TW201344109A - 具有混合光點及通常照明特性之ｌｅｄ基光源 - Google Patents

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Abstract

本發明揭示一種照明器，其包括：一LED基照射裝置，其具有一發光區域；及一光學元件，其經組態以產生具有在一預定遠場角度內發射之一光點光束之一混合發射圖案及一背景級球形發射圖案。舉例而言，該光學元件可組態有一輸入埠及一輸出埠以及在大小上自該輸入埠至一最大周長而增加且自該最大周長至該輸出埠而減小之一周長。該光學元件在該輸入埠處自該LED基照射裝置接收一定量之光，自一彎曲半透明側壁發射該光之一第一部分，且在該輸出埠處發射該光之一第二部分，其中該輸出埠之發射區域小於該光學元件之一最大周長。

Description

具有混合光點及通常照明特性之LED基光源 (相關申請案交叉參考)
本申請案依據35 USC 119主張於2012年2月6日提出申請之美國臨時申請案第61/595,523號之優先權，該美國臨時申請案以全文引用方式併入本文中。
所闡述之實施例係關於包括發光二極體(LED)之照射模組。
由於照射裝置所產生之光輸出位準或通量之限制，因此通常照明中之發光二極體之使用仍受限。使用LED之照射裝置亦通常遭受具有色點不穩定性之特性之較差色品質。該色點不穩定性隨時間以及逐部分變化。較差色品質亦具有較差現色性之特性，此歸因於LED光源所產生之光譜具有無功率或幾乎沒有功率之頻帶。此外，使用LED之照射裝置通常具有色彩之空間變化及/或角度變化。另外，除其他外，由於對用以維持光源之色點之所需色彩控制電子器件及/或感測器之需要或僅使用滿足應用之色彩及/或通量要求之所生產LED之小部分，因此使用LED之照射裝置較昂貴。此外。使用LED之照射裝置有時限於所得發射圖案。
一種照明器包括：一LED基照射裝置，其具有一發光區域；及一 光學元件，其經組態以產生具有在一預定遠場角度內發射之一光點光束之一混合發射圖案及一背景級球形發射圖案。舉例而言，該光學元件可組態有一輸入埠及一輸出埠以及在大小上自該輸入埠至一最大周長而增加且自該最大周長至該輸出埠而減小之一周長。該光學元件在該輸入埠處自該LED基照射裝置接收一定量之光，自一彎曲半透明側壁發射該光之一第一部分，且在該輸出埠處發射該光之一第二部分，其中該輸出埠之發射區域小於該光學元件之一最大周長。
因此，在一項態樣中，一種設備包括：一LED基照射裝置，其具有可操作以將一第一色彩之一定量之光發射至一色彩轉換腔中之至少一個LED，該LED基照射裝置具有安置於該色彩轉換腔中之至少一個色彩轉換元件，其中自該至少一個LED發射之該一定量之光之一部分被色彩轉換至一第二色彩且透過該LED基照射裝置之一輸出埠發射；及一光學元件，其耦合至該LED基照射裝置，該光學元件具有一輸入埠及一輸出埠，其中該光學元件之一周長在大小上自該輸入埠處之一周長至一最大周長而增加且自該最大周長至該輸出埠處之一周長而減小。
在另一態樣中，一種設備包括可耦合至具有一平面發光區域之一LED基照射裝置之一光學元件，該光學元件包含，一輸入埠，其可操作以接收自該LED照射裝置發射之一定量之光，至少一個彎曲半透明側壁，其可操作以透射該一定量之光之一第一部分，及一輸出埠，其可操作以透射該一定量之光之一第二部分，其中該輸出埠之一發射區域小於該光學元件之一最大周長。
下文之詳細說明中闡述進一步細節及實施例及技術。本發明內容並不界定本發明。本發明由申請專利範圍界定。
100‧‧‧照射模組/發光二極體基照射模組
101‧‧‧安裝基座
102‧‧‧發光二極體
103‧‧‧安裝板保持環
104‧‧‧安裝板
105‧‧‧腔主體
106‧‧‧底部反射器/底部光學元件嵌件/嵌件/底部反射器嵌件
107‧‧‧側壁/側壁嵌件/嵌件
108‧‧‧輸出窗/窗
115‧‧‧光源子總成
116‧‧‧光轉換子總成
126‧‧‧側壁
127‧‧‧窗
130‧‧‧燈具/散熱器/導熱散熱器
132‧‧‧波長轉換層
135‧‧‧波長轉換層
140‧‧‧光學元件/導熱光學元件
141‧‧‧輸入埠
142‧‧‧經定形側壁/半透明側壁/側壁
143‧‧‧輸出埠
144‧‧‧透鏡/光學埠
145‧‧‧反射元件/反射器/側壁
146‧‧‧反射表面
147‧‧‧表面
150‧‧‧照明器
160‧‧‧腔/色彩轉換腔
200‧‧‧曲線圖
A‧‧‧平面
B‧‧‧平面
C‧‧‧平面
D‧‧‧偏轉平面
OA‧‧‧光學軸
α‧‧‧角度/照射角度
圖1、圖2及圖3圖解說明三種示範性照明器，其包括一照射裝 置、光學元件及燈具。
圖4圖解說明圖1中所繪示之LED基照射模組之組件之一分解圖。
圖5A及圖5B圖解說明圖1中所繪示之LED基照射模組之透視剖視圖。
圖6圖解說明包括經組態以產生具有在一預定遠場角度內發射之一光點光束之一混合發射圖案及一背景級球形發射圖案之一光學元件之一照明器之一剖視側視圖。
圖7圖解說明具有類似於圖6中所展示之光學元件但經組態以促進以比圖6中所展示之角度小之相對於光學軸之角度透過側壁之光透射之一光學元件之另一照明器之一剖視側視圖。
圖8圖解說明具有類似於圖6中所展示之光學元件但組態有不同厚度之側壁以更改該等側壁之透射性質之一光學元件之另一照明器之一剖視側視圖。
圖9圖解說明具有一光學元件之另一照明器之一剖視側視圖，光學元件類似於圖6中所展示之光學元件但具有位於該光學元件之最大高度下方之輸出埠。
圖10圖解說明表示具有類似於圖6中所展示之光學元件之一光學元件之一照明器之一發射圖案之一曲線圖。
現在將詳細參考先前技術實例及本發明之某些實施例，本發明之實例圖解說明於隨附圖式中。
圖1、圖2及圖3圖解說明三種示範性照明器，全部標記為150。圖1中所圖解說明之照明器包括具有一矩形外觀尺寸之一照射模組100。圖2中所圖解說明之照明器包含具有一圓形外觀尺寸之一照射模組100。圖3中所圖解說明之照明器包括整合至一改裝燈裝置中之一照射模組100。此等實例係出於說明性之目的。亦可涵蓋通常多邊形及 橢圓形形狀之照射模組之實例。照明器150包括照射模組100、光學元件140及燈具130。如所繪示，燈具130包括一散熱器能力，且因此可有時稱作散熱器130。然而，燈具130可包括其他結構性及裝飾性元件(未展示)。光學元件140安裝至照射模組100以準直自照射模組100發射之光或使其轉向。光學元件140可由一導熱材料(諸如包括鋁或銅之一材料)製成且可熱耦合至照射模組100。熱藉由透過照射模組100及導熱光學元件140之傳導而流動。熱亦經由光學元件140上方之熱對流而流動。光學元件140可係一複合抛物面聚集器，其中該聚集器由一高度反射材料構造或塗佈有該高度反射材料。光學元件140或其他光學元件(諸如一漫射器)可(例如)藉助螺紋、一夾具、一扭鎖機構或其他適當配置以可移除方式耦合至照射模組100。如圖3中所圖解說明，光學元件140可包括視情況塗佈有(例如)一波長轉換材料、漫射材料或任何其他所要材料之側壁126及一窗127。
如圖1、圖2及圖3中所繪示，照射模組100安裝至散熱器130。散熱器130可由一導熱材料(諸如包括鋁或銅之一材料)製成且可熱耦合至照射模組100。熱藉由透過照射模組100及導熱散熱器130之傳導而流動。熱亦經由散熱器130上方之熱對流而流動。照射模組100可藉助用以將照射模組100夾緊至散熱器130之螺紋而附接至散熱器130。為促成容易移除及替換照射模組100，照射模組100可(例如)藉助一夾具機構、一扭鎖機構或其他適當配置以可移除方式耦合至散熱器130。照射模組100包括(例如)直接或使用熱油脂、熱膠帶、熱襯墊或熱環氧樹脂熱耦合至散熱器130之至少一個導熱表面。為了充分冷卻LED，流動至板上LED之每一瓦特之電能應使用至少50平方毫米(但較佳地係100平方毫米)之一熱接觸面積。舉例而言，在使用20個LED時之情形中，應使用一1000至2000平方毫米之散熱器接觸面積。使用一較大散熱器130可准許以較高功率驅動LED 102，且亦允許不同的 散熱器設計。舉例而言，某些設計可展示較不取決於散熱器之定向之一冷卻能力。另外，可使用用於強制冷卻之風扇或其他解決方案而自該裝置進行熱移除。底部散熱器可包括一孔隙以使得可進行至照射模組100之電連接。
圖4藉由實例之方式圖解說明圖1中所繪示之LED基照射模組100之組件之一分解圖。應理解，如本文中所定義，一LED基照射模組並非一LED，而係一LED光源或燈具，或一LED光源或燈具之組件部分。舉例而言，一LED基照射模組可係諸如圖3中所繪示之一LED基備用燈。LED基照射模組100包括一或多個LED晶粒或經封裝LED以及LED晶粒或經封裝LED附接至之一安裝板。在一項實施例中，LED 102係經封裝之LED，諸如由Philips Lumileds Lighting所製造之Luxeon Rebel。亦可使用其他類型之經封裝之LED，諸如由OSRAM(Oslon封裝)、Luminus裝置(美國)、Cree(美國)、Nichia(日本)或Tridonic(奧地利)所製造之彼等經封裝之LED。如本文中所定義，一經封裝之LED係一或多個LED晶粒之一總成，其含有電連接(諸如導線結合連接或柱形凸塊)且可包含一光學元件及熱、機械及電介面。LED晶片通常具有約1 mm×1 mm×0.5 mm之一大小，但此等尺寸可變化。在某些實施例中，LED 102可包含多個晶片。該多個晶片可發射類似或不同色彩(例如紅色、綠色及藍色)之光。安裝板104附接至安裝基座101且藉由安裝板保持環103固定於適當位置。同時，填充有LED 102之安裝板104及安裝板保持環103構成光源子總成115。光源子總成115可操作以使用LED 102將電能轉換成光。將自光源子總成115發射之光引導至光轉換子總成116以進行色彩混合及色彩轉換。光轉換子總成116包括腔主體105及一輸出埠，該輸出埠圖解說明為，但不限於一輸出窗108。光轉換子總成116可包括一底部反射器106及側壁107，其視情況可由嵌件形成。若用作該輸出埠，則輸出窗108固定 至腔主體105之頂部。在某些實施例中，輸出窗108可藉由一黏合劑固定至腔主體105。為促進自輸出窗至腔主體105之熱耗散，一導熱黏合劑係所要的。黏合劑應可靠耐受輸出窗108與腔主體105之介面處存在之溫度。此外，較佳地，該黏合劑反射或透射儘可能多之入射光，而非吸收自輸出窗108所發射之光。在一項實例中，由Dow Corning(美國)製造之數種黏合劑(例如，Dow Corning SE4420、SE4422、SE4486、1-4173或SE9210型號)中之一者之耐熱性、導熱性及光學性質之組合提供適合效能。然而，亦可考量其他導熱黏合劑。
腔主體105或側壁嵌件107(當視情況置於腔主體105內部時)之內部側壁係反射的以使得來自LED 102之光以及任何經波長轉換之光在腔160內被反射直至當輸出埠(例如，輸出窗108)安裝於光源子總成115上方時透射穿過該輸出窗。底部光學元件嵌件106可視情況置於安裝板104上方。底部光學元件嵌件106包含若干孔以使得每一LED 102之發光部分不被底部光學元件嵌件106遮擋。側壁嵌件107可視情況置於腔主體105內部以使得當腔主體105安裝於光源子總成115上方時側壁嵌件107之內部表面將光自LED 102引導至該輸出窗。儘管如所繪示，如自照射模組100之頂部觀看，腔主體105之內部側壁係矩形形狀，但可涵蓋其他形狀(例如，三葉草形狀或多邊形)。另外，腔主體105之內部側壁可自安裝板104至輸出窗108向外錐形化或彎曲，而非如所繪示垂直於輸出窗108。
底部光學元件嵌件106及側壁嵌件107可係高度反射以使得在腔160中向下反射之光通常反射朝向輸出埠(例如，輸出窗108)。另外，嵌件106及107可具有一高導熱性，以使得其充當一額外散熱器。藉由實例之方式，嵌件106及107可藉助一高度導熱材料(諸如，一鋁基材料，其經處理以使該材料高度反射且耐久)製成。藉由實例之方式，可使用由Alanod(一德國公司)製造稱為Miro®之一材料。高反射性可 藉由拋光鋁或藉由藉助一或多種反射塗層覆蓋嵌件106及107之內部表面來達成。另一選擇為，嵌件106及107可由一高度反射薄材料(諸如，如由3M(美國)所銷售之VikuitiTM ESR、由Toray(日本)所製造之LumirrorTM E60L或諸如由Furukawa Electric有限公司(日本)所製造之微晶聚對酞酸乙二酯(MCPET))製成。在其他實例中，嵌件106及107可由一PTFE材料製成。在某些實例中，嵌件106及107可由如由W.L.Gore(美國)及Berghof(德國)銷售之一至二毫米厚之一PTFE材料製成。在又一些實施例中，嵌件106及107可由藉由一薄反射層(諸如一金屬層或一非金屬層，諸如ESR、E60L或MCPET)加襯裏之一聚四氟乙烯PTFE材料構造。此外，高度漫射反射塗層可施加至側壁嵌件107、底部光學元件嵌件106、輸出窗108、腔主體105、及安裝板104中之任一者。此等塗層可包含二氧化鈦(TiO2)、氧化鋅(ZnO)及硫酸鋇(BaSO4)粒子，或此等材料之一組合。
圖5A及圖5B圖解說明如圖1中所繪示之LED基照射模組100之透視剖視圖。在此實施例中，安置於安裝板104上之側壁嵌件107、輸出窗108及底部反射器嵌件106在LED基照射模組100中界定一色彩轉換腔160(圖5A中所圖解說明)。來自LED 102之光之一部分在色彩轉換腔160內反射直至其透過輸出窗108射出。在射出輸出窗108之前在腔160內反射該光具有混合該光且提供自LED基照射模組100所發射之該光之一更均勻分佈之效應。另外，由於光在射出輸出窗108之前在腔160內反射，因此一定量之光藉由與腔160中所包括之一波長轉換材料之互動而被色彩轉換。
LED 102可藉由直接發射或藉由磷光體轉換而發射不同或相同色彩，例如，其中將磷光體層作為LED封裝之部分而施加至該等LED。照射模組100可使用彩色LED 102(諸如，紅色、綠色、藍色、琥珀色或青色)之任何組合，或LED 102可全部產生相同色彩的光。LED 102 中之某些或全部LED 102可產生白色光。另外，LED 102可發射偏振光或非偏振光且LED基照射模組100可使用偏振LED或非偏振LED之任何組合。在某些實施例中，LED 102發射藍色或UV光，此係由於在此等波長範圍中發射之LED之效率。當LED 102與色彩轉換腔160中所包括之波長轉換材料組合使用時，自照射模組100發射之光具有一所要色彩。與腔160內之光之混合組合之波長轉換材料之光轉換性質產生一經色彩轉換之光輸出。藉由調整該等波長轉換材料之化學性質及/或物理性質(諸如厚度及濃度)及腔160之內部表面上塗層之幾何性質，可指定藉由輸出窗108輸出之光之特定色彩性質，例如，色點、色溫及現色性指數(CRI)。
出於本專利文件之目的，一波長轉換材料係執行一色彩轉換功能(例如，吸收一定量之一個峰值波長之光，且作為回應，以另一峰值波長發射一定量之光)之任何單個化學化合物或不同化學化合物之混合物。
腔160之部分(諸如，底部反射器嵌件106、側壁嵌件107、腔主體105、輸出窗108及置於腔內部之其他組件(未展示))可塗佈有或包括一波長轉換材料。圖5B圖解說明塗佈有一波長轉換材料之側壁嵌件107之部分。此外，腔160之不同組件可塗佈有相同或一不同波長轉換材料。
藉由實例之方式，磷光體可選自由以下化學式所標示之組：Y3Al5O12：Ce(亦稱為YAG：Ce，或簡稱YAG)、(Y,Gd)3Al5O12：Ce、CaS：Eu、SrS：Eu、SrGa2S4：Eu、Ca3(Sc,Mg)2Si3O12：Ce、Ca3Sc2Si3O12：Ce、Ca3Sc2O4：Ce、Ba3Si6O12N2：Eu、(Sr,Ca)AlSiN3：Eu、CaAlSiN3：Eu、CaAlSi(ON)3：Eu、Ba2SiO4：Eu、Sr2SiO4：Eu、Ca2SiO4：Eu、CaSc2O4：Ce、CaSi2O2N2：Eu、SrSi2O2N2：Eu、BaSi2O2N2：Eu、Ca5(PO4)3Cl：Eu、Ba5(PO4)3Cl：Eu、Cs2CaP2O7、 Cs2SrP2O7、Lu5Al5O12：Ce、Ca8Mg(SiO4)4Cl2：Eu、Sr8Mg(SiO4)4Cl2：Eu、La3Si6N11：Ce、Y3Ga5O12：Ce、Gd3Ga5O12：Ce、Tb3Al5O12：Ce、Tb3Ga5O12：Ce及Lu3Ga5O12：Ce。
在一項實例中，照射裝置之色點之調節可藉由替換可類似地塗佈或浸漬有一或多種波長轉換材料之側壁嵌件107及/或輸出窗108來實現。在一項實施例中，一發射紅色之磷光體(諸如一種經銪活化之鹼土矽氮化物(例如，(Sr,Ca)AlSiN3：Eu))在腔160之底部處覆蓋側壁嵌件107及底部反射器嵌件106之一部分，且一YAG磷光體覆蓋輸出窗108之一部分。在另一實施例中，一發射紅色之磷光體(諸如鹼土氧矽氮化物)在腔160之底部處覆蓋側壁嵌件107及底部反射器嵌件106之一部分，且一發射紅色之鹼土氧矽氮化物與一發射黃色之YAG磷光體之一摻合物覆蓋輸出窗108之一部分。
在某些實施例中，磷光體與一黏結劑及(視情況)一表面活性劑及一塑化劑混合於一適合溶劑介質中。藉由噴塗、絲網印刷、刮刀塗佈或其他適合手段中之任一者而沈積所產生之混合物。藉由挑選界定腔之側壁之形狀及高度，及選擇腔中之部件中之哪一者將覆蓋有磷光體或者不覆蓋磷光體，及藉由腔160之表面上之磷光體層之層厚度及濃度之最佳化，可如所需要調諧自模組發射之光之色點。
如圖1、圖2及圖3中所繪示，由LED 102所產生之光通常自色彩轉換腔160發射，射出輸出窗108，與光學元件140互動，且射出照明器150。在一項態樣中，在本文中介紹一光學元件以自照明器150產生一混合發射圖案。該混合發射圖案包括在一預定遠場角度內發射之一光點光束及一背景級球形發射圖案。以此方式，自照明器150發射之光在光點光束之預定遠場角度內顯現為強烈，而超過預定遠場角度在強度上劇烈下降至一通常背景照明級。在一項態樣中，該光學元件包括一經定形半透明側壁表面，其以一球形發射圖案發射自LED基照射 模組100發射之光之一部分。此外，該光學元件將自LED基照射模組100發射之光之另一部分朝向產生光之一光點光束之該光學元件之一輸出埠引導。以此方式，照明器150產生包括一經界定光點光束及沿所有方向均勻的通常照射之一混合光輸出。
圖6圖解說明一項實施例中之照明器150之一剖視側視圖。如所圖解說明，照明器150包括LED基照射模組100及光學元件140。如所繪示，LED基照射模組100具有一圓形形狀(例如，如圖2中所圖解說明)，然而，可涵蓋其他形狀(例如，如圖1中所圖解說明)。
LED基照射模組100之LED 102將光直接發射至色彩轉換腔160中。光在色彩轉換腔160內(例如)由波長轉換層132及135混合及色彩轉換，且所得光由LED基照射模組100發射。該光在一經擴展表面(亦即，輸出窗108之表面)上方以一朗伯(Lambertian)(或近朗伯)圖案發射。如圖6中所繪示，所發射之光傳遞通過輸出窗108且進入光學元件140之輸入埠141。
光學元件140包括一輸入埠141、經定形側壁142及輸出埠143。可藉助平行於輸出窗108之一平面在光學元件140之任何特定剖面處量測光學元件140之一周長。藉由實例之方式，平面C平行於輸出窗108且在輸出埠143處與光學元件140相交。光學元件140在輸出埠143處之周長係平面C在輸出埠143處與光學元件140之相交之周長。類似地，平面B在輸入埠141處與光學元件140相交且光學元件140在輸入埠141處之周長係平面B在輸入埠141處與光學元件140之相交之周長。平面A與光學元件140相交，其中光學元件140與平行於輸出窗108之任何平面之相交之周長係處於一最大值。
在一項態樣中，經定形側壁142經定形以使得光學元件140之周長自輸入埠處之周長至一最大周長而增加且然後自該最大周長至輸出埠143處之周長而減小。
如所繪示，經定形側壁142係半透明的且自LED基照射模組100發射之光之一部分透過經定形側壁142射出照明器150。另外，自LED基照射模組100發射之光之一部分透過輸出埠143射出光學元件140。在某些實施例中，輸出埠143包括一透鏡144。藉由實例之方式，透鏡144可係一菲涅爾(Fresnel)透鏡、一球面透鏡、一非球面透鏡等。在某些實施例中，透鏡144可具有與透鏡144與輸出窗108之間的距離相同之一焦距。以此方式，輸出窗108之一影像可投射至遠場中。在某些其他實施例中，透鏡144之焦距及位置可經選擇以使得輸出窗108之一影像可在遠場中以一特定距離投射。在某些其他實施例中，透鏡144之焦距及位置可經選擇以在一特定距離處將輸出窗108之影像散焦以達成一所要照射效果。
在某些實施例中，透鏡144及經定形側壁142中之任一者可包括一色彩轉換材料(例如，磷光體材料)或一色彩過濾材料(例如，二向色材料)。舉例而言，一色彩過濾材料可包括在光學元件140之部分中以達成一所要照射效果。
如所論述，自LED基照射模組100發射之光之一部分被引導穿過輸出埠143且另一部分被引導穿過半透明側壁142。引導至輸出埠143及側壁142之所發射光之比例可基於光學元件140之形狀、施加至光學元件140之表面之塗層及嵌入於光學元件140中之粒子中之任一者而更改。類似地，自側壁142發射之光之角度分佈可基於光學元件140之形狀、施加至光學元件140之表面之塗層及嵌入於光學元件140中之粒子中之任一者而更改。
在圖6中所繪示之實施例中，經定形側壁142可包括一反射元件145。反射元件145可展現一鏡面或漫射性質。在某些實例中，反射器145可係施加至光學元件140之一塗層(例如，一金屬塗層、反射粒子之一塗層等)。在另一實例中，反射器145可係耦合至光學元件140之 一額外機械元件。在另一實例中，側壁145之一部分可選擇性地藉助一不同表面處理(例如，表面粗糙化)而構造以促進選定部分中之光散射。取決於其相對於光學元件140之位置，反射元件145可沿特定方向將光透射引導穿過側壁142。在所繪示之實施例中，完全忽略以較小角度穿過側壁142之光透射，反射器145促進以相對於光學軸OA之較大角度α穿過側壁142之光透射。圖7繪示相反情景。在圖7中，反射器145靠近於LED基照射模組100而定位。在所繪示之實施例中，完全忽略以較大角度穿過側壁142之光透射，反射器145促進以相對於光學軸OA之較小角度α穿過側壁142之光透射。
在另一實施例中，側壁142由包括光散射粒子(例如，二氧化鈦粒子等)之一模製材料構造。藉由使側壁142之厚度變化，可在側壁142之不同區域中達成不同光透射性質(亦即，側壁142之較厚部分比側壁142之較薄部分反射更多的光)。舉例而言，如圖8中所圖解說明，最靠近於LED基照射模組100之光學元件140之一部分比較遠離之一部分厚。以此方式，完全忽略以較大場角度之光透射來促進較小遠場角度之光透射。
在另一態樣中，如圖6中所圖解說明，光學元件140包括一反射表面146以重新引導自光學元件140發射之光。LED基照射模組100包括吸收光之表面(例如，腔主體105、安裝板保持環103及安裝基座101)。反射表面146經定位以朝向遠場反射自光學元件140發射之光且藉由LED基照射模組100之非發射表面避免對此光之吸收。
圖9圖解說明另一實施例中之光學元件140。如所圖解說明，輸出埠143位於LED基照射模組100之輸出窗108上方，但位於光學元件140之最大高度下方。如所繪示，經定形側壁142係半透明的且自LED基照射模組100發射之光之一部分透過經定形側壁142射出照明器150。經定形側壁142經定形以使得光學元件140之一周長自輸入埠處 之周長至一最大周長而增加且然後自該最大周長至光學元件140達到一最大高度之一偏轉平面(繪示為圖9中之偏轉平面D)而減小。在該偏轉平面處，光學元件140之表面停止在高度上增加且開始在距輸入埠之距離上減小。自該偏轉平面，光學元件140之周長繼續減小至光學元件140之輸出埠143處之周長。
偏轉平面D與光學埠144之間的光學元件140之表面147係反射性的。以此方式，自照明器150引導透過輸出埠143發射之光之部分而不耦合回至光學元件140中。另外，朝向側壁142引導朝向側壁142發射之光之部分而不透射穿過表面147。以此方式，透過側壁142發射之光對通常照射有所貢獻，而透過輸出埠143發射之光對光點照射有所貢獻。
圖10圖解說明表示其中光學元件140與LED基照射模組100組合之照明器150之一發射圖案之一曲線圖200。照明器150能夠產生一混合輸出光束照射圖案，如參考圖6所闡述。如所繪示，在一照射角度α或大約二十七度內，該發射圖案係一高強度光束。超出二十七度之一照射角度，該發射圖案類似一通常四pi照射圖案。
光學元件140可由透射材料構造，諸如光學級聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、Zeonex等。光學元件140可藉由一適合製程形成，諸如模製、擠壓、鑄造、機器加工等。光學元件140可由一片材料構造或由藉由一適合處理(諸如，焊接、膠接等)連結在一起之一片以上材料構造。
儘管在所繪示之實施例中，光學元件140係球面形狀，但可涵蓋其他形狀。舉例而言，側壁142可係一錐形表面、一貝塞爾(Bezier)表面、一非球面表面、一菲涅爾表面、一全內反射(TIR)表面或一自由形式之表面。在某些實例中，側壁142可包括折射光學元件或光子晶體表面。
儘管在上文中出於指導目的闡述了某些特定實施例，但本專利文件之教示內容具有通常適用性且不限於上文所闡述之特定實施例。舉例而言，光學元件140可係可移除及重新附接至LED基照射模組100之一可替換組件。以此方式，照明器150之一使用者(例如，維修人員、燈具供應商等)可彼此更換不同形狀之反射器。舉例而言，色彩轉換腔160之任何組件可圖案化有磷光體。圖案自身及磷光體組合物兩者可變化。在一項實施例中，照射裝置可包括位於一色彩轉換腔160之不同區域處之不同類型之磷光體。舉例而言，一紅色磷光體可位於嵌件107及底部反射器嵌件106中之任一者或其兩者上，且黃色及綠色磷光體可位於窗108之頂部或底部表面上或者嵌入於窗108內。在一項實施例中，不同類型之磷光體(例如，紅色及綠色)可位於側壁107上之不同區域上。舉例而言，一種類型之磷光體可在一第一區域處(例如)以條帶、點或其他圖案圖案化於側壁嵌件107上，而另一類型之磷光體位於嵌件107之一不同第二區域上。若需要，可使用額外磷光體且其位於腔160中之不同區域中。另外，若需要，可使用僅一單種類型之波長轉換材料且圖案化於腔160中，例如，在側壁上。在另一實例中，使用腔主體105來將安裝板104直接夾緊至安裝基座101而無需使用安裝板保持環103。在其他實例中，安裝基座101及散熱器130可係一單個組件。在另一實例中，LED基照射模組100在圖1至圖3中經繪示為一照明器150之一部分。如圖3中所圖解說明，LED基照射模組100可係一備用燈或改裝燈之一部分。然而，在另一實施例中，LED基照射模組100可經定形為一備用燈或改裝燈且經視為此備用燈或改裝燈。因此，可在不背離如申請專利範圍中所陳述之本發明範疇之情形下實踐對所述實施例之各種特徵之各種修改、改動及組合。
100‧‧‧照射模組/發光二極體基照射模組
101‧‧‧安裝基座
102‧‧‧發光二極體
104‧‧‧安裝板
106‧‧‧底部反射器/底部光學元件嵌件/嵌件/底部反射器嵌件
108‧‧‧輸出窗/窗
132‧‧‧波長轉換層
135‧‧‧波長轉換層
140‧‧‧光學元件/導熱光學元件
141‧‧‧輸入埠
142‧‧‧經定形側壁/半透明側壁/側壁
143‧‧‧輸出埠
144‧‧‧透鏡/光學埠
145‧‧‧反射元件/反射器/側壁
146‧‧‧反射表面
150‧‧‧照明器
160‧‧‧腔/色彩轉換腔
A‧‧‧平面
B‧‧‧平面
C‧‧‧平面
α‧‧‧角度/照射角度

Claims (20)

  1. 一種設備，其包含：一LED基照射裝置，其具有可操作以將一第一色彩之一定量之光發射至一色彩轉換腔中之至少一個LED，該LED基照射裝置具有安置於該色彩轉換腔中之至少一個色彩轉換元件，其中自該至少一個LED發射之該一定量之光之一部分被色彩轉換至一第二色彩且透過該LED基照射裝置之一輸出埠發射；及一光學元件，其耦合至該LED基照射裝置，該光學元件具有一輸入埠及一輸出埠，其中該光學元件之一周長在大小上自該輸入埠處之一周長至一最大周長而增加且自該最大周長至該輸出埠處之一周長而減小。
  2. 如請求項1之設備，其中自該LED基照射裝置發射之該一定量之光傳遞通過該光學元件之該輸入埠，其中該輸入埠經定大小以匹配該LED基照射裝置之該輸出埠。
  3. 如請求項1之設備，其中該光學元件之該輸出埠包括一透鏡。
  4. 如請求項3之設備，其中該透鏡係一菲涅爾透鏡、一凸透鏡、一球面透鏡及一非球面透鏡中之任一者。
  5. 如請求項3之設備，其中該透鏡與該LED基照射裝置之該輸出埠之間的一距離大約等於該透鏡之一焦距。
  6. 如請求項1之設備，其中該光學元件包含裝填有散射粒子之一透鏡材料。
  7. 如請求項1之設備，其中該光學元件之一厚度自該輸入埠至該輸出埠而變化。
  8. 如請求項1之設備，其中該光學元件之一內部表面之一部分塗佈有一反射材料。
  9. 如請求項8之設備，其中該光學元件之該內部表面之該部分位於該最大周長與該輸出埠之間。
  10. 如請求項8之設備，其中該光學元件之該內部表面之該部分位於該最大周長與該輸入埠之間。
  11. 如請求項1之設備，其中該光學元件包括自該光學元件向外延伸之該光學元件之該輸入埠處之一反射器。
  12. 一種設備，其包含：一光學元件，其可耦合至具有一平面發光區域之一LED基照射裝置，該光學元件包含，一輸入埠，其可操作以接收自該LED基照射裝置發射之一定量之光，至少一個彎曲半透明側壁，其可操作以透射該一定量之光之一第一部分，及一輸出埠，其可操作以透射該一定量之光之一第二部分，其中該輸出埠之一發射區域小於該光學元件之一最大周長。
  13. 如請求項12之設備，其中該光學元件之該輸出埠包括一透鏡。
  14. 如請求項13之設備，其中該透鏡與該LED基照射裝置之該輸出埠之間的一距離大約等於該透鏡之一焦距。
  15. 如請求項12之設備，其中該光學元件包含裝填有散射粒子之一透鏡材料。
  16. 如請求項12之設備，其中該光學元件之一厚度自該輸入埠至該輸出埠而變化。
  17. 如請求項12之設備，其中該光學元件之一內部表面之一部分塗佈有一反射材料。
  18. 如請求項17之設備，其中該光學元件之該內部表面之該部分位於該最大周長與該輸出埠之間。
  19. 如請求項17之設備，其中該光學元件之該內部表面之該部分位於該最大周長與該輸入埠之間。
  20. 一種設備，其包含：一LED基照射裝置，其具有可操作以將一第一色彩之一定量之光發射至一色彩轉換腔中之至少一個LED，該LED基照射裝置具有安置於該色彩轉換腔中之至少一個色彩轉換元件，其中自該至少一個LED發射之該一定量之光之一部分被色彩轉換至一第二色彩且透過該LED基照射裝置之一輸出埠發射；及一光學元件，其耦合至該LED基照射裝置，該光學元件具有一輸入埠及一輸出埠，其中該光學元件之一周長在大小上自該輸入埠處之一周長至一最大周長而增加，自該最大周長至該光學元件達到一最大高度之一偏轉平面處之一周長而減小，且自該偏轉平面至該輸出埠處之一周長而進一步減小。
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