TW200940901A - Collimating light emitting apparatus and method - Google Patents

Description

200940901 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於一種發光裝置，其包括一光源及一用於將 S亥所發射的光配置成一特定應用分佈之準直器，該光源包 括一可發射光之半導體裝置；一本體，其具有一鄰近於該 光源之底面及一相對頂面；及一定位為鄰近該頂面之反射 器。本發明亦關於一種用於準直光之方法。特定言之，此 種發光裝置及方法係用於一般的照明發光系統中。 【先前技術】 所陳述的該種發光裝置已為人所熟習且例如用於產生聚 光燈。該準直器與該光源之發光特徵之間的協調基本上決 定特定應用光分佈。市場需要聚焦的聚光燈，通常規定其 具有一極小束’具有一小體積’及具有該準直器之一小的 出口直徑。 該等已知的發光裝置之一個缺點係一些由該光源所發射 的光線從該裝置離開而不與該準直器交互作用（例如不從 該準直器反射）。這導致一相當大的射束發散及因此一低 的聚焦效率。擴大該準直器（的長度）形成用於解決此問題 之傳統方法。然而，這顯然與小體積及小出口直徑的市場 需求相矛盾。 因此’對一具有一小體積及小出口直徑之發光裝置同時 高效產生一經準直的光束之發光裝置的可用性存在一明確 需要。 【發明内容】 135802.doc 200940901 本發明之一目的係提供一所述類型的發光裝置，該發光 裝置具有一經改良的體積及出口直徑特徵與經準直光束特 徵之比。本發明根據一第一態樣藉由如技術方案1之發光 裝置實現此目的。此裝置之特徵在於該反射器具有一大於 本體之底面之表面。有利地’這允許利用一較小準直器產 生一給定光束準直，或者允許產生一產生一明顯較窄光束 之準直器。 ❹ 本發明提供一種發光裝置，其具有允許使一更短的準直 器用於相同量的準直之優點。或者，相同的準直器大小實 現一較好的準直。仍正好與該準直器交互作用之邊界光線 基本上決定所需的準直器長度《提供一具有一大於該本體 之該底面之表面之反射器減小光源發射光的立體角。有利 地，該反射器基本上界定該立體角。使該準直器與該減小 的立體角相匹配導致一較小的準直器體積及出口直徑。因 此，需要一高度準直光束的應用尤其受益於本發明，因為 © ㈣其有必要需要—極長的準直器，亦即為__複合抛物面 集中器之長度的相同量級。 在本發明之一實施例中，該本體具有一側面，該側面之 至少部分係就該底面成一斜角。在一發光裝置之一實施例 中，該斜角小於90。。有利地，該斜角產生該本體之一較 大頂面。此頂面可為該反射器提供一支撐。 在該發光裝置之-實施例中，該本體包括—波長轉換材 料。有利地，此允許將藉由該半導體裝置發射的主光之至 少-部分轉換成具有—不同波長的次要光。在一實㈣ \35S02.doc 200940901 中，該波長轉換本體係以一陶瓷本體提供。有利地，發光 陶究本禮為堅固且表現一對溫度改變的低敏感性。 在一實施例中，該發光裝置包括至少一第二光源。有利 地，這允許控制可藉由被給定一預定光源通量之裝置產生 的流明通量。此外’萬一該第二光源發射一不同於該第一 光源之光譜’其允許對藉由該裝置發射的光之色彩控制。 在一實施例中’該反射器表面係依據該光源相對該準直 Φ 器之位置而予以配置。有利地’這允許使該等個別光源之 該等立體角與該準直器相匹配。因此，若給定一預界定的 準直器長度及出口直徑，則依據該等個別光源位置配置該 等個別光源的反射器表面確保該等光源之組合立體角與該 準直器之立體角之一最佳重疊。 根據一第二態樣，本發明提供一種用於準直光之方法， 該方法包括以下步驟：提供一光源，其係用於發射光且包 括一半導體裝置、一本體及一鄰近該本體之一頂面之反射 ❿ 器’及提供一用於將所發射光配置成一特定應用分佈之準 直器，該方法之特徵在於其包括以下步驟：將該反射器配 置成具有一大於該本體之一底面之表面。 本發明之此等及其他態樣從下文所述之實施例將變得顯 而易見’且參考下文所述之實施例而加以說明。 【實施方式】 在以下之結合附圖、對例示性及較佳實施例的描述中， 揭示本發明之進一步詳情、特徵及優點。 圖1顯不一根據先前技術之發光裝置i。其包括一光源 135802.doc 200940901 5、一連接該光源之基底90及一用於將所發射的光配置成 一特定應用分佈之準直器40。該基底90可具有額外功能， 例如提供一用於將該裝置1建造在一構造中之機械界面、 一用於將由該光源5產生的熱量消散至環境中之熱界面及 一用於對該光源5提供電力及控制信號之電性界面。該準 直器40通常包括一局荨級的反射表面（通常為一鍵銘膜）於 一具有一適當形狀之支撐結構上以實現所期望的特定應用 赢 光分佈。 響 光源5包括一半導體裝置1〇、一本體2〇及一反射器30。 該半導體裝置10通常包括一可產生光之LED。該本體20具 有一鄰近於該半導體裝置之底面21及一相對頂面22。其較 佳藉由將所發射的光之波長（部分）轉換而予以提供一預界 定光譜輸出。通常其包含一波長轉換材料，例如一峨光 體。通常，此等材料係基於釔鋁石榴石（YAG)、釔鋁碎氧 基氮化物（YSN)、矽鋁氧基氮化物（siAlON)或镏鋁石權石 φ (LuAG)。藉由使用上述材料將由III族氮化物LED發射之 "主"光轉換成具有一長於該"主"光之蜂值波長的"次要,,光 形成一為人所熟習之技術。該波長轉換材料可經選擇以獲 得該”次要"光之一特定峰值波長。此外，可選擇該本體之 大小與厚度及/或該波長轉換材料之濃度，使得藉由該裝 置1發射的光為"主"光與"次要"光之一混合或實質上僅由該 ”次要"光組成。該波長轉換本體較佳係以一發光陶竞本體 提供。 最後’該反射器30係定位為鄰近於該本體2〇之該頂面 135802.doc •9- 200940901 22。通常，該本體20組成一體積光發射器，其為一具有與 該底面21及頂面22成直角之側面23、24之立方鱧或小板形 式反射產生於（傳輸通過）該本體20中之光，該反射器3〇 導致其被發射通過該等侧面23、24t)這有利地允許藉由該 準直器40而將大部分光線51配置成一特定應用分佈。缺乏 該反射器30將允許大部分光發射通過該頂面22並離開該準 直器40而不交互作用。然而，在具有處於適當位置之該反 ❹ 射器30之情形下，仍有一相當部分，例如光線52將離開該 準直器40而不交互作用。此等光線52會損害所期望的光分 佈。最小化此問題之傳統解決方案係在大小上延伸該準直 器40。然而，這導致該準直器4〇之體積及出口直徑顯著增 加且通常達到超出市場需求之點。 本發明藉由提供一所述類型的發光裝置1而提供一解決 方案，該發光裝置1之特徵在於該反射器3〇具有一大於該 本體20之該底面21之表面。以此方式，該反射器3〇延伸超 Φ 過該本體20(見圖2)。此能夠阻止該等光線52(如圖1所示） 並導致由該光源5發射之光與該準直器4〇交互作用，如圖2 中之光線51 & 53所示。此處，光線53組成邊界光線，仍 正好與該準直器交互作用。有利地，本發明允許使一更短 的準直器40(較小體積、較小出口直徑）用於相同量的準 直。或者’相同的準直器40大小實現一較好的準直。因 此，提供一具有一大於該本體20之該底面21之表面之反射 器30使該光源5發射光之立體角減小。有利地，該反射器 30基本上界定此立體角。使該準直器4〇與此（減小的）立體 135802.doc •10· 200940901 角相匹配導致一較小的準直器體積及出口直徑。因此，需 要间度準直束之應用尤其受益於本發明，因為否則其有 必要需要一極長的準直器，，亦即為一複合抛物面集中器之 長度的相同量級。 圖3顯示在本發明之一實施例中之一示意（部分）橫截 面如可從圖中所認識，該準直器40具有一高度η及一寬 度WC。此外，X界定垂直於該準直器4〇之光轴“之在該本 〇 體20之底部與該準直器之頂部之間的距離。因此，當該本 體係就該光軸41對稱地放置時，2x=2Wc_Wb，％為該本體 之寬度。而且，該反射器3〇延伸一超出該本體2〇之底面21 之距離P。最後，該本體具有一厚度t，其界定該本體之底 面21與頂面22之間的距離。在本發明之一實例中，該準直 器40具有一取決於該寬度χ之高度H，使得藉由該本體⑽ 發射的光線與該準直器交互作用。若H2Xt/p，則將為該情 形。 © 在一實施例中，該準直器40為抛物面狀反射器》其亦可 為一圓錐形或錐體形（或在該技術中已知的任何其他形 狀）。雖然以上已表明該準直器4〇具有一允許所產生的光 離開該發光裝置1之出口直徑，該發光裝置i顯示為一垂直 於该準直器40之該光軸41之圓形橫截面，但該準直器事實 上可具有一非圓形的橫截面，例如一多邊形或橢圓形。注 意，該反射器30較佳具有一與該準直器4〇之橫截面全等的 橫截面以最佳匹配由該光源5所發射的光與該準直器4〇交 互作用的立體角。此產生一高效光學設計。該準直器40可 I35802.doc 200940901 被平穩地彎曲。或者，其可被刻面。 圖4顯示根據本發明之一實施例，在此實施例中，該本 體20具有一側面23、24，該側面23、24之至少部分係就該 底面21成一斜角25。在一發光裝置之一實施例中，該斜角 25小於90。。有利地，該斜角產生該本體2〇之一較大的頂 面22 ^此頂面為該反射器3〇有利地提供一支撐。在一實施 例中，該斜角25經配置以界定匹配該準直器之該立體角。 ❿ 由於自該等側面23、24發射的光係發射於整個半球體上 (271孤度）’該本體20通常具有一恰大於1之折射率，所以一 從平行於其表面之該本體逃逸的光線較佳相應於仍與該準 直器40交互作用之該邊界光線53。在此一實施例中，該斜 側面23以一直線連接該底面21與頂面22。或者，當該本體 20僅具有側面24之一部分成一斜角時，該邊界光線53相應 於一在該底面21、從該本體側逃逸且正好通過該反射器3〇 之光線。或者’該側面可為凹下彎曲（未顯示），允許支撐 φ 該反射器30而同時界定該邊界光線53。 在一圖5所述之本發明之實施例中，該發光裝置1包括至 少一第二光源5。包含適當數目的光源5允許將該發光裝置 1設計成發射一預定光通量。有利地，此允許控制可藉由 被給定一固定（最大）光源通量之裝置產生之流明通量。 在一實施例中’ 一光源5之該反射器30表面係依據該光 源相對該準直器40之位置而配置，雖然該光源較佳將係定 位於在一包括僅一單一光源5之發光裝置1中之該準直器4〇 之該光軸41上，但在一項多個光源的實施例中，其等將被 135802.doc -12- 200940901 定位為離軸。本發明係基於以下認識，若給定該準直器尺 寸（高度&出口直徑），則使藉由該等個別光源5所發射的光 的立體角與該準直器40相匹配產生一高效光學設計。因 此，在一實施例中，該反射器30基本上依據該等光源5相 對該準直器4〇之該光轴41之位置而界定該等光源5之立體 角。因此’對於各光源，可具體地將該關係j^Xt/p最優 化。在一實施例中，該等侧面23、24之斜角25係依據該等 φ 光源5相對於該準直器40的位置而予以配置。這有利地導 致所發射的光之該等立體角與該準直器之匹配，如圖5中 之該等光線53所證明。 雖然已參考上述實施例對本發明進行了說明，但顯然可 使用替代實施例來實現相同目的。因此，本發明之範圍非 限於上述實施例，而係亦可應用於需要一特定應用光分佈 同時最小化準直器尺寸之任何其他發光體中。 刀 【圖式簡單說明】 Φ 圖1顯示一根據先前技術之發光裝置； 圖2顯示一根據本發明之實施例； 圖3顯示一在本發明之一實施例中之示意（部分）橫截 面； 圖4顯示根據本發明之另一實施例； 圖5顯示根據本發明之再一實施例。 【主要元件符號說明】 1 發光裝置 5 光源 135802.doc 13 200940901 10 半導體裝置 20 本體 21 底面 22 頂面 23 側面 24 侧面 25 斜角 30 反射器 40 準直器 41 光轴 51 光線 53 邊界光線 90 基底 ❿ 135802.doc -14-

Claims (1)

1. 200940901 十、申請專利範圍： 1· 一種發光裝置（1)，其包括： -一光源（5)，其包括： • 一可發射光之半導體裝置（1〇); -一本體（2〇)，其具有一鄰近於該半導體裝置（10)之 底面（21)及一相對頂面（22);及 • 一反射器（3〇) ’其係定位為鄰近該頂面（22)，以及 -一準直器（40) ’其係用於將該所發射的光配置成一特 ^ 定應用分佈， 其特徵在於： -該反射器（30)具有一大於該本體（2〇)之該底面（21)之表 面。 2.如請求項1之發光裝置（1)，其中該本體具有一側面（23、 24) ’該側面（23、24)之至少部分係就該底面成一斜角 (25)。 ❿ 3·如請求項2之發光裝置（1)，其中該斜角（25)係小於90。。 4·如前述請求項中任一項之發光裝置（1)，其中該本體（2〇) 包括一波長轉換材料。 5·如請求項4之發光裝置（1)，其中該本體（2〇)為一陶瓷本 體。 6. 如請求項1之發光裝置（1)，其中該裝置包括至少一第二 光源（5)。 7. 如請求項4之發光裝置，其中該反射器表面（3〇)係依據該 光源相對該準直器（40)之位置而予以配置。 135802.doc 200940901 8.種準直光之方法，其包括以下步驟： -提供一光源（5) ’其係用於發射光並且包括一半導體裝 置（1〇)、一本體（2〇)及一鄰近該本體（2〇)之一頂面（22)之 反射器（30);及 -提供一準直器（40)，其係用於將該所發射的光配置成 一特定應用分佈；其特徵在於： -將β亥反射器（30)配置成具有一大於該本體（2〇)之一底 面（21)之表面。 ❹ 135802.doc -2-