，其不含有用于当光束从这些微结构离开透光体的时候扩散从透光体内部入射到此处的光束的微结构。
6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，透光体的高度可以从5毫米到10毫米，其中该纹理表面位于距离中心轴6毫米到10毫米处。
7.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，至少一个的顶部曲面被弯曲以使得其曲率一般关于中心轴径向对称，其中，当沿着中心轴从顶部观察的时候，该至少一个的纹理表面围绕该至少一个的顶部曲面，其中该微结构用于引导入射光束指向只有具有微结构才可能的方向。
8.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，该微结构含有一个第一微结构，其提供多个具有不同切面的微表面，而这允许两个或多个入射到第一微结构的平行光束到达不同的微平面，而这使得该两个或多个平行光束从不同方向离开该第一微结构，其中多个微平面的所有或者部分与其紧密相连的邻近微平面呈连续弯曲或者孤立离散结构。
9.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，该至少一个的顶部曲面可以弯曲为使得大部分从光源发出的且被底部凹腔所接收的并入射到该至少一个的顶部曲面但在透光体内没有经过任何先前的反射的光束受到在该至少一个的顶部曲面上的完全内部反射。
10.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，该装置可以被设置为提供一定的光照特性，使得经过安装在离开该中心轴25毫米距离以内的该装置，在一个10-30毫米光学距离处，光照度大于等于最大光照度的75%。
11.一种照明设备，包括：
权利要求1所述的装置；和
含有发光二极管（LED）的光源，
其特征在于，光源相对该装置设置，使得中心轴穿过光源且光源发出的光束中至少部分在到达前没有被反射过的情况下被引向底部凹腔。
12.根据权利要求11所述的设备，其特征在于，光照设备具有如下光照特性，就是在一个光学距离10-30毫米处，在离开中心轴25毫米径向距离内的光照大于等于最大光照的75%。
13.根据权利要求11所述的设备，其特征在于，光照设备具有如下光照特性，就是在一个光学距离10-30毫米处，在离开中心轴50毫米径向距离内的光照不少于最大光照的50%。
14.一种照明设备包括：
一个底物；
置于该底物之上的多个如权利要求1所述的装置；和
置于底物之上的多个LED光源，其中，至少该多个LED光源之一位于该多个装置之一的底部凹腔之中。
15.根据权利要求14所述的照明设备，其特征在于，由多个装置之一和位于该装置底部凹腔之下的至少一个LED光源的一种组合具有如下光照特性，就是，位于在一个光学距离10-30毫米处，在离开中心轴25毫米径向距离内的光照大于等于最大光照的75%。
16.根据权利要求14所述的照明设备，其特征在于，多个装置呈线性或者矩阵型排列。
17.一种LCD显示面板的背光单元包含根据权利要求14所述的照明设备。
18.一种LCD显示面板包含如权利要求17所述的背光单元。
19.一种消费电子设备包含如权利要求18所述的LCD显示面板。
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Families Citing this family (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10030847B2 (en) * 2014-03-10 2018-07-24 Streamlight, Inc. Portable light and optical diffuser therefor
CN106526960A (zh) * 2016-10-08 2017-03-22 佛山市中山大学研究院 一种直下式led背光透镜及包括该透镜的led显示装置
EP3511613A4 (en) * 2016-12-29 2020-04-01 Suzhou Opple Lighting Co., Ltd. LENS, LIGHT SOURCE MODULE, AND LIGHTING DEVICE
JP6776140B2 (ja) 2017-01-31 2020-10-28 株式会社ジャパンディスプレイ 照明装置
JP2019040859A (ja) * 2017-08-22 2019-03-14 株式会社エンプラス 発光装置、面光源装置および光束制御部材
KR102043063B1 (ko) * 2017-12-05 2019-11-11 엘지전자 주식회사 차량용 램프 및 차량
US20190331965A1 (en) * 2018-04-26 2019-10-31 Wuhan China Star Optoelectronics Technology Co., Ltd. Light source module, backlight module, and lcd device
KR102316880B1 (ko) * 2019-08-30 2021-10-25 몰렉스 엘엘씨 반사형 확산 렌즈 및 이를 포함하는 발광 모듈
KR20210109996A (ko) * 2020-02-28 2021-09-07 몰렉스 엘엘씨 광학 렌즈 및 이를 포함하는 발광 모듈
US11868049B2 (en) * 2021-04-14 2024-01-09 Innovations In Optics, Inc. High uniformity telecentric illuminator

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102748712A (zh) * 2012-07-13 2012-10-24 惠州元晖光电股份有限公司 一种光学透镜及一种矿帽灯
CN202927738U (zh) * 2012-11-09 2013-05-08 深圳Tcl新技术有限公司 Led光学透镜及led背光模组
CN103216786A (zh) * 2013-05-02 2013-07-24 深圳市裕富照明有限公司 一种led透镜

Family Cites Families (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6582103B1 (en) 1996-12-12 2003-06-24 Teledyne Lighting And Display Products, Inc. Lighting apparatus
US6679621B2 (en) 2002-06-24 2004-01-20 Lumileds Lighting U.S., Llc Side emitting LED and lens
KR100593933B1 (ko) 2005-03-18 2006-06-30 삼성전기주식회사 산란 영역을 갖는 측면 방출형 발광다이오드 패키지 및이를 포함하는 백라이트 장치
JP4863357B2 (ja) 2006-01-24 2012-01-25 株式会社エンプラス 発光装置、面光源装置、表示装置及び光束制御部材
KR20070107261A (ko) * 2006-05-02 2007-11-07 삼성전자주식회사 광출사모듈 및 이를 갖는 표시장치
US7254309B1 (en) 2006-07-14 2007-08-07 Coretronic Corporation Side emitting LED and lens
TWI346820B (en) 2006-11-06 2011-08-11 Au Optronics Corp Lens and backlight module of display utilizing the same
US7837370B2 (en) 2008-10-10 2010-11-23 Koninklijke Philips Electronics N.V. Low profile side emission TIR lens for LED
TW201025661A (en) 2008-12-26 2010-07-01 Univ Chung Yuan Christian Side view LED (light emitting diode) module
JP4870826B2 (ja) 2009-04-27 2012-02-08 株式会社エンプラス 発光装置、面光源装置、及び表示装置
JP5719104B2 (ja) 2009-08-24 2015-05-13 株式会社エンプラス 光束制御部材、発光装置、面光源装置、及び表示装置
WO2014020848A1 (ja) * 2012-08-02 2014-02-06 株式会社小糸製作所 樹脂製光学部材および車両用灯具
KR101467638B1 (ko) 2012-12-13 2014-12-04 엘지이노텍 주식회사 확산 렌즈, 이를 갖는 엘이디 어레이 바 및 이를 갖는 백라이트 어셈블리
AU2013206067B2 (en) 2013-01-21 2015-02-05 Shenzhen Coocaa Network Technology Co., Ltd Lens, LED backlight module and display device
US20150117021A1 (en) * 2013-10-28 2015-04-30 GE Lighting Solutions, LLC Omnidirectional light emitting diode lens
US9568768B2 (en) 2014-06-28 2017-02-14 Radiant Choice Limited Wavelength mixing optical component

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102748712A (zh) * 2012-07-13 2012-10-24 惠州元晖光电股份有限公司 一种光学透镜及一种矿帽灯
CN202927738U (zh) * 2012-11-09 2013-05-08 深圳Tcl新技术有限公司 Led光学透镜及led背光模组
CN103216786A (zh) * 2013-05-02 2013-07-24 深圳市裕富照明有限公司 一种led透镜

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