FI117492B - Valoa emittoiva laite ja menetelmä valon suuntaamiseksi - Google Patents

Valoa emittoiva laite ja menetelmä valon suuntaamiseksi Download PDF

Info

Publication number
FI117492B
FI117492B FI20045403A FI20045403A FI117492B FI 117492 B FI117492 B FI 117492B FI 20045403 A FI20045403 A FI 20045403A FI 20045403 A FI20045403 A FI 20045403A FI 117492 B FI117492 B FI 117492B
Authority
FI
Finland
Prior art keywords
reflecting surface
light
light emitting
photodiode
emitting diode
Prior art date
Application number
FI20045403A
Other languages
English (en)
Swedish (sv)
Other versions
FI20045403A (fi
FI20045403A0 (fi
Inventor
Jukka Vanhala
Pekka Iso-Ketola
Original Assignee
Jukka Vanhala
Pekka Iso-Ketola
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Jukka Vanhala, Pekka Iso-Ketola filed Critical Jukka Vanhala
Priority to FI20045403A priority Critical patent/FI117492B/fi
Publication of FI20045403A0 publication Critical patent/FI20045403A0/fi
Priority to PCT/FI2005/050373 priority patent/WO2006045897A1/en
Publication of FI20045403A publication Critical patent/FI20045403A/fi
Application granted granted Critical
Publication of FI117492B publication Critical patent/FI117492B/fi

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/48—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor body packages
    • H01L33/58—Optical field-shaping elements
    • H01L33/60—Reflective elements
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/24—Coupling light guides
    • G02B6/42—Coupling light guides with opto-electronic elements
    • G02B6/4201—Packages, e.g. shape, construction, internal or external details
    • G02B6/4204—Packages, e.g. shape, construction, internal or external details the coupling comprising intermediate optical elements, e.g. lenses, holograms
    • G02B6/4214—Packages, e.g. shape, construction, internal or external details the coupling comprising intermediate optical elements, e.g. lenses, holograms the intermediate optical element having redirecting reflective means, e.g. mirrors, prisms for deflecting the radiation from horizontal to down- or upward direction toward a device
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/02—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies
    • H01L33/10—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies with a light reflecting structure, e.g. semiconductor Bragg reflector
    • H01L33/105—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies with a light reflecting structure, e.g. semiconductor Bragg reflector with a resonant cavity structure

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Led Device Packages (AREA)
  • Non-Portable Lighting Devices Or Systems Thereof (AREA)

Description

1..
117492
VALOA EMITTOIVA LAITE JA MENETELMÄ VALON SUUNTAAMISEKSI
Nyt esillä oleva keksintö koskee valoa emittoivaa laitetta, joka käsittää 5 valodiodin ja heijastuspinnan, jolloin mainittu valodiodi on sovitettu lähettämään divergoiva valonsädekimppu suuntaan, ja mainittu heijas-tuspinta on sovitettu suuntaamaan mainitusta valodiodista lähtevää valoa oleellisesti mainittuun suuntaan. Nyt esillä oleva keksintö koskee myös menetelmää valon suuntaamiseksi mainitun heijastuspinnan 10 avulla. Lisäksi nyt esillä oleva keksintö koskee optisen aaltojohteen ja mainitun valoa emittoivan laitteen yhdistelmää. Nyt esillä oleva keksintö koskee vielä näyttöyksikköä, joka käsittää mainitun valoa emittoivan laitteen.
15 KEKSINNÖN TAUSTA
Valodiodeista lähtee säde, jolla on suuri divergenssi. Tämä on epäkohta sovelluksissa, joissa tulisi keskittää suuri optinen teho ennalta määrättyyn suuntaan. Toisaalta, ei-toivottuihin suuntiin lähtevä valo voi 20 aiheuttaa esimerkiksi ihmiskatsojien sokaistumista (häikäistymistä) tai eri signaalikanavien välistä ylikytkentää. Sädekimpun divergenssiä :***: voidaan pienentää käyttämällä optisia elementtejä, kuten linssejä, hei- :***: jastimia tai näiden yhdistelmiä.
**·: ·»· : .·*. 25 Japanilaisessa patenttijulkaisussa JP 10221574 esitetään menetelmä * * * •V valon kytkemiseksi valonlähteestä valokuituun kartiomaisen heijastus- *".* pinnan avulla. Opetuksen mukaan heijastuspinnan puolikartiokulma ***** valitaan edullisesti valokuidun vastaanottokulman mukaan eli kuidun numeerisen aukon mukaan. Näin ollen kartion korkeus on melko suuri, : 30 ja osa lähtevästä valosta voi heijastua useita kertoja kartiomaisella • * heijastuspinnalla ennen kuin se osuu kuituun.
• · • · · :
KEKSINNÖN YHTEENVETO
• · * .) • · · 35 Nyt esillä olevan keksinnön tarkoituksena on pienentää valodiodista • · :.**i lähtevän valonsädekimpun divergenssiä. Nyt esillä olevan keksinnön 2 117492 tarkoituksena on myös yksinkertaistaa tarvittavien divergenssiä pienentävien välineiden toteuttamista.
Näiden tavoitteiden saavuttamiseksi nyt esillä olevan keksinnön mukai-5 sille laitteille ja menetelmälle on pääasiassa tunnusomaista se, mitä on esitetty itsenäisten patenttivaatimusten tunnusmerkkiosassa. Keksintöön liittyviä lisäyksityiskohtia esitetään epäitsenäisissä vaatimuksissa.
Näiden tavoitteiden saavuttamiseksi nyt esillä olevan keksinnön mukai-10 sille laitteille ja menetelmälle on pääasiassa tunnusomaista se, että heijastuspinnan korkeus valodiodin aktiivisesta pinnasta on pienempi tai yhtä suuri kuin mainitun aktiivisen pinnan halkaisija kerrottuna 1,5:llä, jolloin mainittu valodiodi käsittää resonanssikaviteetin.
15 Mainittu heijastuspinta on sopivimmin katkaistun kartion vaipan muotoinen, jolloin mainitun kartion puolikartiokulma on valittu minimoimaan lähtevän valon divergenssi.
On havaittu, että kun valonlähteenä käytetään resonanssikaviteettivalo-20 diodia, matalakin heijastin pienentää tehokkaasti lähtevän valonsäteen divergenssiä.
·· · ·"·'·' • · · • · • * :***: Nyt esillä olevan keksinnön mukaisessa laitteessa voidaan käyttää ··· resonanssikaviteettivalodiodeja, joilla on suuri aktiivinen pinta ja suuri : .·. 25 valonsäteen divergenssi. Näin ollen nyt esillä olevan keksinnön mukai- “V sesta laitteesta lähtevän valon, jolla on pieni divergenssi, teho voi olla oleellisesti suurempi kuin tekniikan tason mukaisesta laitteesta lähte-***** vän valon teho, kun mainituilla laitteilla on sama, ennalta määrätty kor keus.
W: 30 ·· ·
Vaihtoehtoisesti nyt esillä olevan keksinnön mukainen laite voi olla oleellisesti pienempi kuin tekniikan tason mukainen laite, jolloin maini-tuilla laitteilla on sama optinen teho. Näin ollen nyt esillä olevan keksin- • · • non mukainen laite soveltuu käytettäväksi hyvin pienikokoisissa järjes- 35 telmissä.
• · * · · • ·· • · j '3 117492
Kun heijastuspinta on korkeudeltaan matala, se voidaan toteuttaa helposti erilaisilla meisto-, muovaus-tai työstötekniikoilla. Tietyissä suoritusmuodoissa laite toteutetaan päällystämällä ontto kartiomainen heijastin metallikerroksella ja/tai eristekerroksella. Matala korkeus 5 helpottaa mainitun onton heijastimen päällystämistä esim. tyhjiö-päällystystekniikoilla.
Suurin osa valonsäteistä heijastuu heijastuspinnassa vain kerran. Näin ollen heijastushäviöitä voidaan vähentää merkitsevästi verrattuna tek-10 niikan tason mukaisiin laitteisiin.
Keksinnön suoritusmuodot ja niiden edut selviävät alan ammattilaiselle paremmin jäljempänä seuraavista selityksestä ja esimerkeistä sekä oheisista patenttivaatimuksista.
15
PIIRUSTUSTEN LYHYT KUVAUS
Keksinnön suoritusmuotoja selostetaan seuraavissa esimerkeissä tarkemmin viittaamalla samalla oheisiin piirustuksiin, joissa 20 kuva 1 esittää kaaviomaisesti resonanssikaviteettivalodiodia, ' «» t • * · • · • · .***. kuva 2 esittää kaaviomaisesti resonanssikaviteettivalodiodista • « lähtevää optista sädekimppua, jolla on suuri divergenssi, :*T 25 • · · • · · ***.' kuva 3 esittää esimerkkinä kahdesta resonanssikaviteettivalo- • · · diodista lähtevän intensiteetin kulmajakaumaa, * « • · · kuva 4 esittää kaaviomaisesti nyt esillä olevan keksinnön suoritus-• * / : 30 muotoa, joka perustuu kartiomaiseen heijastuspintaan, t»l • · • · * · * : kuva 5 esittää kaaviomaisesti heijastuspinnan ja resonanssi- ,*..i kaviteettivalodiodin mittoja, 994 35 Fig. 6a esittää esimerkkinä resonanssikaviteettivalodiodista lähte- ·*’.*·; vän optisen tehotiheyden kulmajakaumaa, ;:5 4 .
117492 kuva 6b esittää kuvan 6a mukaisesta resonanssikaviteettivalo-diodista kartiomaiseen avaruuskulmaan lähtevän sädekim-pun normalisoitua optista tehoa puolikartiokulman funktiona, 5 jolloin mainittu puolikartiokulma määrittää mainitun avaruus- kulman, kuva 7a esittää esimerkkinä nyt esillä olevan keksinnön mukaisesta valodiodista lähtevän optisen tehotiheyden kulmajakaumaa, 10 kuva 7b esittää kuvan 7a mukaisesta valoa emittoivasta laitteesta kartiomaiseen avaruuskulmaan lähtevän sädekimpun normalisoitua optista tehoa puolikartiokulman funktiona, jolloin mainittu puolikartiokulma määrittää mainitun avaruuskul-15 man, kuva 8 esittää kaaviomaisesti valoa emittoivan laitteen, joka käsittää heijastuskerroksella päällystetyn kartiomaisen kuoren, 20 kuva 9 esittää kaaviomaisesti valoa emittoivaa laitetta, joka käsittää epäsymmetrisen kartiomaisen heijastimen, • 1 · « t • 1 kuva 10 esittää kaaviomaisesti valoa emittoivan laitteen, joka käsit-tää laatan, jossa on kartiomainen aukko, jolloin mainitun : .·. 25 kartiomaisen aukon sisäosa on päällystetty heijastuskerrok sella, * 1 · 1 * · · · **· • · **··' kuva 11 esittää kaaviomaisesti valoa emittoivaa laitetta, joka käsit tää läpinäkyvän kartiomaisen kappaleen, 30 • · · kuva 12 esittää kaaviomaisesti optisen aaltojohteen ja nyt esillä : olevan keksinnön mukaisen valoa emittoivan laitteen ·<1···.· yhdistelmän, • ♦ * • 1 · * · * 4 * · · * 1 1 * 1 5 117492 kuva 13 esittää kaaviomaisesti optisen aaltojohteen ja valoa emittoivan laitteen yhdistelmän, jossa mainitun aaltojohteen suippoa päätä käytetään heijastimena, 5 kuva 14 esittää kaaviomaisesti valoa emittoivan laitteen, joka käsittää heijastimen, jossa on kaksi eri kartiokulmaa, kuva 15 esittää kaaviomaisesti valoa emittoivan laitteen, joka käsittää kahdessa suunnassa kaareutuvan heijastimen, ja 10 kuva 16 esittää kaaviomaisesti näyttöyksikön, joka käsittää useita nyt esillä olevan keksinnön mukaisia valoa emittoivia laitteita.
15 KEKSINNÖN YKSITYISKOHTAINEN KUVAUS
Kuvaan 1 viitaten resonanssikaviteettivalodiodi 10, josta käytetään myös nimitystä RCLED (resonance cavity light emitting diode), on laite, joka käsittää puolijohdeväliaineen 4, joka on toteutettu ainakin kahden 20 peilin 5, 6 väliin. Puolijohdeväliaine lähettää valoa, joka perustuu säteilevään elektroni-aukko-rekombinaatioon ainakin yhdessä p-n-raja- j’*]: pinnassa. Peilit 5, 6 ovat ainakin osittain heijastavia ja määrittävät väliinsä resonanssikaviteetin 7. Puolijohdeväliaineesta 4 lähtevä valo ··· heijastuu edestakaisin mainittujen peilien 5, 6 välillä voimistaen valon • « · · : 25 säteilyä. Valo poistuu lähtöpeilin 5 läpi ja muodostaa resonanssikavi- teettivalodiodista lähtevän epäkoherentin valonsädekimpun BB1. Pei- « 'V, leinä 5, 6 voi toimia myös puolijohdeväliaineen 4 yksi tai useampi kerros. Resonanssikaviteettivalodiodi 10 voi myös lähettää valoa ihmis-. . silmälle näkymättömillä aallonpituuksilla.
: 30 ··· Lähetetyt valonsäteet LL muodostavat lähtevän sädekimpun BB1, joka etenee keskimäärin suunnassa SZ ja jolla on suuri divergenssi. Suunta * · SZ on lähtevän sädekimpun BB1 muodostavien kaikkien valonsäteiden LL keskimääräinen suunta. Suunta SZ on tyypillisesti kohtisuora peilei- *···* 35 hin 5, 6 nähden.
* # ·*· • * · * · 6 117492 Sädekimppu BB1 kulkee lähtöpeilin 5 läpi. Sädekimpun BB1 lähikentän halkaisija NFD1 määrittää lähtöpeilin 5 pyöreän osuuden, josta käytetään tässä nimitystä aktiivinen pinta 11. Sädekimpun BB1 lähikentän halkaisijan NFD1 määritellään olevan sen ympyrän halkaisija, jonka 5 sisällä on tasan 95 % sädekimpun BB1 optisesta tehosta lähtöpeilin 5 tasolla.
Kuvaan 2 viitaten optinen akseli N1 on samansuuntainen kuin säde-kimpun BB1 etenemissuunta SZ ja kulkee aktiivisen pinnan 11 keski-10 pisteen kautta, a tarkoittaa valonsäteen LL ja suunnan SZ välistä kulmaa.
Kuvassa 3 on esitetty esimerkkinä kahdesta resonanssikaviteettivalo-diodista 10 lähtevien intensiteettien INT kulmajakaumat. Jakaumat SL, 15 DL liittyvät eri kaviteetinpituuksiin mutta samaan valodiodeihin 10 kytkettyyn ohjausvirtaan, joka on noin 5 milliampeeria. Jakaumat SL, DL on esitetty napakoordinaatistokäyrinä. Suunta 0° on määritetty suunnaksi SZ. Jakaumat SL ja DL ovat kaukokenttäjakaumia. SL:llä merkityllä jakaumalla on maksimi, joka liittyy suuntaan 0° eli suuntaan 20 SZ. DL:llä merkityllä jakaumalla on maksimi, joka liittyy likimäärin suuntaan 41,5°, ja paikallinen voimakkuusminimi suunnassa 0°. Näin ollen lähtevän sädekimpun BB1 intensiteetin kulmajakaumassa voi olla myös paikallinen minimi suunnassa SZ.
• · • · · • * • ♦ 25 Tässä esimerkissä jakaumaan DL liittyvä optinen teho on yli kaksi ker- J‘\* taa suurempi kuin jakaumaan SL liittyvä optinen teho. Yleensä reso- :*V nanssikaviteettivalodiodin 10 lähettämä maksimaalinen optinen teho • · · ·;;; liittyy intensiteetin kulmajakaumaan, jolla on paikallinen minimi suun- :···: nassa SZ, mistä on esimerkkinä jakauma DL.
30
Kuvaan 4 viitaten nyt esillä olevan keksinnön mukainen valoa emittoiva laite 100 käsittää ainakin resonanssikaviteettivalodiodin 10 ja heijastus- .·!·. pinnan 20. Heijastuspinta 20 on sovitettu suuntaamaan valodiodista 10 M lähtevä valo oleellisesti suuntaan SZ. Valodiodista 10 lähtevät valon- • · *·;** 35 säteen LL ja pinnasta 20 heijastuneet säteet muodostavat valoa emit- \·*: toivasta laitteesta 100 lähtevän sädekimpun BB2.
• » • · ♦ ♦ · '1 7 117492
Kuvaan 5 viitaten resonanssikaviteettivalodiodin 10 pyöreällä aktiivisella pinnalla 11 on halkaisija DIA1. Halkaisija DIA1 on yhtä suuri kuin sädekimpun BB1 lähikentän halkaisija NFD1 (kuva 1).
5
Heijastuspinnalla 20 on korkeus H1 resonanssikaviteettivalodiodin 10 peilin 5 lähtötasosta eli aktiivisesta pinnasta 11. Heijastuspinnan ja suunnan SZ välinen kulma β on oleellisesti suurempi kuin 0°, eli hei-jastuspinta 20 on vinossa optiseen akseliin N1 nähden.
10
Kuvassa 6a on esitetty esimerkkinä resonanssikaviteettivalodiodista 10 lähtevän optisen tehotiheyden kulmajakauma (dP/da) (kuva 2). Optisen . tehotiheyden dimensio on tässä yhteydessä wattia astetta kohti (W/°). Suurimpaan tehontiheyteen liittyvän abskissan arvoa on merkitty 15 ocMAx:lla· Tässä tapauksessa suurin tehontiheys kohdistuu suuntiin, joissa a = 45°. Mainituista suunnista muodostuu suunnan SZ ympärille kartiopinta.
Kuvassa 6a esitetty optisen tehotiheyden kulmajakauma on laskettu 20 kuvan 3 mukaisen voimakkuuden kulmajakauman DL perusteella olettaen aksiaalisymmetrian. Suurimpaan tehotiheyteen liittyvä kulma αΜΑχ on tyypillisesti jonkin verran suurempi kuin suurimpaan intensiteettiin liittyvä kulma.
• · · : .·. 25 Kuvassa 6b on esitetty normalisoitu optinen teho P/Pmax, jonka reso- "V nanssikaviteettivalodiodi 10 (kuva 2) lähettää kartiomaiseen avaruus- kulmaan, jolla on puolikartiokulma a suuntaan SZ nähden. Arvot on **·*' normalisoitu jakamalla tehoarvot P sädekimpun BB1 optisella kokonaisteholla PMax- Valodiodi 10 on sama kuin kuvassa 6a.
: 30 Kuvassa 6a esitetty käyrä on kuvan 6b mukaisen käyrän derivaatta.
* · • · • « · 4 50% optisesta tehosta lähtee kartiomaiseen avaruuskulmaan, jonka puolikartiokulma a = 47°.
»ti :·***' 35 Kuvassa 7a on esitetty esimerkinomaisesti valoa emittoivan laitteen \*·: 100 lähettämän optisen tehotiheyden (dP/da) kulmajakauma, jolloin 8 117492 mainittu valoa emittoiva laite 100 käsittää kartiomaisen heijastuspinnan (kuvat 4 ja 5). Puolikartiokulma β on 22,5°, ja heijastuspinnan 20 korkeus H1 on 0,8 kertaa aktiivisen pinnan 11 halkaisija DIA1. Valo-diodi 10 on sama kuin kuvassa 6a.
5
Heijastuspinnan puolikartiokulma β valitaan edullisesti seuraavan yhtälön mukaan: p-"r ' «n 10
Toisin sanoen heijastuspinnan 20 ja suunnan SZ välinen optimikulma β on oleellisesti yhtä suuri kuin kulma ocmax jaettuna kahdella, jolloin mainittu kulma ocMax liittyy valodiodin lähettämään suurimpaan optiseen kulmanmukaiseen tehotiheyteen. Käytännön toteutuksessa tulisi ottaa 15 huomioon valmistustoleranssit, ja heijastuspinnan 20 ja suunnan SZ välinen optimikulma β on sopivimmin aMAX/2 + 3°.
Resonanssikaviteettivalodiodin 10 lähettämään maksimitehontiheyteen ; liittyvä kulma aMAx on tyypillisesti 30-50°. Tällöin heijastuspinnan puoli-20 kartiokulma β on edullisesti 15-25°.
** * * * · * · .*···. Tehontiheyden kulmajakauma riippuu valoa läpäisevän aineen, esim.
* · "j. lasin heijastuskertoimesta. Tällöin kulmat cxMax ja β yhtälössä (1) tar- ; koittavat tilannetta valoa läpäisevässä aineessa.
··· · 25 :;T Kuvassa 7b on esitetty normalisoitu optinen teho P/PMAx, jonka valoa emittoiva laite 100 lähettää kartiomaiseen avaruuskulmaan, jolla on puolikartiokulma a suuntaan SZ nähden (kuvat 4 ja 5). Arvot on norma-j.:*j lisoitu jakamalla tehoarvot P sädekimpun BB1 optisella kokonaisteholla 30 Pmax· Valodiodi 10 ja heijastuspinta 20 ovat samat kuin kuvassa 7a.
* · · . Kuvassa 7a esitetty käyrä on kuvan 7b mukaisen käyrän derivaatta.
* »« • » * 50 % optisesta tehosta lähtee kartiomaiseen avaruuskulmaan, jonka puolikartiokulma a = 18°. 38% optisesta tehosta lähtee avaruus-35 kulmaan, jonka puolikartiokulma a = 12°.
* * 9 117492 Sädekimppujen BB1, BB2 (kuvat 2 ja 4) divergenssin määrittämiseksi on määriteltävä sädekimppujen BB1, BB2 rajat. Kuvan 6b tapauksessa sädekimpun BB1 divergenssi on 94°, kun sädekimpun BB2 raja on asetettu 50 %:iin optisesta kokonaistehosta. Kuvan 7b tapauksessa 5 sädekimpun BB2 divergenssi on 36°, kun sädekimpun BB2 raja on asetettu 50 %:iin optisesta kokonaistehosta. Tällöin heijastuspinnan 20 käyttö keskittää lähetettyä valonsädekimppua BB2 oleellisesti verrattuna alkuperäiseen sädekimppuun BB1.
10 Kun suurimpaan tehontiheyteen liittyvä kulma αΜΑχ on tyypillisesti noin 45 astetta, niin heijastuspinnan puolikartiokulma β on noin 22,5 astetta (kuva5). Kun heijastuspinnan 20 korkeus H1 on valittu pienemmäksi tai yhtä suureksi kuin 1,5 kertaa aktiivisen pinnan 11 halkaisija DIA1, niin oleellisesti mikään aktiivisesta pinnasta 11 lähtevä valonsäde LL ei 15 heijastu useammin kuin kerran heijastuspinnalla 20, kun otetaan huomioon vain valonsäteet LL, jotka kulkevat tasossa, johon kuuluu optinen akseli N1. Tällöin metallia olevan heijastuspinnan 20 tapauksessa heijastushäviöt minimoituvat.
20 Heijastuspinnan 20 korkeus H1 on edullisesti suurempi tai yhtä suuri kuin 0,5 kertaa aktiivisen pinnan 11 halkaisija DIA1. Muussa tapauk- :1♦1: sessa valonsäteitä LL, jotka lähtevät 45 asteen kulmassa aktiivisen • · .**·. pinnan 11 keskialueelta, ei heijastu.
• · · • - * 25 Kuvaan 8 viitaten valoa emittoiva laite 100 voi käsittää kartiomaisen “Y kuoren 21. Kuoren 21 sisäpuoli voi olla päällystetty heijastavalla pin- • 1 · γ; noitteella 20a. Vaihtoehtoisesti kuori 21 voi olla läpinäkyvä ja sen ulkopuoli voi olla päällystetty heijastavalla pinnoitteella 20b.
* » · 30 Kuori 21 voi olla toteutettu muovaamalla tai meistämällä muovia, lasia, keräämiä tai metallia. Kuori 21 voi myös olla työstetty poraamalla, sor- : vaarnalla ja/tai hiomalla. Kuori 21 voi olla päällystetty heijastavalla ker- • · · [ roksella tyhjiöpinnoittamalla. Heijastava pinta voidaan toteuttaa käyttä mällä alumiinipinnoitteita, oksidipinnoitettuja alumiinipinnoitteita, • · ♦ 35 rodiumpinnoitteita tai dielektrisiä monikerrospinnoitteita.
• · • 1 · · 10 117492
Kun heijastuspinnassa 20 on sähköä johtavaa materiaalia, sähkö-kontakti valodiodin 10 aktiivisen pinnan 11 kanssa voidaan estää tarkoituksenmukaisella välikkeellä heijastuspinnan 20 ja aktiivisen pinnan 11 välissä.
. 5
Kuvaan 9 viitaten valoa emittoiva laite 100 voi käsittää epäsymmetrisen heijastuspinnan 20, esim. osan kartiomaista heijastuspintaa. Tämä suoritusmuoto voi olla edullinen, jos käytettävissä oleva tila on hyvin rajallinen mutta ei vaadita maksimitehoa.
10
Kuvaan 10 viitaten heijastuspinta 20 voidaan toteuttaa muodostamalla laattaan 22 kartiomainen aukko ja päällystämällä kartiomaisen aukon sisäpuoli heijastuspinnalla 20.
15 Kuvaan 11 viitaten heijastuspinta 20 voi perustua kokonaisheijastukseen läpinäkyvässä kartiomaisessa kappaleessa 24. Heijastuspinta 20 voi olla päällystetty suojaavalla pinnoitteella. Jos heijastuspinnan 20 taitekertoimet ja/tai orientaatio lähetettyjen valonsäteiden suhteen ei täytä kokonaisheijastuksen kriteeriä, pinta 20 voidaan päällystää lisä-20 heijastuskerroksella.
:*·*: Kokonaisheijastukseen perustuvat heijastuspinnat 20 ovat edullisempia kuin metallipintoihin perustuvat heijastimet, koska kokonaisheijastuk- ··* sessa heijastushäviöt ovat merkityksettömän pieniä.
*··· Λ 25 • * · ** V Kappaleen 24 ja aktiivisen pinnan 11 välinen fyysinen kosketus voi olla ]"ί haitallinen, koska se voi häiritä valodiodin 10 kaviteettipeilin 5 kunnol- ’*··* lista toimintaa (kuva 1). Kappaleen 24 ja valodiodin 10 väliseen tilaan voidaan järjestää sopivia ulokkeita tai välikkeitä.
Il: 30 ··»
Kuvaan 12 viitaten valoa emittoivaa laitetta 100 voidaan käyttää valon « kytkemiseksi optisen aaltojohteen 200 ytimeen 201. On edullista jär-jestää viiste ja ohjauspintoja aaltojohteen 200 asettamiseksi ja ase- • · ^ moimiseksi helposti laitteeseen 100. Osaa aaltojohteen 200 vaipasta 35 202 voidaan käyttää kiinnityspintana. Valoa emittoiva laite 100 ja opti- • · \*·: nen aaltojohde 200 muodostavat yhdessä yhdistelmän 400.
11 117492
Kuvaan 13 viitaten osa optista aaltojohdetta 200 voi olla suippo. Hei-jastuspinta 20 voidaan toteuttaa suipon osuuden avulla. Yhdistelmän 400 toiminta voi perustua kokonaisheijastukseen ilman lisäpinnoitteita, 5 Suippo osuus voidaan kuitenkin päällystää lisäheijastuskerroksilla ja/tai suojakerroksilla. Lisäksi suippo osa voi käsittää vaippakerroksen (ei esitetty), jolla on pienempi taitekerroin kuin aaltojohteen 200 ytimellä 201.
10 Suippo osa voidaan toteuttaa esimerkiksi muovaamalla, hiomalla, sorvaamalla, lämmittämällä ja vetämällä tai liittämällä aaltojohteen 200 päähän lisäkartiokappale. On edullista, että suippo osuus on lyhyt, sillä se on vahvempi kuin pitkä kapea suippo kuitu.
15 Aaltojohteen 200 suora osuus käsittää lieriömäisen heijastuspinnan eli ytimen ja vaipan rajapinnan. Koska ytimen ja vaipan rajapinta on oleellisesti samansuuntainen kuin suunta SZ, niin valonsäteiden ja suunnan SZ välinen kulma a ei kuitenkaan pienene lieriömäisen osan heijastuksissa. Lieriömäinen osuus ei vaikuta valoa emittoivan laitteen 100 hei-20 jastuspinnan 20 korkeuteen H1.
Kuvaan 14 viitaten laite 100 voi käsittää useita päällekkäisiä kartiomai-.··*, siä pintoja, joilla on eri kartiokulmat eli eri puolikartiokulmat β. Korkeus ”·. H1 tarkoittaa päällekkäisten heijastuspintojen 20 yhteenlaskettua j*" 25 korkeutta aktiivisesta pinnasta 11.
* · * * · * · ··« ·;;! Kuvaan 15 viitaten heijastuspinnassa 20 voi olla myös kahteen suun- :···: taan kaareutuva muoto. Muoto voi olla esimerkiksi paraboloidimuoto, ellipsoidimuoto tai pallomainen muoto.
30
Kuvaan 16 viitaten näyttöyksikkö 500 voidaan toteuttaa käyttämällä X : sarjaa valoa emittoivia laitteita 100. Yhdelle ainoalle levylle voidaan * · · * | järjestää useita valoa emittoivia laitteita 100.
* * • O 35 Kun käytetään resonanssikaviteettivalodiodia 10, matala heijastuspinta 20 saa aikaan hyvän hyötysuhteen resonanssikaviteettivalodiodista 10 12 117492 lähtevän valon keskittämiseksi. Verrattuna tekniikan tason mukaisiin laitteisiin, joissa on korkeita heijastimia tai kokoojalinssejä, laitteen 100 kokoa voidaan pienentää ja/tai optista tehoa voidaan kasvattaa.
5 Nyt esillä olevan keksinnön mukaisen laitteen 100 käyttö on edullista, kun hinnaltaan edullisella, pienikokoisella laitteella on muodostettava keskitetty voimakas sädekimppu.
Heijastuspinnan 20 käyttö vähentää valon intensiteettiä ei-toivottuihin 10 suuntiin eli suuntiin, jotka poikkeavat merkitsevästi suunnasta SZ.
Tämä auttaa vähentämään ylikytkentää optisten signaalikanavien välillä, ilmaisimien tai ihmiskatsojien sokaistumista (häikäistymistä), tai komponenttien kuumenemista säteilyn vaikutuksesta.
15 Laitteita 100, 400, 500 voidaan käyttää kuituoptisten lähettimien toteuttamiseen esimerkiksi tietoliikenteessä, ajoneuvojen ajovaloissa ja jarruvaloissa, navigointivaloissa, liikennevaloissa, ajoneuvojen ja rakennusten hätämerkkivaloissa, taskulampuissa, vaatteisiin kiinnitetyissä valaisinlaitteissa, pelastusliiveihin tai muihin pelastusvälineisiin 20 kiinnitetyissä merkkivaloissa, näyttölaitteissa, näyttöruuduissa ja data- | projektoreissa.
·· · • 1 2 t • · .3. Alan ammattilaiselle on selvää, että nyt esillä olevan keksinnön mukaisten laitteiden ja menetelmän muunnelmat ja variaatiot ovat 25 mahdollisia. Ne nimenomaiset suoritusmuodot, joita on kuvattu edellä *"7 viittaamalla oheisiin piirustuksiin, ovat vain havainnollistavia, eikä nii- den tarkoituksena ole rajata keksinnön suojapiiriä, joka on määritelty • · *···1 oheisissa patenttivaatimuksissa. | lii 30 • · « • 1 ♦ · «··' • « • 1 ♦ • 1 · • · »····' • · • · 'j »1· • « • · ··· · • 1 · ....
2 * 1· 3 • ·

Claims (11)

117492
1. Valoa emittoiva laite (100), joka käsittää ainakin valodiodin (10) ja heijastuspinnan (20), jolloin mainittu valodiodi (10) on sovitettu lähettä- 5 mään divergoiva valonsädekimppu (BB1) suuntaan (SZ), ja mainittu heijastuspinta on sovitettu kohdistamaan mainitusta valodiodista (10) lähtevää valoa oleellisesti mainittuun suuntaan (SZ), jolloin mainitun heijastuspinnan (20) ja mainitun suunnan (SZ) välinen kulma (β) on suurempi kuin nolla astetta, tunnettu siitä, että mainittu valodiodi 10 käsittää resonanssikaviteetin (7), jolloin mainitun valonsädekimpun (BB1) lähikentän halkaisija (NFD1) määrittää mainitun resonanssikaviteetin (7) lähtöpeilillä (5) pyöreän aktiivisen pinnan (11), ja jolloin mainitun heijastuspinnan korkeus (H1) mainitusta aktiivisesta pinnasta (11) on pienempi tai yhtä suuri kuin mainitun valodiodin (10) mainitun 15 aktiivisen pinnan (11) halkaisija (DIA1) kerrottuna kertoimella 1,5.
2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen laite (100), tunnettu siitä, että mainittu kulma (β) mainitun heijastuspinnan (20) ja mainitun suunnan (SZ) välillä on 15-25 astetta. 20
3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen laite (100), tunnettu siitä, f**: että mainittu heijastuspinta (20) on osa kartiomaista pintaa.
• · * * * *·· ··· 4. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen 1-3 mukainen laite (100), tun- : 25 nettu siitä, että mainittu laite (100) käsittää läpinäkyvää materiaalia ’*!:! olevan katkaistun kartion. ♦ ···· - • · « • «
5. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen 1-4 mukainen laite (100), tunnettu siitä, että mainittu heijastuspinta (20) perustuu kokonaisheijas-: 30 tukseen. * · · ♦ · • I
« « · * :*·.· 6. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen 1-4 mukainen laite (100), tun- nettu siitä, että mainittu heijastuspinta (20) käsittää metallia. • · · • · • * ··* • · • · * · 117492 .: 14
7. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen 1-4 mukainen laite (100), tunnettu siitä, että mainittu heijastuspinta (20) käsittää dielektrisen pinnoitteen.
8. Menetelmä valon suuntaamiseksi, jolloin mainittu menetelmä käsit tää ainakin valodiodista (10) lähtevän valon suuntaamisen heijastus-pinnan (20) avulla, jolloin mainittu valodiodi (10) lähettää divergoivan valonsädekimpun (BB1) suuntaan (SZ), ja mainittu heijastuspinta (20) kohdistaa mainitusta valodiodista (10) lähtevää valoa oleellisesti mai-10 nittuun suuntaan (SZ), jolloin mainitun heijastuspinnan (20) ja mainitun suunnan (SZ) välinen kulma (p) on suurempi kuin nolla astetta, tunnettu siitä, että mainittu valodiodi käsittää resonanssikaviteetin (7), jolloin : mainitun valonsädekimpun (BB1) lähikentän halkaisija (NFD1) määrittää mainitun resonanssikaviteetin (7) lähtöpeilillä (5) pyöreän aktiivisen 15 pinnan (11), ja mainitun heijastuspinnan korkeus (H1) mainitusta aktiivisesta pinnasta (11) on pienempi tai yhtä suuri kuin mainitun valo-diodin (10) mainitun aktiivisen pinnan (11) halkaisija (DIA1) kerrottuna kertoimella 1,5.
9. Valoa emittoivan laitteen (100) ja optisen aaltojohteen (200) yhdis telmä (400), joka mainittu valoa emittoiva laite (100) käsittää ainakin valodiodin (10) ja heijastuspinnan (20), jolloin mainittu valodiodi (10) on ’···. sovitettu lähettämään divergoiva valonsädekimppu (BB1) suuntaan "j (SZ), ja mainittu heijastuspinta on sovitettu suuntaamaan mainitusta :*·; 25 valodiodista (10) lähtevää valoa oleellisesti mainittuun suuntaan (SZ), • · · :··* : jolloin mainitun heijastuspinnan (20) ja mainitun suunnan (SZ) välinen ··.*:’ kulma (β) on suurempi kuin nolla astetta, tunnettu siitä, että mainittu I*· valodiodi käsittää resonanssikaviteetin (7), jolloin mainitun valonsäde- kimpun (BB1) lähikentän halkaisija (NFD1) määrittää mainitun reso- 30 nanssikaviteetin (7) lähtöpeilillä (5) pyöreän aktiivisen pinnan (11), ja ; :***: jolloin mainitun heijastuspinnan korkeus (H1) mainitusta aktiivisesta • · * / . pinnasta (11) on pienempi tai yhtä suuri kuin mainitun valodiodin (10) ' mainitun aktiivisen pinnan (11) halkaisija (DIA1) kerrottuna kertoimella i • * · · · ··.·'. 1.5. 35 * * * • · • · * * · · • a 117492
10. Patenttivaatimuksen 9 mukainen yhdistelmä (400), tunnettu siitä, että mainitun optisen aaltojohteen (200) pää on katkaistun kartion muotoinen, jolloin mainittu heijastuspinta (20) on toteutettu mainitun optisen aaltojohteen (200) mainitun pään avulla. 5
11. Näyttöyksikkö (500), joka käsittää ainakin yhden valoa emittoivan laitteen (100), joka käsittää ainakin valodiodin (10) ja heijastuspinnan (20), jolloin mainittu valodiodi (10) on sovitettu lähettämään divergoiva valonsädekimppu (BB1) suuntaan (SZ), ja mainittu heijastuspinta on 10 sovitettu suuntaamaan mainitusta valodiodista (10) lähtevää valoa oleellisesti mainittuun suuntaan (SZ), jolloin mainitun heijastuspinnan (20) ja mainitun suunnan (SZ) välinen kulma (β) on suurempi kuin nolla astetta, tunnettu siitä, että mainittu valodiodi käsittää resonanssi-kaviteetin (7), jolloin mainitun valonsädekimpun (BB1) lähikentän 15 halkaisija (NFD1) määrittää mainitun resonanssikaviteetin (7) lähtö-peilillä (5) pyöreän aktiivisen pinnan (11), ja jolloin mainitun heijastus-pinnan korkeus (H1) mainitusta aktiivisesta pinnasta (11) on pienempi tai yhtä suuri kuin mainitun valodiodin (10) mainitun aktiivisen pinnan (11) halkaisija (DIA1) kerrottuna kertoimella 1,5. 20 • · · • · • » • · · • « • · ·1· • · · • · · 1 • # • · · • · · ··· · » · · • · · · • · · • · ··» • · • · · ... ·1 • ·· · • · · • · • · • · ··· * 1 · • · • 1 · · · • · **· • « • · · • 1 · • 1· * · 117492
FI20045403A 2004-10-26 2004-10-26 Valoa emittoiva laite ja menetelmä valon suuntaamiseksi FI117492B (fi)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FI20045403A FI117492B (fi) 2004-10-26 2004-10-26 Valoa emittoiva laite ja menetelmä valon suuntaamiseksi
PCT/FI2005/050373 WO2006045897A1 (en) 2004-10-26 2005-10-25 Light emitting device and method for directing light

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FI20045403A FI117492B (fi) 2004-10-26 2004-10-26 Valoa emittoiva laite ja menetelmä valon suuntaamiseksi
FI20045403 2004-10-26

Publications (3)

Publication Number Publication Date
FI20045403A0 FI20045403A0 (fi) 2004-10-26
FI20045403A FI20045403A (fi) 2006-04-27
FI117492B true FI117492B (fi) 2006-10-31

Family

ID=33306121

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
FI20045403A FI117492B (fi) 2004-10-26 2004-10-26 Valoa emittoiva laite ja menetelmä valon suuntaamiseksi

Country Status (2)

Country Link
FI (1) FI117492B (fi)
WO (1) WO2006045897A1 (fi)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20100027257A1 (en) 2007-02-12 2010-02-04 Koninklijke Philips Electronics N.V. Lighting device comprising at least one led
US8066417B2 (en) * 2009-08-28 2011-11-29 General Electric Company Light emitting diode-light guide coupling apparatus
DE102013100121A1 (de) 2013-01-08 2014-07-10 Osram Opto Semiconductors Gmbh Optoelektronisches Halbleiterbauteil
JPWO2020040132A1 (ja) * 2018-08-23 2021-09-24 株式会社ニコン 発光デバイス、発光方法、露光装置、露光方法及びデバイス製造方法

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6476551B1 (en) * 1998-01-30 2002-11-05 Ricoh Company, Ltd. LED array head and minute reflection optical elements array for use in the LED array head
US6547416B2 (en) * 2000-12-21 2003-04-15 Koninklijke Philips Electronics N.V. Faceted multi-chip package to provide a beam of uniform white light from multiple monochrome LEDs
DE10150986A1 (de) * 2001-10-10 2003-04-30 Infineon Technologies Ag Sende- und/oder Empfangseinrichtung
JP2004151373A (ja) * 2002-10-30 2004-05-27 Yazaki Corp 車載用光コネクタ
JP2006505830A (ja) * 2002-11-07 2006-02-16 ソニー インターナショナル （ヨーロッパ） ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング プロジェクタシステムのための照明装置

Also Published As

Publication number Publication date
FI20045403A (fi) 2006-04-27
FI20045403A0 (fi) 2004-10-26
WO2006045897A1 (en) 2006-05-04

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US5782553A (en) Multiple lamp lighting device
US6128431A (en) High efficiency source coupler for optical waveguide illumination system
EP1194718B1 (en) Collecting and condensing optical system using cascaded parabolic reflectors
US6937791B2 (en) Optical coupling apparatus and method
US6312144B1 (en) Optical system having retro-reflectors
US20050168995A1 (en) Fresnel lens spotlight with coupled variation of the spacing of lighting elements
US10253941B2 (en) Lighting device, corresponding lamp and method
US9683730B1 (en) System and method of optimizing white light
CN212377786U (zh) 一种激光光源装置
FI117492B (fi) Valoa emittoiva laite ja menetelmä valon suuntaamiseksi
JP2007511081A (ja) 光学的にポンピングされる半導体レーザー装置
US5077751A (en) Diode laser pumped solid state laser
CN108884978A (zh) 用于照明装置的光源以及具有这样的光源的照明装置
JPH02191379A (ja) 発光ダイオード
CN113669650A (zh) 一种反光器件和白光激光光源
JPS6125104A (ja) 複合レンズ
JP2009245601A (ja) 照明灯具
KR100385166B1 (ko) 레이저 다이오드를 채용한 광학계
JP2007222790A (ja) 光収束照射装置および紫外線照射装置
CN216384028U (zh) 一种小角度光学系统模组和照明灯具
CN216158886U (zh) 一种反光器件和白光激光光源
CN1521906A (zh) 具有对称曲面反射镜的包层泵浦光纤激光器和光纤放大器
CN112113155A (zh) 一种激光光源装置
EP1045193A1 (en) Lighting device for concentrating axial light with an angled converging reflector
CN115248527A (zh) 光源装置及投影设备

Legal Events

Date Code Title Description
FG Patent granted

Ref document number: 117492

Country of ref document: FI

MM Patent lapsed