ИСТОЧНИК СВЕТА, СОДЕРЖАЩИЙ ИЗЛУЧАЮЩИЕ НА ГРАНЯХ ЭЛЕМЕНТЫ
LIGHT SOURCE HAVING ELEMENTS EMITTING ON EDGES

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ
Настоящее изобретение относится к области освещения, а в частности к источнику света, содержащему излучающие на гранях элементы.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Достижения в развитии и улучшении светового потока светоизлучающих устройств, таких как твердотельные полупроводниковые и органические светоизлучающие диоды (LED), сделали эти устройства пригодными для использования в осветительных приложениях общего назначения, включающих в себя архитектурное, развлекательное и дорожное освещение. Светоизлучающие диоды становятся все более и более конкурентоспособными по отношению к источникам света, таким как лампы накаливания, флуоресцентные лампы и высокоинтенсивные газоразрядные лампы.
Одна из проблем, с которой часто сталкиваются при разработке основанных на светодиодах источников света, состоит в разработке адекватных средств охлаждения для светодиодов, содержащихся в них. Например, поскольку эксплуатационные характеристики светодиодов в целом чувствительны к температуре и ее изменениям, рассеивание и управление температурой часто становится важным параметром конструктивного исполнения. В частности, источники света, объединяющие множество светоизлучающих диодов в относительно тесном расположении, например, для предоставления более высокой выходной интенсивности или смешанного спектра излучения, могут нуждаться в тщательно проработанном конструктивном решении конфигурации источников света для улучшения управления температурой.
При изготовлении матриц лазерных диодов, а особенно многослойных (пакетных) прямоугольных матриц диодов, была предложена блочная конструкция, которая комбинирует ряд диодных блоков, вставленных между соответствующей серией теплопроводящих вставок, которые обеспечивают соответствующий теплоотвод и электрическое соединение для диодных блоков. Такая конфигурация облегчает тестирование отдельных модулей и их замену в случае неисправности и в целом обеспечивает дополнительную структурную поддержку для диодных блоков, приводя к улучшенным свойствам излучения. Модули составлены и возбуждаются последовательно для предоставления по существу узкополосного высокомощного источника света для использования, например, в качестве оптической накачки для твердотельных лазеров. Примеры таких лазерных массивов диодов предлагаются в различных формах и конфигурациях в патенте США №4,454,602, выданном 12 июня 1984 г. Смиту, патенте США №5,394,426, выданном 28 июня 1994 г. Хербу и др., патенте США №5,394,426, выданном 28 февраля 1995 г. Джослину, патенте США №5,835,515, выданном 10 ноября 1998 Хуангу, патенте США №6,195,376, выданном 27 февраля 2001 г. Вилсону и др., патенте США №6,352,873, выданном 5 марта 2002 г. Ходену и др., и патенте США №6,768,753, выданном 27 июля 2004 года Тройшу.
Основанные на светодиодах источники света, в настоящий момент используемые, например, в приложениях освещения общего применения, обычно комбинируют один или более плоскостной светоизлучающий диод для обеспечения требуемого светового эффекта. Например, эти плоскостные светоизлучающие диоды могут быть смонтированы группами или матрицами для предоставления освещения на одной или более длинах волн, которые могут, если сконфигурированы соответствующим образом, быть скомбинированы для предоставления требуемого выходного спектра или рисунка. Основанные на светоизлучающих диодах источники света, предоставляющие такие комбинированные выходы, могут быть использованы в качестве источника белого света (например, комбинируя красный, зеленый и голубой (RGB) светоизлучающие диоды и т.д.), как источник света с рисунком или многоцветный источник света, или как источник света требуемого или переменного выходного спектра.
Различные примеры таких источников света общего назначения на основе светоизлучающих диодов представлены в патенте США №7,048,412 для продольного источника на светоизлучающих диодах, выданном 23 мая 2006 г. Мартину и др., в котором предлагаемые источники света содержат некоторое количество светоизлучающих диодов, расположенных вдоль фасеток осей источника света и излучающих наружу из него в сторону коллектора, размещенного для сбора и перенаправления излученного света для создания требуемого светового эффекта. Другие подобные источники света общего назначения на основе светоизлучающих диодов, обычно содержащие матрицы светоизлучающих диодов, расположенные перпендикулярно оси источника света, также проиллюстрированы в данном документе.
В этих и других доступных источниках света общего назначения на основе светоизлучающих диодов используемые плоскостные светоизлучающие диоды обычно сконфигурированы для предоставления первой большой светоизлучающей поверхности и противоположной поверхности, от которой создаваемое светоизлучающим диодов тепло рассеивается через теплоотвод или тому подобное. Для высокомощных источников света, тем не менее, вышеприведенная конфигурация с излучением на поверхности часто приводит к трудностям управления нагревом и/или охлаждением, которые сказываются на общей эффективности источника света.
Следовательно, существует потребность в улучшенных источниках света, содержащих светодиоды и/или другие подобные светоизлучающие элементы, которые преодолевают по меньшей мере некоторые недостатки известных источников света.
Данная информация об уровне техники предоставлена для раскрытия информации, которая по предположению заявителя имеет возможную значимость для настоящего изобретения. Не подразумевается обязательным и не должно истолковываться допущение, что любая из предшествующей информации составляет предшествующий уровень техники в отношении настоящего изобретения.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Целью настоящего изобретения является предоставление источника света, содержащего элементы, излучающие на гранях. В соответствии с одним аспектом настоящего изобретения представлен источник света для предоставления освещения, содержащий один или более излучающих на гранях элементов, каждый соответственно содержит одну (или более) светоизлучающую грань, соединяющую две по существу противоположные поверхности, площадь упомянутых по существу противоположных поверхностей больше, чем площадь упомянутой одной или более светоизлучающих граней; один или более теплоотвод, одна или более из упомянутых по существу противоположных поверхностей каждого из упомянутых одного или более излучающих элементов термически соединены с соответствующим одним (или более) теплоотводом, сконфигурированным для отвода тепла от них; и средства возбуждения для возбуждения одного или более излучающих на гранях элементов для излучения света через посредство упомянутой одной или более их светоизлучающей грани для обеспечения освещения.
В соответствии с другим аспектом настоящего изобретения представлена светоизлучающая структура для использовании в освещающем источнике света, содержащая средства возбуждения для возбуждения светоизлучающей структуры, светоизлучающая структура, содержащая два или более светоизлучающих слоя, соответственно вставленных между последовательными слоями теплоотвода, каждый из упомянутых светоизлучающих слоев содержит один или более излучающий на гранях элемент, каждый из которых содержит светоизлучающую грань, соединяющую две по существу противоположные поверхности, сконфигурированные для термического соединения упомянутых излучающих на гранях элементов с упомянутыми последовательными слоями теплоотвода, площадь упомянутых по существу противоположных поверхностей больше, чем площадь упомянутой одной или более светоизлучающих граней.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Фиг.1 - пространственное изображение источника света, содержащего излучающие на гранях элементы в соответствии с одним вариантом осуществления настоящего изобретения;
фиг.2 - поперечное сечение источника света на фиг.1, выполненное вдоль его оси 2-2;
фиг.3 - поперечное сечение источника света, содержащего излучающие на гранях элементы в соответствии с одним вариантом осуществления настоящего изобретения;
фиг.4 - поперечное сечение источника света, содержащего один излучающий на грани элемент в соответствии с другим вариантом осуществления настоящего изобретения;
фиг.5 - поперечное сечение источника света, содержащего три излучающие на гранях элемента в соответствии с другим вариантом осуществления настоящего изобретения;
фиг.6 - поперечное сечение многослойной светоизлучающей структуры, содержащей излучающие на гранях элементы в соответствии с дополнительным вариантом осуществления настоящего изобретения;
фиг.7 - пространственное изображение многослойной светоизлучающей структуры, содержащей излучающие на гранях элементы в соответствии с дополнительным вариантом осуществления настоящего изобретения;
фиг.8 - пространственное изображение многослойной светоизлучающей структуры, содержащей излучающие на гранях элементы в соответствии с дополнительным вариантом осуществления настоящего изобретения;
фиг.9 - представление в виде схемы системы, содержащей источник света и необязательную систему с обратной связью в соответствии с дополнительным вариантом осуществления настоящего изобретения;
фиг.10 - разрез многослойной светоизлучающей структуры, содержащей излучающие на гранях элементы в соответствии с дополнительным вариантом осуществления настоящего изобретения;
фиг.11 - вид сбоку источника света, содержащего излучающие на гранях элементы в соответствии с одним вариантом осуществления настоящего изобретения;
фиг.12 - вид сверху кольцеобразного теплоотвода, несущего излучающие на гранях элементы в соответствии с одним вариантом осуществления настоящего изобретения;
фиг.13 - вид снизу кольцеобразного теплоотвода, несущего излучающие на гранях элементы в соответствии с одним вариантом осуществления настоящего изобретения;
фиг.14 - пространственное изображение многослойных светоизлучающих элементов в соответствии с одним вариантом осуществления настоящего изобретения;
фиг.15A - пространственное изображение теплоотвода, несущего светоизлучающие элементы в соответствии с одним вариантом осуществления настоящего изобретения;
фиг.15B - пространственное изображение теплоотвода, несущего светоизлучающие элементы в соответствии с другим вариантом осуществления настоящего изобретения;
фиг.16A-16D - схематические принципиальные схемы для соединения светоизлучающих элементов согласно вариантам настоящего изобретения;
фиг.17 - пространственное изображение теплоотвода, несущего светоизлучающие элементы в соответствии с одним вариантом осуществления настоящего изобретения; и
фиг.18 - вид сбоку на схему расположения для смешения выходов различных излучающих на гранях элементов в соответствии с одним вариантом осуществления настоящего изобретения.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Определения
Термин «светоизлучающий элемент» используется для определения устройства, которое излучает излучение в диапазоне или сочетании диапазонов электромагнитного спектра, например в видимом диапазоне, инфракрасном и/или ультрафиолетовом диапазоне, при возбуждении, например, посредством приложения разности потенциалов вдоль него или пропускания через него тока. Поэтому светоизлучающий элемент может иметь монохроматические, квазимонохроматические, полихроматические или широкополосные спектральные характеристики излучения. Примеры светоизлучающих элементов включают в себя полупроводниковые, органические или полимер-полимерные светоизлучающие диоды, суперлюминисцентные диоды, лазерные диоды, оптически накачиваемые покрытые фосфором светоизлучающие диоды, оптически накачиваемые нанокристаллические светоизлучающие диоды или другие подобные устройства, как может быть с легкостью понятно специалистам в данной области техники. Более того, термин «светоизлучающий элемент» используется для определения определенного устройства, которое излучает излучение, например светодиодная матрица, и может равно быть использован для определения сочетания определенного устройства, которое излучает излучение, вместе с корпусом или блоком, в котором определенное устройство или устройства размещены.
Термин «излучающий на гранях элемент» в целом используется для определения светоизлучающего элемента, такого как вышеописанные устройства, который излучает свет из одной или более его граней, то есть из грани, в общем соединяющей две по существу противоположные поверхности, каждая из которых имеет площадь по меньшей мере больше, чем площадь граней. Другими словами, термин «излучающий на гранях элемент» используется для представления светоизлучающего элемента, из которого свет излучается через посредство одной (или более) его светоизлучающей грани, одна (или более) светоизлучающая грань имеет площадь, которая по крайней мере меньше, чем площадь минимальной номинально не излучающей поверхности светоизлучающего элемента. Как будет обсуждаться дополнительно ниже, по меньшей мере некоторые из этих больших неизлучающих поверхностей используются для отвода тепла. Термин «излучающий на гранях элемент» также относится к элементу, излучающему свет из грани активного слоя в элементе, безотносительно того, как элемент был вырезан из его многослойного брикета во время изготовления. Предполагается, что свет может излучаться из поверхности излучающего на гранях элемента, как определено в данном документе, которая не является одной из наименьших поверхностей данного элемента, но которая остается имеющей меньшую площадь, чем по меньшей мере одна из номинально неизлучающих поверхностей светоизлучающего элемента. Термин «излучающий на гранях элемент» может также относиться к светоизлучающему элементу, от которого свет полностью внутренне отражается или по меньшей мере существенно отражается, от одной или более поверхностей меньшей площади, которые будут в противном случае светоизлучающими гранями, для излучения из части или частей одной или более больших поверхностей, которые будут номинально неизлучающими поверхностями в отсутствие полного внутреннего отражения.
Термин «неизлучающий элемент» относится к поверхности на светоизлучающем элементе, как определено выше, через которую свет номинально не будет излучаться, но через которую некоторое количество света может по-прежнему излучаться на практике. Специалист в данной области техники с легкостью поймет, что такие неизлучающие поверхности не предполагаются для исключительного определения поверхностей, из которых свет может не излучаться, но в более общем смысле, для определения поверхностей светоизлучающего элемента, которые обычно не рассматриваются в качестве первичных светоизлучающих поверхностей, то есть поверхностей, из которых свет может излучаться, но в пропорции, которая является вторичным членом к излучениям, предоставляемым из одной или более светоизлучающих граней таких светоизлучающих элементов.
Термин «теплоотвод» используется для определения материала, устройства, системы и/или среды, способной к поглощению тепла от другого объекта, а именно светоизлучающего элемента, такого как излучающий на гранях элемент, как описано выше, с которым он термически соединен. Теплоотвод, который может содержать одну или более независимых и/или соединенных теплоотводов, обычно сконфигурирован для проведения тепла, поглощенного таким образом от его источника (например, светоизлучающего элемента), и распространения или рассеивания тепла по большей площади поверхности. В общем смысле, теплоотвод уменьшает температуру источника через увеличенную термическую массу и/или рассеяние тепла посредством теплопроводности, конвекции, излучения и/или активного охлаждения. Примеры теплоотводов могут включать в себя, но не ограничиваться, различными типами теплоотводов, например, составленных из металлических конструкций, таких как пластины, стержни и тому подобные (например, медные, алюминиевые, алюминий-нитридные, медь-вольфрамовые и т.д.), различными типами термоэлектрических охладителей, систем принудительного воздушного охлаждения или тепловыми трубами, различными типами макроканальных или микроканальных жидкостных охлаждающих систем или другими сходными системами отвода тепла и/или рассеивания, как с легкостью поймет специалист в данной области техники. Термин «теплоотвод» дополнительно используется для определения пассивной и/или активной охлаждающей системы, действующим образом и/или термически присоединенной к или интегрированной в конструкцию отвода тепла светового устройства.
Термины «спектр», «спектральная характеристика», «спектр излучения» используются взаимозаменяемо для определения одной или более спектральной характеристики данного источника света, светоизлучающего элемента или других подобных светоизлучающих устройств, где такие характеристики могут включать, но не ограничены, спектральным распределением мощности (SPD), одной или более длиной волны пика интенсивности и/или диапазонами излучения, одним или более спектральным профилем интенсивности и тому подобными.
В качестве используемого в данном документе термин «около» относится к разбросу в +/-10% от номинального значения. Должно быть понято, что такой разброс всегда включен в любое данное значение, предоставленное в данном документе, указано это отдельно или нет.
Если не обозначено обратное, все технические и научные термины, используемые здесь, имеют то же значение, что и обыкновенно понятные обычному специалисту в данной области техники, к которой принадлежит изобретение.
Настоящее изобретение представляет источник света, содержащий излучающие на гранях элементы. В частности, источник света в целом содержит один или более излучающих на гранях элементов, каждый имеющий по существу одинаковый (например, синий, красный, зеленый и т.д.) или сходный (например, теплый белый или холодный белый) спектр излучения, или имеющие по существу различные спектры/цвета излучения (например, красный, зеленый и синий), и один или более теплоотвод, электрически соединенный с ним. Также предусмотрены средства возбуждения для возбуждения излучающих на гранях элементов. Выходные оптические средства, такие как отражатели, линзы, рассеиватели, коллиматоры, фильтры и подобные могут быть также включены для собирания, смешения и/или перенаправления света, излученного одним или более излучающим на гранях элементом для создания требуемого оптического эффекта. Источник света может также содержать необязательную управляющую систему с обратной связью, приспособленную для контроля выхода источника света и корректировки средств возбуждения и/или выходных оптических средств для поддержания требуемого или оптимального выхода.
Как определено выше, каждый излучающий на гранях элемент данного источника света, как правило, содержит одну (или более) светоизлучающую грань и две (или более) неизлучающие поверхности, от которых тепло может отводиться и рассеиваться через посредство теплоотвода, соответствующим образом присоединенного к ним. В целом, неизлучающие поверхности имеют площадь, большую чем площадь светоизлучающих граней, и таким образом предусматривают больший теплоотвод и рассеивание. По существу, вопреки использованию излучающих на поверхностях элементов в доступных в настоящий момент источниках света использование излучающих на гранях элементов, как описано в данном документе, предусматривает больший отвод тепла и большее рассеивание и, следовательно, большее управление температурой и контроль температуры, которые могут преобразоваться в большую эффективность источника света, надежность, стабильность и долговечность.
В целом, один или более излучающих на краях элементов могут управляться независимо, в группе или массиве, или как часть одного или более многослойных излучающих на гранях элементов. В одном варианте осуществления, например, каждый излучающий на гранях элемент возбуждается с помощью соответствующих средств возбуждения. В данном варианте осуществления каждый элемент термически подсоединен к одному или более соответствующим теплоотводам (например, см. фиг. 4 и 15). Теплоотводы каждого излучающего на гранях элемента могут быть использованы в качестве независимых средств отвода и рассеивания теплоты или могут быть взаимно соединены для обеспечения комбинированной системы отвода и рассеивания теплоты для всего источника света или для различных подгрупп его излучающих на гранях элементов, как описано ниже.
В другом варианте осуществления некоторое количество излучающих на гранях элементов скомбинировано в многослойную светоизлучающую структуру, содержащую последовательные вставные светоизлучающие слои и слои теплоотвода соответственно (например, см. фиг.1-3, 6-8, 10, 11 и 14). А именно такие многослойные светоизлучающие структуры могут содержать один или более светоизлучающих слоев, термически соединенных между двумя последовательными слоями теплоотвода. Например, в одном варианте осуществления каждый светоизлучающий слой содержит один излучающий на гранях элемент, термически соединенный между двумя последовательными слоями теплоотвода (например, см. фиг.1 и 6). В другом варианте осуществления каждый светоизлучающий слой содержит два или более излучающих на гранях элемента, термически соединенных между двумя последовательными слоями теплоотвода (например, см. фиг.7 и 8). Другие многослойные конфигурации и перестановки, имеющие различные количества светоизлучающих слоев и слоев теплоотвода и имеющие различные сочетания излучающих на гранях элементов и теплоотводов для каждого такого слоя соответственно, будут очевидны специалисту в данной области техники.
Более того, в вышеописанной многослойной светоизлучающей структуре(ах) каждый излучающий на гранях элемент данного светоизлучающего слоя может иметь по существу одинаковый или сходный спектр излучения, различные спектры излучения, или структура может содержать сочетание излучающих на гранях элементов, некоторые из которых имеют по существу одинаковый или сходный спектр, а некоторые - различный. Например, в одном варианте осуществления многослойная светоизлучающая структура содержит некоторое количество светоизлучающих слоев, каждый из которых соответственно содержит излучающие на гранях элементы, разделяющие по существу одинаковый или сходный спектр/цвет излучения. Например, данная многослойная светоизлучающая структура может содержать, в соответствии с одним вариантом осуществления, первый светоизлучающий слой, содержащий излучающие на гранях элементы, каждый из которых имеет первый спектр излучения, и второй светоизлучающий слой, содержащий излучающие на гранях элементы, каждый из которых имеет второй отличный спектр излучения; три (или более) слоя могут также быть предусмотрены в зависимости от приложения, для которого источник света должен быть использован.
В дополнение, данный источник света может содержать единственную многослойную светоизлучающую структуру (например, см. фиг.1-3 и 11) или содержать две или более многослойных светоизлучающих структуры. Например, в одном варианте осуществления источник света содержит две или более многослойные светоизлучающие структуры, каждая из которых излучает свет в соответствии с соответствующим спектром излучения или цветом. В другом варианте осуществления каждая многослойная светоизлучающая структура источника света излучает свет в соответствии с комбинированным выходным спектром, получаемым посредством сочетания излучений его различных светоизлучающих слоев, составленных из излучающих на гранях элементов или их подгрупп, имеющих различные спектры излучения.
Специалист в данной области техники с легкостью поймет, что другие многослойные светоизлучающие структуры, содержащие различные сочетания излучающих на гранях элементов в различных конфигурациях светоизлучающих слоев и слоев теплоотвода, могут рассматриваться без отхода от общего объема и сущности настоящего раскрытия. Например, соседние светоизлучающие слои могут совместно использовать общий теплоотвод, расположенный между ними, или быть присоединены к рядом расположенным, но различным теплоотводам. Более того, многослойные светоизлучающие структуры могут быть изготовлены для того, чтобы иметь различные формы и/или конфигурации в зависимости от применения, для которого будет использован источник света. Например, линейные, квадратные и прямоугольные многослойности (пакеты) могут быть предпочтительны в определенных приложениях (например, см. фиг.11-13), в то время как цилиндрические, конические или кольцеобразные пакеты (см., например, фиг.11-13) могут быть лучшим решением в других применениях. Кольцеобразный пакет, например, может быть расположен вокруг и термически подсоединен к осевой тепловой трубе или другому теплопроводящему или переносящему тепло компоненту для отвода тепла, производимого светоизлучающими элементами.
В других вариантах осуществления пакет может быть одномерным, линейным, расположенным в горизонтальной, вертикальной ориентации. Он может быть двумерным (2D), в случае чего поверхности, излучающие на гранях, формируют плоскую двумерную матрицу. Он может быть двумерной (2D) матрицей, расположенной на виртуальной криволинейной поверхности, такой как поверхность цилиндра. Он может также быть трехмерной (3D) матрицей, имеющей смещенные ряды, позволяющие излучению, излучаемому излучающими на гранях элементами, расположенными на одной или более задних рядах, проходить мимо излучающих на гранях элементов, расположенных в одном или более передних рядов. Специалист в данной области техники поймет, что эти и другие подобные изменения не подразумеваются как отклоняющиеся от общего объема и сущности настоящего раскрытия.
Более того, как представлено выше, многослойные светоизлучающие структуры могут содержать излучающие на гранях элементы, имеющие разные выходные спектры, или содержат набор излучающих на гранях элементов, все из которых излучают свет в соответствии с по существу одинаковым или сходным выходным спектром. В последнем варианте осуществления многослойная светоизлучающая структура излучающих на гранях элементов данного выхода может быть скомбинирована со светоизлучающими структурами излучающих на гранях элементов, имеющих отличные выходы для создания комбинированного оптического эффекта. Например, такие комбинации могут использоваться в высокомощных световых источниках для предоставления, если выходы от соответствующих светоизлучающих структур скомбинированы с помощью общих световых коллекторов, смесителей и т.д., комбинированного выхода, имеющего требуемый спектр (например, выбранный цветовой выход, источник белого света и т.д.)
Излучающие на гранях элементы
В одном варианте осуществления излучающий на гранях элемент содержит по существу плоский светоизлучающий элемент, имеющий одну или более светоизлучающих граней, соединяющих две по существу противоположные неизлучающие поверхности; одна или более светоизлучающих граней может формировать угол по отношению или быть по существу перпендикулярной к неизлучающим поверхностям. Более того, одна или более поверхностей излучающего на гранях элемента, как правило, отличная от самой светоизлучающей грани, может быть покрыта отражающим покрытием или изготовлена для обеспечения увеличенной внутренней отражательной способности. Такие отражающие поверхности могут быть использованы, например, для прямых излучений излучающего на гранях элемента из одной грани или с другой стороны из диаметрально противоположных граней. Также одна или более поверхностей и, в частности, одна или более светоизлучающих граней излучающего на гранях элемента могут быть покрыты противоотражающим покрытием, изготовлены для обеспечения уменьшенной внутренней отражающей способности. Такие противоотражающие поверхности могут быть использованы, например, для улучшения эффективности излучения данного излучающего на гранях элемента.
В другом варианте осуществления излучающий на гранях элемент по меньшей мере частично изготовлен из светопроводного материала, такого, что свет, создаваемый излучающими на гранях элементами, проводится этими светопроводными материалами к одной или более светоизлучающим граням, из которых он излучается. Светопроводные материалы с более низким показателем преломления, например, расположены вдоль одной или более неизлучающих поверхностей излучающего на гранях элемента для формирования световода. Например, конструкция, такая как гребенчатый волновод или подобная, может быть выращена на излучающем на гранях элементе. Направленное распространение волн может, например, возникать вследствие изменения коэффициента преломления между активным слоем, проводящим слоем и оболочкой на полупроводниковом светоизлучающем элементе, таком как лазер на полупроводниковом диоде. Другой пример может быть применением внутренних зеркальных слоев, которые окружают активный слой сходно с тем, как это делается в нанесении одного зеркального слоя на сторону подложки излучающих на поверхности светоизлучающих диодов. В дополнение, сочетание внутренних светопроводящих слоев и внешних светопроводящих слоев, таких как зеркальные покрытия и тому подобные, может быть использовано для достижения требуемого эффекта. Другие примеры подобных излучающих на гранях элементов будут с легкостью поняты специалистом в данной области техники.
В другом варианте осуществления настоящего изобретения отражающие и/или частично отражающие материалы могут быть нанесены на одну или более светоизлучающих граней для того, чтобы способствовать генерации когерентного излучения между этими поверхностями граней. Поверхности могут быть отполированы и могут быть плоскими или криволинейными.
В другом варианте осуществления настоящего изобретения излучающие на гранях элементы могут быть сконфигурированы так, что его противоположная излучающая грань сконфигурирована для обеспечения полного или существенного внутреннего отражения, тем самым перенаправляя свет, направленный к ней, в сторону части номинально неизлучающей поверхности. В этом варианте осуществления излучающий на гранях элемент сохраняет преимущество предоставления одной или более, как правило, больших поверхностей, от которых может отводиться тепло и/или рассеиваться, предоставляя альтернативу для выходной направленности. В данной конфигурации свет, генерируемый излучающим на гранях элементом, излучается через посредство его излучающей грани, которая, в данном варианте осуществления, сконфигурирована для перенаправления света в направлении номинально неизлучающей поверхности для излучения из нее.
В дополнение, излучающий на гранях элемент может быть определенным устройством, которое излучает излучение, например, светодиодной матрицей, и может быть использовано равно для определения объединения определенного устройства, которое излучает излучение, с корпусом или блоком, в котором размещено определенное устройство (например, включающий теплоотводы, такие как радиаторы, возбуждающие электроды, светопроводящие структуры, отражающие покрытия и/или конструкции, и т.д.). В одном варианте осуществления излучающий на гранях элемент может содержать один излучающий на гранях элемент или сочетание таких излучающих на гранях элементов, интегрально или действующим образом соединенных в заданную конфигурацию или массив, например, излучающий на гранях слой слоистой светоизлучающей структуры или устройства, составленного из двух или более излучающих на гранях элементов.
Теплоотвод
Специалисту в данной области техники будет понятно, что различные типы теплоотводов, расположенных слоями между соответствующими слоями одного или более излучающих на гранях элементов или расположенных в качестве отдельных теплоотводов для одиночных излучающих на гранях элементов, могут рассматриваться в данном документе без отхода от общего объема и сущности настоящего раскрытия. Более того, могут рассматриваться различные формы и конфигурации теплоотводов в зависимости от формы источника света и выбранной комбинации и структурной конфигурации самого излучающего на гранях элемента.
В одном варианте осуществления каждый теплоотвод содержит радиатор, а именно металлическую пластину или конструкцию (например, медную, алюминиевую, алюминий-нитридную, медь-вольфрамовую и т.д.), термически подсоединенную к одной или более неизлучающим поверхностям (или их части) одного или более излучающих на гранях элементов. Каждый радиатор может дополнительно быть термически присоединен к теплоотводящему основанию, последняя, необязательно, термически соединяет каждый теплоотвод данного излучающего на гранях элемента, данного светоизлучающего слоя, данную матрицу или группу излучающих на гранях элементов или данную многослойную светоизлучающую структуру. Теплоотводящее основание или снова заданный теплоотвод отдельного излучающего на гранях элемента или группа, матрица или многослойная структура из них могут дополнительно служить в качестве опоры для излучающих на гранях элементов в источнике света (например, см. фиг.1). Как будет легко понято специалистом в данной области техники, теплоотводящее основание может также вести к дополнительной системе контроля нагрева, такой как активная система охлаждения, для дополнительного контроля и поддерживания функционирования излучающих на гранях элементов при требуемой и/или оптимальной температуре функционирования.
В качестве альтернативы, каждый радиатор может эксплуатироваться независимо или подгруппами в зависимости от конкретной конструкции и эксплуатационных требований данного источника света. Специалист в данной области техники с легкостью поймет, что многие средства отвода тепла и рассеяния могут быть использованы в качестве теплоотводов в настоящем контексте без отклонения от общего объема и сущности настоящего раскрытия. А именно различные типы и/или сочетания теплоотводов могут рассматриваться для предоставления передачи тепла от неизлучающих поверхностей излучающих на гранях элементов окружающей среде или связанной пассивной или активной системе охлаждения. Как указано выше, такие теплоотводы могут включать, но не ограничиваться различными типами радиаторов, термоэлектрических охладителей, систем принудительного охлаждения, тепловых труб, жидкостных охлаждающих систем, таких как макроканальные или микроканальные охладители и другие подобные системы отвода и/или рассеивания тепла, такие как пассивные и/или активные системы охлаждения действующим образом и/или термически соединенные или интегрированные в теплоотводящую конструкцию излучающих на гранях элементов.
В одном варианте осуществления теплоотвод может нести одну или более проводящих линий, которые электрически изолированы от основного материала теплоотвода. Таким образом, электрическая энергия может подаваться на излучающий на гранях элемент через посредство проводящей линии и теплоотвода. Например, примеры проводящих линий могут быть видны на фиг.15A и 15B. На примере фиг.15A по существу плоский теплоотвод 1208 несет излучающий на грани элемент 1202, имеющий верхний металлический поверхностный контакт 1230. Контакт 1230 верхней металлической поверхности соединен проводом 1232 с проводящей линией 1234 на теплопроводном, но электрически изолирующем слое 1236, расположенном на теплорассеивающем конце 1238 теплоотвода 1208. На примере фиг.15B ступенчатый плоский теплоотвод 1208' несет излучающий на гранях элемент 1202', имеющий контакт 1230' верхнего металлического выступа. Контакт 1230' верхнего металлического выступа соединен проводом 1232' с проводящей линией 1234' на теплопроводном, но электрически изолирующем слое 1236', расположенном на теплорассеивающем конце 1238' теплоотвода 1208'. В другом примере теплоотвод может быть электрически изолирующим материалом, таким как керамика, с хорошей теплопроводностью. В этом случае две линии могут быть использованы для каждого излучающего на гранях элемента.
Дополнительная выходная оптика
В вышеприведенном варианте осуществления выходы каждого излучающего на гранях элемента данного источника света, независимые ли, скомбинированные ли в подгруппы или массивы или составленные в одну или более многослойную светоизлучающую структуру, могут быть скомбинированы с использованием выходной оптики для обеспечения требуемого оптического эффекта. Например, выходы различных излучающих на гранях элементов могут быть скомбинированы множеством способов для предоставления структурированного выхода, коллимированного выхода, выхода выбранного цвета или цветности (например, через посредство смешения RGB - красного, зеленого и синего, смешения RAGB - красного, янтарного, зеленого и синего и т.д.), выхода переменной интенсивности или цветности (например, через посредство переменных средств возбуждения и/или выходной оптики) и тому подобного.
В одном варианте осуществления источник света содержит излучающие на гранях элементы, которые предоставляют два или более выходных спектров/цветов. Например, может быть рассмотрен источник света, имеющий красный излучающий на гранях элемент, зеленый излучающий на гранях элемент и синий излучающий на гранях элемент (например, см. фиг.1, 5 и 11). В таком источнике света соответствующие цветные выходы различных излучающих на гранях элементов могут быть собраны и смешаны через посредство подходящих оптических средств (например, отражателя(ей), линз(ы), коллиматора(ов), рассеивателя(ей), оптического(их) фильтра(ов) и т.д.) для предоставления комбинированного выходного спектра, а именно требуемой цветности. В одном варианте осуществления требуемый выход является белым цветом, генерируемым из сочетания красного, зеленого и синего выходов.
В другом варианте осуществления источник света содержит излучающие на гранях элементы, которые предоставляют четыре или более выходных спектров/цветов. Например, источник света может содержать четыре излучающих на гранях элемента или их группы, матрицы или слои, имеющие различные выходные спектры/цвета, а именно, например, красный, янтарный, зеленый и синий (например, см. фиг.3). Вновь цветные выходы соответствующих излучающих на гранях элементов могут быть собраны и смешаны через посредство подходящих оптических средств для предоставления комбинированного выходного спектра, такого как белый свет. В качестве альтернативы, как представлено выше, источник света может содержать одну (или более) матрицу излучающих на гранях элементов, каждая матрица имеет соответствующий общий выходной спектр или длину волны. А именно, как видно на фиг.7, 8 и 11, излучающие на гранях элементы могут быть скомпонованы в конфигурацию для предоставления между каждыми двумя теплоотводами двух или более излучающих на гранях элементов, которые в зависимости от применения, для которого разработан источник света, могут быть сконфигурированы для излучения света, имеющего по существу одинаковый или сходный спектр излучения. В одном варианте осуществления каждый излучающий на гранях элемент данного светоизлучающего слоя предоставляет по существу одинаковый или сходный выходной спектр. В другом варианте осуществления три светоизлучающих слоя предусмотрены для того, чтобы соответствующим образом генерировать свет красного, зеленого и синего цветов (например, см. фиг.1, 5 и 11). В еще одном варианте осуществления четыре светоизлучающих слоя предусмотрены для того, чтобы соответствующим образом генерировать свет красного, янтарного, зеленого и синего цветов (например, см. фиг.3 и 6). В дополнительном варианте осуществления свет, генерируемый данным светоизлучающим слоем, собирается и смешивается со светом, генерируемым другими светоизлучающими слоями, для создания комбинированного оптического эффекта. Собирание и смешивание света, генерируемого отдельными излучающими на гранях элементами и/или светоизлучающими слоями, может обеспечиваться посредством сочетаний оптических средств, таких как отражатели, фильтры, линзы, коллиматоры, рассеиватели и тому подобные.
В другом варианте осуществления, например, соответствующие спектры излучения множества излучающих на гранях элементов частично перекрываются, так что комбинированный выход излучающих на гранях элементов формирует непрерывный ненулевой спектр в диапазоне длин волн, который является широким в сравнении с диапазоном длин волн одного излучающего на гранях элемента. Комбинированный выход может охватывать, например, длины волн от по существу синего до красного, предоставляемые, например, из двух, трех, четырех или более отдельных спектров.
Специалист в данной области техники с легкостью поймет, что различные оптические устройства и компоненты могут использоваться в рамках или в соединении с различными вариантами осуществления раскрытого источника света для предоставления требуемого эффекта. Например, многослойные и/или ступенчатые сочетания фильтров могут быть использованы для того, чтобы в достаточной мере скомбинировать и смешать различные цветные выходы излучающих на гранях элементов. Могут также быть рассмотрены различные конфигурации отражателей, а именно для собирания и перенаправления света, излученного из каждого излучающего на гранях элемента или их группы, матрицы или слоя. Например, отражатели могут быть плоскими, коническими, параболическими, составными параболическими, ассиметричными составными параболическими, роговидными, многоугольно секционными и/или их сочетанием или других таких форм, известных в данной области техники. Также коллиматоры, линзы и тому подобные могут быть использованы для придания формы и перенаправления выхода источника света, в то время как рассеиватели и тому подобные могут быть использованы для смешения и рассеивания различных выходов.
Специалист в данной области техники сверх того поймет, что различные оптические обработки оптического светового выхода из различных излучающих на гранях элементов могут также быть предоставлены через посредство различных структурных и/или конфигурационных атрибутов самих излучающих на гранях элементов или светоизлучающих слоев. Например, различные отражающие и противоотражающие покрытия могут быть нанесены на эти элементы (например, на неизлучающие поверхности и/или светоизлучающие грани) для перенаправления света, излученного из них в соответствии с требуемой направленностью выхода. Вытравленные и/или встроенные микрозеркала, линзы и/или светопроводящие структуры могут также быть связаны или предусмотрены с отдельными элементами/слоями.
Например, в одном варианте осуществления рассеиватель может быть наложен прямо на оптический компонент источника света.
В другом варианте осуществления преобразующий длину волны материал может быть нанесен на одну (или более) светоизлучающую грань одного или более излучающих на гранях элементов. В качестве альтернативы, преобразующий длину волны материал может быть нанесен на отражающую оптику, рассеиватели и/или герметик данного варианта осуществления.
Другие подобные рассуждения могут быть очевидны специалисту в данной области техники и таким образом не рассматриваются как отходящие от общего объема и сущности настоящего раскрытия.
Средства возбуждения
Источник света также содержит средства возбуждения для возбуждения одного или более излучающих на гранях элементов для излучения света, либо в соответствии с по существу одинаковым или сходным спектром для всех излучающих на гранях элементов, либо в соответствии с соответствующими спектрами для каждого излучающего на гранях элемента или их подгруппы.
В целом, средства возбуждения могут быть сконфигурированы для приложения разности потенциалов поперек различных излучающих на гранях элементов источника света. Эта разность потенциалов, как правило, прилагается между двумя номинально неизлучающими поверхностями излучающего на гранях элемента, например поверхностями, термически соединенными с соответствующими теплоотводами. По существу, в одном варианте осуществления средства возбуждения сконфигурированы для приложения возбуждающего напряжения к каждому излучающему на гранях элементу через посредство теплоотводов, термически соединенных с ним. Например, в варианте осуществления, где каждый излучающий на гранях элемент возбуждается отдельно, данный излучающий на гранях элемент может возбуждаться напряжением, прилагаемым напрямую между двумя теплоотводами этого данного излучающего на гранях элемента. В качестве альтернативы, в варианте осуществления, где излучающие на гранях элементы сконструированы в многослойную светоизлучающую структуру, излучающие на гранях элементы могут возбуждаться напряжением, прилагаемым между двумя внешними теплоотводами, предоставляя пакет светоизлучающих слоев, функционирующий в последовательном соединении.
Как будет очевидно специалисту в данной области техники, различные конфигурации возбуждения могут рассматриваться в зависимости от применения, для которого должен быть использован источник света. Например, если каждый светоизлучающий слой в данном многослойном светоизлучающем устройстве возбуждается независимо, то линии могут быть встроены между каждым светоизлучающим слоем и его соответствующими слоями теплоотвода с использованием тонкого слоя электрически изолирующего материала, который имеет высокую теплопроводность. Эта конфигурация будет предусматривать подходящее рассеивание от каждого светоизлучающего слоя к их соответствующим слоям теплоотвода, при этом сохраняя электрическое изолирование для каждого светоизлучающего слоя.
В одном варианте осуществления источник света может содержать несколько пакетов, и каждый пакет может включать в себя различные длины волн излучения. Каждый пакет может возбуждаться, например, последовательно и возбуждаться независимо или взаимно зависимо от других.
В другом варианте осуществления излучающие на гранях элементы между одной парой теплоотводов могут возбуждаться параллельно.
В целом различные сочетания последовательных и параллельных соединений могут рассматриваться в данном документе без отхода от общего объема и сущности настоящего раскрытия. Примерные конфигурации возбуждения, которые могут позволять излучающим на гранях элементам данного источника света возбуждаться независимо, как группа, или в различных подгруппах или сочетаниях, изображены на фиг.16A-16D. Другие подобные конфигурации могут быть очевидны специалисту в данной области техники и таким образом не рассматриваются как отходящие от общего объема и сущности настоящего раскрытия.
Дополнительная система обратной связи
В соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения источник света может дополнительно содержать дополнительную систему обратной связи (например, см. фиг.9), где выход источника света может контролироваться как прямо, так и косвенно, а напряжения, возбуждающие отдельные излучающие на гранях элементы или их массивы или сочетания, корректироваться через посредство соответствующих генераторов для управления и поддерживания требуемого выхода. Такая система обратной связи может быть использована, например, для поддержания требуемого выхода (например, цвета, цветности, интенсивности, мощности, выхода светового потока и т.д.), несмотря на отклонения в выходах отдельных излучающих на гранях элементов (например, выходной мощности, пиковой длины волны, расширения спектра и т.д.) вследствие старения, изменений температуры и тому подобного и несмотря на влияние от других источников.
Например, в варианте осуществления источника света, содержащего три или более излучающих на гранях элементов или их групп, матриц или слоев, имеющих различные спектры излучения (например, RGB, RAGB и т.д.), система обратной связи может быть сконфигурирована для контроля выходных характеристик источника света (например, выходного спектра, цветности, цветового свойства (CQS), показателя цветопередачи, световой эффективности и т.д.) и может корректировать, когда требуется, напряжения возбуждения, токи и т.д. каждого излучающего на гранях элемента или их групп, матриц или слоев, для корректировки их выхода и таким образом управления комбинированным выходом источника света.
В качестве альтернативы, дополнительная система обратной связи может быть сконфигурирована для корректировки различных компонентов выходной оптики (например, отражательной способности фильтров, расположения отражателей/линз и т.д.), для корректировки оптического выхода, в то же время поддерживая по существу постоянное возбуждение излучающих на гранях элементов источника света. Специалисту в данной области техники будет легко понять, что другие подобные системы обратной связи могут рассматриваться для обеспечения подобного эффекта и как таковые не должны рассматриваться как отходящие от общего объема и сущности настоящего раскрытия.
Изобретение будет теперь описано со ссылкой на определенные примеры. Будет понятно, что последующие примеры предназначаются для описания вариантов осуществления изобретения и не предназначаются для ограничения изобретения каким бы то ни было способом.
ПРИМЕРЫ
ПРИМЕР 1
Со ссылкой на фиг.1 и 2 будет теперь описан источник света, обычно указываемый с использованием номера 100 и в соответствии с одним вариантом осуществления настоящего изобретения. Источник 100 света в целом содержит три излучающих на гранях элемента, как элементы 102, и некоторое количество теплоотводов, термически подсоединенных к ним, как теплоотводы 108. Будет принято во внимание, что больше или меньше излучающих на гранях элементов может рассматриваться в настоящем примере, количества которых, изображенные на фиг.1 и 2, являются исключительно примерами. Многослойная светоизлучающая структура, определенная излучающими на гранях элементами и теплоотводами, обычно расположена вдоль оси, перпендикулярной оптической оси источника света 100, то есть перпендикулярно общей его оси выхода. Оптические средства, такие как отражатели 116, также предусмотрены для сбора, смешения и перенаправления света, излученного излучающими на гранях элементами 102 для обеспечения требуемого оптического выхода в направлении этой оптической оси. Также предусмотрены средства возбуждения (не показаны) для возбуждения излучающих на гранях элементов.
Как проиллюстрировано в данном документе, каждый излучающий на гранях элемент содержит две соответствующие светоизлучающие грани, как грани 120, и две большие неизлучающие поверхности, как поверхности 122, от которых тепло может отводиться и рассеиваться через посредство теплоотводов 108. Как проиллюстрировано на фиг.2, свет генерируется в активной области 124 излучающего на гранях элемента. Направление излучения к излучающим граням 120 может иметь место, например, через посредство покрытий 127 вдоль верхней и нижней граней излучающего на гранях элемента и также через посредство покрытий на двух больших неизлучающих поверхностях 122.
На проиллюстрированном варианте осуществления на фиг.1 и 2 теплоотвод 108 содержит радиаторы, именно металлические пластины или конструкции (например, медные, алюминиевые, алюминий-нитридные, медь-вольфрамовые и т.д.), каждая термически соединяет соседние неизлучающие поверхности 122 соседних излучающих на гранях элементов 102. Теплоотводы также взаимно термически соединены с теплоотводящим основанием 125 и удлинителем 126, последний из которых обеспечивает поддержку для излучающих на гранях элементов в источнике 100 света. Как будет легко понято специалистом в данной области техники, теплоотводящее основание 125 может также приводить к дополнительной системе контроля нагрева, такой как активная и/или пассивная система охлаждения, для дополнительного контроля и поддерживания функционирования излучающих на гранях элементов при требуемой и/или оптимальной температуре функционирования. Специалист в данной области техники также поймет, что термически и или электрически отдельные теплоотводы для каждого излучающего на гранях элемента могут также рассматриваться без отклонения от общего объема и сущности настоящего раскрытия.
Источник 100 света также содержит средства возбуждения (не показаны) для возбуждения излучающих на гранях элементов. На проиллюстрированном варианте осуществления излучающие на гранях элементы излучают свет на соответствующих длинах волн, обычно в соответствии с соответствующими спектрами излучения. Например, источник 100 света составлен из трех излучающих на гранях элементов 102, а именно из красного излучающего на гранях элемента, зеленого излучающего на гранях элемента и синего излучающего на гранях элемента, соответствующие выходы которого собираются и смешиваются через посредство отражателей 116 для предоставления комбинированного выходного спектра, в этом примере опционально предоставляя белый свет. В качестве альтернативы, сходный эффект может обеспечиваться, когда источник 100 света сконфигурирован для включения трех или более матриц или слоев излучающих на гранях элементов, а именно соответствующих матриц красных, зеленых и синих излучающих на гранях элементов.
ПРИМЕР 2
Фиг.3 иллюстрирует источник 200 света в соответствии с другим вариантом осуществления настоящего изобретения, который в целом содержит четыре излучающих на гранях элемента, как элемент 202, и некоторое количество теплоотводов, термически подсоединенных к ним, как теплоотводы 208. Многослойная светоизлучающая структура, определенная излучающими на гранях элементами и теплоотводами, обычно расположена вдоль оптической оси источника света 200, то есть общей его оси выхода. Оптические средства, такие как отражатели 216 и рассеиватели 219, также предусмотрены для сбора, смешения и перенаправления света, излученного излучающими на гранях элементами 202 для обеспечения требуемого оптического выхода в направлении этой оптической оси. Также предусмотрены средства возбуждения (не показаны) для возбуждения излучающих на гранях элементов.
Как проиллюстрировано в данном документе, каждый излучающий на гранях элемент содержит две соответствующие светоизлучающие грани, как грани 220, и две большие неизлучающие поверхности, как поверхность 222, из которых тепло может отводиться и рассеиваться через посредство теплоотводов 208.
На проиллюстрированном варианте осуществления на фиг.3 теплоотвод 208 содержит радиаторы, а именно металлические пластины или конструкции (например, медные, алюминиевые, алюминий-нитридные, медь-вольфрамовые и т.д.), каждая термически соединяет соседние неизлучающие поверхности 222 соседних излучающих на гранях элементов. Как будет легко понято специалистом в данной области техники, теплоотводы могут также быть сконфигурированы так, чтобы приводить к дополнительной системе управления нагревом, такой как активная и/или пассивная система охлаждения, для дополнительного контроля и поддерживания функционирования излучающих на гранях элементов при требуемой и/или оптимальной температуре функционирования. Специалист в данной области техники также поймет, что термически и или электрически отдельные теплоотводы для каждого излучающего на гранях элемента могут также рассматриваться без отклонения от общего объема и сущности настоящего раскрытия.
Источник 200 света также содержит средства возбуждения (не показаны) для возбуждения излучающих на гранях элементов. На проиллюстрированном варианте осуществления излучающие на гранях элементы излучают свет на соответствующих длинах волн, обычно в соответствии с соответствующим спектром излучения. Например, источник 200 света составлен из четырех излучающих на гранях элементов 202, а именно из красного излучающего на гранях элемента, янтарного излучающего на гранях элемента, зеленого излучающего на гранях элемента и синего излучающего на гранях элемента, соответствующие выходы которых собираются и смешиваются через посредство отражателей 216 и рассеивателей 219 для предоставления комбинированного выходного спектра, в этом примере необязательно предоставляя белый свет. В качестве альтернативы, источник 200 света может содержать четыре или более матриц или слоев излучающих на гранях элементов, а именно соответствующих слоев красных, янтарных, зеленых и синих излучающих на гранях элементов, для обеспечения подобного эффекта.
ПРИМЕР 3
Фиг.4 иллюстрирует источник 300 света в соответствии с другим вариантом осуществления настоящего изобретения, который в целом содержит один излучающий на гранях элемент 302 или их линейную матрицу и пару теплоотводов, термически подсоединенных к ним, как в теплоотводе 308. Оптические средства, такие как отражатели 316, линзы 317 и рассеиватели 319, также предусмотрены для сбора, смешения и перенаправления света, излученного излучающими на гранях элементами 302 для обеспечения требуемого оптического выхода. Также предоставлены средства возбуждения, а именно через базу 330, для возбуждения излучающего на гранях элемента 302. В одном варианте осуществления объем, ограничиваемый линзой 317, может быть заполнен, например, герметизирующим материалом. Также объем между теплоотводами 308, который не занят излучающим на гранях элементом 302 (например, объем 323), может, например, необязательно содержать теплопроводную керамику для улучшенной теплопроводности.
Как проиллюстрировано в данном документе, излучающий на гранях элемент 302 содержит светоизлучающую грань 320 и две большие неизлучающие поверхности 322, из которых тепло может отводиться и рассеиваться через посредство теплоотводов 308.
На проиллюстрированном варианте осуществления на фиг.4 теплоотвод 308 содержит радиаторы, а именно металлические пластины или конструкции (например, медные, алюминиевые, алюминий-нитридные, медь-вольфрамовые и т.д.), термически соединяющие неизлучающие поверхности 322 излучающих на гранях элементов с теплоотводящим основанием 325. Как с легкостью поймет специалист в данной области техники, теплоотводы 308 и/или теплоотводящее основание 308 могут быть соединенными с системой управления нагревом, такой как активная и/или пассивная система охлаждения, для дополнительного контроля и поддерживания функционирования излучающего на гранях элемента 302 при требуемой и/или оптимальной температуре функционирования.
ПРИМЕР 4
Фиг.5 иллюстрирует источник 400 света в соответствии с другим вариантом осуществления настоящего изобретения, который в целом содержит три излучающих на гранях элемента, как в элементе 402, каждый из которых термически подсоединен между парой теплоотводов, как в теплоотводе 408. Оптические средства, такие как отражатели 416, линзы 417 и рассеиватели 419, также предусмотрены для сбора, смешения и перенаправления света, излученного излучающими на гранях элементами 402 для обеспечения требуемого оптического выхода. Также предоставлены средства возбуждения, а именно через базу 430, для возбуждения излучающего на гранях элемента 402.
Как проиллюстрировано в данном документе, каждый излучающий на гранях элемент содержит соответствующую светоизлучающую грань, как среди граней 420, и две большие неизлучающие поверхности 422, из которых тепло может отводиться и рассеиваться через посредство теплоотводов 408.
На проиллюстрированном варианте осуществления на фиг.5 теплоотвод 408 содержит радиаторы, а именно металлические пластины или конструкции (например, медные, алюминиевые, алюминий-нитридные, медь-вольфрамовые и т.д.), каждая пара из которых термически соединяет неизлучающие поверхности 422 соответствующих излучающих на гранях элементов 402 с теплоотводящим основанием 425. Как с легкостью поймет специалист в данной области техники, теплоотводы 408 и/или теплоотводящее основание 425 могут быть соединены с дополнительной системой контроля нагрева, такой как активная и/или пассивная система охлаждения, для дополнительного контроля и поддерживания функционирования излучающего на гранях элемента 402 при требуемой и/или оптимальной температуре функционирования. Специалист в данной области техники также поймет, что термически и или электрически отдельные теплоотводы для каждого излучающего на гранях элемента могут также рассматриваться без отклонения от общего объема и сущности настоящего раскрытия.
Источник 400 света также содержит средства возбуждения (например, предоставляемые через посредство основания) для возбуждения излучающих на гранях элементов 402. На проиллюстрированном варианте осуществления излучающие на гранях элементы 402 излучают свет на соответствующих длинах волн, обычно в соответствии с соответствующими спектрами излучения. Например, источник 400 света составлен из трех излучающих на гранях элементов 402, а именно из красного излучающего на гранях элемента, зеленого излучающего на гранях элемента и синего излучающего на гранях элемента, соответствующие выходы которых собираются и смешиваются через посредство отражателей 416, линзы 417 и рассеивателя 419 для предоставления комбинированного выходного спектра, в этом примере необязательно предоставляя белый свет.
В варианте осуществления на фиг.5 излучающие на гранях элементы могут возбуждаться независимо друг от друга, например, как этому способствует разделение между теплоотводами соседствующих излучающих на гранях элементов.
В другом варианте осуществления может быть предоставлено множество излучающих на гранях элементов в каждом цвете, все элементы данного цвета расположены, например, между одной и той же парой теплоотводов. В целом, это может предусматривать расположение излучающих на гранях элементов в двумерную матрицу.
ПРИМЕР 5
Фиг.6 иллюстрирует многослойную светоизлучающую структуру 500 в соответствии с другим вариантом осуществления настоящего изобретения. Многослойная светоизлучающая структура 500 в целом предназначена для использования в источнике света, имеющем средства возбуждения для него, как в источниках 100, 200, 300 и 400 света на фиг.1 и 2, 3, 4 и 5 соответственно, и других подобных источниках света, и в целом содержит четыре излучающих на гранях элемента, как элементы 502, и некоторое количество теплоотводов, термически подсоединенных к ним, как теплоотводы 508.
Как проиллюстрировано в данном документе, каждый излучающий на гранях элемент содержит соответствующую светоизлучающую грань, как грань 520, и две большие неизлучающие поверхности, как поверхность 522, от которых тепло может отводиться и рассеиваться через посредство теплоотводов 508. Грани, расположенные напротив светоизлучающих граней 522, покрыты каждая светоотражающим покрытием 521, таким образом действующим образом увеличивая соответствующие излучения из граней 520. Противоотражающее покрытие может также быть предусмотрено на гранях 520 для дополнительного увеличения их эффективности излучения.
На проиллюстрированном варианте осуществления на фиг.6 теплоотвод 508 содержит радиаторы, а именно металлические пластины или конструкции (например, медные, алюминиевые, алюминий-нитридные, медь-вольфрамовые и т.д.), каждый термически соединяет соседние неизлучающие поверхности 522 соседних излучающих на гранях элементов. В качестве альтернативы, теплоотводы могут содержать тепловые трубы или макроканальные охладители или тому подобные для обеспечения подобного эффекта. Как будет легко понято специалистом в данной области техники, теплоотводы могут также быть сконфигурированы, чтобы приводить к дополнительной системе контроля нагрева, такой как активная и/или пассивная система охлаждения, для дополнительного контроля и поддерживания функционирования излучающих на гранях элементов при требуемой и/или оптимальной температуре функционирования. Специалист в данной области техники также поймет, что термически и или электрически отдельные теплоотводы для каждого излучающего на гранях элемента могут также рассматриваться без отклонения от общего объема и сущности настоящего раскрытия.
Когда многослойная структура возбуждается, например, через посредство набора контактов (не показаны), расположенных вдоль или встроенных в теплоотводы 508, ее излучающие на гранях элементы излучают свет на соответствующих длинах волн в целом в соответствии с соответствующими спектрами излучения. Например, многослойная светоизлучающая структура 500 составлена из четырех излучающих на гранях элементов 502, а именно красного излучающего на гранях элемента, янтарного излучающего на гранях элемента, зеленого излучающего на гранях элемента и синего излучающего на гранях элемента. Посредством комбинирования выходов каждого излучающего на гранях элемента с использованием соответствующей оптики могут быть созданы различные эффекты, такие как смешивание цветов, формирование пучка и/или изменение во времени изображения, и это только некоторые из эффектов.
ПРИМЕР 6
Фиг.7 иллюстрирует сложенную боком многослойную светоизлучающую структуру 600 в соответствии с другим вариантом осуществления настоящего изобретения. Многослойная светоизлучающая структура 600 в целом предназначена для использования в источнике света, имеющем средства возбуждения для него, как в источниках 100, 200, 300 и 400 света на фиг.1 и 2, 3, 4 и 5 соответственно и других подобных источниках света, и в целом содержит многослойную матрицу из излучающих на гранях элементов, формирующих светоизлучающий слой 602, и два по существу плоских радиатора, подсоединенных к ним, формируя, как теплоотводы 608 и 610. Светоизлучающая структура 600 может также содержать встроенные выходные оптические средства, такие как интегрированная линза 617 или подобные (продемонстрированные как частично срезанные для обозначения излучающих на гранях элементов, расположенных за ними), для комбинирования и/или перенаправления света, излученного излучающими на гранях элементами светоизлучающего слоя 602.
Как проиллюстрировано в данном документе, каждый излучающий на гранях элемент содержит соответствующую светоизлучающую грань, как грань 620, и две большие неизлучающие поверхности, как поверхность 622, из которых тепло может отводиться и рассеиваться через посредство слоев теплоотводов 608 и 610. Грани, расположенные напротив светоизлучающих граней 620, покрыты каждая светоотражающим покрытием 620, таким образом увеличивая соответствующие излучения из граней 520. Например, грани, перпендикулярные излучающей грани, могут также быть покрыты отражающим покрытием для уменьшения потерь. Противоотражающее покрытие может также быть предусмотрено на гранях 620 для дополнительного увеличения их эффективности излучения.
При возбуждении излучающие на гранях элементы светоизлучающей структуры 600 могут излучать свет на соответствующих длинах волн, обычно в соответствии с соответствующим спектром излучения. Комбинированием выхода каждого светоизлучающего слоя с использованием соответствующей оптики могут быть созданы различные требуемые характеристики пучка, например цветности и/или распределения пучка. В качестве альтернативы, как обсуждалось выше, каждый излучающий на гранях элемент светоизлучающего слоя 602 может быть сконфигурирован для излучения света в соответствии с по существу одинаковым или сходным спектром излучения. Такая конструкция может быть полезна при комбинировании в одном источнике света различных многослойных светоизлучающих структур, имеющих различные спектры излучения, или снова, когда требуется источник света одной выходной мощности.
ПРИМЕР 7
Фиг.8 иллюстрирует двумерную многослойную светоизлучающую структуру 700 в соответствии с другим вариантом осуществления настоящего изобретения. Многослойная светоизлучающая структура 700 в целом предназначена для использования в источнике света, имеющем средства возбуждения для него, как в источниках 100, 200, 300 и 400 света на фиг.1 и 2, 3, 4 и 5 соответственно и других подобных источниках света, и в целом содержит две или более многослойных матриц из излучающих на гранях элементов, а именно формирующих светоизлучающий слой 702, 704 и т.д., и некоторое количество теплоотводов, подсоединенных к ним, а именно формирующих 708, 710, 712 и т.д. слои теплоотвода.
Как проиллюстрировано в данном документе, каждый излучающий на гранях элемент содержит соответствующую светоизлучающую грань, как грани 720, и две большие неизлучающие поверхности, как поверхности 722, из которых тепло может отводиться и рассеиваться через посредство слоев теплоотводов 708, 710, 712 и т.д. Грани, расположенные напротив светоизлучающих граней 720, покрыты каждая светоотражающим покрытием 720, таким образом увеличивая соответствующие излучения из граней 720. Противоотражающее покрытие может также быть предусмотрено на гранях 720 для дополнительного увеличения их эффективности излучения.
На проиллюстрированном варианте осуществления на фиг.8 слои 708 теплоотвода 708, 710, 712 и т.д. составлены из радиаторов или тому подобного, каждый термически соединяет соседние неизлучающие поверхности 722 соседних излучающих на гранях слоев 702, 704 и т.д.
При возбуждении излучающие на гранях элементы многослойной светоизлучающей структуры 700 излучают свет на соответствующих длинах волн, обычно в соответствии с соответствующим спектром излучения. Например, многослойная светоизлучающая структура 700 составлена из двух или более светоизлучающих слоев 702, 704 и т.д., каждый соответствующим образом излучает свет на заданной длине волны. Посредством комбинирования выхода каждого светоизлучающего слоя с использованием соответствующей оптики могут быть созданы различные эффекты, такие как смешивание цветов, формирование пучка и изменение во времени изображения, и это - только некоторые из эффектов. В качестве альтернативы, как обсуждалось выше, каждый светоизлучающий слой может быть сконфигурирован для излучения света в соответствии с по существу одинаковым или сходным спектром излучения. Такая конструкция может быть полезна при комбинировании в одном источнике света различных многослойных светоизлучающих структур, имеющих различные спектры излучения, или снова, когда требуется источник света одной длины волны или общего спектра.
ПРИМЕР 8
Фиг.9 предоставляет представление в виде схемы источника 800 света, содержащего систему 850 управления с обратной связью, работоспособную для контроля и управления выходом соответствующих его излучающих на гранях элементов (схематично проиллюстрированных как блок 802), как один или более диодов в последовательном подключении, параллельного или комбинированного последовательного/параллельного размещения для обеспечения требуемого комбинированного входа (примеры схем соединения диодов показаны на фиг.16A-16D). Система 850 обратной связи может быть разработана для контроля выхода каждого излучающего на гранях элемента 802 или каждой его группы, например, через посредство различных оптических/электрических средств контроля (например, датчика(ов) 860 света) и предоставлять, например, контур обратной связи для системы 890 возбуждения и управления, которая корректирует соответствующие средства возбуждения для каждого излучающего на гранях элемента 802 или их группы, для поддержания каждого выхода в предопределенном диапазоне, который создает требуемый комбинированный выход.
В данном примере источник 800 света в целом дополнительно содержит внешний источник энергии 880 для предоставления энергии источнику 800 света, где эта предоставленная энергия регулируется системой 800 возбуждения и управления. Регулировка энергии может включать преобразование подаваемой внешней энергии в требуемый уровень входной мощности, который, например, может быть определен на основе свойств излучающих на гранях элементов 802 в источнике 800 света.
В дополнение к преобразованию энергии система 890 возбуждения и управления может предоставлять средства для управления передачей управляющих сигналов излучающим на гранях элементам 802, тем самым управляя их активизацией.
Система 890 возбуждения и управления может принимать входные данные изнутри источника 800 света, например от системы 850 обратной связи, и/или может принимать внешние входные данные от других источников света или других устройств управления. Дополнительный порт 895 связи может обеспечивать систему 890 возбуждения и управления способностью для ввода и вывода сигналов в и из источника 800 света соответственно.
Система 850 обратной связи в источнике 800 света может содержать один или более видов датчиков или других сходных устройств. Например, оптический датчик 860 и/или тепловой датчик 870 могут быть встроены в систему 850 обратной связи. Оптический датчик 860 может обнаруживать и предоставлять информацию системе 890 возбуждения и управления, которая может относиться к световому потоку и цветности освещения, создаваемого светоизлучающими элементами 802, и дополнительно может относиться, например, к снятию показаний о дневном свете в окружающей среде. Этот вид информации может дать возможность системе 890 возбуждения и управления изменить активирование светоизлучающих элементов 802 в источнике 800 света для того, чтобы создавалось требуемое освещение. Тепловой датчик 870 может обнаруживать, например, температуру основания, на котором смонтированы светоизлучающие элементы 802, температуру каждого из светоизлучающих элементов 802 и/или температуру внутри самого источника 800 света. Информация о температуре может быть передана системе 890 возбуждения и управления, тем самым, например, предоставляя возможность изменения активизации светоизлучающих элементов 802 для того, чтобы уменьшить тепловое повреждение светоизлучающих элементов 802 вследствие перегрева, тем самым улучшая его долговечность.
Система управления температурой, изображенная в данном документе как система 808 проведения тепла, предоставляет систему для передачи тепла, создаваемого излучающими на гранях элементами 802, радиатору или другому устройству рассеивания тепла. Система 808 управления температурой в целом содержит тесный тепловой контакт со светоизлучающими элементами 802 и предоставляет предопределенный тепловой путь для передачи тепла от светоизлучающих элементов 802. По выбору система 808 управления температурой может дополнительно предоставлять средства для передачи тепла от системы 890 возбуждения и управления.
Оптическая система 816 принимает освещение, созданное светоизлучающими элементами 802, и предоставляет средства для эффективного оптического манипулирования данным освещением. Оптическая система 816 может, например, предоставлять средства для сбора и/или коллимации светового потока, излученного светоизлучающими элементами 802, и может обеспечивать, например, смешение цветов излучения нескольких светоизлучающих элементов 802. Оптическая система 816 может также предоставлять управление пространственным распределением света, исходящего из источника 800 света. В дополнение, оптическая система 816 может предоставлять средства для направления части освещения на оптический датчик 860 для того, чтобы предоставить возможность создания сигналов обратной связи, которые представляют характеристики освещения, создаваемого источником 800 света.
В одном варианте осуществления система 890 возбуждения и управления источника 800 света может функционировать независимо от других внешних источников света и внешних систем управления.
В другом варианте осуществления система 890 возбуждения и управления может принимать входные данные от других источников света или внешней системы управления через посредство необязательного порта 895 связи, где эти данные могут включать сигналы статуса, сигналы освещения, информацию обратной связи и операционные команды. Система 890 возбуждения и управления может равно передавать эти полученные извне данные или собранные внутри или сгенерированные данные другим источникам света или внешней системе управления. Эта передача информации может быть сделана возможной посредством необязательного порта 895 связи, соединенного с системой 890 возбуждения и управления.
Специалист в данной области техники поймет, что различные типы и конфигурации систем управления с обратной связью могут быть использованы в настоящем контексте без отхода от общего объема и сущности настоящего раскрытия.
ПРИМЕР 9
На фиг.10 в соответствии с другим вариантом осуществления настоящего изобретения предоставлено поперечное сечение источника 900 света, содержащего три излучающих на гранях элемента 902, действующим образом и термически соединенные между набором теплоотводов 908 (см., например, теплоотвод 1208 на фиг.15B), каждый из которых термически взаимосвязан в многослойной структуре.
В данном примере теплоотводы могут содержать металлические структуры, покрытые теплопроводным и электрически изолирующим материалом 930. На этой фигуре каждый излучающий на гранях элемент 902 смонтирован на теплоотводе 908 своей левой стороной и присоединен к теплоотводу 908 своей правой стороной (например, соседний слой теплоотвода, к которому присоединен соответствующий излучающий на гранях элемент) через посредство электро- и теплопроводной пасты 932 или другого подобного теплового и электрического соединителя. Самый правый теплоотвод 908 завершает многослойную структуру.
Источник 900 света дополнительно содержит тепловую трубу 940, термически присоединенную к каждому теплоотводу 908 через посредство соответствующих отверстий, предусмотренных в нем, через которые тепловая труба 940 может быть размещена. Тепловая труба 940 в целом сконструирована так, чтобы содержать фитиль 942, и покрыта теплопроводящим электрическим изолятором 944, тем самым предоставляя возможность отвода тепла от теплоотводов 908 без влияния на электрическое соединение между ними. В одном варианте осуществления удаленный конец 946 тепловой трубы 940 присоединен к рассеивающим тепло средствам, таким как радиатор или тому подобные. Будет принято во внимание, что другие системы и конструкции рассеивания тепла, как может быть очевидно специалисту в данной области техники, могут рассматриваться в данном примере без отхода от общего объема и сущности настоящего раскрытия.
Источник 900 света настоящего примера дополнительно содержит матрицу 916 элементарных линз, расположенных так, чтобы перехватывать оптический выход 950 излучающих на гранях элементов 902 для того, чтобы обеспечивать требуемый выход. Будет принято во внимание, что различные расположения и размещения матрицы 916 элементарных линз, так же как и других различных оптических элементов, применимых в настоящем контексте, могут рассматриваться в данном документе, как будет очевидно специалисту в данной области техники, без отхода от общего объема и сущности настоящего раскрытия.
В данном примере многослойная структура электрически соединена проводами последовательным соединением с подачей энергии на пакет через посредство самого левого и самого правого теплоотводов 908. Будет принято во внимание специалистом в данной области техники, что посредством использования других сочетаний электрически изолирующих и/или электропроводных соединений и материалов для соединения соседних теплоотводов 908, возможны различные конфигурации проводного соединения. Например, каждый излучающий на гранях элемент 902 может быть, например, возбуждаем независимо через посредство соответствующих средств возбуждения, они могут быть возбуждаемы параллельно или возбуждаемы в различных параллельных группах и/или подгруппах излучающих на гранях элементов, возбуждаемых последовательно.
ПРИМЕР 10
Со ссылкой на фиг.11 и 12 и в соответствии с другим вариантом осуществления настоящего изобретения предоставлен источник света 1000 (см. фиг.11), содержащий последовательные слои излучающих на гранях элементов 1002, действующим образом соединенных между собой и расположенных вокруг последовательных кольцевых теплоотводов 1008. Например, теплоотводы 1008 могут содержать металлические кольца, на которые смонтировано несколько излучающих на гранях элементов 1002. Верхняя поверхность излучающих на гранях элементов 1002 может быть подсоединена, например, через посредство проводного соединения и проводящих линий 1030, тогда как нижняя поверхность кольца покрыта, например, электрически изолирующим слоем. Электрические провода, проходящие через прорези 1034, могут быть соединены с линиями 1030 для возбуждения излучающих на гранях элементов 1002.
Источник 1000 света содержит тепловую трубу 1040, содержащую фитиль 1042 и теплопроводящий и электрически изолирующий внешний слой 1044. Как в примере 9, тепловая труба 1040 может быть направлена к рассеивающим тепло средствам, таким как теплоотвод или подобные. Будет принято во внимание, что другие системы и конструкции рассеивания тепла, как может быть очевидно специалисту в данной области техники, могут рассматриваться в данном примере без отхода от общего объема и сущности настоящего раскрытия.
Источник 1000 света настоящего изобретения дополнительно содержит параболический отражатель 1016 и/или другие подобные оптические выходные элементы, сконфигурированные и расположенные для перенаправления и коллимирования света, излученного радиально из излучающих на гранях элементов 1002.
Будет принято во внимание, что каждый из излучающих на гранях элементов 1002 может быть сконфигурирован для излучения света, имеющего по существу одинаковый спектр, или сконфигурирован для излучения света, имеющего различные спектры, как от слоя к слою, так и/или в одном слое. В данном примере каждый излучающий на гранях элемент из одного первого, второго и третьего слоя сконфигурирован для излучения красного, зеленого и синего света соответственно.
Со ссылкой на фиг.13, показывающую один из многих возможных альтернатив, к примеру, на фиг.11 и 12, источник света 1000', содержит электрически изолирующие теплоотводы 1008', такие как керамические кольца или тому подобные, верхняя и нижняя поверхность которых каждая содержит электропроводные линии 1030' для подачи энергии на излучающие на гранях элементы 1002'. Собирая в пакет некоторое количество последовательных слоев теплоотвода и излучающих на гранях элементов, как изображено на фиг.11, тепло может быть отведено эффективно от обеих из больших номинально неизлучающих поверхностей излучающего на гранях элемента 1002'.
ПРИМЕР 11
Со ссылкой на фиг.14 и в соответствии с другим вариантом осуществления настоящего изобретения местный вид многослойной светоизлучающей структуры 1100 изображен содержащим некоторое количество излучающих на гранях элементов 1102, каждый из которых содержит элемент 1150 полного внутреннего отражения, расположенный на (в противном случае) излучающей его грани 1160, который перенаправляет свет, который в противном случае излучался бы из этой грани, из небольшого фрагмента 1170 большей номинально неизлучающей поверхности 1180 излучающего на гранях элемента 1102, примыкающей к грани. Соответствующим образом свет может быть излучен из излучающего на гранях элемента 1102 через посредство самой излучающей грани, которая, в данном варианте осуществления, предусмотрена для отражения сгенерированного света в направлении части в противном случае неизлучающей поверхности, чтобы быть излученной из нее. Многослойная структура дополнительно содержит некоторое количество теплоотводов 1108, чередующихся с излучающими на гранях элементами 1102 и сконфигурированными для отвода тепла от них для рассеивания, необязательно через посредство одного или более механизмов рассеивания и/или систем, как известно в данной области техники.
ПРИМЕР 12
Со ссылкой на фиг.17 и в соответствии с другим вариантом осуществления настоящего изобретения изображена одномерная (1D) или линейная матрица 1400 излучающих на гранях элементов 1402, каждый из которых смонтирован через посредство большей номинально неизлучающей его поверхности, на одном теплоотводе 1408, так что тепло может отводиться от него через посредство этой большей поверхности, в то время как свет может излучаться из меньшей грани излучающих на гранях элементов 1402. Будет принято во внимание, что матрица 1400 может использоваться в соединении с различными другими оптическими средствами и/или средствами управления температурой, как описано или упомянуто выше, для обеспечения требуемого эффекта в контексте данного источника света, для которого приспособлена эта матрица.
ПРИМЕР 13
Со ссылкой на фиг.18 и в соответствии с другим вариантом осуществления настоящего изобретения представлен источник 1500 света, содержащий три излучающих на гранях элемента 1502, соответствующие выходы которых направляются на избирательные по длине волны отражатели 1590 для комбинирования этих выходов. Будет принято во внимание, что этот принцип, как изображено на фиг.18, может быть применен к другим количествам излучающих на гранях элементов и другим конфигурациям матриц, таким как, например, двумерные (2D) матрицы.
Вышеизложенные варианты осуществления изобретения являются примерами и могут быть изменены множеством способов. Такие настоящие или будущие вариации не должны считаться отходом от сущности и объема настоящего изобретения, и все такие изменения, как будет очевидно специалисту в данной области техники, подразумеваются включенными в объем последующей формулы изобретения.