TW201126114A - System and method for a phosphor coated lens - Google Patents

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TW201126114A
TW201126114A TW099127809A TW99127809A TW201126114A TW 201126114 A TW201126114 A TW 201126114A TW 099127809 A TW099127809 A TW 099127809A TW 99127809 A TW99127809 A TW 99127809A TW 201126114 A TW201126114 A TW 201126114A
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led
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optical system
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TW099127809A
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Hyun-Chul Ko
Randall E Johnson
Dung T Duong
Paul N Winberg
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Illumitex Inc
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Description

201126114 六、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明大體而言係關於光學系統。更特定而言，本發明 係關於使用鏡片之系統及方法。本發明亦係關於使用LED/ 鏡片陣列來產生具有選定色彩及/或色彩溫度之高度均勻 光分佈。 此申睛案根據3 5 U. S·C. 119(e)規定主張2010年3月31曰 提出申請、Ko等人的名稱為「System and Method for· Phosphor Coated Lens」第61/319,739號美國臨時專利申請 案及2009年8月20日提出申請Ko等人的名稱為「Ph〇sph〇r Coated Lens for Phosphor Converting Type White Light Engine」第61/235,491號美國臨時專利之優先權，且根據 35 U.S.C. 120主張作為2009年12月23日提出申請、κ〇等人 的名稱為「System and Method for a Phosphor Coated
Lens」第12/646,570號美國專利申請案之部分接續申請案 之優先權。此段落中以上提及之申請案中的每一者以引用 方式完全併入本文中。 【先前技術】 • 磷光劑係各向同性發射器，其沿所有方向發射光。在傳 . 統LED實施方案中，將磷光劑施加在LED晶片上接近於
• led或接近於一LED圓頂或其他LED封裝之外部之—聚矽 氧基質中。可將一圓頂或鏡片施加至鍍膜有磷光劑之一 LED晶片以將光束角度（形狀）自朗伯（lambertian)控制為一 較狹窄斑點。此等裝置之範圍介於半球形鏡片與T_5 mm(T 150356.doc 201126114 1 /〇非球形。舉例而言，用於產生白光之一個習用系 統係用m色/ u v L E D晶片及磷光劑在例如聚石夕氧之一 接β基質中之一近似混合來構造。術語「一杯中之黏性物 (goop in a cup)」用來闡述一反射杯内具有在一藍色泵浦 上方之平坦或極近平坦磷光劑及聚矽氧混合物之LEd。在 遙退磷光劑系統中，遠離晶片將磷光劑施加在一圓頂之外 部或一半球形外殼之内部上以增加轉換效率。然而，可需 要一額外鏡片來控制光束形狀。GE 乂10採用遙遠磷光劑 解決方案。 虽刖系統因LED晶片及磷光劑粒子之加熱遭受效率損 失。另外，諸多當前系統需要二次光學元件或額外鏡片以 將自一圓頂或磷光劑鍍膜！^ΕΕ)發射之光定形為一所需光束 角度。一鏡片至一圓頂之耦合致使大約1〇%或更大之效率 損失。此外，當前系統在使用多個色彩磷光劑時由於交又 激發而遭爻轉換損失。舉例而言，一發紅光破光劑可吸枚 來自一發綠光磷光劑之經降頻轉換光而非泵浦波長，藉此 帶來進一步損失。 以下美國專利閱述先前在解決磷光劑轉換發光裝置中之 挑戰中之某些挑戰方面所作的努力。第6,614，179號美國專 利揭示一種具有藍色發光二極體及磷光劑部件之發光裝 置。第5,998,925、ό，069,440及ό，608,332號美國專利揭示 若干白色發光裝置，其等之每一者具有一氮化物化合物半 導體及一含紀紹柘權石（YAG)之填光劑元件。該氮化物化 合物半導體用作一發光層。該磷光劑吸收由該發光層發射 I50356.doc -4 · 201126114 之光之一部分且發射不同於所吸收光之波長之一波長之 光弟6,737,681號美國專利揭示用於白光封裝之晶片放置 設計。一個實例包含具有一彎曲凹弧表面之一螢光構件， - 其自一殼體底部之高度以大致沿一卵形或細長圓形形狀之 整個圓周延續之一形狀傾斜地向上延伸。其反射自一半導 體發光元件之側面發射之光以更有效地利用自該半導體發 光元件發射之光之部分及自該等側面發射之光之大部分。 第6,924,596號美國專利揭示一種色彩轉換類型發光設備， 其具有一發光裝置及一色彩轉換構件，該色彩轉換構件自 含有一光致發光螢光物質之一環氧樹脂而形成且直接鍍膜 於該發光裝置上。第7,091，656及7,247,257號美國專利揭示 使用至少兩種磷光劑之一混合物來達成更完整色彩再現之 發光裝置。第7,071，616號美國專利揭示一種光源，其具有 一藍色LED、一光學導板（其具有一平坦主表面及接收來自 §亥藍色LED之光之注入之一邊緣面）及含有螢光材料之透明 樹脂或玻璃之一鍍膜材料，其位於該藍色LED與該光學導 板之間。該光學導板用於最終光混合。第7,〇26 756、 7，126,274、7,329,988、7,362,048號美國專利揭示具有藍 • 光led及磷光劑部件之發光裝置，包含用於顯示器背光之 - 發射光譜及封裝設計。第6,960,878號美國專利揭示一種 LED晶片’其具有一藍色晶粒及一磷光劑且包含用於更佳 可靠性及光學穩定性之一環氧樹脂。第7,256,468號美國專 利揭示一種發光裝置’其具有一發光元件及用於容納該發 光元件的具有一熱輻射特性及機械強度之一金屬封裝。 150356.doc 201126114 【發明内容】 本文所闡述實施例提供其中磷光劑可在光進入一鏡片本 體之前將該光降頻轉換之光學系統。一個實施例可包含包 括一 LED、一鏡片及安置在該鏡片上之鱗光劑之一系統。 該LED定位在由一基底及一個或多個側壁界定之一空腔 中。該等磷光劑安置在該鏡片上於至鏡片本體之入射面與 該LED之間以使得自該LED發射之光將在穿過該入射面進 入該鏡片本體之前入射於該磷光劑上且至少部分地經降頻 轉換。該鏡片經定位以使得該等磷光劑與該LED分離一間 隙。該磷光劑可作為一鍍膜安置在該鏡片本體之該入射面 上、δ亥礙光劑與s亥入射面之間的一緩衝層上或以其他方式 安置在該鏡片上。根據一個實施例，該鏡片本體可經定形 以以一所需半角發射具有一均勻分佈之光。另外，該鏡片 本體可經定形以使亮度守恆或在使亮度守恆之一所需百分 比内。 該空腔可具有經定形以將該空腔中之光引導至該LED之 該入射面之側壁。形成該空腔側壁之材料可經選擇以將光 反射至S亥入射面。在另一實施例中，一反射器可圍繞該 LED。該反射器可係一單獨部件或，根據一個實施例，在 該空腔填充有囊封劑時可藉由該空腔之邊緣處的表面張力 形成。 一光學系統之另一實施例可包括一基台、安裝至該基台 之- LED陣列、-外殼及—組鏡片。該外殼可與該基台協 作至少部分地界定一組LED空腔。該外殼亦可界定一組鏡 150356.doc • 6 - 201126114 片空腔以容納該等鏡片。每一鏡片空腔可向一對應LED空 腔敞開。該等鏡片可安置在該等鏡片空腔中，其中每一鏡 片包括接近該對應LED空腔之開口之一入射面。一磷光劑 層，其可安置在每一鏡片上於該入射面與該對應[ED之間 . 以使得光在進入鏡片本體之前經降頻轉換。每一鏡片之該 入射面定位在距該對應LED—距離處以使得在該LED與該 等磷光劑之間存在一間隙。可按序沈積多個磷光劑以減少 交又激發》 每一鏡片空腔可由一組側壁界定。該組側壁可經定形以 使得該鏡片空腔在接近該對應LED空腔之開口處較小且在 距該對應LED空腔之開口之遠端處較大。 該組鏡片中之每一鏡片可經組態以以一選定半角發射具 有一均勻分佈圖案之光。該組鏡片可經密堆積以使得與該 組鏡片中之個別鏡片相比該光學系統能以該選定半角在一 較大區域上發射呈一均勻分佈圖案之光。另外，該組鏡片 中之每一鏡片可經定形以使亮度守恆。 根據一個實施例’該系統可包含一蓋，其支撐對應鏡片 空腔中之一個或多個鏡片。該蓋及一個或多個鏡片可係由 一單片材料形成。 • 安置在每一鏡片上之磷光劑層可經選擇以使得該組鏡片 中之不同鏡片發射不同色彩之光。藉由舉例，但不具限制 性，安置在每一鏡片上之磷光劑層經選擇以使得該光學系 統形成一個或多個白光單元。 由本文所闡述實施例提供之一個優點在於自LED晶片移 150356.doc 201126114 除碌光劑。因此，減小或防止該]LED晶片之加熱。 作為另一優點’磷光劑轉換效率可由於磷光劑與led作 用層之分離而增加。因史托克斯位移（St〇ke，s shift)所致之 磷光劑自加熱可藉由透過鏡片材料及透過系統基台/散熱 器之熱消散而得到抑制。 作為某些實施例之又一優點，由於鏡片入口處之降低的 通量密度而可達成較高磷光劑轉換效率。 作為各種實施例之另一優點，將磷光劑定位在一亮度守 恆單獨光學裝置之入射表面處可提供熱考量事項與有效填 光劑封裝效率之間的一最佳平衡。 本文所闡述實施例亦達成靈活光學系統架構。由於磷光 劑鍍膜鏡片可係與led晶片分離，因此其可結合各種類型 光學裝置使用，包含習用發光裝置。 作為又一優點’可在同一光學裝置處達成光束圖案控 制、色彩混合及色彩轉換。 實施例可藉由以下提供另一優點：使用一亮度守恆鏡片 來在遠場處提供一均勻空間分佈，從而使下伏光學系統使 源之光展量守惶成為可能。 一亮度守恆磷光劑鏡片之實施例藉由以下提供另一優 點：允許近場及/或遠場色彩及空間均勻性或適應近場及/ 或遠場之色彩分佈及空間分佈。 本文所揭示實施例可進一步允許密堆積磷光劑鍍膜鏡 片。 本文所闡述實施例亦提供使用LED(或另一光源）及鏡片 150356.doc 201126114 之陣列來以一選定光束角產生高度均勻光之系統。 【實施方式】 參照附圖中所圖解說明及以下說明中所詳細闡述之實例 性且因此非限制性實例來更全面地闡釋本發明之實施例及 .各種特徵及有利細節。可省略對已知起始材料及過程之說 月以避免不必要地在細節上模糊本發明。然而，應瞭解， 儘官指示較佳實施例，但詳細說明及具體實例僅係以圖解 說明方式而非以限制方式給出。熟習此項技術者根據本發 明將明瞭歸屬於基本發明概念之精神及/或範疇之各種替 換修改、添加及/或重新配置。 本文中所用術語「包括（comprises)」、「包括（c〇mprising)」、 包含（includes)」、「包含inciuding」、「具有（has)」、「具有 (having)」或其任何其他變化形式意欲涵蓋一非排他性包 含。舉例而言，包括一元件清單之一過程、產品、物件或 认備不必僅限於彼等元件，而可包含沒有明確列出或為此 過程、產品、物件或設備所固有之其他元件。此外，除非 明確陳述與此相反，否則「或（〇0」係指包含性「或」而 非排他性「或」。舉例而言，條件八或B由以下各項中之任 一者來滿足：A為真（或存在）χΒ為假（或不存在）、八為假 (或不存在）且B為真（或存在），以及八與]5皆為真（或存在）。 另外，本文中所給出之任何實例或圖解說明無論如何不 應視為對藉以利用其等之任一或任何術語之限制'僅限於 藉以利用其等之任一或任何術語、或藉以利用其等之任一 或任何術語之明確界定。而是，此等實例或圖解說明應視 150356.doc 201126114 為就一個具體貫施例 .一q工Μ。熱習此 者將瞭解，藉以利用此等實例或圖解說明之任—或任 語皆囊括其他也許或也許不隨其等或在說明書中其他= 給出之實施例及其實⑯方案與調適形式且所有企匕等實施例 皆意欲包含於彼術語或彼等術語之範疇内。表示此等非限 制性實例及圖解說明之語言包含（但不限於）：「舉例而 言」'「例如」「諸如」、「在一個實施例中」及類似詞語。 現在將詳細參考其實例圖解說明於附圖中之本發明實例 性實施例。在任何可能之處，貫穿該等圖式將使用相同編 號來指代各種圖式之相同及對應零件（元件）。 本文中所述實施例提供一光學系統，其將一光子轉換材 料維持在运離一光源處且在該光源與一鏡片之入射面之 間。一光源可安置在具有一基底及側壁之一空腔中。在一 個實施例中，該空腔可藉由一外殼與一基台協作而形成。 一鏡片可經安置以使得該鏡片之入射面距該光源一選定距 離。一光子轉換材料層可安置在該鏡片上該鏡片之該入射 面與該光源之間以使得該材料在自該光源發射之光進入該 鏡片之前將該光轉換成一不同波長。該光子轉換材料可直 接安置在至該鏡片之入射面上、該鏡片之一緩衝層或另一 層上。在以下實例中，該光源係一 LED且該光子轉換材料 包含磷光劑及/或量子點。然而’應瞭解’本文中所揭示 實施例可與其他光源及光子轉換材料一起使用。 圖1至4係包括與一LED 110分離一間隙之一鏡片之光 學系統之圖示。該LED可係如圖1及2中所示之一橫向 -10- 150356.doc 201126114 LED、如圖3中所圖解說明之一覆晶LED、如圖4中所圖解 說明之一垂直LED或任何其他適合lED或光源類型。lED 110可包含任何適合LED基板材料之一基板115，所述基板 材料包含藍寶石、碳化矽、金剛石、經模製玻璃或其他基 板材料。另外，LED 110可具有非基板層12〇，其可包含一 個或多個摻雜層或區、緩衝層或其他層。非基板層i 2〇可 包含一發光區（或作用區），通常為一化合物半導體，例如
InGaN或AIInGaP或AlGaN。LED 11 〇可係矩形（包含方 形）、六邊形、圓形或具有另一幾何或不規則形狀。 LED 110安裝至一基台125。根據一個實施例，基台 可由具有高導熱性之一材料製成以分散及傳導由LED 110 產生之熱。可使用此項技術中已知或已開發之任何適合基 台。LED 110安置在由外殼135界定之一led空腔丨”中。 外殼135可係-較大外殼之-部分、安裝在基台125上之材 料層或圍繞LED 110定位之與基台125或其他層協作形成一 空腔之其他材才斗。舉例而t，根據一個實施例，材料135 可係安裝至基台125之一經模製塑膠層。 根據-個實施例，LED空腔13〇可具有平行於該咖之側 之筆直側壁（亦即，根據⑸之透視圖為垂直卜在其他實施 例中，㈣空腔U0之壁可係彎曲（例如，抛物線、多抛物 線或其他彎曲形狀）、模形或以其他方式定形以更佳地朝 上引導光，空腔130可填充有空氣、經模製聚石夕氧、 混合有磷光劑粒子之聚矽氧、經模製塑膠或其他囊封劑。 使用具有比LED 110高之一折射率之一材料可防止光因在 150356.doc 201126114 LED 11 0中之全内反射（「TIR」）而被捕獲於LED 11 〇中， 藉此允許更多光逃逸至LED空腔130中。 圍繞LED 110安置之一反射器140(見圖2)可朝向鏡片1〇5 反射光。在某些實施例中，反射器140可係一離散部件。 藉由舉例，但不具有限制性，該反射器可係Tefl〇n、 Teflon紙、擴散反射塑膠、銀鍍膜塑膠、白紙、丁丨〇2鑛膜 材料或其他反射材料。在另一實施例中，反射器14〇可藉 由選擇材料13 5或該囊封劑而形成。舉例而言，材料13 5可 係一白塑膠材料以使得壁固有地形成一擴散白反射器。在 另一實施例申，反射器140可藉由安置在LED空腔130中之 一囊封劑之表面張力形成。 在某些情況下’一 LED可僅將光洩露至該LED之某些部 刀之侧之外。舉例而&，在圖4之實施例中，基板11 5可包 3不透明側以使得LED 11 〇不自其基板115之該等側發射 光。因此，光學系統11〇可經構造以使反射器14〇僅圍繞 LED 11 0之光穿過其發射之側部分。 鏡片105可包含一入射面150以將光接收至鏡片1〇5之鏡 片本體107中。鏡片本體105係鏡片i〇5之主要部分，其負 貝將來自一入射面之光導引或分佈至一出射面。然而，應 注意，鏡片105可包含光在進入入射面15〇之前可橫穿之額 外層，例如緩衝層或保護層。根據一個實施例，入射面 150可平行於LED 110之主要發射平面（例如，圖2中平行於 面11 7之一平面）。在其他實施例中，該入射面可相對於該 LED之主要發射平面具有另一定向（例如，垂直）。一磷光 150356.doc -12- 201126114 劑層145可安置在透鏡105上透鏡本體1〇7之入射面與led 110之間。該磷光劑層可直接安置在入射面15〇上或安置在 填光劑層145與入射面150之間的一緩衝層上。磷光劑層 145中之磷光劑吸收較向能量、短波長光波且重新發射較 低能量、較長波長光。由磷光劑層145發射之光可穿過入 射面150進入鏡片本體1〇7。 根據一個實施例，磷光劑層145可包含鍍膜於鏡片本體 107之入射面150上之一接合材料（例如，聚氧矽）中之一磷 光劑粒子層。該等磷光劑粒子可包含任何適合大小的磷光 劑粒子，包含（但不限於）奈米磷光劑粒子、量子點或更小 或更大粒子且可包含一單個色彩或多個色彩磷光劑粒子。 在其他實施例中，磷光劑層145可由一個或多個緩衝層與 鏡片本體107之入射面150分離。在磷光劑層145之間亦可 存在耦合至鏡片本體107之額外材料層，以使得（舉例而言） 磷光劑層145夾在入射面150與一個或多個額外材料層之 間。材料及黏合劑可經選擇而具有使得在層邊界處不發生 損失或損失最小化之折射率。該磷光劑可使用此項技術中 已知或已開發之任何技術來安置，包含（但不限於）絲網印 刷、模板印刷、移動印刷、注射布著法或噴射。 可基於LED 110及磷光劑層145中之磷光劑粒子選擇系統 1〇〇所發射光之色彩。舉例而言，LED 110可係__uv led 且磷光劑層145可包含將UV光降頻轉換成紅色、綠色、藍 色、黃色或其他色彩光之磷光劑。在另一實例中， 11 〇可係一藍色LED且磷光劑層14 5可將藍光降頻轉換成一 150356.doc 13 201126114 所需色彩。反射器140可經選擇以反射由LED 110發射之色 彩光及來自磷光劑層145之經降頻轉換光。 鏡片105經定位以使得將填光劑層145維持在距lEd 11 〇 一距離處。鏡片105之位置可係藉由將鏡片ι〇5耦合至lEd 空腔1 3 0中之囊封劑或以其他方式相對於led 11 〇定位鏡片 1 05之一外殼來維持。若將鏡片1 〇5附接至一囊封劑，則可 使用具有等於或大於該囊封劑之折射率之一折射率之一黏 合劑來防止囊封劑/黏合劑邊界處之TIR。 鏡片105可充當一光導以將來自入射面15〇之光導引至出 射面155。可利用經定形側壁157處之TIR來將光導引至出 射面155之一鏡片105之實例闡述於下文及以下申請案中： 2006年1月5曰提出申請、Du〇ng等人的名稱為「
Device」之第60/75 6,845號美國臨時專利申請案及2〇〇7年】
月3曰提出申請、名稱為「Separate 〇ptical Device fW
Directing Light from an LED」之第 ii/649,0 18號美國專利 申請案，該等申請案中之每-者以引用方式完全併入本文 中。鏡片105可係一單獨光學裝置，其經設計以使得在可 能透過選擇出射面面積155、出射面155與入射面15〇之間 的距離及側壁157之設計達成之最小封裝設計中可將所有 光自出射面155抽取出（不計及菲涅爾（⑽㈣損失其他 實施^可經定形以具有不同大小或達成不同抽取效率。舉 例而言，根據一個實施例，鏡片1〇5可經組態以使得在入 口 15〇處進入鏡片本體1〇7之光之至少7〇%出射出出射面 155。亦可使用具有較低抽取效率之鏡片105。另外，鏡片 150356.doc •14· 201126114 105可經選擇以提供一均勻光分佈及以一所需半角發射 光。根據一個實施例’可如下文結合圖19A至19D所述選 擇鏡片105之形狀。亦可使用其他鏡片實施例，其包含（但 不限於）圓頂、菲涅爾、圓錐形、楔形或其他鏡片。根據 個貫施例，鏡片本體1 〇7可係具有一單個折射率之一固 體片材料。 在刼作中，LED 110產生可自表面u 7(見圖2)及側119(見 圖2)出射出LED 110之光。反射器14〇充當一重定向鏡片以 將自側119逃逸之光重定向至鏡片本體1〇7之入射表面 15〇。當光入射於磷光劑層145上時，磷光劑層145將該光
降頻轉換且將光發射至鏡片本體107中且向後發射至lED 空腔130中。反射器140可再次將LED空腔13〇中之光引導 至入射面150。鏡片本體107將自磷光劑層145進入入射面 150之光導引至出射面155。若鏡片本體1〇7以一所需半角 提供呈一均勻分佈之光，則不需要對額外鏡片之需要來定 形光束。因此，可藉助-單個鏡片達成色彩轉換及光束定 形0 一個考量事項係磷光劑在使用期間可加熱至大約15〇t 之一溫度。因此，鏡片本體107可由τ耐受此溫度下之連 續使用之—材料構造。在另—實施例+，能夠耐受高溫之 -矽或其他材料緩衝層可引入於磷光齊Ui45與鏡片1〇5之 入射面15G之間。儘管可使用較厚或較薄緩衝器，作一個 實施例可包含100至200微米厚之一石夕層。此可允許(舉例 而言）聚碳酸酯用於鏡片本體1〇7。 150356.doc 15 201126114 圖5及6(舉例而吕）係具有本體1〇7、一緩衝器⑽層及鱗 、，劑曰145之鏡片1 〇5之實施例之圖示。該緩衝層可係一適 合高溫材料，例如矽或可耐受選定磷光劑層145之作業溫 度之”他材料。在一個實施例中，緩衝器i 可附接至或 以其他方式耦合至鏡片本體1〇7之底部，或如圖7中所示， 所有或一部分緩衝器16〇可倚靠在形成在鏡片1〇5之入射面 處之一凹坑中。磷光劑層可作為緩衝層16〇上之一鍍膜安 置在鏡片105上。圖5及6亦圖解說明用於將鏡片1〇5附接至 LED空腔13〇中之一囊封劑（圖丨至4)之一黏合劑層。 本文中所述實施例由於磷光劑被移離LED 一距離而相對 於關於LED使用磷光劑之傳統系統提供一優點。由於磷光 劑位於鏡片之入口處，因此存在高耦合效率。另外，由於 史托克斯位移（Stoke’s shift)所致磷光劑之自加熱可由於熱 可透過鏡片140、外殼135及/或基台125之材料消散來減 小。由於鏡片105之入射面150處之低通量密度而亦可達成 幸父向碌光劑轉換效率。 磷光劑145與LED 110之間的距離可經最佳化以提供熱考 量事項與有效磷光劑封裝效率之間的一最佳平衡。儘管可 根據需要或所需使用任何間隙適合間隙大小，但—光學系 統之一個實施例在表面117(見圖2)與磷光劑層145之間具有 100至200微米之一間隙。 另外，本文中所述實施例達成靈活光學系統架構。由於 磷光劑鍍膜鏡片可係與LED晶片分離，因此其可結合各種 類型光學裝置使用，包含習用發光裝置。此外，相依 150356.doc • 16· 201126114 要LED 11〇可與各種不同鏡片類型—起使用。 鏡片1 〇5之某些實施例可腎宓 緊袷堆積成一陣列。根據一個 實施例’可形成一鏡片1 〇 5陳丨 1早列’其中每一鏡片105經選擇 以以一所需半角發射在近埸 〜你见~及遠場中具有一均勻分佈之 光。鏡片10 5可間隔開以伟經十^ # 用以便传在毗鄰鏡片105之所發射光之 間不存在可感覺間隙。由於來自每_鏡片1Q5之所發射光 係均勻且呈-所需半角’因此該陣列之光輸出將係呈所需 半角且具有均勾近％及遠場分佈，但覆蓋比由―單個鏡片 所發射光大之-面積。此為顯示器或燈具製造商提供一極 實務益處，此乃因不再需要額外光學元件來使來自使用礎 光劑之一 LED陣列之光轉變為一所需角度。 圖7係一經封裝陣列2〇〇之一個實施例之一圖示。在圖7 之實施例中，經封裝陣列2〇〇包括基台125、主外殼2〇5及 蓋210。基台125為LED提供機械支撐及電連接。基台材料 之實施例包含（但不限於）：具有散熱孔之低溫共燒陶瓷 (LTCC)、具有散熱孔之高溫共燒陶瓷（HTCC)、氧化鈹 (BeO)陶瓷、紹陶瓷、矽、氮化鋁（A1N)、金屬（Cu、八丨等） 及撓性電路。 主外殼205可由適合材料形成’其包含（但不限於）塑 膠、熱塑性塑膠及其他類型聚合材料。亦可使用複合材料 或其他工程材料。在某些實施例中’主外殼2〇5可藉由一 塑膠注入模製製造過程來形成。亦可使用各種模製過程及 其他類型製造過程。在某些實施例中’主外殼2〇5可係不 透明。在某些實施例中，主外殼205可係透明或半透明。 I50356.doc 17 201126114 主外殼205可接合或以其他方式搞合至—材料層2i5以圍繞 LED及鏡片完成外殼。在其他實施例中，該外殼可係由任 何數目層或片之適合材料形成，該材料在操作期間將不因 加熱而發生不可接受變形且可在使用、運輸或製造期間針 對預期接觸或衝擊保護led及鏡片。 . 在圖7之實施例中，經封裝陣列2〇〇係—4χ4陣列且每—4 . 個鏡片群組共享一蓋21〇。在其他實施例中，一單個蓋 可用於所有鏡片或每一鏡片可具有其自身蓋21〇。根據一 個實施例’蓋2U)可具有-充分厚度以防止在搬運經封裝 陣列200期間該等鏡片被損壞。 圖8係經封裝陣列200之一個實施例之—剖面視圖之一圖 示’其圖解說明主外殼205、鏡片1〇5、蓋21〇、led 11〇、 LED空腔13〇、外殼層215及基台125(為清晰起見僅在每一 者之實例上給予指示）。在圖8之實施例中，蓋2ι〇與鏡片 1〇5整合在一起以使得其等形成一單個鏡片組件。蓋可 與其他鏡片105整合在-起以使得一單個鏡片組件將具有 一蓋部分及多個鏡片部分。鏡片1〇5之本體1〇7及蓋21〇可 由一單片經模製塑膠、聚碳酸醋或其他材料製成。在其他 實施例中，蓋210可使用一黏合劑耦合至鏡片1〇5。蓋'21〇 亦可僅與鏡片1〇5接觸或可與鏡片1〇5分離一間隙。若鏡片 經設計以限制在一特定周圍介質（例如，空氣）中出射面 2之TIR，則任何耦合至該出射面之層或蓋可經選擇以使 得在添加該等層或蓋時不發生TIR。舉例而言，若在不存 在層/蓋時將不發生TIR，則蓋21〇及位於鏡片1〇5與蓋Η。 150356.doc •18· 201126114 之間的任何黏合劑或其他層可具有經選擇以使得其等不在 鏡片1〇5之出射面處致使TIR之折射率。在其他實施例中， 鏡片本體107之形狀可經選擇以計及至蓋21 〇中之過渡區。 蓋210可係一光學透明材料，例如一塑膠、玻璃、複合 材料或其他材料且可包含一個或多個層。另外，蓋21〇可 包含用以執行關於出射出鏡片1〇5之光之光子轉換（例如， 一額外填光劑層）、濾波或其他功能之材料層。 主外殼205形成經定大小以配合鏡片105之一鏡片空腔 220 °鏡片空腔220之側壁225可經彎曲以匹配或近似鏡片 1 05之側壁形狀以使得鏡片空腔22〇之大小在接近於對應 LED空腔130處較小且在自LED空腔130之遠端處較大。在 其他實施例中，側壁225可係垂直筆直（自圖8之透視圖）或 可係模形。側壁225可包含反射鍍膜或其他鍍膜以將任何 自鏡片105之側洩露之光反射至蓋2〇5之出口。在另一實施 例中’主外殼205可由白塑膠或其他色彩材料形成以使得 側壁225形成反射器。 根據一個實施例，鏡片空腔220可經定大小以使得在鏡 片本體107之側壁與鏡片空腔22〇之側壁225之間存在一間 隙以維護鏡片本體107中之TIR。該間隙之大小可係值定或 可自鏡片空腔220之基底進一步增加或降低。該間隙可填 充有空氣或其他材料。較佳地’該材料具有與鏡片1〇5之 本體107相同或比其低之折射率。在其他實施例中，側壁 225可接觸鏡片本體107之彼等側壁且充當鏡片本體1〇7中 之光之一反射器。 150356.doc -19- 201126114 主外殼205可包含一肩部230，蓋210之凸耳235安置在其 上。可使用一黏合劑、機械扣件或其他適合緊固機構將蓋 210耦合至主外殼2〇5。在其他實施例中’一次級結構（例 如一夾緊結構）可維持蓋210頂在主外殼205上。 根據一個實施例，藉由將蓋210耦合至主外殼2〇5，將鏡 片105保持在鏡片空腔22〇中一所需位置中。在此情況下， 鏡片105可不需要至蓋2〇5之額外附接。在其他實施例中， 鏡片105之一部分可附接至或以其他方式耦合至鏡片空腔 220之基底處之一肩部24〇或鏡片1〇5之其他部分可耦合至 主外殼205。 主外殼205與基台125及外殼層215協作界定LED空腔130 之一部分或全部《儘管顯示LED空腔130具有垂直侧壁， 但LED空腔130可具有楔形、彎曲或以其他方式定形之側 壁以充當一重定向器鏡片。至LED空腔13〇之開口可具有 與LED 110相同之形狀且與LED 11〇旋轉對準或可具有另 一形狀或對準。 Θ光劑層可經安置接近於入射面丨5 〇以使得出射出 LED空腔130之光將入射於該磷光劑層上。該磷光劑層在 光進入鏡月本體107之前將該光降頻轉換。該經降頻轉換 光經導引穿過鏡片105且出射出蓋21〇。鏡片本體1〇7之入 射面15 0可與至L E D空腔i 3 〇之開口形狀相同且與該開口旋 轉對準或可具有另一形狀或對準。 圖9係一LED空腔130之一個實施例之一剖面圖之一圖 示。基台125形成該空腔之基底，同時該等側壁係由主外 150356.doc •20· 201126114
殼205及層21 5形成。根據一個實施例，LED 110之一部分 可延伸至LED空腔130之由主外殼205界定之部分中。舉例 而s ’包含LED之作用區之非基板層120可延伸至此開口 • 中或在一覆晶設計中，基板11 5可延伸至此部分中。LED 空腔13 0在較靠近基台125處可變得較大以容納電連接或另 外圍繞LED 110提供空間。儘管顯示基台125、層215及主 外殼205之部分，但經封裝陣列200可包含額外界定空腔 130之層。 圖10係經封裝陣列200在移除主外殼205之情形下之一圖 示。在圖ίο中可注意可將至鏡片本體107之入射面15〇維持 在遠離對應LED 11 〇 —距離處。因此，安置在入射面或該 入射面附近之任何磷光劑亦將與Led 11〇分離。 圖11係具有形成針對每一LED 110之單獨LED空腔13〇之 層215及基台125之經封裝陣列200之一部分之一個實施例 之一圖示。在圖11之實施例中，儘管LED空腔130具有筆 直垂直側壁，但LED空腔13〇可具有彎曲、概形或以其他 方式定形之側壁且可充當一反射器。由層215界定之led 空腔130之面積可比由主外殼2〇5界定之面積大以容納電連 接或另外圍繞LED 11〇提供空間。在其他實施例中，該空 八有均勻大小或隨著其接近鏡片10 5而變寬。空腔 130可完全或部分地填充有—囊封劑、空氣、料氧「黏 性物」或其他填充劑材料。層215可附接或以其他方式搞 合至基台125。 圖12係安裝在基台125上之LED 11〇之—個實施例之一圖 150356.doc •21 - 201126114 示。如圖12中所圖解說明’基台125可為LED u〇提供支撐 且提供電連接250。可使用適合金屬或其他導體提供電連 接。儘管圖解說明一特定圖案及類型電連接，但可提供至 LED 11 〇及基台125之任何適合電連接。 圖13係界定經定大小以配合鏡片1〇5之鏡片空腔22〇之主 外设205之一個實施例之一圖示。鏡片空腔22〇自至led空 腔130之一開口 260延伸至一第二開口 265。根據一個實施 例，該等開口之大小可具有與鏡片之出射面對入射面之大 小比率相同之一比率。在另一實施例中，開口 26〇可大約 與至鏡片105之入射面之大小相同，而開口 165大於該出射 面。側壁225可係f曲、楔形、垂直或具有另一選定形 狀。一肩部23 0提供蓋210可耦合至其之一表面。 在圖13之實施例中，主外殼2〇5形成一 4χ4陣列。然而， 主外殼205可容納較大或較小陣列或一單個光學系統。另 外，主外殼205可經定形來以一緊密堆積陣列容納圓形、 六邊形或其他形狀鏡片105。 圖8至13提供一經封裝LED之一實例性實施例。然而， 如上文所論述，可存在外殼或經封裝陣列中之其他部件之 額外部分。舉例而言，圖14之實施例類似於圖8之實施 例’但還圖解說明層255。收容LED 110之空腔之一部分可 係由層255而非主外殼205形成。在此情丨兄下，主外殼2〇5 可界定具有延伸至層255之側壁之鏡片空腔22〇。另一方 面外知·層255及215界定LED空腔13〇。層215及255可包 含任何適合材料，包含塑膠或其他材料。層255可自層215 150356.doc -22· 201126114 嵌入以形成主外殼205可接合至其之一凸耳。使用層215及 255可藉由提供藉以對準主外殼2〇5之一機構而易於可製造 性。圖15係一經封裝陣列200在移除鏡片1〇5及蓋21〇之情 形下之一部分之一個實施例之—圖示，其圖解說明層255 可界定LED空腔1 3 〇之一部分且提供至LED空腔} 3 〇之一開 α 〇 圖16係一鏡片組件275之一圖示，其包括形成鏡片1〇5之 鏡片本體107之具有經定形側壁之若干部分及充當蓋21〇之 不具有經定形側壁之一部分。經定形及未經定形部分可係 一單片材料。每一鏡片1〇5可係經選擇以發射一所需色彩 光之一磷光劑鍍膜鏡片。若在一系統中使用多於一個磷光 劑鏡片，則可使用多個類型之磷光劑來達成所需色彩温度 及CRI。舉例而言，可結合一藍色泵浦使用三個黃色磷光 劑鏡片及一個紅色磷光劑鏡片來獲得暖白光。由於四個磷 光劑鏡片中之每一者可發射至相同遠場分佈，因此色彩將 經歷疊加且將不褪色或產生環樣效應。作為另一實例，在 所顯示2x2鏡片陣列中，每一鏡片可經選擇以發射紅色、 綠色或藍色光。來自鏡片105之光可組合在一起以形成白 光。在另一實施例中，每一組件275可發射一單個色彩 光。舉例而言，在圖7中所示之一4χ4陣列中，可使用四個 鏡片組件275。一個鏡片組件275可發射藍色光，—個組件 275可發射紅色光且兩個組件275可發射綠色光以使得該陣 列整體地充當一白光源。一鏡片組件275可包含任何數目 個鏡片105。 150356.doc -23- 201126114 如下文所論述，鏡片105可組態有鏡片本體1〇7，該鏡片 本體經定形以使輻射率守恆（或在一可接受使輻射率守恆 百分比内）、控制光之發射角度及發射具有一均勻或其他 所需分佈之光。根據一個實施例，鏡片j 〇5可經密堆積以 使得毗鄰出射面之間不存在間隔或存在最小間隔。只要鏡 片105足夠緊密堆積，則在由鏡片1〇5發射之光之間將不存 在間隙。因此，由陣列200發射之光整體地將在所需半角 内且看起來為均勻而不具有黑斑或幻影。 再參照圖1’圖1圖解說明具有一鏡片本體107之一鏡片 105之一實施例，該鏡片本體具有一入射面15〇、一出射面 155及側壁157。根據一個實施例，可在磷光劑層145將均 勻地發射至入射面150中之假設下構造鏡片105。為使輕射 率寸恆以使得穿過入射面15〇進入鏡片本體1〇7之所有光可 透過出射面155抽取’出射面155之面積係根據光展量等式 選擇以使得： [EQN. 1] η^ΑχΩ.λ 其中Ω1 =穿過入射面150進入之有效立體角；卩2=光離開出 射面155之有效立體角；A1 =入射面150之面積；a2=出射面 155之面積；n]=鏡片本體之材料之折射率；且n2=在鏡 片本體107之出射面155外部之物質（例如，空氣或其他介 質）之折射率。在另一實施例中’可假設A丨係鱗光劑層之 大小且該磷光劑層充當彼面積上方之一均勻發射器。 存在用於確定有效立體角之各種模型，包含彼等闡述於 150356.doc • 24· 201126114 以下申請案中之模型：謂年!…日提出申請Du—等 的名稱為 LED System and Method」之第 11/9〇6194號 美國專利中請案、i日提出中請、Du()ng等人的 名稱為「LED System and Method」之第 11/9〇6,219號美國 專利申請案及2007年…日提出申請、名稱為「s—她 Optical Device f0r Directing Light fr〇m 抓 led」之第 11/649,01 8號美國專利申請案，該等申請案中之每一者之 全部以引用方式併入本文中。較佳地，出射面155之面積 在使輻射率守恆所必須之最小面積之3〇%内（略高或略 低）。 出射面155與入射面150之間的距離可經選擇以使得所有 具有自入射面150至出射面155之一筆直透射路徑之射線以 小於或等於出射面155處之臨界角之角入射於出射面155上 以防止在出射面155處發生TIR〇根據一個實施例，該最小 距離可係基於一極限射線選擇。該極限射線係自入射面 150至出射面155行進最遠直線距離之一射線。對於方形或 矩形面150及155而言，該極限射線將係自入射面“ο之一 隅角行進至出射面155之相對隅角之一射線。較佳地，入 射面155與出射面155之間的距離在此最小距離之3〇%内， 但亦可使用較小距離。 另外，可疋形側壁15 7。廣義來講，側壁形狀經確定以 使知入射於一側壁上之任何射線被反射至出射面15 5且以 臨界角或更小角入射於出射面！ 55上（亦即，以使得不存在 因出射面155處之全反射而產生之損失）。儘管在一個實施 150356.doc •25- 201126114 例t該等側壁經定形以使得撞到該等側部之内表面之所有 射線經歷全内反射以到達出射面1 5 5且以臨界角或更小角 入射於出射面155上，但可使用允許某些損失之其他側壁 形狀。 圖17A係用於確定側壁形狀之一鏡片模型3〇5之一剖面之 一圖示。侧壁形狀可使用電腦輔助設計來確定。可在一電 腦輔助設計套件中形成側壁之一模型且模擬運行以確定— 適當之側壁形狀。 根據一個實施例，可將每一側壁劃分成11個小面，其中 每一小面係一平坦區段。舉例而言，模型側壁37〇由以個 平坦小面372a至372〇而非一連續曲面形成。可反覆調整每 一小面之變量且分析所得分佈輪廓直至如下文所述達成— 滿意輪廓為止。儘管使用15個小面之實例，但可將每一側 壁劃分成任何數目個小面，包含2〇或更多個小面。 可關於在-鏡片内反射某一子組射線來分析每一小面。 此所關注區域可界定為—「角距」。一個小面之角距可按 照自：預界定點發出之射線之角度來界定。較佳地，所選 定點係將給出具有在該小面上之最高人射角之射線之點， 此乃因此等射線最不可能在該小面處經歷。舉例而 言，在具有一方形形狀之入射區域之一鏡片中，此將係入 口之相對邊緣上之—點。 根據㈤實施例，對於一選定、&及高度，可確定將 入射於既疋側壁（例如，側壁37〇)上而先前不由另一側壁 反射之任何射線之角度之最大者⑺。在此實例中，自點 150356.doc •26· 201126114 378發出之射線376建立針對側壁37〇之最大角374。若最大 角374係48度且針對側壁370存在15個小面，則每一小面 (饭6又角距之一平均分佈）將對應於角度374之一 3 2度帶（例 如’ 一第一小面將係自點378發出之具有〇至3.2度之一角 度17之射線入射於其上之區域、第二小面將係自點378發 出374之具有3.2至6 4度之一角度95之射線入射於其上之區 域且依此類推）。 子於母小面，5亥小面之出射角、小面大小、傾斜角或 其他參數可經設定以使得入射於該小面上之所有射線皆經 歷TIR且被反射至出射表面355以使得其等以小於或等於臨 界角之一入射角入射於出射表面355上。較佳地，該等側 壁亦經定形以使得在一剖面視圖中觀看到之一射線僅撞擊 一側壁一次。然而，可存在自一側壁之離開該區段之平面 之額外反射。對於一全3D分析而言，在一隅角附近衝撞一 第側壁之一射線可接著反彈越至毗鄰該第一側壁之一第 :側壁且自彼處至，m出射面。可執行曲線擬合或其他數值 刀析末產生最佳擬合所需小面之一彎曲側壁形狀，
可建立一模擬偵測器平面
人滿意之強度輪廓、出 出射率輪廓或其他光輸出輪廓為止 150356.doc •27· 201126114 可分析額外偵測器平面以確保近場及遠場圖案兩者係令人 滿意的。另一選擇為，可使用小面而非彎曲表面來執行模 擬且在達成一所需光輸出輪廓之後確定表面曲面。在又一 實施例中，該等側壁可保持為分有小面的且不產生曲面。 根據另一實施例，側壁形狀可係基於多個抛物線而選 擇，其中每一平坦小面表示一拋物線之一部分之一線性近 似。舉例而言，圖17B係一經模型化鏡片3〇5之一部分之一 圖不。在圖17B中，繪示一假定射線384，其自一拋物線 388之焦點386發出且與側壁37〇相交以使得其因TIR經反射 離開側壁370且橫穿鏡片3〇5而以小於臨界角之一出射角 390與出射平面355相交進而出射出鏡片3〇5進入空氣或其 他"質中。如可自圖17B看出，在自鏡片3〇5至空氣之過渡 區處，射線384如斯涅耳定律（SneU，s iaw)所述彎折。由於 可根據一抛物線確定該側壁之正切點且因為入射及經反射 離開該側壁之射線在同—介質中，該射線將平行於該抛物 線之光軸。因此，光以一半角392投射。界定側壁37〇之形 狀之角距396可經調整以使得該假㈣線反射離開側壁 370以便射線384以-所需出射角39()橫穿出射面州或以一 所需半角392投射光。 在-個實施例中，當製造一側壁或計算一侧壁之角距 時’朝向該側壁之基底(亦即，較靠近構光劑層)可使用較 精細弦’此乃因在該基底附近弦對反射之效應係更大或更 尖銳，且因此較精細弦達成具有較佳tir特性之一側壁， 而距該基底越遠處（其中弦之效應較小），料弦可係越粗 150356.doc •28- 201126114 糙。因此，一側壁之小面朝向一鏡片本體1〇7之基底在數 值上可係較大。在一個實施例中，一側壁可具有2 〇或更多 個小面，其中較精細小面在該側壁之基底處，其中該等小 面近似一個或多個弦。 一小面可係一抛物線388之一部分之一線性近似。可調 整拋物線388之參數直至該部分達成將入射於該部分上之 所有射線反射至出射面355以使得該等射線具有小於臨界 角之一出射角390之所需目標。每一小面可自具有不同參 數之一抛物線而形成。因此’針對一個角距之一小面可係 基於一抛物線而另一小面係基於另一拋物線。舉例而言， 一 20個小面之側壁可係基於2〇個不同抛物線。 圖17C繪示可用來藉由規定角距設計圖形51〇中所示之一 側壁形狀之一試算表500。投射半角攔550含有對應於圖4B 之投射半角450之複數個角度。出射角攔54〇a(以弧度計）及 540b(以度計）含有對應於圖17B之出射角392之複數個出射 角。更特定而言，欄540a中之所有或一子組角度可係小於 臨界角之角度以使得以彼等角度與出射面相交之光射線橫 穿出射面，從而出射出經定形裝置。欄54〇a&54〇b可用來 產生抛物線焦點攔560，其含有界定不同抛物線之複數個 焦點。角距攔5 6 5含有複數個角度（以弧度計），該等角度界 疋可結合抛物線焦點搁5 6 0使用以界定一側壁之形狀使得 一射線反射離開該側壁而以小於臨界角出射出出射面之一 角距極限。使用抛物線焦點攔560及角距欄565中所含有之 值，可產生Θ攔570及半徑攔575，其中攔570及575中之對 150356.doc -29- 201126114 應值對應於該角距之一所需抛物線上之點。Θ欄570及半徑 欄575又可用於產生一側壁上近似該角距之抛物線之點之 笛卡兒座標（例如，座標變換欄577)。 舉例而言，一使用者可規定經定形裝置之入射面之大小 (在此情況下為經標記LED大小）及材料索引。該大小可對 應於入射面之大小或填光劑層之發射大小。使用一大小為 1且一折射率為1.77之一假定實例，可如下完成螢幕500中 之一列。該使用者可在欄550中規定在空氣中（假設空氣係 該鏡片將操作於其中之介質）之一出射角。在第一列之實例 中，該使用者已選擇55.3792度。鏡片中之出射角可計算為 sin(55.3792/i80*Ti5h.77 或.4649323 弧度，欄 540a。欄 540b可計算 為asin(.4649323)/Tt*180=27.2058407。該抛物:線之焦點可計 算為 1(大小）/2*(1 + cos(tc/2-27.2058407/180*ti_)) = .732466。 角距攔565可係基於下一欄（其表示一特定小面之相對大小） 中之數值計算為（90-27.7058047)/20 = 3.114708。Θ欄 570 可 使用選定小面數目（在此實例中，為20)來計算。舉例而 言，在第一列中，Θ計算為（90 27.7058407) + 3,1 14708*20 = 124.5883。針對該第一小面之抛物線之半徑（欄575)可計算為 2*.732466/(l+cos(124.5883/180*π))。針對第一列，座標變換 欄 577 之内容可計算如下：x=-3.3885*cos(124.5883/180*π)= 1.923573 ； y=-3.3 885*sin(124.5 883/180*Tt)=2.789594, X=l.923573 *cos(27.7058407/180*?c)+2.789594*sin(27.705 8 407/180*π) ; Y=2.789594* cos(27.7058407/180*t〇-1.923573* sin(27.7058407/180*Ti)-l(大小）/2 = 1.075452 且 Υ'=-Υ。接 150356.doc -30- 201126114 著’ X、Y座標可用作Excel中之一形狀擬合圖表之資料輪 入點。舉例而言’圖形5 10係基於X及γ攔中之資料點（其中 Y欄值用作圖形510中X軸座標且X攔值用作y軸座標）。除了 X及Y值之外，可設定一開始值（例如，5及〇)。可將來自 圖形510之形狀鍵入一光學設計套件中且模擬運行。若— 模擬係不令人滿意的，則該使用者可調整試算表5〇〇中之 值直至達成一令人滿意輪廟為止。 當達成一令人滿意效率及強度輪廓時，可形成具有所規 定參數之一單獨光學裝置❶此一鏡片本體1〇7之一實例顯 示於圖17D中’圖17D提供具有側壁之鏡片本體ι〇7之—個 實施例之一圖示，該等側壁經定形以致使TIR以使得射線 自該等側壁反射至出射表面。在此實施例中，每一側壁之 形狀係由各種小面界定之多個經定形表面之一疊加。儘管 執行一曲線擬合以求易於製造，但其他實施例可保留分有 小面之側壁。 在上文實例中，出於定形一鏡片之目的，假設光之出射 平面係鏡片之出射面。然而，如圖丨6之實施例中所示，經 疋形鏡片105之出射平面可係自經定形部分進入另一部分 (例如蓋210)中之過渡區。若蓋2丨〇係與經定形部分相同之 材料或具有與其相同之折射率，則該出射平面可係鏡片本 體107之經定形部分與蓋21〇之間的過渡區。舉例而言，圖 18圖解說明作為一經整合鏡片105之具有一經定形鏡片本 體107及蓋210之一鏡片1 〇5。儘管光將穿過蓋210出射出鏡 片組件’但經定形鏡片本體107與蓋210之間的過渡區400 150356.doc •31- 201126114 可充當如上文所述用於確定鏡片1〇5之形狀之「 若蓋210具有與鏡片本體1〇7相同之折射率，則在定形面鏡: 105中所使用之臨界角將與在過渡區伽曝露於外部介質時 相同’此乃因若Μ小於或等於臨界角之角橫穿^度區 400’則其亦將以小於或等於該臨界角之角人射於表面404 上。若蓋210之折射率較低(或蓋210與鏡片本體107之間的 任何黏合劑或其他層），則出射面處之臨界角將係基於該 較低折射率之臨界角。 可針對單獨光學裝置確定各種邊界條件，特定而言出射 表面155之面積，以便可使亮度守恆。出射表面155之最小 面積可根據上文EQN. 1確定，其依賴於各種有效立體角。 通常，有效光立體角係基於自，源導出之等式來確定，該等 源作為朗伯發射器輻射，但其等被視為點，此乃因所關注 距離比源之大小大得多。一朗伯源之所觀察到的輻射強度 (通量/球面度）按照與該源之法向所成角度之餘弦隨著該角 度變化。此發生係由於儘管該輻射率（通量/球面度/m2)沿 所有方向保持相同’但當觀察角度增加至9〇度時，該源之 有效面積降低至零。在一全半球上方整合此效應產生等於 π球面度之一投射立體角值。 轉至圖19，假設既定半徑（R)之一球63〇圍繞點源632(在 此貫例中’點源632近似在一相當遠距離處之一朗伯源）。 該球之一半球之投射面積為πΚ2且該全球之投射面積為 2tiR2。此模型可用於設計鏡片，此乃因可將磷光劑模型化 為一朗伯發射器以使得自介面（該介面上之一既定點）上方 150356.doc •32- 201126114 居中之-假定半球上之任何點將具有相同輻射率。可使用 圓634之半;^(rc)將面積A〕計算為爲平圓形表面（例如， 表面636) ’該表面係所關注光束立體角所對之表面，半徑 ㈤係自法向射線至球形表面之交點之距離。對於光束之 -既定半角637 Θ’ RjR(該球之半徑)與角度❹之正弦之 積，以使得 [EQN. 2]
Rc=R*Sin(0) 該面積等於： 一 — [EQN. 3 Α] 面積A3係該立體角在其與該球相交時的投射面積。兀面積
As用該半球之投射面積（Ah=7tR2)相除且商與全半球之投射 立體角（等於τ〇相乘以獲得投射立體角卩，以使得： Ω=π{所需立體角之投射面積}/(半球之投射面積）[eqn坰 [EQN. 3C] [EQN. 4] Θ為90度，此導致一 Ω=(π)*[{π(Κ*δΐη(θ))2}/(πΚ2)] =7t*Sin2(e) 對於圖1之入射面丨5〇，舉例而言 投射立體角為π%ίη2(9〇)，且對於所需半角為3〇度而言 投射立體角為π*δίη2(3〇)。使用此等值用於eqn」之仏及 Ω2 ’可針對任何半角確定八2。 社上又貫例中 ' 一 |頂〇明T、^ 朗伯源導出之等式確定。此等等式沒有考量光可穿過7 方形、矩形、圓形、卵形或以其他方式定形之一介面无 一鏡片本體107之事實。儘管上述方法可給出對立體# 一良好估計，且必要時可在隨後基於經驗或電腦模擬$ 150356.doc -33- 201126114 進行調整，但亦可使用確定有效立體角之其他方法。 圖20A至20E闡述用於確定一鏡片之有效立體角之另一 方法。圖2()錢、-鏡片之—人射面75()及—出射面⑸及 光投射在其上之一假定目標平面7 5 6之一個實施例之一圖 不。圖20A圖解說明一有效源原點752、中心法線及有 效輸出原點754之一位置之實例。出於進一步論述之目 的’假設介面750之中心在一笛卡爾座標系統中之〇,〇,〇 處。目標平面756表示所得圖案之參數（例如由其他光學元 件使用之大小及半角）。根據一個實施例，對角線處之半 角（圖20B中顯示為αι)為起點。舉例而言，若目標平面756 處之所需光具有30度之一最大半角，則針對一方形或矩形 面之單獨光學裝置之…為“度。則可根據以下等式確定單 獨光4裝置内之半角（標記為β〗且亦顯示於圖2〇c中）： n2Sin(ai)=niSin(Pl) [EQN. 5] 其中η丨係鏡片760之IOR ; η2係光自鏡片760投射至其中之材料（通常為空氣）之 IOR ； αι係出射面處在鏡片760外部之介質中之半角； βι係鏡片760之所需半角。 舉例而言’若所需半角（^為儿度，且具有1 5之一 I〇R之 一鏡片正投射於具有1之一IOR之空氣中，則0丨=19.47度。 可針對自入射表面150之長側及短側上之一點投射之一射 線執行一類似計算。舉例而言，如圖22B及22C中所示， 可針對自入射表面450上之一個邊之中心行進至出射表面 150356.doc •34- 201126114 755之相對邊之中心之一射線確定w及p2。（臨界角同樣為 19.47 ’但βι不與β2相同。β2係由光學裝置之側及高度之幾 何形狀破定。） 使用所計算角度，可確定一有效點源757之位置。對於長 度為li之一方形入射面450 ’有效點源將位於χ=〇、γ=〇及 '[EQN. 6] 其中Zeps係該有效點源自該LED之發射表面位移之距離。 可根據以下等式，假設F丨與單位半徑之一球相交來計算 自有效點源75 7至點F!及F2之X、Y及Z距離： XFi=cos(v，)sin(p]) [EQN. 7]
Yfi= sin(y,)sin(P,) [EQN. 8] ZFi= cos(P，) [EQN. 9]
Xf2=cos(V2) [EQN. 10] YF2= sin(p2) [EQN. 11] ZF2= cos(p2) [EQN. 12] 其中對於自平行於圖20C中所示之X軸之一側之中間投射 之一射線，ψ!係X-Y平面中對角射線之角度（對於_方向而 言為45度）且其中ψ2=90度。可使用基於先前所計算之幾何 形狀之一類似方法確定其他點（例如，點Tl及丁2之位置可 係基於點Fi&F2之位置及光在目標平面756處之所需半角 來確定）。 圖20D圖解說明對角射線及自短側投射至出射面755之一 球759及目標平面756之球761上之一條射線》對於出射面 150356.doc -35- 201126114 755 ’球759處邊射線之交點至出射面755之平面上之投射 形成擴圓形段。同樣，目標面之邊處之經繞射出射射線之 投射與球761相交。舉例而言，圖2〇E指出位於由目標面 756之邊763與球761相交形成之平面中之射線之圓形交 點，及彼父點至目標平面756上之投射。藉由計算囱繞目 標面之方形之橢圓形段中之每一者之面積及將其加至目標 面之面積，發現可使用Eqn 3B針對目標平面確定該目標 面之總投射面積、有效立體角。類似地，藉由使用球159 及藉助射線形成於其上之橢圓形段，可確定該光學裝置之 有效立體角。舉例而言，如上文所述確定總投射面積且將 其作為「所需立體角之投射面積」插入等式33中。 作為-個說明性實例’針對一3〇度半角使用上述方法以 使-方形LED及輸出面產生_G 552球面度之有效立體角至 空氣中之目標。與之相比，使用具有一 3〇度半角之傳統圓 形投射面積將產生〇_785球面度之一有效立體角。當接著 將此等值用在EQUATION】中時，對於既定職及通量， 傳統（圓形）計算產生大小不^約鳩之_所需出射面積。 若欲使用此方法設計一系統，則應用物理學（輕射率之守 怪）將相比於最佳設計減少光輸出達3()%。相反地，使用上 文所述經校正的有效立體角計算一出射面面積將產生比可 藉助圓形計算達成之光輸出多42%之光輪出。 —儘管上文蘭述針對-單獨光學裝置確定有效立體角之特 疋方法’但可使用此項技術中已知或開發出之任何方法。 另一選擇為’使亮度守恆之最小表面面積可根據經驗確 150356.doc -36- 201126114 疋。而且，儘管上文最小表面面積計算假設單獨光學裝置 之發射入射面之丨00%接收光，但磷光劑層可安置在入射 表面之一部分上方以使得使用一較小入射表面面積。出射 平面之取小面積之計算可經調整以計及接收光之實際面 積。亦即，可使用磷光劑層之實際面積作為Αι。 鏡片本體107可使用上文所述模型化來最佳化以與入射 面處作為一均勻發射器之一磷光劑層145 —起使用。根據 本文中所述實施例之鏡片可將光投射至1〇至6〇度之一所需 錐角中，其中鏡片本體中一理論效率高達96%(此意指自磷 光劑接收之光之96%係以所需半角發射，其中菲涅爾損失 為4%)。效率可係1〇〇%而不具有菲涅爾損失。 鏡片之實施例可經定形以在一小封裝大小中達成最佳效 率。在其他實施例中，鏡片可經定形以達成較低效率，同 時仍提供相對於傳統系統之優點。舉例而言，在一個實施 例中，一鏡片可經定形而具有一出射面，該出射面係對於 使針對自出射平面發射之光之一選定半角進入入射面之光 之輻射率守恆所必須之大小之至少7〇%。該等側壁可具有 使得具有自入射面至出射平面之一筆直透射路徑之光之至 少一大部分以小於或等於臨界角之角入射於出射平面上之 形狀。即使在僅60%或70%之效㈣，此一實施例亦提供 比諸多其他技術高之效率，同時亦在近場及遠場兩者處產 生均勻或近均勻強度分佈（或其他受控制分佈）。 鏡片105可經構造以發射呈具有一急劇或柔和令止（亦 即，過渡區）之一均勻分佈圖案之光。使用發射具有一 150356.doc • 37- 201126114 度半角之光之一鏡片之一實例，在一個實施例中，該鏡片 可經定形以使得均勻光輪廓延伸遍及整個30度且急劇地中 止。在另一實施例中，鏡片可經定形以產生在25度半角中 係均勻但在25度與30度之間逐漸停止之一輪廓。在一個此 實施例中，出射面之大小可經選擇以針對3〇度半角使輻射 率守怪且該等側壁經定形以以25度半角形成一均勻分佈輪 廊。在某些情況下’鏡片105之高度可製作得較短以允許 某些光自側壁逃逸至30度半角中。藉由舉例，但不具限制 性’鏡片幾何形狀可經選擇以以30度半角發射9〇0/〇呈一均 勻輪廓之光且發射在剩餘區域中之其他丨〇 %。產生具有較 柔和邊緣而非一急劇中止之一光輪廓之鏡片可藉助係上文 所論述最小高度之30%之一高度來製造且仍達成大於7〇% 之抽取效率。 鏡片105亦可經定形以將一百分比之光投射至一選定光 束角度中’同時允許其他光自側壁逃逸或落在選定角外 部。舉例而言，鏡片可經構造以使得40〇/〇或更多自鏡片發 射之光落在一選定全光束角度内。藉由舉例，但不具限制 性，鏡片105可經構造以使得大於50%(在某些實施例中包 含大於90%)之由鏡片發射之光落在1〇度（5度半角）之一全 光束角度内。 在上文實施例中，鏡片與LED分離一間隙。在其他實施 例中，一鏡片可接合至或以其他方式耦合至該LED。圖21 係包含一鏡片105及一LED 110之一光學系統9〇〇之一個實 施例之一圖示。儘管圖解說明一單個led 110，但多個 150356.doc •38- 201126114 LED可與一單個鏡片i〇5—起使用。鏡片1〇5可係一單獨光 學裝置，其經定形以以一所需半角發射一均勻分佈光同時 使輻射率守恆（或具有其他所需光抽取效率）^圖2丨繪示鏡 片105耦合至LED 110之主要出射面。在其他實施例中，鏡 片105亦可在側面上完全或部分圍繞led 11 〇。 鏡片105可使用一摩擦配合、光膠或其他糕合機構（不論 係機械、化學或其他類型）搞合至LED 11 〇。較佳地，在圖 21之實施例中’鏡片1〇5係由一單片經模製電介質光透射 材料形成’該材料具有為「η」之一單個折射率 (i〇R」）’例如光學透明聚碎氧或丙烤酸，但亦可使用 其他材料。此外，鏡片105之IOR較佳地在[ED 110之基板 之IOR之20。/。内（且理想地’單獨鏡片1〇5之1〇尺等於或大於 該基板之IOR)。 圖22係將磷光劑添加至一光學系統之一個實施例之一圖 示。圖22亦圖解說明鏡片105可在側面上圍繞lED, u〇。根 一附接裝置902或 據一個實施例，如圖22中所圖解說明 封裝可用於將鏡片105固定至基台903，即一電路板或其他 結構。LED 110或鏡片105之入射面可在led 11 〇與鏡片 1〇5之間鐘膜有麟光劑粒子904。一通道906可用於在鏡片 105與LED 110之間引入磷光劑層904及光學黏合劑。在另 一實施例中，鏡片105不具有通道9〇6且磷光劑層9〇4可在 將單獨鏡片105搞合至LED 110之前施加。根據個實施 例，磷光劑層904可包含填有磷光劑粒子之一光學接合材 料。 150356.doc -39· 201126114 因此’磷光劑可以多個配置安置在一 LED與一鏡片之入 射面之間。來自該led之光由該磷光劑降頻轉換。鏡片 105可以一所需半角發射具有一均勻輪廓之光。鏡片1〇5之 此能力允許形成呈一所需半角具有一均勻輪廓之led陣 列。此具有在一場上提供色彩及照度均勻性之益處。圖案 之均勻性允許來自多個鏡片之光重疊（疊合）以使得一目標 區域上任何一個點處之光皆係所有單元之一摻合。 圖2；3a係具有LED 110及鏡片1〇5之一光學單元905之一實 施例之一圖示。來自LED i 1〇之光可由或可未由磷光劑降 頻轉換。若使用碟光劑’則可將磷光劑鍍膜安置在鏡片 105上、LED 11〇上或以其他方式安置在lED 11〇與至鏡片 1 05之本體之入口之間。儘管僅圖解說明一個[ED，但多 個LED可與一單個鏡片105 一起使用。鏡片1〇5可經構造以 發射呈具有一急劇或柔和中止角之一均勻分佈圖案。在圖 23a之實例中，鏡片1〇5在3〇度半角處具有一急劇中止。 圖23b係單元905之照明圖案之一圖示，其中一目標表面 907位於與單元9〇5之大小相比為一相當遠距離處（在此實 例中大，.勺20.1)。在為鏡片出射面之大小2〇倍之一距離處， 所照壳場尺寸將係出射面之2〇sl!2*tan(3〇)=23倍一樣寬。在 此距離處，圖案係均勻且具有良好界定之邊緣。 當緊跟第一單元放置另一單元時，其將具有與該第一單 元相同之％大小（假設類似幾何形狀卜但該場將僅位移達 該鏡片出射面之寬度（假設該等鏡片係密堆積以使得在毗 鄰鏡片之間存在極小距離或不存在距離此情形之效應 150356.doc •40- 201126114 係.對於大部分場區域，來自該等單元之照明圖案重疊以 產生具有一較不均勻界線之一均勻輪廓。圖24圖解說明光 干單元905之一陣列9丨〇。儘管陣列9丨〇之每一鏡片} 〇5顯示 為係單獨# ’但該等鏡片i Q5可係—鏡片組件之部分。根 據一個實施例，一光學單元陣列可如上文結合圖7至16所 ;ί裝或了以其他方式封裝。在其他實施例中，每一鏡片 05可直接耦合至對應LED，而非分離一間隙。 "玄等鏡片105可經組態以發射一總體光輪廓以產生重疊 經照明區域915，t玄區域可以色彩溫度之一混合照明，從 而提仏極均勻色彩區域。隨著經照明表面與陣列9〇5之 間的距離增長’界線區域916之寬度仍保持在相同大小而 ’('、、、月區域増長。在遠場處，界線區域916變得不明顯。 卜夕個陣列可經配置以使得界線區域重疊以在該等界 線區域中產生更佳之均勻性’從而導致具有一均勻輪廓之 車又大、’’二如、明區域。由於由陣列91〇產生之經照明區域之 、开/或矩狀’多個陣列可以所需距離間隔開以在大區 域上提1、均勻照明。經照明區域將不具有如在由圓形場圖 案裝置產生之經照明區域中存在之亮區及暗區。 因此，-個實施例可包含一LED陣列，其具有光學耦合 至LED陣列中之每—㈣之―組鏡片。每—鏡片可經組態 以使^光經發射具有呈該半角之帶有―硬巾止或―柔和中 之均勻輪腐。該組鏡片可經M態以投射具有—經照明 區域之一總體照明圖案’該經照明區域具有一重叠區域及 一界線區域。該重疊區域可具有—均句輪廟，而該界線區 150356.doc •41 · 201126114 域可具有一不同於該重疊區域之強度。具有均勻輪廊之重 豐區域之大小相依於目標表面（例如，螢幕）至鏡片距離以 使传經照明區域之大小隨著該目標表面至鏡片距離之增長 而增長。該界線區域之寬度不相依於該目標表面至鏡片距 離。因此，隨著該目標表面至鏡片距離增加，具有一均勻 輪廓之重疊區域之百分比接近1 〇〇%。 該重疊區域915之色彩可相依於每一鏡片所發射之色 彩，而每一鏡片所發射之色彩又可相依於所選led及磷光 劑。根據一個實施例’每一 LED可係結合一純填光劑或碟 光劑摻合物使用以使得對應鏡片發射一所需色彩光之一藍 色或紫外色LED。該磷光劑可鍍膜於鏡片i 05上、led自身 上或以其他方式安置在該LED與鏡片之間。在其他實施例 中，所選LED中之某些或所有LED可在不使用一磷光劑鍍 膜之情形下發射一所需色彩光。因此，舉例而言，該陣列 中之LED中之某些LED可係結合磷光劑使用之藍色或紫外 色（或其他色彩）LED，而其他LED可係在不使用磷光劑之 情形下使用之紅色（或其他色彩）LED。該等LED可經控制 以使得重疊區域91 5中之組合輸出具有一所需光譜功率分 佈及色彩座標。 可使用之磷光劑之實例包含（但不限於）：摻雜有Ce3 +之 暗紅（例如Y3Al5〇i2:Ce或YAG)、摻雜有Eu2+之石夕酸鹽（例如 (MgSrBa)2Si04:Eu或BOS)、摻雜有Eu2+之氮化物（例如 (MgCaSr)AlSiN3:Eu)及此項技術中已知之其他適合材料。 此等磷光劑可單獨使用（例如，YAG或BOS)，或若必要以 150356.doc •42· 201126114 摻合物形式使用以達成所需色彩座標及/或演色性指數 (CRI)值。根據一個實施例，讀等磷光劑可經選擇以達成 1931 CIE色度圖中之所需x&y值。特定而言，一陣列之色 彩座彳示將位於普朗克執跡（Planckian i〇cus)上或其附近， 藉此產生各種白光色調（例如，「冷」白色、「中性」白色 或「暖」白色）。色度圖中普朗克軌跡周圍之期望區係藉 由ANSI C78.377-2008色度標準在一相關色溫（CCT)值範圍 上界疋。然而’本文令所述實施例可用於達成任何色彩座 標。 使用具有結合一純碟光劑或一磷光劑摻合物使用之藍色 或紫外色晶片之一單元矩陣之一優點在於發生個別元件之 間的色度變化（由於磷光劑加載或晶片波長之隨機差異所 致）之平均化，且藉此燈至燈色彩變化相對於個別LED部件 之色彩變化減小。因此，增加針對ANSI色彩方格之良 率。 具有結合不同色彩之純磷光劑使用之藍色或紫外色晶片 之矩陣封裝之一進一步優點（除了色彩座標之平均化）在於 移除填光劑之間的互相作用。此等互相作用係由_種碟光 劑之發射光譜與另一種磷光劑之激發光譜之間的明顯重疊 所致’且可導致CRI值、效率或此兩者之減小。舉例而 言，發現由呈一棋盤形圖案之鍍膜有YAG之8個元件與锻 膜有一紅色氮化物磷光劑之另外8個元件構成之一矩陣封 裝具有比嫂膜有達到相同色度要求之相同兩種碌光劑之— 摻合物之一類似封裝高得多之CRI值。 150356.doc -43· 201126114 矩陣封裝之又一優點係能夠提供具有狹窄光束角度之 「混合」解決方案。一個實施例可在一個單元組上結合綠 色-黃色磷光劑（例如YAG或BOS)使用藍色或紫外色LED， 且在另一單元組上使用紅色LED。據信，此一混合解決方 案可產生具有一尚CRI之一尚效暖白色。使用如上文所述 之鏡片可產生一狹窄光束圖案（若需要）。藉由舉例，但不 具有限制性’可使用產生丨〇度或更大光束角度之鏡片 105 » 另外，藉由使用發射各種色彩之單元（添加或不添加磷 光劑）’舉例而言’可達成對光之動態色彩控制（例如，藉 由使用一 RGB方法），或在一天之過程中自暖改變為中性 改變為冷（且若必要再返回）之一動態白光。使用經構造以 如上文所述以一受控制光束角度發射均勻光之鏡片同時達 成極佳色彩混合（不具有與擴散體相關聯之損失）及出眾之 光束角度控制》 在圖24及25之實施例中，每一LED具有其自身鏡片且鏡 片陣列用於使場之照明一致。由於消除磷光劑對磷光劑之 互相作用’此提供在針對既定ANSI色彩方格之總體產品 良率方面之優點。 圖25a至25c圖解說明用以產生白光單元之色彩光學系統 之配置。每—白光單元含有色彩光源，其等發射一選定色 形之光以使得經混合光產生白光。舉例而言，在圖25a至 25c中，该白光單元包含2個綠色源、一個紅色源及一個藍 色源。白光單元可共享重疊色彩源（例如，在圖25c中，一 150356.doc 201126114 個綠色源及藍色源共享於白光單元之間）。圖25a至25c之 每一色彩源可係發射一選定色彩之一單個光學單元或可係 一起用以產生一所需色彩光之一陣列。在後一情況下，可 構造發射一選定光色彩之陣列且可組合發射不同色彩之陣 列以形成一白光單元。 圖26係包括一顯示控制器955及一單元9〇5陣列96〇之一 系統950之一個實施例之一圖示。系統95〇可包括單元9〇5 之LED電連接至其之一電路板97〇。根據一個實施例，單 兀905可經配置以形成白光單元。控制器955可包含電連接 至LED以發送控制信號至該等LED之一介面975。一處理器 980可執行儲存於一電腦可讀記憶體99〇中之一指令集985 以產生至該等LED之控制信號。該等LED之強度可經個別 控制以更改由白光單元產生之色彩。在另一實施例中，可 控制單元陣列。因此，舉例而言，控制器955可控制多個 單7G之一陣列以整體地調整該陣列之強度，而非控制該陣 列中之個別單元。控制器955可實施為一單獨控制模組、 一微處理器及相關硬體、一 ASIc及相關硬體或適合控制 LED之其他硬體及/或軟體。該等指令可作為韌體、軟體或 硬體植入或根據任何其他適合架構植入。 儘管以一所需半角發射呈一均勻分佈之光之一鏡片1 〇5 給光播合提供有利條件以產生均勻白光或色彩光，但鏡片 之其他貫施例可與磷光劑一起使用。舉例而言，圖27係其 中使用一固體圓頂鏡片280之一系統之一個實施例之一圖 不。在圖27之實施例中，led 11〇安置在具有充當一反射 150356.doc -45· 201126114 器140之楔形側壁之一LED空腔130中。一磷光劑145層覆 蓋圓頂鏡片280之本體282之入射面。在一陣列中’每一 LED可具有一單獨空腔及圓頂鏡片280。在另一實施例 中，一 LED陣列可放置在一鏡片下之每一空腔中。可使用 圓頂鏡片之各種實施例，包含大小大於空腔之圓頂鏡片。 圖2 8係一光學系統之另一實施例之一圖示。在圖2 8之實 施例中，圍繞LED 110之LED空腔130中之囊封劑形成一凸 起部分285。具有一磷光劑鍍膜145之一鏡片105可附接至 凸起部分275或附接至一外殼或另一結構。該光學系統可 經裝配以使得在鏡片105與凸起部分285之間不存在空氣間 隙。藉由舉例，但不具限制性，鏡片1 〇5可包含一凹入入 射面。在另一實施例中，可使用具有一凹入入射面之一中 間層。在一陣列中’每一 LED可具有一單獨空腔及圓頂鏡 片 280。 熟悉此項技術者將瞭解磷光劑可以各種方式安置在一鏡 片上。如結合上文數個實施例所論述，填光劑可作為一鍍 膜施加至一入射面或緩衝層。圖29係另一實施例之一圖 示。在圖29之實施例中，鏡片805包含在至鏡片本體8〇7之 入射面8 15處之一凹坑8丨0。磷光劑粒子82〇可堆積在該凹 坑中且與一接合材料或另一材料層825保持在適當位置。 材料825較佳地係可耐受磷光劑82〇之溫度之一光學透明材 料。圖3〇圖解說明—鏡片83〇之又一實施例，其中一磷光 劑層835失在一緩衝層84〇與另一適合材料層845之間。層 堆疊可耦合至一鏡片本體85〇。該等材料層可包含玻璃、 150356.doc -46· 201126114 聚碳酸酯、矽或其他層。 儘官本發明闡述特定實施例，但應瞭解該等實施例係說 明！·生且本發明之範嘴並不限於此等實施例。可對上述實施 例作出諸多變化、修改、添加及改良。舉例而纟，所提供 之各種範圍及尺寸係以舉例說明之方式提供且㈣及鏡片 可在其他範圍内使用纟他尺寸㈣。預期此等變化、修 改、添加及改良屬於本發明之範疇。 【圖式簡單說明】 藉由結合附圖參照以下說明可獲得對本發明之實施例及 俊點之更凡整瞭解，在該等附圖中相同參考編號指示相 同特徵且其中： 圖1至4係光學系統之實施例之圖示； 圖5至6係磷光劑鍍膜鏡片之實施例之圖示； 圖7係一經封裝陣列之一個實施例之—圖示； 圖8係一經封裝陣列之一實施例之一剖面之一圖示； 圖9係一空腔中之一LED之一圖示； 圖10係一經封裝陣列之一實施例之—部分之一圖示； 圖11係一經封裝陣列之-實施例之另-部分之-圖示; 圖12係安裝在-基臺上之一 LED陣列之一圖示； 圖13係、經封裝陣列之一外殼之—部分之一實施例之_ 圖示； 圖14係-經封裝陣列之另—實施例之—部分之一圖示 圖15係該經封裝陣列之該實施例之另—部分之一圖示 圖16係一鏡片組件之一實施例之_圖示； 150356.doc -47- 201126114 圖17A係用於確定側壁形狀之一鏡片之一模型之一剖面 之一圖示； 圖17B係一鏡片之一側壁之一部分之一實施例之一圖 示； 圖17C係圖解說明可使用一電腦程式界定一側壁之小面 之一圖示； 圖17D係一鏡片之一個實施例之—圖示，該鏡片具有經 定形以致使TIR以使得將射線自該等側壁反射至出射表面 之側壁； 圖18係圖解說明一出射平面之一個實施例之一圖示. 圖19係用於估計有效立體角之一個實施例之一圖示； 圖20A至20E係闡述用於估計有效立體角之另一 貝如例 之圖示； 圖21係一光學系統之一實施例之一圖示； 圖2 2係一光學糸統之另一實施例之一圖示； 圖23a及23b係顯示一鏡片/LED組合之圖示，其顯示 度半角光組合； 圖24係一鏡片陣列及一所得光圖案之一圖示； 圖25a至25c係色彩光源之配置之圖示； 圖26係一光學單元陣列及一控制器之一實施例一 不， 圖27係具有鱗光劑之一鏡片之另一實施例之一圖示· 圖28係具有填光劑之一鏡片之又一實施例之一圖示. 圖29係具有麟光劑之一鏡片之一個實施例之一圖示. 150356.doc • 48- 201126114 圖30係另一具有填光劑之鏡片之一圖示。 【主要元件符號說明】 100 系統 105 鏡片 107 鏡片本體 110 發光二極體 115 基板 117 面 119 側 120 非基板層 125 基台 130 發光二極體空腔 135 外殼 140 反射器 145 磷光劑層 150 入射面 155 出射面 157 側壁 160 緩衝層 165 開口 200 經封裝陣列 205 主外殼 210 主外殼 215 層 150356.doc -49- 201126114 220 鏡片空腔 225 鏡片空腔之側 230 肩部 235 凸耳 240 肩部 250 電連接 255 層 260 開口 265 第二開口 275 鏡片組件 280 固體圓頂鏡片 282 本體 285 凸起部分 305 鏡片 355 出射表面 370 側壁 372a 小面 372b 小面 372c 小面 372d 小面 372e 小面 372f 小面 372g 小面 372h 小面 •50 150356.doc 201126114 372i 小面 372j 小面 372k 小面 3721 小面 3 72m 小面 372n 小面 372o 小面 376 射線 378 點 380 模擬偵測器平面 384 假定射線 386 焦點 388 抛物線 396 角距 400 過渡區 404 表面 500 試算表 630 球 632 球 634 圓 636 表面 750 入射面 752 有效源原點 753 中心法線 150356.doc •51 201126114 754 有效輸出原點 755 假定目標平面 756 假定目標平面 759 球 760 鏡片 761 球 763 邊 805 鏡片 807 鏡片本體 810 凹坑 815 凹坑 820 填光劑粒子 825 材料層 830 鏡片 835 磷光劑層 840 緩衝層 845 適合材料層 850 鏡片本體 900 光學系統 902 附接裝置 903 基台 904 填光劑粒子 905 光學單元 906 通道 •52 150356.doc 201126114 907 910 915 950 955 960 970 975 980 985 990 目標表面 陣列 重疊經照明區域 系統 顯示控制器 陣列 電路板 介面 處理器 指令集 電腦可讀記憶體 150356.doc -53-

Claims (1)

  1. 201126114 七、申請專利範圍： 1. 一種光學系統，其包括： 一 LED，其安置在由一基底及一個或多個空腔側壁界 定之一空腔中； 一鏡片，其進一步包括： • 一鏡片本體，其具有經定位以接收來自一.LED之光 之一入射面； 一碟光劑層，其安置在該鏡片上於該鏡片本體之該 入射面與該LED之間，以使得自該LED發射之光將在穿 過該入射面進入該鏡片本體之前入射於該磷光劑上且經 降頻轉換；且 其中該鏡片經定位以使得該磷光劑與該LED分離一間 隙。 2. 如請求項1之光學系統，其中該一個或多個空腔側壁經 定形以將入射於該等側壁上之光引導至該鏡片之出射 面。 3 ·如請求項2之光學系統，其中該一個或多個空腔側壁係 由充當一反射器之一材料形成。 4. 如請求項2之光學系統，其進一步包括至少部分地填充 _ 該空腔之一囊封劑’其中該囊封劑藉由表面張力形成圍 繞該LED之一反射器。 5. 如請求項1之光學系統，其中該磷光劑作為一磷光劑鍍 膜安置在該鏡片本體之該入射面上。 6·如請求項1之光學系統，其中該磷光劑藉由一個或多個 150356.doc 201126114 材料層與該鏡片本體之該入射面分離。 7·如請求項6之光學系統’其中該磷光劑層安置在經調適 以保護該鏡片本體免受該磷光劑所產生之熱之一緩衝材 料層上。 8. 如請求項丨之光學系統，其中該鏡片本體經定形以以一 選定光束角度發射大於5 0%之該光。 9. 如請求項8之光學系統，其中該鏡片本體經定形以使亮 度守恆》 10. 如請求項9之光學系統，其中該一個或多個空腔側壁經 定形以將入射於該等空腔側壁上之光引導至該鏡片之該 入射面，其中該等空腔側壁係由充當由該LED及磷光劑 產生之光之一反射器之一材料形成。 11. 如請求項9之光學系統’其進一步包括一反射器以將該 空腔中之光反射至該鏡片之該入射面。 12. 如請求項11之光學系統，其中該空腔至少部分地填充有 一囊封劑且該反射器係自該囊封劑之表面張力而形成。 13· —種光學系統，其包括： 一基台； 一 LED陣列，其安裝至該基台； 一外殻，該外殼與該基台協作至少部分地界定一組 LED空腔且界定一組鏡片空腔，每一鏡片空腔向一對應 LED空腔敞開且經定大小以容納一鏡片； 一組鏡片，其等安置在該等鏡片空腔中，每一鏡片包 括： 150356.doc 201126114 —鏡片本體，其具有接近該對應LED空腔之開口之 入射面；及 —碟光劑層’其安置在該鏡片上於該入射面與一對 應LED之間，以使得由一對應LED發射之光將在進入該 鏡片本體之前經降頻轉換； 其中每一鏡片之該入射面定位於距該對應LED 一距離 處0 14. 15. 16. 17. 18. 19. 20. 士》月求項13之光學系統，其中該組鏡片中之每一鏡片之 該鏡片本體經組態以以一選定半角發射具有一均勻分佈 圖案之光。 如請求項14之光學系統’其中該組鏡片經密堆積以使得 與。亥組鏡片中之該等個別鏡片相比該光學系統以該選定 半角在一較大區域上發射呈一均勻分佈圖案之光。 如研求項15之光學系統’其中該组鏡片中之每—鏡片之 該鏡片本體經定形以使亮度守恆。 如請=項13之光學系統，其中每—鏡片空腔係由一組側 壁界定’其中每—鏡片空腔之該等侧壁經；t形以使得該 鏡片空腔在接近該對應LED空腔之該開口處較小且在距 该對應LED空腔之該開口之遠端處較大。 1 :求項17之光學系統’其進—步包括支撑對應鏡片空 腔中之一個或多個鏡片之一蓋。 其中該蓋及一個或多個鏡片本 如請求項18之光學系統， 體係由一單片材料形成。 如請求項】3之光學系統 其中文置在每一鏡片上之該磷 150356.doc 201126114 光劑層經選擇以使得該組鏡片中之不同鏡片發射不同色 彩之光。 21.如請求項13之光學系統，其中安置在每一鏡片上之該磷 光劑層經選擇以使得該光學系統形成一個或多個白光單 元0 150356.doc
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