CN106931333A - 发光装置 - Google Patents
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Abstract
公开了一种发光装置，包括：一个或多个发光元件；第一光学元件；和第二光学元件；其中：所述装置包括与所述第一光学元件的第一表面相邻的具有折射率n0的介质，并且所述第一光学元件包括具有第一折射率n1的材料，其中，n0<n1；透明材料具有折射率n2，其中，n0<n2；出射表面是被成形为使得直接撞击在所述出射表面上的散射光在所述出射表面上的入射角小于布儒斯特角的透明表面；并且所述发光装置通过所述出射表面输出所述散射光的一小部分。
Description
本申请是PCT/US2012/066463进入中国国家阶段的申请201280067881.8的分案申请。
相关申请的交叉引用
本申请要求下列临时申请的权益：于2011年11月23日提交的临时申请No.61/563,513l；于2012年2月6日提交的临时申请No.61/595,663；于2012年4月27日提交的临时申请No.61/639,683；和于2012年9月13日提交的临时申请No.61/700,724。这些优先权申请中的每一篇的全部内容在此通过引用并入。
技术领域
本发明总体涉及发光装置，并且具体地，涉及特征在于固态发光元件和散射元件以及离开发光元件的提取器元件的发光装置。
背景技术
发光元件在现代世界中是普遍存在的，在从一般照明(例如，灯泡)到照明用电子信息显示器(例如，LCD背光灯和前灯)到医疗装置和治疗的应用中被使用。包括发光二极管(LED)的固态发光装置在各领域中越来越多地被采用，特别是与白炽光源和其它常规光源相比，固态发光装置允许低功耗、高照明效率和长寿命。
在灯具中越来越多地被使用的SSL装置的一个示例是所谓的“白色LED”。常规白色LED通常包括发射蓝光或紫外光的LED以及磷光体或其它发光材料。装置通过磷光体经由来自LED的蓝光或UV光(被称为“泵浦光”)的下转换(down-conversion)而产生白光。这样的装置也被称为基于磷光体的LED(PLED)。虽然由于光转换而经历损耗，但是与其它类型的灯具相比，PLED的各方面允许基于PLED的灯具的降低的复杂性、较佳的成本效率和耐久性。
虽然正积极地研究和开发新类型的磷光体，然而，基于PLED的发光装置的构造由于可用的发光材料的性质而提出进一步挑战。例如，这些挑战包括来自光子转换的光能量损耗、来自斯托克斯损耗的磷光体自加热、光子转换性质对操作温度的依赖性、由于在过热或其它损害的作用下引起磷光体的化学和物理组成的永久改变而导致的退化、转换性质对光强度的依赖性、光在从磷光体发射的转换光的随机发射的作用下沿不期望方向的传播、磷光体的不期望的化学性质和发光装置中磷光体的受控沉积。
发明内容
公开了用于利用固态光源(例如，发光二极管)的一般照明的各种发光装置。一般而言，这些装置包括与提取器元件相结合的散射元件。散射元件可以包括弹性和/或非弹性散射中心，与光源元件间隔开。散射元件的两个相反侧具有不对称的光学界面，与在散射元件和提取器元件之间的界面相比，在面对发光元件的界面处存在更大的折射率失配。据信，这样的结构有利于来自散射元件的光的向前散射。换言之，通过朝光源元件后向散射光，***有利于从散射元件到提取器元件中的散射。这样的构造在此处被称为不对称的散射光阀(“ASLV”)。提取器元件的大小和形状进而适于减少从发光装置出射的光在装置与周围环境的界面处的反射。因此，发光装置可以以高度有效、高度均质的方式输送光。
已知，来自点源的径向向外传播的光将通常入射在以点源为中心的球形表面上。其中，在表面处的光透射和反射受斯涅尔定律(Snell’s law)决定的情况下，在表面处的光反射取决于在表面处的介质的折射率，并且一般因为正入射角而被最小化。因此，通过使在提取器元件内的光源充分小和/或使提取器元件充分大，使得光源相对于出射表面接近点源，能够应用该原理来设计包括具有球形出射表面的提取器元件的灯泡。然而，事实上，源元件和散射元件具有有限的大小。而且，相对于具有固定大小散射元件增加提取器元件的大小会增加发光装置的重量、体积和/或材料成本。因此，对于特征为散射元件和提取器元件的发光装置，在优化来自提取器元件的提取效率与装置的大小和/或成本之间存在权衡。
发明人已经意识到，存在提取器元件和散射元件的相对尺寸的范围，对于该范围，以相对于散射元件而言相对小的提取器元件来实现高提取效率。例如，提取器元件和散射元件的相对大小能够使得来自散射光学元件的直接撞击在提取器元件的出射表面上的光在出射表面处不经历全内反射。例如，提取器元件的出射表面的形状能够为具有半径R1的球形穹顶或壳体(shell)，其中散射元件被容纳在由相应的抽象球体限定的区域内，该抽象球体与出射表面同心并且具有半径ROW＝R1/n，其中n是提取器元件的折射率。这样的构造可以被称为维尔斯特拉斯(Weierstrass)几何结构或维尔斯特拉斯构造。在某些实施例中，在散射元件和提取器元件之间的界面的全部或部分能够对应于RW的抽象表面。据信，这样的构造在减小(例如，最小化)提取器元件的体积的同时可以提供维尔斯特拉斯几何结构的益处。然而，虽然维尔斯特拉斯几何结构避免TIR，但是入射在出射表面上的光将仍经历菲涅耳反射，这从100％减少在出射表面处的透射。
在某些实施例中，出射表面成形为使得直接撞击在该出射表面上的散射光在该出射表面上的入射角小于布儒斯特(Brewster)角。布儒斯特角(也称为偏振角)为下述入射角：在该入射角，具有特定偏振的光极佳地透射通过透明电介质表面，并且无反射。据信，这样的提取器元件不仅减小可能与一些提取器元件相关联的偏振效应，而且还避免可能与例如维尔斯特拉斯构造相关联的某些偏振依赖的损耗。对于球形出射表面，对于来自位于对应的抽象球形或圆柱形表面——被称为布儒斯特半径，ROB——内的散射元件的光可以满足布儒斯特条件。据信，提取器元件和散射元件的大小使得散射元件完全位于在1.1ROB或更小(例如，在从0.5ROB至1.1ROB的范围内)的抽象表面内能够在成本/质量和性能之间提供合理的权衡。
发光装置包括用于使来自散射元件的后向散射光再循环的回收包封体(recoveryenclosure)。各种形式的回收包封体是可能的。在一些实施例中，回收包封体包括反射表面，诸如反射镜。该表面能够是平面或非平面。非平面反射表面的示例包括锥形反射体(conical reflectors)和抛物线反射体(parabolic reflectors)。在某些实施例中，回收包封体对应于大致由似壳散射元件(shell-like scattering element)包围的包封体(enclosure)。这样的实施例可以使后向散射光以高效率再循环，因为大部分例如大多数后向散射光子重新进入散射元件，而不从会导致进一步损耗的中间表面反射。
一般地，发光装置能够包括单个发光元件(例如，单个LED)或多个发光元件。具有多个发光元件的实施例能够包括具有相同或不同色度的元件。例如，实施例能够具有多个类似的发光元件以提供更加强大的和/或更大的发光装置。在一些实施例中，发光装置能够包括具有不同色度的发光元件。能够改变不同发光元件的发射强度，以便改变发光装置的色度。例如，能够通过相对于一个发光元件增加或降低来自另一个发光元件的贡献，改变光白光装置的白点。
发明人还已经意识到，可以通过散射元件和/或提取器元件的适当的构造，定制发光装置的发光分布。因此，公开了提供在某些方向上增强的发射和在其它方向上减弱的发射的实施例。相反地，在某些实施例中，挑选散射元件和/或提取器元件的形状以提供到立体角的范围中的大致各向同性的发射。
在一些实施例中，出射表面和在散射元件和提取器元件之间的光学界面具有相同的形状。例如，出射表面和光学界面两者都能够为球形(例如，不同半径的同心球体)。替代地，出射表面和光学界面能够具有不同的形状。例如，出射表面是球形，并且光学界面是椭球形并且被完全包含在抽象布儒斯特球体中。一般而言，能够挑选这些表面的形状以提供定制的强度分布。
在一些实施例中，提取器元件能够被成形为将各向异性引入到发射的光分布中。例如，提取器元件能够包括多于一个出射表面小面(facets)，被布置成使得提取器元件具有方形或矩形覆盖区域(footprint)。这样的提取器对于方形或矩形空间的照明可能是有利的，因为它们的发光图案与各向同性发射相比将更加紧密地匹配空间。
在一些实施例中，发光装置能够包括复合提取器元件。这样的提取器元件能够提供多峰光分布，将光引导至多个离散立体角范围中。这样的提取器元件能够被用于具有多于一个功能(例如，提供下向光并且朝顶棚引导光的顶棚灯，或提供到房间中的光连同壁照明的壁灯)的发光装置。
某些固态发光装置的问题是，它们的性质在它们的整个寿命中改变。例如，白色LED的白点能够随着装置老化而变化。因此，在一些实施例中，发光装置能够包括装置内反馈，其使得装置能够自补偿老化效应。例如，在某些实施例中，发光装置包括封装在装置内的、监测由装置产生的光强度的传感器。装置能够包括反馈电子设备(例如，在装置的基座内)，该反馈电子设备响应于检测强度的变化修改施加到(一个或多个)发光元件的电位。
一般而言，能够以各种形状因数提供发光装置。在一些实施例中，能够以诸如A型灯泡或荧光管的形状的标准灯泡的形式提供发光装置。
本发明的各种方面总结如下。
一般而言，在该说明书中描述的主题的一个创新方面能够实现为一种发光装置，该发光装置包括：多个发光元件，该多个发光元件包括第一发光元件，该第一发光元件被构造成在操作期间提供具有第一光谱功率分布的光，和第二发光元件，该第二发光元件被构造成在操作期间提供具有不同于第一光谱功率分布的第二光谱功率分布的光；第一光学元件，该第一光学元件具有第一表面，所述第一表面与第一和第二发光元件间隔开，并且定位成接收来自第一和第二发光元件的光，其中，该第一光学元件包括弹性散射中心，该弹性散射中心被布置成使来自第一和第二发光元件的光大致各向同性地散射，并且该第一光学元件提供具有混合光谱功率分布的混合光，该混合光包括来自第一和第二发光元件的光；和第二光学元件，该第二光学元件由具有出射表面的透明材料形成，该第二光学元件与第一光学元件相接触，在第一和第二光学元件之间在接触位置处存在光学界面，该光学界面与第一光学元件的第一表面相反，并且第二光学元件被布置成通过光学界面接收混合光的一部分；其中：该装置包括与第一光学元件的第一表面相邻的具有折射率n0的介质，并且第一光学元件包括具有第一折射率n1的材料，其中，n0<n1；透明材料具有折射率n2，其中，n0<n2；出射表面为透明表面，其成形为使得由第一光学元件提供的直接撞击在该出射表面上的混合光在该出射表面上的入射角小于全内反射的临界角；并且发光装置通过出射表面输出混合光。
前述和其它实施例能够各自可选地单独或以组合形式包括下列特征中的一个或多个。在一些实施方案中，发光装置能够进一步包括：第三发光元件，该第三发光元件被构造成在操作期间提供具有不同于第一和第二色度的第三光谱功率分布；和第四发光元件，该第四发光元件被构造成在操作期间提供具有不同于第一、第二和第三色度的第四光谱功率分布；其中：弹性散射中心使来自第三和第四发光元件的光进一步各向同性地散射；并且混合光进一步包括来自第三和第四发光元件的散射光。在一些实施方案中，由第一光谱功率分布限定的第一色度能够不同于由第二光谱功率分布限定的第二色度。
在一些实施方案中，第一光学元件能够为限定包封体的壳体，来自发光元件的光发射到该包封体中，其中，该壳体能够成形为使得来自第一表面的至少一些光通过包封体直接传播到第一表面。壳体相对于包封体能够具有凹形形状。壳体能够具有椭球形形状。椭球形形状能够为扁长(prolate)的或扁圆(oblate)的。椭球形形状能够为三轴(triaxial)的。壳体能够具有被构造成接收发光元件的一个或多个开口。在一些实施方案中，发光装置能够进一步包括布置在该一个或多个开口内的一个或多个反射体，其中，该一个或多个反射体能够具有一个或多个反射表面，该一个或多个反射表面面对包封体并且被构造成包封(enclose)该包封体(enclosure)。
在一些实施方案中，发光装置能够进一步包括具有反射表面的反射体，其中，反射表面和第一表面一起能够限定包封体，来自发光元件的所有光能够被发射到该包封体中。反射表面相对于包封体能够为平面或凸形。第一表面相对于包封体能够为平面或凸形。反射表面能够包括镜面反射部分或漫反射部分。反射表面能够被构造成朝第一表面引导来自发光元件的光。
在一些实施方案中，出射表面能够包括多个部分，其中，每个部分在边缘处能够连结到另一个部分。出射表面能够具有四个部分。出射表面能够与两个正交半圆柱体的交叉部的外接表面一致。
在一些实施方案中，发光装置能够进一步包括第三元件，该第三元件由透明材料形成，能够被定位在发光元件与第一表面之间，以接收来自发光元件的光并且为第一表面提供光。第三元件能够与第一表面分离一定的间隙。
在一些实施方案中，发光装置能够进一步包括：传感器，该传感器被布置成在混合光的该一部分通过出射表面输出之前接收混合光的该一部分的一小部分，其中，该传感器能够被构造成提供基于混合光的该部分的该一小部分的传感器信号；和控制电路，该控制电路与传感器通信，该控制电路能够被构造成响应于传感器信号，控制提供给第一和第二发光元件的功率。传感器信号能够被构造成指示混合光的该一部分的该一小部分的强度和光谱密度分布中的一个或多个的估计。随着发光装置老化，控制电路能够控制提供给发光元件中的每一个的功率量以减小由发光装置发射的光变化。随着发光装置改变操作温度，控制电路能够控制提供给发光元件的功率量以减小由发光装置发射的光的变化。基于在发光装置的操作期间由用户提供的输入信号，控制电路能够调节提供给发光元件的功率量以控制由发光装置发射的光的变化。
在一些实施方案中，第二光学元件能够包括第一部分和光导，其中，该第一部分能够具有出射表面并且能够被布置成接收来自光学界面的混合光的第一部分，并且该光导能够被布置成接收来自光学界面的混合光的第二部分并且能够具有引导表面，该引导表面被构造成通过反射所接收的混合光的第二部分中的至少一些将所接收的所述混合光的第二部分引导离开光学界面。
在一些实施方案中，出射表面能够包括：第一出射表面和第二出射表面，该第一和第二出射表面能够为至少部分透明的；和布置在第一和第二出射表面之间的台阶。
在一些实施方案中，第一光学元件能够具有大致均匀的有效厚度。在一些实施方案中，n1≈n2。在一些实施方案中，n0≈1。在一些实施方案中，出射表面能够成形为使得直接撞击在该出射表面上的混合光在该出射表面上的入射角小于布儒斯特角。
在一些实施方案中，对于截面，出射表面上的每个点p能够具有对应的曲率半径R(p)，并且第一和第二光学元件能够被布置成使得光学界面上的每个点离出射表面至少对应的距离d(p)，其中：
d(p)＝R(p)*(1-k/n2)
值k能够为正实数，使得k<n2。在一些实施方案中，k/n2能够为小于0.8。在一些实施方案中，k能够为小于1。在一些实施方案中，值k能够为：
在一些实施方案中，光学界面上的每个点离出射表面上的对应的最近点能够为距离d(p)。
在一些实施方案中，第一光学元件的对称轴和第二光学元件的对称轴能够为共线的。一个或多个发光元件能够绕第一光学元件的对称轴对称地定位。在一些实施方案中，第一和第二光学元件能够沿着轴延伸并且能够具有沿着轴大致不变的截面。在一些实施方案中，出射表面能够为球形或圆柱形表面。
在一些实施方案中，介质能够为气体。气体能够为空气。在一些实施方案中，发光元件能够包括发光二极管。在一些实施方案中，第一光学元件能够包括分散在具有折射率n1的材料内的弹性散射中心。在一些实施方案中，透明材料能够为塑料或玻璃。
一般而言，在该说明书中描述的主题的另一个创新方面能够实现为一种发光装置，该发光装置包括多个发光元件，该多个发光元件包括第一发光元件，该第一发光元件被构造成在操作期间提供具有第一光谱功率分布的光，和第二发光元件，该第二发光元件被构造成在操作期间提供具有不同于第一光谱功率分布的第二光谱功率分布的光；第一光学元件，该第一光学元件具有第一表面，所述第一表面与第一和第二发光元件间隔开，并且定位成接收来自第一和第二发光元件的光，其中，该第一光学元件包括非弹性散射中心和弹性散射中心，该非弹性散射中心被布置成将来自第一发光元件的光转换成大致各向同性地散射的转换光，该弹性散射中心被布置成使来自第二发光元件的光大致各向同性地散射，并且该第一光学元件提供混合光，该混合光包括来自第二发光元件的散射光和转换光，其中，该混合光具有混合光谱功率分布；和第二光学元件，该第二光学元件由具有出射表面的透明材料形成，该第二光学元件与第一光学元件相接触，在第一和第二光学元件之间在接触位置处存在光学界面，该光学界面与第一光学元件的第一表面相反，并且第二光学元件被布置成通过光学界面接收混合光的一部分；其中：该装置包括与第一光学元件的第一表面相邻的具有折射率n0的介质，并且第一光学元件包括具有第一折射率n1的材料，其中，n0<n1；透明材料具有折射率n2，其中，n0<n2；出射表面为透明表面，其成形为使得由第一光学元件提供的直接撞击在该出射表面上的混合光在该出射表面上的入射角小于全内反射的临界角；并且发光装置通过出射表面输出混合光的预定部分。
前述和其它实施例能够各自可选地单独或以组合形式包括下列特征中的一个或多个。在一些实施方案中，第一光学元件能够为限定包封体的壳体，来自发光元件的光发射到该包封体中，其中，该壳体能够成形为使得来自第一表面的至少一些光通过包封体直接传播到第一表面。壳体相对于包封体能够具有凹形形状。壳体能够具有椭球形形状。椭球形形状能够为扁长的或扁圆的。椭球形形状能够为三轴的。壳体能够具有被构造成接收发光元件的一个或多个开口。在一些实施方案中，发光装置能够进一步包括布置在该一个或多个开口内的一个或多个反射体，其中，该一个或多个反射体能够具有一个或多个反射表面，该一个或多个反射表面面对包封体并且被构造成包封该包封体。
在一些实施方案中，发光装置能够进一步包括具有反射表面的反射体，其中，反射表面和第一表面一起能够限定包封体，来自发光元件的所有光能够被发射到该包封体中。反射表面相对于包封体能够为平面或凸形。第一表面相对于包封体能够为平面或凸形。反射表面能够包括镜面反射部分或漫反射部分。反射表面能够被构造成朝第一表面引导来自发光元件的光。
在一些实施方案中，出射表面能够包括多个部分，其中，每个部分在边缘处能够连结到另一个部分。出射表面能够具有四个部分。出射表面能够与两个正交半圆柱体的交叉部的外接表面一致。
在一些实施方案中，发光装置能够进一步包括第三元件，该第三元件由透明材料形成，定位在发光元件与第一表面之间，以接收来自发光元件的光并且为第一表面提供光。第三元件能够与第一表面分离一定的间隙。
在一些实施方案中，发光装置能够进一步包括：传感器，该传感器被布置成在混合光的该一部分通过出射表面输出之前接收混合光的该一部分的一小部分，其中，该传感器能够被构造成提供基于混合光的该一部分的该一小部分的传感器信号；和控制电路，该控制电路与传感器通信，该控制电路能够被构造成响应于传感器信号，控制提供给发光元件的功率。传感器信号能够被构造成指示混合光的该一部分的该一小部分的强度和光谱密度分布中的一个或多个的估计。随着发光装置老化或改变操作温度，或基于在发光装置的操作期间由用户提供的输入信号，控制电路能够控制提供给发光元件的功率量以减小由发光装置发射的光的变化。
在一些实施方案中，第二光学元件能够包括第一部分和光导，其中，该第一部分能够具有出射表面并且能够被布置成接收来自光学界面的混合光的第一部分，并且该光导能够被布置成接收来自光学界面的混合光的第二部分并且能够具有引导表面，该引导表面被构造成通过反射所接收的混合光的第二部分中的至少一些将所接收的所述混合光的第二部分引导离开光学界面。
在一些实施方案中，出射表面能够包括：第一出射表面和第二出射表面，该第一和第二出射表面能够为至少部分透明的；和布置在第一和第二出射表面之间的台阶。
在一些实施方案中，第一光学元件能够具有大致均匀的有效厚度。在一些实施方案中，n1≈n2。在一些实施方案中，n0≈1。在一些实施方案中，出射表面能够成形为使得直接撞击在该出射表面上的混合光在该出射表面上的入射角小于布儒斯特角。
在一些实施方案中，对于截面，出射表面上的每个点p能够具有对应的曲率半径R(p)，并且第一和第二光学元件能够被布置成使得光学界面上的每个点离出射表面至少对应的距离d(p)，其中：
d(p)＝R(p)*(1-k/n2)
值k能够为正实数，使得k<n2。在一些实施方案中，k/n2能够为小于0.8。在一些实施方案中，k能够为小于1。在一些实施方案中，值k能够为：
在一些实施方案中，光学界面上的每个点离出射表面上的对应的最近点能够为距离d(p)。
在一些实施方案中，第一光学元件的对称轴和第二光学元件的对称轴能够为共线的。一个或多个发光元件能够绕第一光学元件的对称轴对称地定位。在一些实施方案中，第一和第二光学元件能够沿着轴延伸并且能够具有沿着轴大致不变的截面。在一些实施方案中，出射表面能够为球形或圆柱形表面。
在一些实施方案中，介质能够为气体。气体能够为空气。在一些实施方案中，发光元件能够包括发光二极管。在一些实施方案中，由第一发光元件发射的光能够包括蓝光或紫外光。在一些实施方案中，转换光能够为黄光。在一些实施方案中，非弹性散射中心能够包括光转换材料。光转换材料能够包括磷光体。光转换材料能够包括量子点磷光体。在一些实施方案中，透明材料能够为塑料或玻璃。在一些实施方案中，非弹性散射中心能够与弹性散射中心为同一的。
一般而言，在该说明书中描述的主题的另一个创新方面能够实现为一种发光装置，该发光装置包括：被构造成在操作期间发光的一个或多个发光元件；第一光学元件，该第一光学元件具有第一表面，所述第一表面与一个或多个发光元件间隔开，并且定位成接收来自一个或多个发光元件的光，其中，该第一光学元件包括散射中心，该散射中心被布置成使来自所述一个或多个发光元件的光大致各向同性地散射并且提供散射光；第二光学元件，该第二光学元件由具有出射表面的透明材料形成，该第二光学元件与第一光学元件相接触，在第一和第二光学元件之间在接触位置处存在光学界面，该光学界面与第一光学元件的第一表面相反，并且第二光学元件被布置成通过光学界面接收散射光的一部分；传感器，该传感器被布置成在散射光的该一部分通过出射表面输出之前接收散射光的该一部分的一小部分，其中，该传感器被构造成提供基于散射光的该一部分的该一小部分的传感器信号；和控制电路，该控制电路与传感器通信，该控制电路被构造成响应于传感器信号，控制施加到一个或多个发光元件的功率；其中：该装置包括与第一光学元件的第一表面相邻的具有折射率n0的介质，并且第一光学元件包括具有第一折射率n1的材料，其中，n0<n1；透明材料具有折射率n2，其中，n0<n2；出射表面为透明表面，其成形为使得直接撞击在该出射表面上的散射光在该出射表面上的入射角小于全内反射的临界角；并且发光装置通过出射表面输出散射光。
前述和其它实施例能够各自可选地单独或以组合形式包括下列特征中的一个或多个。在一些实施方案中，由传感器接收的散射光的该一部分的一小部分能够与在第二光学元件中在出射表面处反射的光一致。传感器被布置成使得在第二光学元件中在出射表面处反射的由传感器接收的光源自光学界面的大部分。
在一些实施方案中，第一光学元件能够为限定包封体的壳体，来自一个或多个发光元件的光发射到该包封体中，其中，该壳体能够成形为使得来自第一表面的至少一些光通过包封体直接传播到第一表面。壳体相对于包封体能够具有凹形形状。壳体能够具有椭球形形状。椭球形形状能够为扁长的或扁圆的。椭球形形状能够为三轴的。壳体能够具有被构造成接收一个或多个发光元件的一个或多个开口。在一些实施方案中，发光装置能够进一步包括布置在该一个或多个开口内的一个或多个反射体，其中，该一个或多个反射体能够具有一个或多个反射表面，该一个或多个反射表面面对包封体并且被构造成包封该包封体。
在一些实施方案中，发光装置能够进一步包括具有反射表面的反射体，其中，该反射表面和第一表面一起能够限定包封体，来自一个或多个发光元件的所有光能够被发射到该包封体中。反射表面相对于包封体能够为平面或凸形。第一表面相对于包封体能够为平面或凸形。反射表面能够包括镜面反射部分或漫反射部分。反射表面能够被构造成朝第一表面引导来自一个或多个发光元件的光。
在一些实施方案中，出射表面能够包括多个部分，其中，每个部分在边缘处能够连结到另一个部分。出射表面能够具有四个部分。出射表面能够与两个正交半圆柱体的交叉部的外接表面一致。
在一些实施方案中，发光装置能够进一步包括第三元件，该第三元件由透明材料形成，能够被定位在一个或多个发光元件与第一表面之间，以接收来自该一个或多个发光元件的光并且为第一表面提供光。第三元件能够与第一表面分离一定的间隙。
在一些实施方案中，传感器信号能够被构造成指示散射光的该一部分的该一小部分的强度和光谱密度分布中的一个或多个的估计。随着发光装置老化或改变操作温度，或基于在发光装置的操作期间由用户提供的输入信号，控制电路能够控制提供给一个或多个发光元件的功率以减小由发光装置发射的光的变化。
在一些实施方案中，第二光学元件能够包括第一部分和光导，其中，该第一部分能够具有出射表面并且能够被布置成接收来自光学界面的散射光的第一部分，并且该光导能够被布置成接收来自光学界面的散射光的第二部分并且能够具有引导表面，该引导表面被构造成通过反射所接收的散射光的第二部分中的至少一些将所接收的散射光的第二部分引导离开光学界面。
在一些实施方案中，出射表面能够包括：第一出射表面和第二出射表面，该第一和第二出射表面能够为至少部分透明的；和布置在第一和第二出射表面之间的台阶。
在一些实施方案中，第一光学元件能够具有大致均匀的有效厚度。在一些实施方案中，n1≈n2。在一些实施方案中，n0≈1。在一些实施方案中，出射表面能够成形为使得直接撞击在该出射表面上的散射光在该出射表面上的入射角小于布儒斯特角。
在一些实施方案中，对于截面，出射表面上的每个点p能够具有对应的曲率半径R(p)，并且第一和第二光学元件能够被布置成使得光学界面上的每个点离出射表面至少对应的距离d(p)，其中：
d(p)＝R(p)*(1-k/n2)
值k能够为正实数，使得k<n2。在一些实施方案中，k/n2能够为小于0.8。在一些实施方案中，k能够为小于1。在一些实施方案中，值k能够为：
在一些实施方案中，光学界面上的每个点离出射表面上的对应的最近点能够为距离d(p)。
在一些实施方案中，第一光学元件的对称轴和第二光学元件的对称轴能够为共线的。一个或多个发光元件能够绕第一光学元件的对称轴对称地定位。在一些实施方案中，第一和第二光学元件能够沿着轴延伸并且能够具有沿着轴大致不变的截面。在一些实施方案中，出射表面能够为球形或圆柱形表面。
在一些实施方案中，介质能够为气体。气体能够为空气。在一些实施方案中，一个或多个发光元件能够包括发光二极管。在一些实施方案中，由一个或多个发光元件发射的光能够包括蓝光或紫外光。在一些实施方案中，散射中心能够包括非弹性散射中心，该非弹性散射中心被构造成将从一个或多个发光元件接收的至少一些光转换成具有更长波长的转换光。该转换光能够为黄光。非弹性散射中心能够包括光转换材料。光转换材料能够包括磷光体。光转换材料能够包括量子点磷光体。
在一些实施方案中，透明材料能够为塑料或玻璃。在一些实施方案中，发光装置能够包括多个发光元件，并且该多个发光元件发射不同颜色的光。在一些实施方案中，非弹性散射中心能够与弹性散射中心是同一的。
一般而言，在该说明书中描述的主题的另一个创新方面能够实现为一种发光装置，该发光装置包括：被构造成在操作期间发光的一个或多个发光元件；第一光学元件，该第一光学元件具有第一表面，所述第一表面与一个或多个发光元件间隔开，并且定位成接收来自一个或多个发光元件的光，其中，该第一光学元件包括散射中心，该散射中心被布置成使来自一个或多个发光元件的光大致各向同性地散射并且提供散射光；和第二光学元件，该第二光学元件由具有出射表面的透明材料形成，该第二光学元件与第一光学元件相接触，在第一和第二光学元件之间在接触位置处存在光学界面，该光学界面与第一光学元件的第一表面相反，并且第二光学元件被布置成通过光学界面接收散射光的一部分；其中：该装置包括与第一光学元件的第一表面相邻的具有折射率n0的介质，并且第一光学元件包括具有第一折射率n1的材料，其中，n0<n1；透明材料具有折射率n2，其中，n0<n2；出射表面为透明表面，其成形为使得直接撞击在该出射表面上的散射光在该出射表面上的入射角小于全内反射的临界角；并且第二光学元件的出射表面的形状与光学界面的非球形非平面形状的组合被构造成通过出射表面输出散射光，其中，该组合被构造成控制输出光的强度分布。
前述和其它实施例能够各自可选地单独或以组合形式包括下列特征中的一个或多个。在一些实施方案中，强度分布能够成形为匹配次级光学***的输入要求。该组合能够被构造成控制强度分布的峰强度的方向。第一光学元件能够具有三个不同的正交尺寸。第一光学元件能够具有两个相等的正交尺寸。第一光学元件能够具有三个相等的正交尺寸。
在一些实施方案中，第一光学元件能够为限定包封体的壳体，来自一个或多个发光元件的光发射到该包封体中，其中，该壳体能够成形为使得来自第一表面的至少一些光通过包封体直接传播到第一表面。壳体相对于包封体能够具有凹形形状。壳体能够具有椭球形形状。椭球形形状能够为扁长的或扁圆的。椭球形形状能够为三轴的。壳体能够具有被构造成接收一个或多个发光元件的一个或多个开口。在一些实施方案中，发光装置能够进一步包括布置在该一个或多个开口内的一个或多个反射体，其中，该一个或多个反射体能够具有一个或多个反射表面，该一个或多个反射表面面对包封体并且被构造成包封该包封体。
在一些实施方案中，发光装置能够进一步包括具有反射表面的反射体，其中，该反射表面和第一表面一起能够限定包封体，来自一个或多个发光元件的所有光能够被发射到该包封体中。反射表面相对于包封体能够为平面或凸形。第一表面相对于包封体能够为平面或凸形。反射表面能够包括镜面反射部分或漫反射部分。反射表面能够被构造成朝第一表面引导来自一个或多个发光元件的光。
在一些实施方案中，出射表面能够包括多个部分，其中，每个部分在边缘处能够连结到另一个部分。出射表面能够具有四个部分。出射表面能够与两个正交半圆柱体的交叉部的外接表面一致。
在一些实施方案中，发光装置能够进一步包括第三元件，该第三元件由透明材料形成，定位在一个或多个发光元件与第一表面之间，以接收来自该一个或多个发光元件的光并且为第一表面提供光。第三元件能够与第一表面分离一定的间隙。
在一些实施方案中，发光装置能够进一步包括：传感器，该传感器被布置成在散射光的该一部分通过出射表面输出之前接收散射光的该一部分的一小部分，其中，该传感器能够被构造成提供基于散射光的该一部分的该一小部分的传感器信号；和控制电路，该控制电路与传感器通信，该控制电路能够被构造成响应于传感器信号，控制提供给一个或多个发光元件的功率。传感器信号能够被构造成指示散射光的该一部分的该一小部分的强度和光谱密度分布中的一个或多个的估计。随着发光装置老化或改变操作温度，或基于在发光装置的操作期间由用户提供的输入信号，控制电路能够控制提供给一个或多个发光元件的功率以减小由发光装置发射的光的变化。
在一些实施方案中，第二光学元件能够包括第一部分和光导，其中，该第一部分能够具有出射表面并且能够被布置成接收来自光学界面的散射光的第一部分，并且该光导能够被布置成接收来自光学界面的散射光的第二部分并且能够具有引导表面，该引导表面被构造成通过反射所接收的散射光的第二部分中的至少一些将所接收的散射光的第二部分引导离开光学界面。
在一些实施方案中，出射表面能够包括：第一出射表面和第二出射表面，该第一和第二出射表面能够为至少部分透明的；和布置在第一和第二出射表面之间的台阶。
在一些实施方案中，第一光学元件能够具有大致均匀的有效厚度。在一些实施方案中，n1≈n2。在一些实施方案中，n0≈1。在一些实施方案中，出射表面能够成形为使得直接撞击在该出射表面上的散射光在该出射表面上的入射角小于布儒斯特角。
在一些实施方案中，对于截面，出射表面上的每个点p能够具有对应的曲率半径R(p)，并且第一和第二光学元件能够被布置成使得光学界面上的每个点离出射表面至少对应的距离d(p)，其中：
d(p)＝R(p)*(1-k/n2)
值k能够为正实数，使得k<n2。在一些实施方案中，k/n2能够为小于0.8。在一些实施方式案中，k能够为小于<1。在一些实施方案中，值k能够为：
在一些实施方案中，光学界面上的每个点离出射表面上的对应的最近点能够为距离d(p)。
在一些实施方案中，第一光学元件的对称轴和第二光学元件的对称轴能够为共线的。一个或多个发光元件能够绕第一光学元件的对称轴对称地定位。在一些实施方案中，第一和第二光学元件能够沿着轴延伸并且能够具有沿着轴大致不变的截面。在一些实施方案中，出射表面为球形或圆柱形表面。
在一些实施方案中，介质能够为气体。气体能够为空气。在一些实施方案中，一个或多个发光元件能够包括发光二极管。在一些实施方案中，由一个或多个发光元件发射的光能够包括蓝光或紫外光。在一些实施方案中，散射中心能够包括非弹性散射中心，该非弹性散射中心被构造成将从一个或多个发光元件接收的至少一些光转换成具有更长波长的转换光。在一些实施方案中，转换光能够为黄光。在一些实施方案中，非弹性散射中心能够包括光转换材料。光转换材料能够包括磷光体或量子点磷光体。
在一些实施方案中，透明材料能够为塑料或玻璃。在一些实施方案中，发光装置能够包括多个发光元件，并且该多个发光元件能够发射不同颜色的光。在一些实施方案中，非弹性散射中心能够与弹性散射中心是同一的。
一般而言，在该说明书中描述的主题的另一个创新方面能够实现为一种发光装置，该发光装置包括：被构造成在操作期间发光的一个或多个发光元件；第一光学元件，该第一光学元件具有第一表面，所述第一表面与一个或多个发光元件间隔开，并且定位成接收来自一个或多个发光元件的光，其中，该第一光学元件包括散射中心，该散射中心被布置成使来自所述一个或多个发光元件的光大致各向同性地散射并且提供散射光；和第二光学元件，该第二光学元件由具有出射表面的透明材料形成，该第二光学元件与第一光学元件相接触，在第一和第二光学元件之间在接触位置处存在光学界面，该光学界面与第一光学元件的第一表面相反，并且第二光学元件被布置成通过光学界面接收散射光的一部分；其中：该装置包括与第一光学元件的第一表面相邻的具有折射率n0的介质，并且第一光学元件包括具有第一折射率n1的材料，其中，n0<n1；透明材料具有折射率n2，其中，n0<n2；出射表面为包括多个部分的透明表面，其中，每个部分在边缘处连结到另一个部分，出射表面能够成形为使得直接撞击在该出射表面上的散射光在该出射表面处的入射角小于全内反射的临界角；并且
第二光学元件的出射表面的形状与光学界面的形状的组合被构造成通过出射表面输出散射光，其中，该组合被构造成控制输出光的强度分布。
前述和其它实施例能够各自可选地单独或以组合形式包括下列特征中的一个或多个。在一些实施方案中，强度分布能够成形为匹配次级光学***的输入要求。该组合能够被构造成控制强度分布的峰强度的方向。第一光学元件能够具有三个不同的正交尺寸。第一光学元件能够具有两个相等的正交尺寸。第一光学元件能够具有三个相等的正交尺寸。
在一些实施方案中，第一光学元件能够为限定包封体的壳体，来自一个或多个发光元件的光发射到该包封体中，其中，该壳体能够成形为使得来自第一表面的至少一些光通过包封体直接传播到第一表面。壳体相对于包封体能够具有凹形形状。壳体能够具有椭球形形状。椭球形形状能够为扁长的或扁圆的。椭球形形状能够为三轴的。壳体能够具有被构造成接收一个或多个发光元件的一个或多个开口。在一些实施方案中，发光装置能够进一步包括布置在该一个或多个开口内的一个或多个反射体，其中，该一个或多个反射体能够具有一个或多个反射表面，该一个或多个反射表面面对包封体并且被构造成包封该包封体。
在一些实施方案中，发光装置能够进一步包括具有反射表面的反射体，其中，该反射表面和第一表面一起能够限定包封体，来自一个或多个发光元件的所有光能够被发射到该包封体中。反射表面相对于包封体能够为平面或凸形。第一表面相对于包封体能够为平面或凸形。反射表面能够包括镜面反射部分或漫反射部分。反射表面能够被构造成朝第一表面引导来自一个或多个发光元件的光。
在一些实施方案中，发光装置能够进一步包括第三元件，该第三元件由透明材料形成，定位在一个或多个发光元件与第一表面之间，以接收来自该一个或多个发光元件的光并且为第一表面提供光。第三元件能够与第一表面分离一定的间隙。
在一些实施方案中，发光装置能够进一步包括：传感器，该传感器被布置成在散射光的该一部分通过出射表面输出之前接收散射光的该一部分的一小部分，其中，该传感器能够被构造成提供基于散射光的该一部分的该一小部分的传感器信号；和控制电路，该控制电路与传感器通信，该控制电路能够被构造成响应于传感器信号，控制提供给一个或多个发光元件的功率。传感器信号能够被构造成指示散射光的该一部分的该一小部分的强度和光谱密度分布中的一个或多个的估计。随着发光装置老化或改变操作温度，或基于在发光装置的操作期间由用户提供的输入信号，控制电路能够控制提供给一个或多个发光元件的功率以减小由发光装置发射的光的变化。
在一些实施方案中，第二光学元件能够包括第一部分和光导，其中，该第一部分能够具有出射表面并且能够被布置成接收来自光学界面的散射光的第一部分，并且该光导能够被布置成接收来自光学界面的散射光的第二部分并且能够具有引导表面，该引导表面被构造成通过反射所接收的散射光的第二部分中的至少一些将所接收的散射光的第二部分引导离开光学界面。
在一些实施方案中，出射表面能够包括：第一出射表面和第二出射表面，该第一和第二出射表面能够为至少部分透明的；和布置在第一和第二出射表面之间的台阶。
在一些实施方案中，第一光学元件能够具有大致均匀的有效厚度。在一些实施方案中，n1≈n2。在一些实施方案中，n0≈1。在一些实施方案中，出射表面能够成形为使得直接撞击在该出射表面上的散射光在该出射表面上的入射角小于布儒斯特角。
在一些实施方案中，对于截面，出射表面上的每个点p能够具有对应的曲率半径R(p)，并且第一和第二光学元件能够被布置成使得光学界面上的每个点离出射表面至少对应的距离d(p)，其中：
d(p)＝R(p)*(1-k/n2)
值k能够为正实数，使得k<n2。在一些实施方案中，k/n2能够为小于0.8。在一些实施方式案中，k能够为小于<1。在一些实施方案中，值k能够为：
在一些实施方案中，光学界面上的每个点离出射表面上的对应的最近点能够为距离d(p)。
在一些实施方案中，第一光学元件的对称轴和第二光学元件的对称轴能够为共线的。一个或多个发光元件能够绕第一光学元件的对称轴对称地定位。在一些实施方案中，第一和第二光学元件能够沿着轴延伸并且能够具有沿着轴大致不变的截面。在一些实施方案中，出射表面为球形或圆柱形表面。
在一些实施方案中，介质能够为气体。气体能够为空气。在一些实施方案中，一个或多个发光元件能够包括发光二极管。在一些实施方案中，由一个或多个发光元件发射的光能够包括蓝光或紫外光。在一些实施方案中，散射中心能够包括非弹性散射中心，该非弹性散射中心被构造成将从一个或多个发光元件接收的至少一些光转换成具有更长波长的转换光。该转换光能够为黄光。非弹性散射中心能够包括光转换材料。光转换材料能够包括磷光体或量子点磷光体。
在一些实施方案中，透明材料能够为塑料或玻璃。在一些实施方案中，发光装置能够包括多个发光元件，并且该多个发光元件能够发射不同颜色的光。在一些实施方案中，非弹性散射中心能够与弹性散射中心是同一的。
一般而言，在该说明书中描述的主题的另一个创新方面能够实现为一种发光装置，该发光装置包括：被构造成在操作期间发光的一个或多个发光元件；第一光学元件，该第一光学元件具有第一表面，所述第一表面与一个或多个发光元件间隔开，并且定位成接收来自一个或多个发光元件的光，其中，该第一光学元件包括散射中心，该散射中心被布置成使来自所述一个或多个发光元件的光大致各向同性地散射并且提供散射光；和第二光学元件，该第二光学元件由具有出射表面的透明材料形成，该第二光学元件与第一光学元件相接触，在第一和第二光学元件之间在接触位置处存在光学界面，该光学界面与第一光学元件的第一表面相反，并且第二光学元件被布置成通过光学界面接收散射光的一部分；其中：该装置包括与第一光学元件的第一表面相邻的具有折射率n0的介质，并且第一光学元件包括具有第一折射率n1的材料，其中，n0<n1；该透明材料具有折射率n2，其中，n0<n2；出射表面为透明表面，其成形为使得直接撞击在该出射表面上的散射光在该出射表面上的入射角小于布儒斯特角；并且发光装置通过出射表面输出散射光的一小部分。
前述和其它实施例能够各自可选地单独或以组合形式包括下列特征中的一个或多个。在一些实施方案中，强度分布能够成形为匹配次级光学***的输入要求。该组合能够被构造成控制强度分布的峰强度的方向。第一光学元件能够具有三个不同的正交尺寸。第一光学元件能够具有两个相等的正交尺寸。第一光学元件能够具有三个相等的正交尺寸。
在一些实施方案中，第一光学元件能够为限定包封体的壳体，来自一个或多个发光元件的光发射到该包封体中，其中，该壳体能够成形为使得来自第一表面的至少一些光通过包封体直接传播到第一表面。壳体相对于包封体能够具有凹形形状。壳体能够具有椭球形形状。椭球形形状能够为扁长的或扁圆的。椭球形形状能够为三轴的。壳体能够具有被构造成接收一个或多个发光元件的一个或多个开口。在一些实施方案中，发光装置能够进一步包括布置在该一个或多个开口内的一个或多个反射体，其中，该一个或多个反射体能够具有一个或多个反射表面，该一个或多个反射表面面对包封体并且被构造成包封该包封体。
在一些实施方案中，发光装置能够进一步包括具有反射表面的反射体，其中，该反射表面和第一表面一起能够限定包封体，来自一个或多个发光元件的所有光能够被发射到该包封体中。反射表面相对于包封体能够为平面或凸形。第一表面相对于包封体能够为平面或凸形。反射表面能够包括镜面反射部分或漫反射部分。反射表面能够被构造成朝第一表面引导来自一个或多个发光元件的光。
在一些实施方案中，出射表面能够包括多个部分，其中，每个部分在边缘处能够连结到另一个部分。出射表面能够具有四个部分。出射表面能够与两个正交半圆柱体的交叉部的外接表面一致。
在一些实施方案中，发光装置能够进一步包括第三元件，该第三元件由透明材料形成，定位在一个或多个发光元件与第一表面之间，以接收来自该一个或多个发光元件的光并且为第一表面提供光。第三元件能够与第一表面分离一定的间隙。
在一些实施方案中，发光装置能够进一步包括：传感器，该传感器被布置成在散射光的该一部分通过出射表面输出之前接收散射光的该一部分的一小部分，其中，该传感器能够被构造成提供基于散射光的该一部分的该一小部分的传感器信号；和控制电路，该控制电路与传感器通信，该控制电路能够被构造成响应于传感器信号，控制提供给一个或多个发光元件的功率。传感器信号能够被构造成指示散射光的该一部分的该一小部分的强度和光谱密度分布中的一个或多个的估计。随着发光装置老化或改变操作温度，或基于在发光装置的操作期间由用户提供的输入信号，控制电路能够控制提供给一个或多个发光元件的功率以减小由发光装置发射的光的变化。
在一些实施方案中，第二光学元件能够包括第一部分和光导，其中，该第一部分能够具有出射表面并且能够被布置成接收来自光学界面的散射光的第一部分，并且该光导能够被布置成接收来自光学界面的散射光的第二部分并且能够具有引导表面，该引导表面被构造成通过反射所接收的散射光的第二部分中的至少一些将所接收的散射光的第二部分引导离开光学界面。
在一些实施方案中，出射表面能够包括：第一出射表面和第二出射表面，该第一和第二出射表面能够为至少部分透明的；和布置在第一和第二出射表面之间的台阶。
在一些实施方案中，第一光学元件能够具有大致均匀的有效厚度。在一些实施方案中，n1≈n2。在一些实施方案中，n0≈1。
在一些实施方案中，对于截面，出射表面上的每个点p能够具有对应的曲率半径R(p)，并且第一和第二光学元件能够被布置成使得光学界面上的每个点离出射表面至少对应的距离d(p)，其中：
d(p)＝R(p)*(1-k/n2)
值k能够为正实数，使得k<n2。在一些实施方案中，k/n2能够为小于0.8。在一些实施方式案中，k能够为小于<1。在一些实施方案中，值k能够为：
在一些实施方案中，第一光学元件的对称轴和第二光学元件的对称轴能够为共线的。一个或多个发光元件能够绕第一光学元件的对称轴对称地定位。在一些实施方案中，第一和第二光学元件能够沿着轴延伸并且能够具有沿着轴大致不变的截面。在一些实施方案中，出射表面为球形或圆柱形表面。
在一些实施方案中，介质能够为气体。气体能够为空气。在一些实施方案中，一个或多个发光元件能够包括发光二极管。在一些实施方案中，由一个或多个发光元件发射的光能够包括蓝光或紫外光。在一些实施方案中，散射中心能够包括非弹性散射中心，该非弹性散射中心被构造成将从一个或多个发光元件接收的至少一些光转换成具有更长波长的转换光。在一些实施方案中，转换光能够为黄光。在一些实施方案中，非弹性散射中心能够包括光转换材料。光转换材料能够包括磷光体或量子点磷光体。
在一些实施方案中，透明材料能够为塑料或玻璃。在一些实施方案中，发光装置能够包括多个发光元件，并且该多个发光元件能够发射不同颜色的光。在一些实施方案中，非弹性散射中心能够与弹性散射中心是同一的。
一般而言，在该说明书中描述的主题的另一个创新方面能够实现为一种发光装置，该发光装置包括：被构造成在操作期间发光的一个或多个发光元件；第一光学元件，该第一光学元件具有第一表面，所述第一表面与一个或多个发光元件间隔开，并且定位成接收来自一个或多个发光元件的光，其中，该第一光学元件包括散射中心，该散射中心被布置成使来自所述一个或多个发光元件的光大致各向同性地散射并且提供散射光；第二光学元件，该第二光学元件由透明材料形成并且与第一光学元件相接触，在第一和第二光学元件之间在接触位置处存在光学界面，该光学界面与第一光学元件的第一表面相反，该第二光学元件包括第一光学部和光导，该第一光学部具有出射表面并且被布置成接收来自光学界面的散射光的第一部分，并且出射表面为透明表面，其成形为使得直接撞击在该出射表面上的散射光在该出射表面上的入射角小于全内反射的临界角，并且该光导是被布置成接收来自光学界面的散射光的第二部分并且具有引导表面，该引导表面被构造成通过使所接收的散射光的的第二部分中的至少一些反射而将所接收的散射光的第二部分引导离开光学界面；其中：该装置包括与第一光学元件的第一表面相邻的具有折射率n0的介质，并且第一光学元件包括具有第一折射率n1的材料，其中，n0<n1；并且透明材料具有折射率n2，其中，n0<n2。
前述和其它实施例能够各自可选地单独或以组合形式包括下列特征中的一个或多个。在一些实施方案中，发光装置能够进一步包括反射涂层，该反射涂层布置在引导表面上并且被构造成使所接收的散射光的第二部分中的至少一些反射。在一些实施方案中，光导能够被构造成使所接收的第二部分光中的至少一些经全内反射而反射。在一些实施方案中，光导能够被构造成在离一个或多个发光元件预定距离处通过引导表面发射预定量的光。引导表面能够具有被构造成提取预定量的光的表面纹理。光导能够包括中心，该中心被构造成使光散射，使得在离一个或多个发光元件预定距离处通过引导表面发射预定量的光。在一些实施方案中，光导能够具有远端表面，该远端表面被构造成发射所接收的散射光的第二部分中的至少一些的至少一小部分。
在一些实施方案中，第一光学元件能够为限定包封体的壳体，来自一个或多个发光元件的光发射到该包封体中，其中，该壳体能够成形为使得来自第一表面的至少一些光通过包封体直接传播到第一表面。壳体相对于包封体具有凹形形状。壳体能够具有椭球形形状。椭球形形状能够为扁长的或扁圆的。椭球形形状能够为三轴的。壳体能够具有被构造成接收一个或多个发光元件的一个或多个开口。在一些实施方案中，发光装置能够进一步包括布置在该一个或多个开口内的一个或多个反射体，其中，该一个或多个反射体能够具有一个或多个反射表面，该一个或多个反射表面面对包封体并且被构造成包封该包封体。
在一些实施方案中，发光装置能够进一步包括具有反射表面的反射体，其中，该反射表面和第一表面一起能够限定包封体，来自一个或多个发光元件的所有光被发射到该包封体中。反射表面相对于包封体能够为平面或凸形。第一表面相对于包封体能够为平面或凸形。反射表面能够包括镜面反射部分或漫反射部分。反射表面能够被构造成朝第一表面引导来自一个或多个发光元件的光。
在一些实施方案中，出射表面能够包括多个部分，其中，每个部分在边缘处能够连结到另一个部分。出射表面能够具有四个部分。出射表面能够与两个正交半圆柱体的交叉部的外接表面一致。
在一些实施方案中，发光装置能够进一步包括第三元件，该第三元件由透明材料形成，定位在一个或多个发光元件与第一表面之间，以接收来自该一个或多个发光元件的光并且为第一表面提供光。第三元件与第一表面分离一定的间隙。
在一些实施方案中，发光装置能够进一步包括：传感器，该传感器被布置成在散射光的该一部分从发光装置输出之前接收散射光的该一部分的一小部分，其中，该传感器能够被构造成提供基于散射光的该一部分的该一小部分的传感器信号；和控制电路，该控制电路与传感器通信，该控制电路能够被构造成响应于传感器信号，控制提供给一个或多个发光元件的功率。传感器信号能够被构造成指示散射光的该一部分的该一小部分的强度和光谱密度分布中的一个或多个的估计。随着发光装置老化或改变操作温度，或基于在发光装置的操作期间由用户提供的输入信号，控制电路能够控制提供给一个或多个发光元件的功率以减小由发光装置发射的光的变化。
在一些实施方案中，第一光学元件能够具有大致均匀的有效厚度。在一些实施方案中，n1≈n2。在一些实施方案中，n0≈1。在一些实施方案中，出射表面能够成形为使得直接撞击在该出射表面上的散射光在该出射表面上的入射角小于布儒斯特角。
在一些实施方案中，对于截面，出射表面上的每个点p能够具有对应的曲率半径R(p)，并且第一和第二光学元件能够被布置成使得光学界面上的每个点离出射表面至少对应的距离d(p)，其中：
d(p)＝R(p)*(1-k/n2)
值k能够为正实数，使得k<n2。在一些实施方案中，k/n2能够为小于0.8。在一些实施方案中，k能够为小于1。在一些实施方案中，值k能够为：
在一些实施方案中，光学界面上的每个点离出射表面上的对应的最近点能够为距离d(p)。
在一些实施方案中，第一光学元件的对称轴和第二光学元件的对称轴能够为共线的。一个或多个发光元件能够绕第一光学元件的对称轴对称地定位。在一些实施方案中，第一和第二光学元件能够沿着轴延伸并且能够具有沿着轴大致不变的截面。在一些实施方案中，出射表面能够为球形或圆柱形表面。
在一些实施方案中，介质是气体。气体能够为空气。在一些实施方案中，一个或多个发光元件能够包括发光二极管。在一些实施方案中，由一个或多个发光元件发射的光能够包括蓝光或紫外光。在一些实施方案中，散射中心能够包括非弹性散射中心，该非弹性散射中心被构造成将从一个或多个发光元件接收的至少一些光转换成具有更长波长的转换光。该转换光能够为黄光。非弹性散射中心能够包括光转换材料。光转换材料能够包括磷光体或量子点磷光体。
在一些实施方案中，透明材料能够为塑料或玻璃。在一些实施方案中，发光装置能够包括多个发光元件，并且该多个发光元件能够发射不同颜色的光。在一些实施方案中，非弹性散射中心能够与弹性散射中心是同一的。
一般而言，在该说明书中描述的主题的另一个创新方面能够实现为一种发光装置，该发光装置包括：被构造成在操作期间发光的一个或多个发光元件；第一光学元件，该第一光学元件具有第一表面，所述第一表面与一个或多个发光元件间隔开，并且定位成接收来自一个或多个发光元件的光，其中，该第一光学元件包括散射中心，该散射中心被布置成使来自所述一个或多个发光元件的光大致各向同性地散射并且提供散射光；和由透明材料形成的第二光学元件，该第二光学元件与第一光学元件相接触，在第一和第二光学元件之间在接触位置处存在光学界面，其中，第二光学元件被布置成通过光学界面接收散射光的一部分，并且第二光学元件包括出射表面，该出射表面包括第一出射表面和第二出射表面，其中，第一和第二出射表面为至少部分透明的并且成形为使得直接撞击在该第一和第二出射表面上的散射光中的至少一些在该第一和第二出射表面处的入射角小于全内反射的临界角，并且第二光学元件进一步包括布置在第一和第二出射表面之间的台阶；其中：该装置包括与第一光学元件的第一表面相邻的具有折射率n0的介质，并且第一光学元件包括具有第一折射率n1的材料，其中，n0<n1；透明材料具有折射率n2，其中，n0<n2；并且发光装置通过第一和第二出射表面输出光。
前述和其它实施例能够各自可选地单独或以组合形式包括下列特征中的一个或多个。在一些实施方案中，第一出射表面能够与一个或多个发光元件的至少一个光学轴交叉，并且台阶是被布置成使得第一出射表面相对于第二出射表面凹进。在一些实施方案中，第一出射表面能够与一个或多个发光元件的至少一个光学轴交叉，并且台阶是被布置成使得第二出射表面相对于第一出射表面凹进。在一些实施方案中，台阶能够包括反射表面。在一些实施方案中，台阶能够包括透明表面。在一些实施方案中，第一和第二出射表面中的至少一个能够为半透明的。
在一些实施方案中，第一光学元件能够为限定包封体的壳体，来自一个或多个发光元件的光发射到该包封体中，其中，该壳体能够成形为使得来自第一表面的至少一些光通过包封体直接传播到第一表面。壳体相对于包封体能够具有凹形形状。壳体能够具有椭球形形状。椭球形形状能够为扁长的或扁圆的。椭球形形状能够为三轴的。壳体能够具有被构造成接收一个或多个发光元件的一个或多个开口。在一些实施方案中，发光装置能够进一步包括布置在该一个或多个开口内的一个或多个反射体，其中，该一个或多个反射体能够具有一个或多个反射表面，该一个或多个反射表面面对包封体并且被构造成包封该包封体。
在一些实施方案中，发光装置能够进一步包括具有反射表面的反射体，其中，该反射表面和第一表面一起能够限定包封体，来自一个或多个发光元件的所有光能够被发射到该包封体中。反射表面相对于包封体能够为平面或凸形。第一表面相对于包封体能够为平面或凸形。反射表面能够包括镜面反射部分或漫反射部分。反射表面能够被构造成朝第一表面引导来自一个或多个发光元件的光。
在一些实施方案中，发光装置能够进一步包括第三元件，该第三元件由透明材料形成，定位在一个或多个发光元件与第一表面之间，以接收来自该一个或多个发光元件的光并且为第一表面提供光。第三元件能够与第一表面分离一定的间隙。
在一些实施方案中，发光装置能够进一步包括：传感器，该传感器被布置成在散射光的该一部分从发光装置输出之前接收散射光的该一部分的一小部分，其中，该传感器能够被构造成提供基于散射光的该一部分的该一小部分的传感器信号；和控制电路，该控制电路与传感器通信，该控制电路能够被构造成响应于传感器信号，控制提供给一个或多个发光元件的功率。传感器信号能够被构造成指示散射光的该一部分的该一小部分的强度和光谱密度分布中的一个或多个的估计。随着发光装置老化或改变操作温度，或基于在发光装置的操作期间由用户提供的输入信号，控制电路能够控制提供给一个或多个发光元件的功率以减小由发光装置发射的光的变化。
在一些实施方案中，第一光学元件能够具有大致均匀的有效厚度。在一些实施方案中，n1≈n2。在一些实施方案中，n0≈1。在一些实施方案中，出射表面能够成形为使得直接撞击在该出射表面上的散射光在该出射表面上的入射角小于布儒斯特角。
在一些实施方案中，对于截面，出射表面上的每个点p能够具有对应的曲率半径R(p)，并且第一和第二光学元件能够被布置成使得光学界面上的每个点离出射表面至少对应的距离d(p)，其中：
d(p)＝R(p)*(1-k/n2)
值k能够为正实数，使得k<n2。在一些实施方案中，k/n2能够为小于0.8。在一些实施方案中，k能够为小于1。在一些实施方案中，值k能够为：
在一些实施方案中，光学界面上的每个点离出射表面上的对应的最近点能够为距离d(p)。
在一些实施方案中，第一光学元件的对称轴和第二光学元件的对称轴能够为共线的。一个或多个发光元件能够绕第一光学元件的对称轴对称地定位。在一些实施方案中，第一和第二光学元件能够沿着轴延伸并且能够具有沿着轴大致不变的截面。在一些实施方案中，出射表面能够为球形或圆柱形表面。
在一些实施方案中，介质能够为气体。气体能够为空气。在一些实施方案中，一个或多个发光元件能够包括发光二极管。在一些实施方案中，由一个或多个发光元件发射的光能够包括蓝光或紫外光。在一些实施方案中，散射中心能够包括非弹性散射中心，该非弹性散射中心被构造成将从一个或多个发光元件接收的至少一些光转换成具有更长波长的转换光。该转换光能够为黄光。非弹性散射中心能够包括光转换材料。光转换材料能够包括磷光体或量子点磷光体。
在一些实施方案中，透明材料能够为塑料或玻璃。在一些实施方案中，发光装置能够包括多个发光元件，并且该多个发光元件能够发射不同颜色的光。在一些实施方案中，非弹性散射中心能够与弹性散射中心是同一的。
各种参考文献通过引用并入本文。在本公开和任意合并的公开之间存在冲突的情况下，包括定义，以本说明书为准。在附图和下文的描述中阐明了该说明书中描述的本主题的一个或多个实施例的细节。本主题的其它特征、方面和优势将从说明书、附图和权利要求变得清楚。
附图说明
图1A为具有满足布儒斯特条件的提取器元件的ASLV发光装置的示例的示意图。
图1B示出ASLV发光装置的输出光的光谱的示例。
图2A-2D示出具有半球形散射元件的发光装置的示例的方面。
图3示出具有凹形散射元件的发光装置的示例。
图4示出具有扁平(flat)散射元件的发光装置的示例。
图5示出具有扁平散射元件和在提取器内部凹进的回收包封体的发光装置的示例。
图6示出具有凸形散射元件的发光装置的示例。
图7示出具有球形散射元件和由提取器包围的回收包封体的发光装置的示例。
图8示出具有凹形散射元件和具有突出基座的回收包封体的发光装置的示例。
图9A为具有多个发光装置以及具有弹性和非弹性散射中心的散射元件的ASLV发光装置的示例的示意图。
图9B示出包括具有弹性和非弹性散射中心的散射元件的ASLV发光装置的输出光的光谱的示例。
图10A为具有多个发光装置以及包括弹性散射中心的散射元件的ASLV发光装置的示例的示意图。
图10B示出包括具有弹性散射中心的散射元件的ASLV发光装置的输出光的光谱的示例。
图11示出具有多个发光装置、凹形散射元件和具有凹进基座的回收包封体的发光装置的示例。
图12示出具有多个发光装置和凹形散射元件的发光装置的示例。
图13为具有***内源反馈的ASLV发光装置的示例的示意图。
图14-16示出发光装置的装置内反馈的构造。
图17为了用来在ASLV发光装置中提供装置内光源反馈的反馈电路的示例的示意图。
图18为具有控制输出光的强度分布的非球形非平面光学界面的ASLV发光装置的示例的示意图。
图19A-19B示出具有椭球形散射元件的发光装置的示例的方面。
图20A-20B示出具有椭球形散射元件的发光装置的另一个示例的方面。
图21A-21E示出具有带有不相等的正交轴的椭球形散射元件的发光装置的示例的方面。
图22示出使用具有带有不相等的正交轴的椭球形散射元件的多个发光装置的加长发光装置的示例。
图23A-23B示出具有包围回收包封体的椭球形散射元件的发光装置的示例的方面。
图24A-24B示出具有包围回收包封体的加长散射元件的发光装置的示例的方面。
图25A-25C示出具有成形为包围回收包封体的椭球形段的散射元件的发光装置的示例的方面。
图26A-26B示出具有相对于提取器元件偏离中心并且包围回收包封体的球形散射元件的发光装置的示例的方面。
图27A-27B示出具有相对于提取器元件偏离中心并且包围回收包封体的椭球形散射元件的发光装置的示例的方面。
图28示出具有成形为椭球形段的提取器的发光装置的示例的方面。
图29为具有提取器元件的ASLV发光装置的示例的示意图，该提取器元件具有被布置成控制输出光的强度分布的三个或更多个部分。
图30A-30D示出具有半球形散射元件和成形为方形半球的提取器的发光装置的示例的方面。
图31A-31D示出具有半球形散射元件和成形为交叉椭圆柱(crossed ellipticcylinders)的提取器的发光装置的示例的方面。
图32为具有提取器元件的ASLV发光装置的示例的示意图，该提取器元件具有由台阶分离的两个出射表面。
图33A-33B示出具有半球形散射元件和在提取器元件的出射表面中的台阶的发光装置的示例的方面。
图34A-34B示出具有椭圆形散射元件(elliptical scattering element)和在提取器元件的出射表面中的台阶的发光装置的示例的方面。
图35A-35B示出具有矩形散射元件和在提取器元件的出射表面中的台阶的发光装置的示例的方面。
图36示出具有矩形散射元件和提取器元件的发光装置的示例，该提取器元件具有出射表面，该出射表面具有台阶并且从光轴延伸超过90°角度。
图37示出具有布置在矩形底座上的具有多个色度的发光装置和在提取器元件的出射表面中的台阶的发光装置的示例。
图38为具有包括维尔斯特拉斯部分和光导的提取器元件的ASLV发光装置的示例的示意图。
图39示出具有复合提取器元件的发光装置的示例。
图40示出具有复合提取器元件的发光装置的另一个示例。
图41示出具有复合提取器元件的发光装置的方面。
图42示出具有多个旋转对称散射元件和普通加长提取器元件的发光装置的示例。
图43示出具有加长散射元件和加长提取器元件的发光装置的示例。
不同图形中相似的元件以相同的附图标记识别。
具体实施方式
图1A示出发光装置100的示例的示意图，该发光装置100包括发光元件110(LEE)、散射元件120(也被称为第一光学元件)、提取器元件130(也被称为第二光学元件)和回收包封体140。发光装置100横跨宽范围的角度向周围环境有效地提供宽带均质光。
发光元件110被构造成在操作期间产生并且发射光。比如，由发光元件110发射的光(也被称为泵浦光)的光谱功率分布能够为蓝色。可见光的光谱功率分布被称为色度。例如，一般而言，发光元件110为当通过跨它施加电位差或使电流经过它而被激励时在用于可见区、红外区和/或紫外区的电磁频谱的区域或区域的组合中发射辐射的装置。发光元件110能够具有单色、准单色、多色或宽带频谱发射特性。单色或准单色的发光元件的示例包括半导体、有机聚合物/聚合体发光二极管(LED)。在一些实施方案中，发光元件110能够为发射辐射的单一特定装置，例如LED管芯，或/和能够为一起发射辐射的特定装置的多个实例的组合。这样的发光装置110能够包括壳体或封装，一个或多个特定装置被放置在该壳体或封装内。作为另一个示例，发光元件110包括一个或多个激光器并且更具体地半导体激光器，诸如竖直腔体表面发射激光器(VCSEL)和边缘发射激光器。在利用半导体激光器的实施例中，散射元件用于减小(例如，消除)激光的空间和时间相干性，这在发光装置可以由人直接观察的情况下可能是有利的。发光元件110的进一步示例包括超发光二极管和其它超发光装置。
散射元件120具有第一表面(也被称为光入射表面)，该第一表面与发光元件110间隔开并且被定位成接收来自发光元件110的光。散射元件120包括散射中心，该散射中心被布置成使来自发光元件110的光大致各向同性地散射并且被布置成提供散射光。散射光包括弹性散射泵浦光和非弹性散射泵浦光。弹性散射泵浦光包括在散射中心处已经经历弹性散射的光子，并且非弹性散射泵浦光包括在散射中心处已经经历非弹性散射的光子。例如，光子的光谱分布由于弹性散射而保持大致不变或在非弹性散射的作用下改变。例如，弹性散射引起在散射中心处的光折射。作为另一个示例，非弹性散射引起在先前由散射中心吸收的光的作用下从散射中心发光。关于在该说明书中描述的技术，非弹性散射通常与一个可见或紫外(UV)入射光子和一个可见输出光子相关联。由散射中心散射光能够起因于诸如光转换、折射的效应和/或其它效应，和/或其组合。取决于例如散射中心执行光转换的能力，起因于在一个散射中心处的非弹性散射的多个输出光子的分布是各向同性的。取决于例如散射中心的形状、布置和/或组成，起因于在多个散射中心处的弹性散射的多个输出光子的分布是各向同性的。散射中心能够包括一个或多个部分，每个部分使光例如通过光转换、折射或其它效应以一个或多个路径散射。散射中心包括物质的组成或结构中的不连续性。为了在其传播中实现预定程度的随机性，光已经经历多个弹性散射事件。因为要求这样的多次散射事件以超过预定的随机性，例如，当光通过与使光仅通过折射散射的散射中心相互作用而散射时。例如，散射中心能够包括光转换材料(LCM)和/或非光转换材料。经由LCM的光转换是非弹性散射的形式。
LCM是根据第一光谱分布吸收光子并且根据第二光谱分布发射光子的材料，如下文结合图1B所描述。术语光转换、波长转换和/或颜色转换可交换地使用。例如，光转换材料也被称为光致发光或颜色转换材料。光转换材料能够包括光致发光物质、荧光物质、磷光体、量子点、基于半导体的光学转换器等。光转换材料还能够包括稀土元素。
图1B示出蓝色LED的发射光谱111。蓝色LED能够被用作发光装置100中的发光元件110。此外，图1B示出散射中心的吸收光谱112和发射光谱113，连同散射光115的光谱(后者用点线表示。)弹性散射光的光谱功率分布与泵浦光(对应于光谱111)的光谱功率分布相同。而且，散射中心112的吸收光谱与由发光元件111发射的光的光谱重叠。非弹性散射光的光谱功率分布不同于泵浦光。举例来说，非弹性散射光将具有移位(例如，斯托克斯移位)到比泵光谱111更长的波长的光谱113。例如，在泵浦光是蓝光，例如，对应于光谱111的情况下，非弹性散射光的特征能够为整体黄/琥珀色，例如，对应于光谱113。而且，散射光115的光谱是弹性散射光的光谱111和非弹性散射光的光谱113的组合。
以这种方式，散射元件120通过使进入散射元件120的大致所有光散射而使从发光元件110接收的光的传播方向大致随机化，同时允许大部分光经过散射元件120。提取器元件130由具有出射表面的透明材料，诸如透明玻璃或透明有机聚合物形成。提取器元件130的出射表面一般为弯曲透明的表面。换言之，与例如发生透射光的进一步散射的不透明或漫反射表面相反，经过出射表面的散射光中的改变一般能够由斯涅尔折射定律来描述。提取器元件130与散射元件120相接触，使得在散射元件和提取器元件之间在接触位置处存在光学界面，并且该光学界面与散射元件的第一表面相反。散射元件120具有大致均匀的厚度，使得对于光学界面的任意点而言，光学界面和散射元件120的第一表面之间的距离是恒定的。而且，提取器元件130被布置成使得通过光学界面散射的光进入提取器元件130。来自散射元件120的直接达到提取器元件130的出射表面的光被称为前向光。
此外，发光装置100包括与散射元件的第一表面相邻的介质，诸如气体(例如，空气)，其具有折射率n0，并且散射元件120包括具有第一折射率n1的材料，其中n0<n1。来自散射元件120的到达第一表面的光被称为后向光。因为n0<n1，所以第一表面仅允许后向光的一小部分逃逸到低折射率介质。提取器元件130的透明材料具有折射率n2，其中n0<n2。因此，透射的前向光的量大于透射到低折射率介质中的后向光的量，并且发光装置100不对称地传播散射光。在这样的情况下，取决于n0和n2之间的不对称度，散射元件120和提取器元件130之间的光学界面允许变化的前向到后向光透射率比。如果n2等于或大于n1，则达到该比率中的最大不对称度。在散射元件的两个相反侧上具有不对称光学界面(即，不同折射率失配)发光装置被称为不对称散射光阀(ASLV)，或ASLV发光装置。因此，发光装置100为ASLV发光装置100。
提取器元件130的出射表面为透明表面，在该透明表面上，直接撞击在该出射表面上的散射光经历很少的全内反射(TIR)。以这种方式，出射表面透射撞击在其上的、从散射元件直接传播到出射表面并且在至少某些平面中传播的大部分光，并且在第一次经过时将它输出到提取器元件的周围中。通过出射表面输出的光能够被用于由ASLV发光装置100提供照明或指示功能或以便由与ASLV发光装置100结合工作的另一个光学***进一步操纵。
在一些实施例中，提取器元件130的出射表面被成形为具有半径R1的球形或圆柱形穹顶或壳体，其中，光学界面被设置在由相应的抽象球体或圆柱限定的区域内，该抽象球体或圆柱与出射表面同心且具有半径ROW＝R1/n，其中，n是提取器元件130的折射率。这样的构造被称为维尔斯特拉斯几何结构或维尔斯特拉斯构造。应注意的是，球形维尔斯特拉斯几何结构能够避免经过由对应的抽象R1/n球体外接的区域的光线的TIR，不论传播平面如何。圆柱形维尔斯特拉斯几何结构对于以浅角度在与相应的圆柱轴交叉的平面中传播的光能够展示TIR，即使该光经过由对应的抽象ROW＝R1/n圆柱外接的区域。
应注意的是，在该说明书中描述的其它ALSV发光装置具有其它形状和/或相对于光学界面的其它几何关系的出射表面。举例来说，能够采用提取器元件130的非球形或非圆柱形出射表面以使光折射，并且以与由球形或圆柱形出射表面提供的那些方式不同的方式有助于使输出强度分布成形。通过要求光学界面落入从出射表面的点p对向(subtended)的、也被称为接受锥体的锥体内，维尔斯特拉斯几何结构的定义能够被扩展到包括具有非圆形截面的出射表面，该锥体的轴对应于在点p处的相应的表面法线并且其具有2*Arcsin(k/n)的顶角，其中，k是小于n的正数。应注意的是，出射表面需要被构造成使得多个所有提到的锥体外接非零体积的空间。进一步注意的是，假设k是指确定在无涂层出射表面处的TIR量的参数，该无涂层出射表面将在构成提取器元件130的出射表面的一侧上的具有n>1的光密介质与在出射表面的相反侧上的在标准温度压力条件下具有n≈1.00的诸如空气的典型气体分离。取决于该实施例，k能够略大于1但是优选小于1。如果k>1，则一些TIR可以在提取器元件130内部在出射表面处发生。在一些实施例中，这导致光学界面在垂直于在其点p处的出射表面的方向上离开出射表面至少R(p)*(1-k/n)。在此处，R(p)是在点p处出射表面的局部曲率半径，并且n是提取器元件130的折射率。对于具有k＝1的球形或圆柱形出射表面，相应地，由提到的锥体外接的边界与球形或圆柱形维尔斯特拉斯几何结构一致。一些实施例被构造成通过挑选k>1允许一些TIR。在这些情况下，k/n被限制于例如k/n<0.8。
概括地说，如果光学界面的半径RO小于或等于RO≤ROW＝R1/n，其中R1和n相应地是提取器元件130的半径和折射率，则认为ASLV发光装置100满足维尔斯特拉斯构造。等价地，如果具有折射率n的提取器元件130的半径R1等于或大于R1≥R1W＝nRO，其中，RO是ASLV发光装置100的光学界面的半径，则认为ASLV发光装置100的提取器元件130满足维尔斯特拉斯构造。
在一些实施例中，出射表面成形为使得直接撞击在该出射表面上的散射光在该出射表面上的入射角小于布儒斯特角。在这种情况下，k不仅小于1以在提取器元件130的出射表面处避免TIR以便光在至少一个平面中传播，而且使k如此小以至于此外避免某些菲涅耳反射。在这样的情况下，k被挑选为小于n(1+n2)-1/2。例如，相对于在球形或圆柱形维尔斯特拉斯几何形状的对称平面中传播的光而言，传播通过由半径R0＝R1(1+n2)-1/2的同心抽象球体或圆柱体外接的区域的光线将以布儒斯特角或小于布儒斯特角撞击在出射表面上。更一般地，从受具有顶角2*Arctan(1/n)的、从点p对向的锥体约束的方向内撞击在出射表面的点p处的p偏振光在出射表面处将不被反射，该锥体的轴与在点p处的表面法线一致。例如，这样的构造被称为布儒斯特几何结构(或布儒斯特构造)，或更具体地布儒斯特球体或布儒斯特圆柱体。在这样的实施例中，出射表面和光学界面之间的距离大于R1(1-(1+n2)(-1/2))。
概括地说，如果光学界面的半径R0小于或等于RO≤ROB＝R1(1+n2)-1/2，其中R1和n是提取器元件130的半径和折射率，则认为ASLV发光装置100满足布儒斯特构造。注意，对于提取器元件130的给定的半径R1，满足布儒斯特条件的ASLV发光装置100的光学界面具有小于满足维尔斯特拉斯条件的ASLV发光装置100的光学界面的最大半径ROW的最大半径ROB。相当地价地，如果提取器元件130的半径R1等于或大于R1≥R1B＝RO(1+n2)+1/2，其中RO是ASLV发光装置100的光学界面的半径，则认为折射率n的提取器元件130满足布儒斯特构造。注意，对于ASLV发光装置100的光学界面的给定半径RO，满足布儒斯特条件的提取器元件130具有大于满足维尔斯特拉斯条件的提取器元件130的最小半径R1W的最小半径R1B。
在一些实施方案中，提取器元件130具有加长或非加长形状。如在该说明书中的下文所描述的，提取器元件130能够成形为部分或全部外接散射元件120。这样的提取器元件130提供一个或多个中空部或腔和一个或多个开口或孔。开口和孔形成接收来自发光元件110的光的孔隙并且在散射元件120的第一表面引导光。因此，提取器元件130被成形为具有某一厚度或厚度分布的壳体或其它形状。
在一些实施例中，散射元件120部分或全部由提取器元件130包围，并且光学界面包括散射元件的表面的对应的部分。在一些实施例中，提取器元件130和散射元件120一体化地形成。在这样的一体化形成的示例中，光学界面是在对应的一体化形成的对象的区域之间绘制的抽象界面，使得光学界面大致包括由散射中心形成的界面。例如，当散射元件120包括在与用来形成提取器元件130的材料相同的材料内部的散射中心时，情况可能是这样。以这种方式，散射元件120能够被成形为片形、盘形、球形或非球形壳体或穹顶、管形、棱柱形或其它加长壳体、或其它结构以提供转换性质的预定空间分布以实现来自散射元件120的预定光输出分布，包括颜色和/或亮度均匀性。
此外，回收包封体140包围与散射元件的第一表面相邻的介质。回收包封体140被布置并且被构造成回收通过第一表面传播到介质中的散射光的一部分。这意味着，回收包封体140使散射光的至少一部分向后朝散射元件120重定向，使得该光中的至少一些离开散射元件120到提取器元件130中。如参照下文的实施例所解释的，回收包封体140的设计能够被选择为减小返回到发光元件110(在此处，散射光能够被吸收)的散射光的量。举例来说，回收包封体140能够由散射元件120的第一表面和/或对这样的后向散射光重定向的一个或多个附加光学部件和/或经由散射元件的某些构造限定，如在该说明书中的下文中所描述的。例如，回收包封体140能够由散射元件120的第一表面和下文结合图4所描述的光耦合器形成。作为另一个示例，回收包封体140能够由中空提取器元件130的第一表面形成，如下文结合图6所描述的。从回收包封体140回收的后向散射光进一步增加在光通过ASLV发光装置100传播中的不对称性。
另外，ASLV发光装置100通过出射表面将散射光输出到周围环境中。由ASLV发光装置100输出的光的光谱115在图1B中示出。一般地，散射元件120能够提供弹性散射光和非弹性散射光的充分混合，使得离开发光装置100的光的色度通过大范围的角度为大致均匀的，例如，各向同性的。例如，发光装置100能够提供白光，其白点变化跨诸如，例如，0.1sr或更大、0.3sr或更大、0.5sr或更大、1sr或更大、2sr或更大、3sr或更大、4sr或更大、2πsr或更大、3πsr或更大的立体角度范围，达5％或更小(例如，4％或更小，3％或更小，2％或更小，1％或更小)。
一般而言，回收包封体140、散射元件120和提取器元件130的形状、大小和组成能够变化。基于其它部件的特性和发光装置100的期望的性能来选择每个部件的特性。这将从下述发光装置的特定实施例的讨论显而易见。
ASLV发光装置100能够在诸如一般照明的应用中被使用。另外，ASLV发光装置100能够被用于显示器照明，例如，投射显示器、背光LCD、招牌等。
而且，能够使用常规挤出和模制技术及常规装配技术来制造ASLV发光装置100，如在说明书中在下文中对于特定实施例而描述的。ASLV发光装置100的成分能够包括一种或多种有机或无机材料，例如丙烯酸、硅树脂、聚丙烯(PP)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚碳酸酯、诸如KynarTM的聚偏二氟乙烯、漆、丙烯酸、橡胶、诸如RytonTM的聚苯硫醚(PPS)、聚砜、聚醚酰亚胺(PEI)、聚醚醚酮(PEEK)、诸如NorylTM的聚苯醚(PPO)、玻璃、石英、硅酸盐、粘合剂、其它聚合物有机或无机玻璃和/或其它材料。
图2A示出具有半球形散射元件220的ASLV发光装置200的示例的方面。ASLV发光装置200包括发光元件210(例如，蓝光泵LED)、散射元件220、提取器元件230和平坦反射体245(例如，反射镜。)散射元件120具有第一表面215，该第一表面215与发光元件210间隔开并且被定位成接收来自发光元件210的光。发光元件210被***到平坦反射体245的开口(例如，具有半径Rd)中。在一些实施方案中，反射体245延伸到散射元件220的至少第一表面。在其它实施方案中，反射体245延伸到提取器元件230的至少出射表面。散射元件220位于提取器元件230的内侧，与提取器元件230的半径RO的已填充空气的半球包封体240相邻，以形成光学界面225。包封体240包围发光元件210及其周围的反射体245。在一些实施方案中，提取器元件230具有与光学界面225同心的半径R1的出射表面235，使得提取器元件230满足布儒斯特构造R1≥R1B。布儒斯特半径由R1B＝RO(1+n12)+1/2给出，其中，RO是ASLV发光装置200的光学界面225的半径，并且n1表示提取器元件230的材料的折射率。由于提取器元件230满足布儒斯特构造，直接撞击在出射表面235上的散射光的出射表面235上的入射角小于布儒斯特角，并且因此，直接撞击在出射表面235上的散射光在出射表面235上经历很少的或不经历全内反射。
在该示例中，光传播不对称因在散射元件220内部(折射率n0)和外部(折射率n1)上的具有不相等的折射率np的材料而引起。举例来说，如果np＝1.5且n0＝1.0，n0<np，则碰撞在第一表面215上的各向同性分布的光子的大部分(～75％)将通过TIR反射回到散射元件220中，并且仅小部分(～25％)将向后透射到回收包封体240中，一些光子可以从回收包封体240到达发光元件210。在光学界面225处，条件np≤n1将保证，到达光学界面225的大致所有光子将过渡到提取器元件230中，并且布儒斯特条件将进一步保证，事实上所有这些光子将透射到空气中，而不会经出射表面235TIR。仅一小部分(少至约～4％，取决于入射角)在出射表面235处将通过菲涅耳反射返回。
图2B示出从球形光学界面225的顶部上的点发射的在半径R1的球形出射表面235处反射的朗伯(Lambertian)分布光的量270如何取决于这样的点从球形出射表面235的中心“O”的径向距离r＝RO/ROB。图2B还示出提取器元件的体积280如何依赖于径向距离r，进一步假设，光学界面225是球形的，并且因此r等于光学界面225的标准化半径。应注意的是，径向距离r＝RO/ROB以光学界面225的布儒斯特半径ROB＝R1/sqrt(1+(n1)^2)为单位来指示，其中RO是光学界面的(非标准化)半径。图2B中所示的情形是指n1＝1.5的折射率比。这代表塑料或玻璃到空气界面(n0＝1)的示例。反射光量270以当光学界面225的半径是布儒斯特半径RO＝ROB或r＝1时在出射表面235处反射的光量为单位来指示。当光学界面225的半径是布儒斯特半径RO＝ROB，或r＝1时，体积280以半径R1的提取器元件230的体积为单位来指示。图2B中表示的r的上限为r＝1.2并且对应于维尔斯特拉斯半径ROW＝R1/n1。如图2B所示，将光学界面225的r从维尔斯特拉斯半径(RO＝ROW，或r＝1.2)减小到布儒斯特半径(RO＝ROB，或r＝1)使反射光量270减少到小于50％，而提取器元件280的体积280增加小于20％。对于当ASLV发光装置200满足布儒斯特条件r≤1时的情况，撞击在出射表面235上的光的最大入射角在布儒斯特角以下，并且因此接近正入射。在布儒斯特限制下，其中r≤1，菲涅耳反射损耗270在正入射的反射系数的值的约20％内，((n1/n2-1)/(n1/n2+1))^2。正入射对应于“点状”光学界面，或r＝0。
以这种方式，在布儒斯特条件下，r＝1，对于20％的反射损耗中的惩罚性增加，提取器元件230的体积280有利地比经历仅菲涅耳反射r＝0的提取器元件230的体积280小20％。同时，与在维尔斯特拉斯条件r＝1.2下的提取器元件230的体积280相比，在布儒斯特条件r＝1下的提取器元件230的体积280遭受20％的惩罚性增加，但是从超过50％的反射损耗的下降中获益。因此，具有半径RO约等于布儒斯特半径ROB的光学界面225的ASLV发光装置200提供合理的性能/成本比率。在一些实施方案中，ASLV发光装置200能够被制造为具有半径RO约0.9*ROB、0.75*ROB或0.5*ROB的光学界面225。在一些实施方案中，ASLV发光装置200能够被制造为具有半径RO约0.9*ROB或1.1*ROB的光学界面225。
图2A所示的ASLV发光装置200的结构通过以下措施来减小内部光子损耗：(1)最小化从散射元件220朝泵到回收包封体240中的后向散射，(2)保证大多数后向散射光子通过在反射体245上的一个或更少反射事件而返回到散射元件220，(3)对于到达在散射元件220和提取器元件230之间的折射率匹配的光学界面225的任意光子，通过提供到提取器230中的第一次经过透射(first pass transmission)，减小光子在易损耗散射元件220中花费的平均时间。与对称的结构(例如，在磷光体220和提取器230或非常薄的提取器壳体230之间具有气隙)相比，ASLV发光装置200减小在发光元件210和散射元件220之间的光子回收包封体240中的光子损耗或在散射元件220内吸收损耗达3x倍。
图2D示出由类似于ASLV发光装置200的ASLV发光装置输出的强度分布290。在该示例中，反射体245延伸到提取器元件230的出射表面235，因为期望ASLV发光装置200输出一些光到后向方向中。以这种方式，虽然强度分布290具有前向偏置，但是它覆盖>2πsr的立体角，因为起源于散射元件220的上部并且朝提取器230的下边缘传播的光将被折射到与光学z轴成>90°的角度。
图2C所示的ASLV发光装置200的示例具有反射体245，该反射体245延伸到出射表面235的边缘以外以将大多数散射光转为前向方向(例如，Z轴的正方向。)图2D所示的由ASLV发光装置输出的光的强度分布还取决于在出射表面235的外部的反射体形状。举例来说，延伸到出射表面235的外部的反射体245能够例如在+z方向上被向上弄弯或弯曲以使输出强度分布变窄。对于回收包封体240中的有效光子回收，重要的是，用具有高反射率的材料来制造反射体245以使散射光返回到散射元件220。
首先，据信，具有相同的百分比反射率的镜面反射和漫反射体245在ASLV发光装置200中提供可比较的性能。在布儒斯特提取器元件235与反射体245的交叉部处，一定程度的散射率帮助抑制波形引导模式并且将这些模式转换成“逃逸”模式(即从ASLV发光装置200泄漏或逃逸的模式)。散射率的选择能够变化。一些反射材料的反射率随着增加的散射率略下降。散射率的选择能够由效率考虑以及诸如角强度分布的其它灯设计参数来确定。
在该说明书中的下文中将结合图19-25来描述散射元件的加长实施例的特定示例。在该说明书中的下文中将结合图28和图30-31来描述提取器元件的加长实施例的另外的示例。
虽然前述实施例包括半球形散射元件，但是散射元件的其它凹形形状也是可能，如在该说明书中的下文所描述的。例如，图3示出具有大部分凹形的散射元件320的ASLV发光装置300。发光装置300包括***到反射体345的开口中的发光元件310和沉积在围绕泵310及其周围的反射体345的提取器元件330的已填充空气的回收包封体340的内部上的散射元件320。散射元件320具有均匀厚度并且与提取器元件330形成光学界面325，使得提取器元件330的折射率n1高于或等于散射元件320的折射率np。提取器元件330具有半径R1的出射表面335，对于光学界面325的大部分范围，该半径R1满足布儒斯特条件。特别地在图3示所示的示例中，光学界面325被包含在与出射表面335同心的半径ROB的抽象球体内。下面描述具有这样的凹形散射元件的发光装置的其它示例。
图4示出具有平面散射元件420的以截面示出的ASLV发光装置400的示例。除了散射元件420，ASLV发光装置400还包括提取器元件410和主光学子***402。在该示例中，ASLV发光装置400被构造为灯泡。主光学子***402包括LEE 460和光耦合器450。ASLV发光装置400关于经过LEE 460的轴z旋转对称。
在操作期间，发光元件460发射泵浦光，泵浦光中的至少一些通过光耦合器450朝散射元件420的光入射表面415传播。光耦合器450被构造成使来自发光元件460的光准直以便维持来自LEE 460的光的陡峭入射角。据信，维持陡峭入射角减少在光入射表面415处的菲涅耳反射量，减少后反射源光的总量并且因此提高ASLV发光装置400的总效率。光耦合器450能够为被构造成提供镜面反射、漫散射、TIR或以其它反射覆盖层451。因此，光耦合器450能够被构造成为大致实心的物体或具有腔体的物体。
光耦合器450具有锥形截面并且关于Z轴抽象地旋转对称。一般而言，能够使用其它形式的光学耦合器。例如，光学耦合器能够具有规则或不规则的多边形，或以其它方式构造的截面。取决于实施例，光耦合器450被构造成对从散射元件420逃逸通过光入射表面415朝光耦合器450回到光入射表面415的光的至少一部分重定向。以这种方式，光耦合器450和散射元件420的光入射表面415形成ASLV发光装置400的回收包封体。
光耦合器450能够使用TIR和/或反射涂层来引导光并且相应地被构造为实心或中空物体。结合附加光学元件来使用耦合器450，该附加光学元件提供漫反射、镜面反射或以其它方式的反射锥体形状的开口，该开口具有通过气隙与反射覆盖层451分离的白色、金属或其它表面以进一步提高从包括具有大于1的折射率的材料的散射元件420接收的光的回收。这样的附加光学元件的反射表面使从光耦合器450逃逸的光反射回并且可选地使其漫射通过反射覆盖层451，并且因此提高逃逸的光在使得它将朝光入射表面415传播的方向上再进入到光耦合器450的机会。例如，光耦合器能够被构造为复合抛物面聚光器、锥形或其它元件。
在一些实施方案中，提取器元件410为半径R1的实心球形穹顶并且散射元件420为圆盘。在一些实施方案中，提取器元件能够包括凝胶或液体。在该示例中，散射元件420紧靠提取器元件410以形成光学界面425。散射元件420包括有源(例如，非弹性)和无源(例如，弹性)散射中心。光学元件410和420和主光学子***402由在散射元件420和光耦合器450之间维持间隙440的适当的支撑结构保持在适当的位置。间隙440被用来提供来自由一个或多个LEE 460提供的蓝色泵浦光的漫射的白光。
间隙440能够由空气、一些其它气体填充或被排空。虽然间隙440被示出为具有大致均质厚度，但是更一般地，间隙440能够具有变化的厚度。此外，间隙440能够为相对窄的。例如，间隙440能够具有约1mm或更小(例如，0.5mm或更小，0.2mm或更小)的厚度。
如上所述，散射元件420是具有面对发光元件460的光入射表面415的平面元件。
为了减少来自LEE 460的、可能经由气隙440的外周边逃逸透射到散射元件420中并且因此可能损失或造成不期望的色度效应(例如，不必要的蓝光)的光量，可以采取多种措施。例如，这样的措施包括减小气隙440的厚度、加宽散射元件420、环绕气隙的周边部设置具有可选内部反射表面的非透射环和/或其它措施。
提取器元件410包括具有折射率n的透明材料。散射元件420被设置在由布儒斯特半径ROB的抽象球体限定的空间的一部分内。这意味着，从光学界面425传出的入射在出射表面401上的光满足布儒斯特条件，并且在出射表面处被限制于大于布儒斯特角的入射角。来自一个或多个LEE 460的光由光耦合器450引导通过气隙440到光入射表面415并且到散射元件420中。由于菲涅耳损耗，取决于入射角，光从气隙440透射到散射元件420中可能经历一些反射，但是不经受全内反射，因为散射元件420是光学上更密的。然而，在散射元件420内传播的相对于界面法线以大于临界角的角度撞击在光入射表面415上光不经历TIR。
进入散射元件420的光的一部分由散射元件420非弹性散射，并且因此在其传播方向上被波长转换且被随机化。另一部分在它经过散射元件420时弹性地散射且无波长转换，并且因此在其传播方向上也被随机化。光可以具有经历多个弹性散射事件以在其传播方向上实现预定的随机化水平。取决于相对于光入射表面415的入射角，来自散射元件420内的后向散射或以其它方式朝光入射表面415定向的光可能经历TIR。类似的考虑因素适用于碰撞在二次表面417上的光。因此，这样的光优选被重定向回到散射元件420中和/或提取器元件410中。
图5示出包括平面散射元件520的ASLV发光装置500的另一个示例。ASLV发光装置500包括可操作地设置在支撑构件590上的发光元件530(例如，LEE管芯)。发光元件530设置有电互连部用于为发光元件530提供电功率。发光元件530具有纹理化表面531，该纹理化表面531被构造成提供来自发光元件530的光的预定的光学提取。散射元件520与发光元件530可操作地相关联，散射元件520通过低折射率介质540与发光元件530隔开。低折射率介质540可以是空气或提供比散射元件520的折射率低的折射率的其它材料。
以使得散射元件520能够捕捉由发光元件530在操作条件下发射的光的预定部分的方式，基于发光元件530的发光图案来确定散射元件520的宽度和其离发光元件530的距离。由于发光元件530的发光图案具有预定的分散性，所以散射元件520比发光元件530宽。该分散性取决于发光元件530的特性和在发光元件530与低折射率介质540之间的光学边界的性质。
散射元件520由围绕发光元件530的***包封体525支撑。取决于该实施例，***包封体525和散射元件520可以由相似的或不同的材料形成。***包封体525和散射元件520可以被一体化地或以其它方式形成。***包封体525围绕发光元件530以便阻止来自发光元件530的泵浦光的逃逸。这样***包封体525可以被构造成将泵浦光转换成转换光并且提供在性质上与由散射元件520提供的光类似的混合光。***包封体525可以进一步被构造成在散射元件520和支撑构件590之间提供良好的热接触。
提取器元件510由具有折射率n的透明材料形成并且被构造为旋转对称的穹顶，例如，半径R1的球体段。散射元件520被构造为矩形板。在图5所示的示例中，根据布儒斯特条件构造散射元件520和提取器元件510。因此，散射元件520被包含在与穹顶球体510的出射表面515同心的半径ROB的抽象球体内。散射元件520包括弹性和非弹性散射。示例LEE被用来提供来自由发光元件530提供的蓝泵浦光的漫射白光。
应注意的是，低折射率介质的靠近发光元件530的一部分可以用光学上比低折射率介质更密的密封剂(例如，硅树脂或有机密封剂)来替代，并且与剩余的低折射率介质一起形成适当透光的光学界面。虽然这样的构造更加复杂并且可能导致更大的LEE封装，但是与示例ASLV发光装置500的构造相比，这样的构造可以提高将光从发光元件530提取到低折射率介质中的功效。
虽然前述实施例具有平面散射元件，但是一般而言，散射元件的形状不受此限制。图6示出具有凸形散射元件620的ASLV发光装置600的示例。ASLV发光装置600进一步包括耦接到散射元件620以形成凸形光学界面625的提取器元件630。提取器元件630的折射率n1等于或大于散射元件620的折射率。提取器元件630具有形状类似于半径R1的穹顶的出射表面635。
凸形散射元件620与出射表面635同心地被设置在由布儒斯特半径ROB的抽象球体限定的空间的一部分内。这意味着，从光学界面625传出的入射在出射表面635上的光满足布儒斯特条件，并且在出射表面处被限制于大于布儒斯特角的入射角。
例如，ASLV发光装置600进一步包括被构造为中空反射体的光耦合器645。光耦合器645用例如空气或惰性气体的低折射率介质来填充。在该构造中，光耦合器645的中空反射体与散射元件620的面对发光元件610的表面的组合形成ASLV发光装置600的回收包封体640。
虽然，ASLV发光装置600具有与ASLV发光装置400类似的结构，但是前者的提取器元件630具有比后者的提取器元件610更高的功率。以这种方式，ASLV发光装置600具有比ASLV发光装置400更强的前向偏置(沿着+z轴)。
在前述实施例中，ASLV发光装置具有回收包封体，该回收包封体具有至少一个反射表面。然而，在一些实施例中，回收包封体能够缺少反射表面。例如，图7示出具有由提取器710包围的凹形散射元件720和回收包封体740的ASLV发光装置700的示例。ASLV发光装置700具有旋转对称的大体球形构造并且包括提取器元件710、散射元件720和被构造成在操作条件下发射蓝光的发光装置760。散射元件720包括有源和无源散射中心并且被构造成转换由发光装置760提供的蓝光的一部分以产生白光。提取器元件710和散射元件720能够在多射(multi-shot)过程中被注射模制。ASLV发光装置700可以进一步包括例如用于建立到功率源、驱动电子设备、电连接部和冷却元件的机电连接的插座。
例如提取器元件710和散射元件720包括具有约1.5至约1.7或更大的折射率的材料。提取器元件710和散射元件720被构造为嵌套球壳。散射元件720包括腔体，该腔体形成为用例如空气或惰性气体的低折射率介质填充的中空回收包封体740。散射元件720限定由壁717包围的孔隙并且大致紧靠发光装置760的侧面，使得来自发光装置760的大致所有光发在操作条件期间被发射到回收包封体740中。
取决于发光装置760的大小，由散射元件720占据的如从散射元件720本身对向的并且通过回收包封体740观察的立体角可以接近2π，或被称为2π-ε(2πminus epsilon)。同样地，由散射元件720占据的如从回收包封体740内的点对向的立体角可以接近4π，或被称为4π-ε(4πminus epsilon)。同样的考虑因素适用于具有多于一个发光装置760的实施例中的总累计立体角。对应的发光装置可以相应地被提及。因此，起源于散射元件720并且撞击在发光装置760上的光量与那些撞击在散射元件720的光量的比率能够经由ASLV发光装置700的几何方面在一定程度上受到控制。
提取器元件710的出射表面是球形的并且具有半径R1。散射元件720与提取器元件710同心地被设置在由具有布儒斯特半径ROB的抽象球体限定的空间的一部分内。在图7所示的示例中，形成在散射元件720和提取器元件之间的光学界面为大致布儒斯特球体。这意味着，从散射元件720发射的入射在提取器元件710的出射表面上的光满足布儒斯特条件，并且在出射表面处的入射角被限制于大于布儒斯特角。
由于菲涅耳损耗，取决于入射角，从回收包封体740传播到散射元件720中的光经历一些反射，但是不经历全内反射，因为散射元件720在光学上比回收包封体740内部的低折射率介质更密。来自散射元件720内部的光在回收包封体740处被向后引导并且不经受TIR，将从散射元件720逃逸到回收包封体740中。除了被吸收以外，两种类型的光将通过回收包封体740传播并且撞击在散射元件720上的其它地方，并且可以通过ASLV发光装置700反向循环到光输出中，或撞击在发光装置760上并且可能被转换成热量。取决于发光装置760相对于散射元件720的直径的大小，后向散射光可能被损耗成热量的可能性会相当小，并且ASLV发光装置700的光学效率会相当高。
从散射元件720散射到提取器元件710中的光在出射表面处不经历TIR，因为ASLV发光装置700满足布儒斯特条件。然而，由于菲涅耳反射，这样的光的仅一部分将透射到ASLV发光装置700的周围区域中。反射回的部分将与散射元件720相互作用并且相应地传播。
图8示出具有凹形散射元件820和回收包封体840以及突出基座850的ASLV发光装置800。ASLV发光装置800进一步包括发光元件860、散射元件820和回收包封体840。发光元件860被构造成在操作条件下发射蓝光。散射元件820至少部分地由提取器810包围。另外，散射元件820包括有源和无源散射中心并且被构造成转换由发光装置860提供的蓝光的一部分以产生白光。提取器元件810和散射元件820包括具有约1.5至约1.7或更大的折射率的材料。回收包封体840用例如空气或惰性气体的低折射率介质来填充。ASLV发光装置800经由基座850耦接到插座以建立到功率源、驱动电子设备、电连接部和冷却元件的机电连接。
ASLV发光装置800具有球截形的(环绕Z轴)旋转对称的构造。提取器元件810和散射元件820被构造为形成为球截形的嵌套壳。此外，提取器元件810和散射元件820能够在多射过程中被注射模制。提取器元件810包括环形的平坦表面817。在一些实施方案中，环状表面817包括用以将来自散射元件820的散射光反射到提取器元件810的出射表面的反射体。在其它实施方案中，环状表面817是无涂层的，并且来自散射元件820的散射光在环状表面817处能够朝提取器元件810的出射表面内部地反射，或通过提取器元件810的出射表面透射到周围。由ASLV发光装置800通过环状表面817输出的光将作为强度分布的后部被输出。
发光元件860被安装在基座850的顶表面上。散射元件820限定对准环状表面817的内直径以接纳基座850的孔隙，使得来自发光元件860的大致所有光在操作条件期间被发射到回收包封体840中。基座850在回收包封体840的内部突出并且被成形为截锥或角锥。基座850的侧表面被布置成面对回收包封体840并且具有被构造成反射从散射元件820后向散射的黄光和蓝光的反射涂层。以这种方式，回收包封体840由散射元件820的光入射表面和突出基座850的反射侧表面的组合形成。
由于菲涅耳损耗，取决于入射角，从回收包封体840传播到散射元件820中的光经历一些反射，但是不经历全内反射，因为散射元件820在光学上比回收包封体840内部的低折射率介质更密。来自散射元件820的光在回收包封体840处被向后引导并且不经受TIR，将从散射元件820逃逸到回收包封体840中。除了被吸收以外，两种类型的光将通过回收包封体840传播并且(i)撞击在散射元件820上的其它地方，并且可以通过ASLV发光装置800反向循环到光输出中，或(ii)在重新进入散射元件820之前在基座850的侧表面上经历单次反射，(iii)撞击在发光装置860上并且可能被转换成热量。取决于发光装置860相对于散射元件820的直径的大小，后向散射光可能被损耗成热量的可能性会相当小，并且ASLV发光装置800的光学效率会相当高。
提取器元件810的出射表面是球形的并且具有半径R1。散射元件820与提取器元件810同心地被设置成在由具有布儒斯特半径ROB的抽象球体限定的空间的一部分内。在图8所示的示例中，形成在散射元件820和提取器元件810之间的光学界面为大致布儒斯特球体。这意味着，从散射元件820传出的入射在提取器元件810的出射表面上的光满足布儒斯特条件，并且在出射表面处的入射角被限制于大于布儒斯特角。从散射元件820散射到提取器元件810中的光在出射表面处不经历TIR，因为ASLV发光装置800满足布儒斯特条件。然而，由于菲涅耳反射，这样的光的仅一部分将透射到ASLV发光装置800的周围区域中。反射回的部分将与散射元件820相互作用并且相应地传播。
虽然ASLV发光装置的前述实施例各自包括单个发光元件，但是一般而言，这些实施例能够包括多于一个发光元件。参照图9A，ASLV发光装置900包括第一和第二发光元件910。ASLV发光装置900进一步包括散射元件920(也被称为第一光学元件)、提取器元件930(也被称为第二光学元件)和回收包封体940。
第一发光元件被构造成在操作期间提供光具有第一光谱功率分布，并且第二发光元件被构造成在操作期间提供具有不同于第一光谱功率分布的第二光谱功率分布的光。比如，由第一发光元件(还被称为泵浦光)发射的光的光谱功率分布能够为蓝色，并且由第二发光元件发射的光的光谱功率分布能够为红光。散射元件920具有第一表面(也被称为光入射表面)，该第一表面与第一和第二发光元件910间隔开并且被定位成接收来自第一和第二发光元件910的光。散射元件920包括非弹性散射中心和弹性散射中心，非弹性散射中心被布置成将来自第一发光元件的蓝光转换成大致各向同性地散射的转换光，例如黄光，弹性散射中心被布置成使来自第二发光元件的光大致各向同性地散射。以这种方式，散射元件920提供包括来自第二发光元件的红色散射光和黄色转换光的混合光，使得混合光具有混合光谱功率分布(包括黄光和红光)。在一些实施方案中，散射元件920的弹性散射中心使来自第一发光元件的光的一部分进一步大致各向同性地散射。在这样的情况下，散射元件920提供包括来自第二发光元件的红色光散射光、来自第一发光元件的蓝色散射光和黄色转换光的混合光，使得混合光具有混合光谱功率分布(包括蓝光、黄光和红光)。
图9B示出蓝色LED的发射光谱911和红色LED的另一个发射光谱914。相应地，蓝色LED和红色LED能够被用作ASLV发光装置900中的第一和第二发光元件。此外，图9B示出非弹性散射中心的吸收光谱912和发射光谱913。非弹性散射中心的发射光谱913对应于转换光的光谱。相应地，散射红光或蓝光的光谱功率分布与第二发光元件或第一发光元件的光谱功率分布相同(对应于光谱914或911)。而且，散射中心912的吸收光谱与由第一发光元件910发射的光的光谱重叠。转换光的光谱功率分布不同于泵浦光。举例来说，转换光将具有移位(例如，斯托克斯(Stokes)移位)到比泵光谱911更长的波长的光谱913。例如，在泵浦光是蓝光，例如，对应于光谱911的情况下，转换光的特征能够为整体黄/琥珀色，例如，对应于光谱913。此外，图9B示出对应于当蓝光泵浦光充分地转换为黄光的情况的混合光915的光谱(以虚线表示)。在这种情况下，混合射光915的光谱是弹性散射红光的光谱914和转换黄光的光谱913的组合。另外，图9B示出混合光917的另一个光谱(以点线表示)。混合光917的光谱是弹性散射蓝光和红光的光谱911和914与转换黄光的光谱913的组合。
参照图9A，提取器元件930由具有出射表面的透明材料形成。出射表面一般为弯曲透明的表面。换言之，与例如发生透射光的散射的不透明或漫反射表面相反，经过出射表面的混合光的改变一般能够由斯涅尔折射定律来描述。提取器元件930与散射元件920相接触，使得在散射元件和提取器元件之间在接触位置处存在光学界面，并且该光学界面与散射元件920的第一表面相反。而且，提取器元件930被布置成使得的混合光的一部分通过光学界面进入提取器元件930。
此外，ASLV发光装置900包括与散射元件920的第一表面相邻的具有折射率n0的介质，并且散射元件920包括具有第一折射率n1的材料，其中n0<n1。透明材料具有折射率n2，其中，n0<n2。此外，回收包封体940包围与散射元件920的第一表面相邻的介质。回收包封体940被布置并且被构造成回收通过第一表面传播到介质中的混合光的一部分。在一些实施方案中，提取器元件930的出射表面为透明表面，其成形为使得由散射元件920提供的直接撞击在该出射表面上的混合光在该出射表面上的入射角小于全内反射的临界角。在这种情况下，认为提取器元件930满足维尔斯特拉斯条件，如上文结合图1A所描述的。在一些实施方案中，提取器元件930的出射表面成形为使得由散射元件920提供的直接撞击在该出射表面上的混合光在该出射表面上的入射角小于的布儒斯特角。在这种情况下，认为提取器元件930满足布儒斯特条件，如上文结合图1A所描述的。另外，ASLV发光装置900通过出射表面将混合光的预定部分输出到周围的环境中。如上所述，由ASLV发光装置900输出的光谱915和917的示例在图9B中示出。
虽然ASLV发光装置的前述实施例与包含弹性和非弹性散射中心的散射元件结合地包括多个发光元件，但是一般而言，这些实施例能够与仅包含弹性散射中心的散射元件结合地包括多个发光元件。图10A示出又一个ASLV发光装置1000的示例的图示，该又一个ASLV发光装置1000包括第一和和第二发光元件1010、散射元件1020(也被称为第一光学元件)、提取器元件1030(也被称为第二光学元件)和回收包封体1040。
第一发光元件被构造成在操作期间提供具有第一光谱功率分布的光，并且第二发光元件被构造成在操作期间提供具有不同于第一光谱功率分布的第二光谱功率分布的光。比如，由第一发光元件发射的光的光谱功率分布能够为蓝色，并且由第二发光元件发射的光的光谱功率分布能够为红光。散射元件1020具有第一表面(也被称为光入射表面)，该第一表面与第一和第二发光元件1010间隔开并且被定位成接收来自第一和第二发光元件1010的光。散射元件1020包括弹性散射中心，这些弹性散射中心被布置成使来自第一和第二发光元件1010的光大致各向同性地散射，并且提供包括来自第一发光元件的蓝光和来自第二发光元件的红光的混合光，使得该混合光具有混合光谱功率分布(其包括蓝色和红色)。在一些实施方案中，ASLV发光装置1000包括第三和第四发光元件，该第三和第四发光元件被构造成在操作期间提供相应地具有第三和第四频谱功率分布的光。例如，第三光谱功率分布为绿色，并且第四光谱功率分布为黄色。在这种情况下，散射元件的弹性散射中心使第三和第四发光元件的光进一步大致各向同性地散射。在这样的情况下，散射元件1020提供包括来自第二发光元件的红色光散射光、来自第一发光元件的蓝色散射光、来自第三发光元件的绿色散射光和来自第四发光元件的黄色散射光的混合光，使得混合光具有另一个混合光谱功率分布(其包括蓝色、绿色、黄色和红色)。
图10B示出蓝色LED的发射光谱1011和另一个红色LED的发射光谱1014。相应地，蓝色和红色LED能够被用作ASLV发光装置1000中的第一和第二发光元件。此外，图9B示出对应于当ASLV发光装置包括蓝色和红色LED时的情况的混合光1015的光谱(以虚线表示)。在这种情况下，混合光1015的光谱为弹性散射的蓝光和红光的光谱1011和1014的组合。另外，图10B示出绿色LED的发射光谱1012和黄色LED的另一个发射光谱1013。相应地，绿色和黄色LED能够被用作第三和第四发光元件，连同ASLV发光装置1000中的蓝色和红色LED一起。此外，图10B示出对应于当发光装置包括蓝色、绿色、黄色和红色LED时的情况的混合光1017的另一个光谱(以点线的表示)。在这种情况下，混合光1017的光谱为弹性散射的蓝光、绿光、黄光和红光的光谱1011、1012、1013、1014的组合。
返回图10A，提取器元件1030由具有出射表面的透明材料形成。出射表面一般为弯曲透明的表面。换言之，与例如发生透射光的散射的不透明或漫反射表面相反，通过出射表面的混合光的改变一般能够由斯涅尔折射定律来描述。提取器元件1030与散射元件1020相接触，使得在散射元件和提取器元件之间在接触位置处存在光学界面，并且该光学界面与散射元件的第一表面相反。而且，提取器元件1030被布置成使得混合光的一部分通过光学界面进入提取器元件1030。
此外，ASLV发光装置1000包括与散射元件1020的第一表面相邻的具有折射率n0的介质，并且散射元件包括具有第一折射率n1的材料，其中n0<n1。透明材料具有折射率n2，其中，n0<n2。此外，回收包封体1040包围与散射元件1020的第一表面相邻的介质。回收包封体1040被布置并且被构造成回收通过第一表面传播到介质中的混合光的一部分。在一些实施方案中，出射表面为透明表面，其成形为使得由散射元件1020提供的直接撞击在提取器元件1030的出射表面上的混合光在该出射表面上的入射角小于全内反射的临界角。在这种情况下，认为提取器元件1030满足维尔斯特拉斯条件，如上文结合图1A所描述的。在一些实施方案中，出射表面成形为使得由散射元件1020提供的直接撞击在提取器元件1030的出射表面上的混合光在该出射表面上的入射角小于的布儒斯特角。在这种情况下，认为提取器元件1030满足布儒斯特条件，如上文结合图1A所描述的。另外，ASLV发光装置1000将混合光通过出射表面输出到周围环境中。如上所述，由ASLV发光装置1000输出的光谱1015和1017的示例在图10B中示出。
图11示出这样的具有多个发光装置1160的ASLV光发光装置。此外，ASLV发光装置1100包括凹形散射元件1120和具有凹进基座的回收包封体1140。ASLV发光装置1100具有大体球形构造。发光装置1160包括可操作地设置在具有凹部的基板上的泵浦(例如，蓝色)LED封装和红色LED封装。与LED封装相邻的表面1150形成为凹进盘并且是镜面反射的以将撞击在其上的光向后有效地引导至回收包封体1140中。该表面150还可以是漫反射或混合漫反射-镜面反射的。LED封装被设置在基板的凹部中。能够改变基板的形状以影响光束成形。
散射元件1120包括有源和无源散射中心。有源散射中心被构造成将由发光装置1160提供的光转换(非弹性散射)成黄/琥珀光，并且无源散射中心被构造成使泵浦光和红光弹性地散射。以这种方式，散射元件1120将转换黄/琥珀光与散射蓝光和红光混合以产生白光。提取器元件1110和散射元件1120可以在多射成型过程中形成。ASLV发光装置1100进一步包括漫反射层1117和无源冷却器。ASLV发光装置1100可以进一步包括例如用于建立到功率源、驱动电子设备、电连接部和一个或多个散热器的机电连接的一个或多个插座。ASLV发光装置1100可以被构造为用于各种尺寸和构造的灯泡的替代物。
在该示例中，提取器元件1110和散射元件1120被构造为嵌套球壳。散射元件1120形成用例如空气或惰性气体的低折射率介质填充的中空回收包封体1140。提取器元件1110限定以漫反射层1117为边界的孔隙。散射元件1120大致紧靠发光装置1160的侧面，使得来自发光装置的大致所有光在操作条件期间被发射到回收包封体1140中。能够改变否则为完整球壳的特定角部分的球壳段以影响由ASLV发光装置1100提供的光的光束成形和混合。与反射层1117和/或发光装置116中的基板中的凹部相耦接的提取器元件1110的表面的倾斜度可以不同于图示的。这样的表面还可以是非平面的以使光以不同于平面表面的预定的方式反射以影响效率和光束成形。
在该示例中，散射元件1120与提取器元件1110同心地被设置成在由半径R/n的抽象球体限定的空间的一部分内，其中，R是提取器元件1110的出射表面的半径。在该示例中，散射元件1120具有外半径为R/n的球壳的形状。应注意的是，散射元件1120可以具有小于或大于R/n的外半径。还应注意的是，散射元件1120的全部或一部分可以被设置在R/n的抽象同心球体的外部。一般地，散射元件1120延伸到具有半径R/n的抽象同心球体的外部的空间中越多，TIR越可能在提取器元件1110的出射表面处发生。应进一步注意，散射元件1120可以具有非球形，例如具有规则或不规则多边形小面的主体。还应注意的是，其它示例的提取器元件可以具有大体弯曲的但非球形和非圆柱形出射表面，如在该说明书中的下文所描述。
图12示出具有多个发光装置1260和凹形散射元件1220的ASLV发光装置1200的另一个示例。在该示例中，ASLV发光装置1200例如沿着垂直于页面的y轴具有加长大体圆柱形的构造，并且除散射元件1220和多个发光装置1260以外包括提取器元件1210。发光装置1260包括可操作地设置在大体平面基板上的蓝色和红色LED封装。在LED封装之间的基板1245的表面能够具有镜面反射、漫反射、混合镜面反射和漫反射、或其它反射涂层以将撞击在其上的光有效地向后引导至回收包封体1240中。散射元件1220包括有源和无源散射中心，并且被构造成转换由发光装置1260提供的光以产生白光，如上文结合图9-11所描述的。提取器元件1210和散射元件1220可以通过挤出而形成。ASLV发光装置1200进一步包括反射层1217和无源冷却器1250。ASLV发光装置1200可以进一步包括例如用于建立到功率源、驱动电子设备和电连接部的机电连接的一个或多个插座。ASLV发光装置1200可以被构造为用于荧光灯管或荧光灯管和暗灯槽的组合的替代物。
提取器元件1210和散射元件1220被构造为嵌套圆柱形壳。散射元件1220形成用例如空气或惰性气体的低折射率介质填充的中空回收包封体1240。提取器元件1210限定以反射层1217为边界的孔隙。散射元件1220大致紧靠发光装置1260的侧面，使得来自发光装置的大致所有光在操作条件期间被发射到回收包封体1240中。能够改变否则为完整圆柱形管的特定角部分的圆柱形壳段以影响由ASLV发光装置1200提供的光的光束成形和混合。提取器元件1210的与反射层1217相耦接的表面的倾斜度可以不同于图示的。这样的表面还可以为非平面的以使光以不同于平面表面的预定的方式反射。这样反射层1217可以影响效率并且进一步影响光束成形。
散射元件1220与提取器元件1210同心地被设置成在由半径R/n的抽象圆柱体限定的空间的一部分内，其中，R是提取器元件1210的出射表面的半径。在该示例中，散射元件1220具有外半径为R/n的圆柱壳的形状。应注意的是，散射元件可以具有小于或大于R/n的外半径。还应注意的是，散射元件的全部或一部分可以被设置在R/n的抽象同心圆柱体的外部。一般地，散射元件延伸到具有半径R/n的抽象同心圆柱体外部的空间中越多，TIR越可能在提取器元件1210的出射表面处发生。应进一步注意，散射元件1220可以具有非圆柱形截面，例如规则或不规则多边形截面。
一般而言，ASLV发光装置的实施例能够包括除(一个或多个)发光元件、散射元件、提取器元件和基座以外部件。例如，图13示出ASLV发光装置1300的示例的示意图，该发光装置1300包括***内源反馈单元1350、发光元件1310、散射元件1320(也被称为第一光学元件)、提取器元件1330(也被称为第二光学元件)和回收包封体1340。
发光元件1310被构造成在操作期间产生并且发射光。在第一种情况下，发光元件1330包括一个或多个蓝色LED。在第二种情况下，发光元件1310包括红色、绿色、蓝色或黄色LED中的两个或更多个不同的LED。散射元件1320具有第一表面(也被称为光入射表面)，该第一表面与发光元件1310间隔开并且被定位成接收来自发光元件1310的光。散射元件1320包括散射中心，散射中心被布置成使来自发光元件1310的光大致各向同性地散射并且被布置成提供散射光。散射光包括弹性散射蓝光、绿光或红光和以转换黄光的形式的非弹性散射蓝光。比如，弹性散射光的光谱功率分布与蓝光、绿光或红光的光谱功率分布相同，并且非弹性散射光的光谱功率分布能够为黄色。弹性散射蓝光、绿光、黄光和红光的光谱111、911、1011、1012、1013、1014和以黄光的形式的非弹性散射的泵浦蓝光的光谱113、913连同对应的散射光的光谱在图1B、图9B和图10B中示出。
再次参照图13，提取器元件1330由具有出射表面的透明材料形成。出射表面一般为弯曲透明的表面。换言之，与例如发生透射光的进一步散射的不透明或漫反射表面相反，经过出射表面的散射光中的改变一般能够由斯涅尔折射定律来描述。提取器元件1330与散射元件1320相接触，使得在散射元件和提取器元件之间在接触位置处存在光学界面，并且该光学界面与散射元件的第一表面相反。而且，提取器元件1330被布置成使得通过光学界面散射的光进入提取器元件1330。
此外，ASLV发光装置1300包括与散射元件的第一表面相邻的具有折射率n0的介质，并且散射元件1320包括具有第一折射率n1的材料，其中n0<n1。透明材料具有折射率n2，其中，n0<n2。在一些实施方案中，出射表面透明表面，其成形为使得直接撞击在该出射表面上的散射光在该出射表面上的入射角小于全内反射的临界角。在这种情况下，认为提取器元件1330满足维尔斯特拉斯条件，如上文结合图1A所描述的。在一些实施方案中，出射表面透明表面，其成形为使得直接撞击在该出射表面上的散射光在该出射表面上的入射角小于布儒斯特角。在这种情况下，认为提取器元件1330满足布儒斯特条件，如上文结合图1A所描述的。此外，回收包封体1340包围与散射元件的第一表面相邻的介质。回收包封体1340被布置并且被构造成回收通过第一表面传播到介质中的散射光的一部分。另外，ASLV发光装置1300通过出射表面将散射光输出到周围环境中。如上所述，由ASLV发光装置1300输出的光具有对应于图1B所示的光谱115的光谱功率分布。
***内源反馈单元1350包括被布置成在通过出射表面被输出之前接收散射光的一部分的一小部分的传感器。传感器被构造成提供基于散射光的该一部分的该一小部分的传感器信号。而且，传感器包括颜色检测器、强度检测器、或两者的组合。对于当发光元件1310包括一个或多个蓝色LED的第一种情况，传感器是强度传感器，并且传感器信号指示对应于散射的蓝光和转换黄光的强度值。对于当发光元件1310包括蓝色、绿色、黄色或红色LED中的两个或更多个不同的LED的第二种情况，传感器是颜色传感器，并且传感器信号指示对应于混合光的颜色值。在后者的情况下，颜色传感器还可以被构造成提供强度信号以指示混合光的强度值。
此外，***内源反馈单元1350包括控制电路，该控制电路与传感器通信并且被构造成响应于传感器信号而调节施加到发光元件1310的功率。在一些实施方案中，由传感器散接收的散射光的一小部分对应于在提取器元件1330中在出射表面处反射的光。举例来说，传感器被布置成使得在提取器元件中1330中在出射表面处反射的、由传感器接收的光源自光学界面的大部分。
现在转向具有***内反馈的装置的具体实施例，图14示出包括装置内反馈的示例构造的ASLV发光装置1400。ASLV发光装置1400包括提取器元件1410、散射元件1420、光耦合器1450和一个或多个检测器1490。ASLV发光装置1400进一步包括红色、绿色、蓝色或黄色LEE 1460中的两个或更多个。散射元件1420仅包括无源散射中心。
光耦合器1450被构造成使来自LEE 1460的光环绕Z轴光重定向到预定的角度范围以便提供其在散射元件1420处的适当的入射。光耦合器1450进一步被构造为ASLV发光装置1400的回收包封体以将从散射元件1420接收的预定量的光向后重定向到散射元件1420。光耦合器1450具有带有镜面反射内部1440的中空构造。光耦合器具有一个或多个漫反射肩部1453。
ASLV发光装置1400进一步包括一个或多个反射体1480。每个反射体1480被构造成将从散射元件1420侧面发射的光的一部分朝一个或多个检测器1490中对应的一个重定向。光耦合器1450具有与一个或多个反射体1480中的每一个相关联的开口或透明段1451，以允许来自提取器元件1410和/或散射元件1420的一些光传递到检测器1490。
一个或多个检测器1490可以被构造为RGB检测器。例如，提取器元件1410可以被构造为维尔斯特拉斯球体、圆柱体或圆环面。LEE1460通过颜色分组并且与适当的驱动***(例如，如同下面结合图17描述的一个驱动***)可操作地互连。有效互连被构造成允许通过颜色对LEE 1460的独立控制。每个LEE组能够包括相似颜色的一个或多个LEE 1460。每组LEE可以以串联方式、并联方式和/或串联和并联两种方式被互连。例如，ASLV发光装置1400可以具有旋转对称的、加长的、环形的或其它构造。
如本文所描述的，ASLV发光装置的适当构造的示例能够提供灯内颜色混合，该灯内颜色混合适合于使得基于灯内反馈对独立可访问的多颜色LEE的反馈控制成为可能。每个LEE提供辐射图案。不同颜色LEE能够具有大致不同的辐射图案。此外，不同的LEE的相似的颜色还能够具有大致不同的辐射图案。例如，其它复杂性能够起因于可能由装配过程、LEE的固有性质或其它方面导致的不同LEE的光轴之间的不对准。在无散射元件1420的情况下，最终远场变化将难以指定并且可能导致不期望的颜色变化，因为这种情况的根本原因返回到保证白光的每个光谱分量的相同角分布的困难。另一方面，适当构造的ASLV发光装置1400能够在散射元件1420的下游侧上提供独立于颜色的角强度分布。
在该示例中，检测器1490被设置成在散射元件1420之后对光路下游的散射光进行采样。图示的检测器1490被定位成使得它能够检测从散射元件1420的边缘侧面发射的光的部分。若需要，则可以另外构造其它检测器。
这样的灯内颜色采样代表远场中的颜色分布的有效颜色混合。适当构造的散射元件1420能够提供非常有效的颜色混合，而没有与光路中更下游的散射相关联的损耗。灯内采样和反馈环路(例如，如同结合图17所描述的环路)避免与远场采样相关联的有线或无线通信成本。例如，这可以消除在一般照明市场的广大部门中对实现成本有效数字颜色调校的显著妨碍。
图15示出包括装置内反馈的另一个示例构造的ASLV发光装置1500。ASLV发光装置1500包括光学元件1510、散射元件1520、光耦合器1550和检测器1590。ASLV发光装置1500进一步包括一个或多个蓝光泵和形成发光元件1560的一个或多个红色LED。散射元件1520被构造成使蓝色泵浦光散射并且将蓝色泵浦光转换成白光，并且使红光散射而不转换。散射元件1520包括有源和无源散射中心。光耦合器1550被构造成将来自LEE 1560的光准直到预定的程度以便在散射元件1520处提供其适当的入射。
光耦合器1550可选地可以被构造成提供对来自散射元件1520的光向后到散射元件1520的良好重定向。光耦合器1550具有带有镜面反射内部1540的中空构造，并且因此，光耦合器1550与散射元件1520结合地形成ASLV发光装置1500的回收包封体。ASLV发光装置1500进一步包括反射体1580，该反射体1580被构造成使来自提取器元件1510和散射元件1520的光(向后)反射到提取器元件1510中。反射体1580具有与在光耦合器1550中的开口或透明段1551相关联的开口或透明段1581。开口或透明部1551和1581允许来自光学元件1510的一些光传递到检测器1590。
在该示例中，提供一个检测器1590并且被构造为CCT(相关色温)检测器以提供在提取器元件1510中的光的CCT的指示。提取器元件1510被构造为维尔斯特拉斯球体。LEE1560通过颜色分组并且与适当的驱动***可操作地互连。有效互连被构造成允许通过颜色对LEE1460的独立控制。每个LEE组能够包括相似颜色的一个或多个LEE1560。每组LEE可以以串联方式、并联方式和/或串联和并联两种方式被互连。ASLV发光装置1500可以具有旋转对称的构造。驱动***可以被构造成允许CCT的反馈控制和ASLV发光装置1500的通量输出。
检测器1590被设置成在散射元件1520之后对光路下游的散射光进行采样。检测器1590被定位成使得它能够检测在光学元件1510的外表面处通过菲涅耳反射反射回到光学元件1510中的光的部分。
根据另一个示例，蓝色泵LEE可以用白色LED封装替代。在这样的示例中，散射元件可以被构造成仅使光散射。
图16示出包括装置内反馈的另一个构造的ASLV发光装置1600。ASLV发光装置1600具有大体环形构造并且包括提取器元件1610、散射元件1620和发光装置1660。发光装置1660包括可操作地设置在基板上的两个或更多个红色、绿色、蓝色和黄色LED封装。在LED封装之间的基板的表面具有镜面反射涂层以将撞击在其上的光有效地向后引导至回收包封体1640中。散射元件1620包括无源散射中心并且被构造成混合由发光装置1660提供的光的以产生白光。提取器元件1610和散射元件1620可以通过挤出而形成。ASLV发光装置1600进一步包括检测器1690和反射层1617。ASLV发光装置1600可以进一步包括例如用于建立到功率源、驱动电子设备、电连接部和冷却元件的机电连接的一个或多个插座。
提取器元件1610和散射元件1620被构造为嵌套圆柱形壳。散射元件1620形成用例如空气或惰性气体的低折射率介质填充的中空回收包封体1640。提取器元件1610限定以反射层1617为边界的孔隙。散射元件1620大致紧靠发光装置1660的侧面，使得来自发光装置1660的大致所有光在操作条件期间被发射到回收包封体1640中。能够改变否则为完整圆柱形管的特定角部分的圆柱形壳段以影响由ASLV发光装置1600提供的光的光束成形和混合。提取器元件1610的与反射层1617相耦接的表面的倾斜度可以不同于图示的。这样的表面还可以为非平面的以使光以不同于平面表面的预定的方式反射。
散射元件1620与提取器元件1610同心地被设置成在由半径R/n的抽象圆柱体限定的空间的一部分内，其中，R是提取器元件1610的出射表面的半径。该构造可以被称为圆柱形维尔斯特拉斯几何结构并且避免从光学接合散射元件1620在与圆柱轴垂直的平面中直接传播的所有光在出射表面处发生TIR。只要不超过TIR的临界角，该几何结构还避免在相对于与圆柱轴垂直的平面倾斜的平面中传播的光的TIR。
检测器1690被构造为CCT检测器以提供在提取器元件1610中的光的CCT的指示。检测器1690被设置成在散射元件1620之后对光路下游的散射光进行采样。发光装置1660的LED封装通过颜色分组并且与适当的驱动***可操作地互连。可操作互连被构造成允许通过颜色对发光装置1660的LEE封装的独立控制。一组LED封装能够包括相似颜色的一个或多个LED封装。组中的LED封装可以以串联方式、并联方式和/或串联和并联两种方式被互连。驱动***可以被构造成允许CCT的反馈控制和ASLV发光装置1600的通量输出。
图17示出用来在ASLV发光***中提供***内源反馈的反馈电路1700的示意图。在该示例中，反馈电路1700包括光子感测元件1720和控制器1730。
光子感测元件1720放置在ASLV发光装置的散射元件的下游以感测在ASLV发光装置的提取器元件内传播的散射光。在一些实施方案中，光子感测元件1720能够包括颜色检测器、强度检测器、或两者的组合。在一些实施方案中，检测器中的一个或多个能够被布置成使得在提取器元件的出射界面处为菲涅耳反射的大部分散射光被感测。而且，一个或多个检测器能够被布置成使得由提取器元件的出射表面反射且由传感器接收的散射光源自在散射元件和提取器元件之间的光学界面的大部分。
控制器单元1730能够被实施为硬件、软件或两者的组合。例如，控制器单元1730能够被实施为由专用或通用芯片执行的软件驱动器。控制器单元1730解析从光子感测元件1720接收的感测信号。控制器单元1730将解析的信号值与被称为参考值的参考颜色值或参考强度值相比较。比如，控制器单元1730访问在一个或多个查询表中的这样的参考值。例如，响应于感测到在提取器元件中传播的散射光的色度已经改变，控制器单元1730选择性地将调节信号传输至功率驱动器以调节不同颜色发光元件1710的组合的相对功率值。作为另一个示例，响应于感测到在提取器元件中传播的散射光的强度已经改变，控制器单元1730选择性地将调节信号传输至功率驱动器以调节一个或多个发光元件1710的功率值。
可选地，反馈电路1700能够包括(一个或多个)非光子属性感测单元1740。由该单元感测非光子属性的示例为温度、电压降等。在这样的实施方案中，控制器单元1730与从光子感测元件1720接收的光子感测信号结合地解析从(一个或多个)非光子属性感测单元1740接收的非光子感测信号。控制器单元1730使用光子感测信号和非光子感测信号的解析组合的值来将调节信号传输至驱动LEE 1710的驱动器。
如在该说明书中的上文所描述的，散射元件的形状能够变化，并且上文描述了具有非平面形状和非球形形状或圆柱形形状的散射元件的示例。一般而言，能够选择散射元件的形状以提供ASLV发光装置的特定光学特性。例如，图18示出ASLV发光装置1800的示例的示意图，该ASLV发光装置1800包括发光元件1810、散射元件1820(也被称为第一光学元件)、提取器元件1830(也被称为第二光学元件)和回收包封体1840。
发光元件1810被构造成在操作期间产生并且发射光。比如，由发光元件1810发射的光(也被称为泵浦光)的光谱功率分布能够为蓝色。可见光的光谱功率分布被称为色度。散射元件1820具有第一表面(也被称为光入射表面)，该第一表面与发光元件间隔开并且被定位成接收来自发光元件1810的光。散射元件1820包括散射中心，散射中心被布置成使来自发光元件的光大致各向同性地散射并且被布置成提供散射光。散射光包括弹性散射泵浦光和非弹性散射泵浦光。比如，弹性散射光的光谱功率分布与泵浦光的光谱功率分布相同，并且非弹性散射光的光谱功率分布能够为黄色。弹性散射泵浦光的光谱111和非弹性散射泵浦光的光谱113连同散射光的光谱115在图1B中示出。
再次参照图18，提取器元件1830由具有出射表面的透明材料形成。出射表面一般为弯曲透明的表面。换言之，与例如发生透射光的进一步散射的不透明或漫反射表面相反，经过出射表面的散射光中的改变一般能够由斯涅尔折射定律来描述。提取器元件1830与散射元件1820相接触，使得在散射元件和提取器元件之间在接触位置处存在光学界面，并且该光学界面与散射元件的第一表面相反。而且，提取器元件1830被布置成使得通过光学界面散射的光进入提取器元件1830。
此外，ASLV发光装置1800包括与散射元件的第一表面相邻的具有折射率n0的介质，并且散射元件1820包括具有第一折射率n1的材料，其中n0<n1。透明材料具有折射率n2，其中，n0<n2。在一些实施方案中，出射表面透明表面，其成形为使得直接撞击在该出射表面上的散射光在该出射表面上的入射角小于全内反射的临界角。在这种情况下，认为提取器元件1830满足维尔斯特拉斯条件，如上文结合图1A所描述的。在一些实施方案中，出射表面透明表面，其成形为使得直接撞击在该出射表面上的散射光在该出射表面上的入射角小于布儒斯特角。在这种情况下，认为提取器元件1830满足布儒斯特条件，如上文结合图1A所描述的。此外，回收包封体1840包围与散射元件的第一表面相邻的介质。回收包封体1840被布置并且被构造成回收通过第一表面传播到介质中的散射光的一部分。
另外，第二元件的出射表面的形状与光学界面的非球形非平面形状的组合被构造成(i)经出射表面输出散射光，以及(ii)控制输出光的强度分布。例如，该组合是被构造成控制输出强度分布的峰强度的方向。例如，以这种方式，输出强度分布能够成形为匹配次级光学***的输入要求。而且，由ASLV发光装置1800输出的光具有对应于图1B所示的光谱115的光谱功率分布。
取决于该实施例，散射元件1820能够被构造为具有低至200微米或更小的厚度的一个或多个片，它能够被构造为具有几毫米长边或直径和零点几毫米厚度的一个或多个主体，或它能够被构造为至多几厘米大小和降至毫米或更薄的厚度的一个或多个穹顶形或箱形物体。
在一些实施方案中，散射元件的形状为椭球形的。图19A示出具有椭球形散射元件1920的ASLV发光装置1900。提取器元件1930具有半径R1的出射表面1935。在该示例中，散射元件1920成形为椭球形段，并且其长轴沿着在抽象RO半球体内的光学z轴。在一些实施方案中，RO半球体代表维尔斯特拉斯球体，而在其它实施方案中，RO半球体代表布儒斯特球体。回收腔体1940由散射元件1920的光入射表面和平面反射体1945形成。回收腔体1940用例如空气的气体填充或被排空。散射元件1920的折射率np小于或等于提取器元件1930的折射率n1。发光元件1910位于平面反射体1945的孔隙中并且在回收腔体1940中发射光。在一些实施方案中，平面反射体1945横向地延伸到散射元件1920的外边缘。在其它实施方案中，平面反射体1945横向地延伸到提取器元件1935的出射表面。在其它实施方案中，平面反射体1945比提取器元件1935的出射表面横向地延伸更远，例如延伸到1.2x、1.5x或2.0xR1的半径。
图19B示出由类似于ASLV发光装置1900的ASLV发光装置输出的光的强度分布1990。强度分布1990表明，这样的ASLV发光装置以轴上强度(沿着Z轴)为代价来有利于横向(在x轴±方向上，简单地被称为横向或侧向)发射。一般而言，由ASLV发光装置输出的光的强度分布沿着垂直于提取器元件1920的最大截面的方向偏置。
图20A示出具有椭球形散射元件2020的另一个ASLV发光装置2000。在该示例中，散射元件2020成形为椭球形段，并且其短轴沿着光学z轴。提取器元件2030具有半径R1的出射表面2035。在该示例中，散射元件2020成形为椭球形段，并且其长轴垂直于在抽象RO半球体内的光学z轴。在一些实施方案中，RO半球体代表维尔斯特拉斯球体，而在其它实施方案中，RO半球体代表布儒斯特球体。回收腔体2040由散射元件2020的光入射表面和平面反射体2045形成。回收腔体2040用例如空气的气体填充或被排空。散射元件2020的折射率np大于或等于提取器元件2030的折射率n1。发光元件2010位于平面反射体2045的孔隙中并且在回收腔体2040中发射光。在一些实施方案中，平面反射体2045横向地延伸到散射元件2020的外边缘。在其它实施方案中，平面反射体2045横向地延伸到提取器元件2035的出射表面。在其它实施方案中，平面反射体2045比提取器元件2035的出射表面横向地延伸更远，例如延伸到1.2x、1.5x或2.0xR1的半径。
图20B示出由类似于ASLV发光装置2000的ASLV发光装置输出的光的强度分布2090。强度分布2090表明，这样的ASLV发光装置以横向发射(在x轴的±方向上)为代价来有利于轴上(沿着Z轴或简单地被称为前方)强度。在这种情况下，强度分布沿着z-方向偏置，因为散射元件2020的最大截面(x-y)为x-y截面。此外，注意，只要整个散射元件2020是在RO半球体内，则在外部提取器/空气界面2035处几乎不存在TIR。
图21A-21B示出另一个ASLV发光装置2100的侧视图截面。图21C示出相同装置的底视图截面。ASLV发光装置2100具有椭球形散射元件2120，该椭球形散射元件2120沿着x-轴、y-轴和z-轴具有不相等的正交轴。在该示例中，散射元件2120形成为半椭球体，其轴在x：y：z方向上满足比率2:1:4。ASLV发光装置2100进一步包括发光元件2110、平面反射体2145和提取器元件2130。
提取器元件2130是半球的并且具有与半椭球形散射元件2120同心的半径R1的出射表面2135。散射元件2120的长轴在抽象RO半球体内沿着ASLV发光装置2100的光学z轴取向。在一些实施方案中，RO半球体代表维尔斯特拉斯球体，而在其它实施方案中，RO半球体代表布儒斯特球体。回收腔体2140由散射元件2120的光入射表面和平面反射体2145形成。回收腔体2140用例如空气的气体填充或被排空。散射元件2120的折射率np小于或等于提取器元件2130的折射率n1。发光元件2110位于平面反射体2145的孔隙中并且在回收腔体2140中发射光。在一些实施方案中，平面反射体2145横向地延伸到散射元件2120的外边缘。在其它实施方案中，平面反射体2145横向地延伸到提取器元件2135的出射表面。
图21D示出由类似于ASLV发光装置2100的ASLV发光装置输出的光的x-z强度分布2190。在该示例中，反射体2145延伸到提取器元件2130的出射表面2135。以这种方式，虽然强度分布2190具有前向偏置，但是它覆盖>2πsr的立体角，因为起源于散射元件2120的上部并且朝提取器2130的下边缘传播的光将以与光学z轴成>90°的角度被折射。图21E示出由具有延伸到提取器元件2130的出射表面2135的反射体2145的ASLV发光装置2100的相同的实施例输出的光的强度分布2192。强度分布2192表明，这样的ASLV发光装置以轴上强度(沿着z轴)和纵向强度(沿着x轴)为代价来有利于横向(在y轴的±方向上，简单地被称为横向或侧向)发射。
一般而言，由ASLV发光装置输出的光的强度分布沿着垂直于散射元件2120的最大截面的方向偏置。因为x-z截面大于y-z或x-y截面中的任一者，ASLV发光装置2100将大多数输出光在y-方向上(横向地)发射，而将少数输出光在x-方向上(沿着ASLV发光装置2100的纵向方向)或在z-方向上(前方)发射。
在另一个实施方案中，ASLV发光装置2100的散射元件2120能够成形为半椭球体，并且其轴在x：y：z方向上满足比率4：2：4。在该其它情况下，因为x-y截面和x-z截面大于y-z截面，ASLV发光装置2100将大多数输出光在z-方向上(前方)和在y-方向上(横向地)发射，而将仅一小部分输出光在x-方向上(沿着ASLV发光装置2100的纵向方向)发射。
图22示出包括设置在基座基板2205的纵向x-方向上的多个ASLV发光装置2210的照明器材2200。例如，ASLV发光装置2210中的每一个能够对应于ASLV发光装置2100，其具有成形为具有在x：y：z方向上满足比率4：2：4的轴的半椭球体的散射元件。在这样的情况下，照明器材2200在z-方向上(前方)和在y-方向上(横向地)输出大部分光，而输出光的仅一小部分为沿着基座基板2205的纵向x-方向的输出光。
图23A示出具有包围回收包封体2340的椭球形散射元件2320的发光装置的ASLV2300。ASLV发光装置2300具有绕Z轴旋转对称的混合球形和椭球形构造，并且包括提取器元件2310、散射元件2320和被构造成在操作条件下发射蓝光的发光装置2360。散射元件2320包括有源和无源散射中心并且被构造成转换由发光装置2360提供的蓝光的一部分以产生白光。提取器元件2310和散射元件2320能够在多射过程中被注射模制。在该示例中，椭球形散射元件2320被设置成与提取器元件2310的出射表面同心并且被包含在抽象RO半球体内。在一些实施方案中，RO半球体代表维尔斯特拉斯球体，而在其它实施方案中，RO半球体代表布儒斯特球体。
ASLV发光装置2300可以进一步包括例如用于建立到功率源、驱动电子设备、电连接部和冷却元件的机电连接的插座。
提取器元件2310被构造为壳体，其在外部具有球形出射表面并且在内部具有椭球形表面。散射元件2320被构造为紧靠提取器元件2310的内部的椭球形壳体。散射元件2320形成用例如空气或惰性气体的低折射率介质填充的中空回收包封体2340。改变散射元件2320的形状提供一种程度的光束成形。散射元件2320限定由壁2317包围的孔隙并且大致紧靠支撑发光装置2360的支柱的侧面，使得来自发光装置的大致所有光在操作条件期间被发射到回收包封体2340中。改变发光装置2360和散射元件2320之间的距离，即发光装置2360在散射元件2320的底部上方的高度，提供另一种程度的光束成形。
图23B示出由ASLV发光装置2300输出的光的强度分布2390。强度分布2390表明，ASLV发光装置2300以轴上强度(沿着Z轴)为代价来有利于横向(横向或侧向)发射(在x轴的±方向上)，因为散射元件2320的侧向截面大于散射元件2320的轴上截面。
图24A示出具有包围回收包封体2440的加长散射元件2420的ASLV发光装置2400。ASLV发光装置2400具有旋转对称的混合球形和圆柱形构造并且包括球形提取器元件2410、散射元件2420和被构造成在操作条件下发射蓝光的发光装置2460。散射元件2420包括有源和无源散射中心并且被构造成转换由发光装置2460提供的蓝光的一部分以产生白光。提取器元件2410和散射元件2420能够在多射过程中被注射模制。ASLV发光装置2400可以进一步包括例如用于建立到功率源、驱动电子设备、电连接部和冷却元件的机电连接的插座。
提取器元件2410在外部具有球形出射表面并且在内部具有充分成形为匹配散射元件2420的表面。散射元件2420被包裹在提取器元件2410的内部并且位于由提取器元件2410的球形出射表面确定的特定抽象球体包围的区域内。在一些实施方案中，特定抽象球体为维尔斯特拉斯球体。在一些实施方案中，特定抽象球体为布儒斯特球体。散射元件2420形成用例如空气或惰性气体的低折射率介质填充的中空回收包封体2440。改变散射元件2420的形状和/或尺寸提供一种程度的光束成形。
图24B示出由ASLV发光装置2400输出的光的强度分布2490。强度分布2490表明，ASLV发光装置2400输出两个窄瓣(宽度近似10°)，使得两个窄瓣中的每一个具有约等于轴上分量(沿着Z轴)的横向(横向或侧向)分量(在x轴的+或-方向上)。此外，ASLV发光装置2400输出具有为约两个窄瓣的大小的一半的大小的前瓣(沿着Z轴)。
在该示例中，散射元件2420具有筒形中心部分2425，且穹顶形盖2421和2423设置在中心部分2425的每个端部处。筒形中心部分2425可以是圆柱体、棱柱或具有平行或锥形壁的其它对象。穹顶形盖2421和2423可以具有不同的或相等的形状。穹顶形盖2421和2423可以具有半球形、抛物线形、双曲线形、椭圆形或其它形状。应注意的是，这样的散射元件可以被构造用于将发光装置定位在除图24A所图示的其他地方，例如，靠近中心部分2425的中心中的圆周。
散射元件2420限定由壁2417包围的孔隙并且大致紧靠支撑发光装置2460的支柱的侧面，使得来自发光装置的大致所有光在操作条件期间被发射到回收包封体2440中。
图25A示出具有由(i)成形为椭球形段的散射元件2520和(ii)平面反射体2545的组合包围的回收包封体2540的ASLV发光装置2500。在该示例中，平面反射体2545垂直于x-z平面并且相对于y轴倾斜一定的倾斜角。提取器元件2530具有半径R1的出射表面2535。在该示例中，散射元件2520被包含在抽象RO半球体内。在一些实施方案中，RO半球体代表维尔斯特拉斯球体，而在其它实施方案中，RO半球体代表布儒斯特球体。回收包封体2540能够包括例如空气的气体，或能够被排空。在一些实施方案中，平面反射体2545形成在回收包封体2540内部的空气与提取器元件2530的材料之间的平面界面处。在这种情况下，散射光(泵浦光或转换光)在平面反射体2545处内部地反射。在其它实施方案中，平面反射体2545能够涂有反射材料。
散射元件2520限定由壁2517包围的孔隙并且大致紧靠支撑发光装置2510的支柱的侧面，使得来自发光装置的大致所有光在操作条件期间被发射到回收包封体2540中。改变发光装置2510和散射元件2520之间的距离，即发光装置2510在散射元件2520的底部上方的高度，提供另一种程度的光束成形。
图25B示出在垂直于平坦反射体2545的平面x-z中由类似于ASLV发光装置2500的ASLV发光装置输出的光的x-z强度分布2590。x-z强度分布2590表明，ASLV发光装置2500输出窄瓣(宽度近似5°)并且相对于Z轴以一定的角度取向。窄瓣的角度对应于平坦反射体2545的倾斜角。图25C示出在相对于平坦反射体2545的法线具有旋转给定角度的法线的平面y-z中由类似于ASLV发光装置2500的ASLV发光装置输出的光的y-z强度分布2592。y-z强度分布2592表明，ASLV发光装置2500输出相应地主要沿y轴的+和-方向取向的两个侧瓣。
图26A示出具有相对于球形提取器元件2630偏离中心并且包围回收包封体2640的球形散射元件2620的ASLV发光装置2600。球形散射元件2620被包含在对应于球形提取器元件2630的出射表面2635的维尔斯特拉斯球体内。而且，球形散射元件2620的中心相对于球形提取器元件2630的中心偏移距离Δz。提取器元件2630具有半径R1的出射表面2635。在该示例中，散射元件2620被包含在抽象RO半球体内。在一些实施方案中，RO半球体代表维尔斯特拉斯球体，而在其它实施方案中，RO半球体代表布儒斯特球体。回收包封体2640能够包括例如空气的气体，或能够被排空。
散射元件2620限定由壁2617包围的孔隙并且大致紧靠支撑发光装置2610的支柱的侧面，使得来自发光装置的大致所有光在操作条件期间被发射到回收包封体2640中。改变发光装置2610和散射元件2620之间的距离，即发光装置2610在散射元件2620的底部上方的高度，提供另一种程度的光束成形。
图26B示出由类似于ASLV发光装置2600的ASLV发光装置输出的光的强度分布2690。强度分布2690表明，ASLV发光装置2400以横向发射(在x轴的±方向上)为代价来有利于轴上(沿着z轴或简单地被称为前方)发射。强度分布2690的轴上偏置的理由是，对于该装置，提取器元件2635的出射表面的光学功率在轴上比在横向上更大。
图27A示出具有相对于球形提取器元件2710偏离中心并且包围回收包封体2740的椭球形散射元件2720的ASLV发光装置2700。椭球形散射元件2720具有其沿着x轴的长轴并且被包含在对应于球形提取器元件2730的出射表面2735的维尔斯特拉斯球体内。而且，椭球形散射元件2720椭球形相对于球形提取器元件2730的中心偏移距离Δz。提取器元件2730具有半径R1的出射表面2735。在该示例中，散射元件2720被包含在抽象RO半球体内。在一些实施方案中，RO半球体代表维尔斯特拉斯球体，而在其它实施方案中，RO半球体代表布儒斯特球体。回收包封体2740能够包括例如空气的气体，或能够被排空。
散射元件2720限定由壁2717包围的孔隙并且大致紧靠支撑发光装置2710的支柱的侧面，使得来自发光装置的大致所有光在操作条件期间被发射到回收包封体2740中。改变发光装置2710和散射元件2620之间的距离，即发光装置2710在散射元件2720的底部上方的高度，提供另一种程度的光束成形。
图27B示出由类似于ASLV发光装置2700的ASLV发光装置输出的光的x-z强度分布2790。x-z强度分布2790表明，在x-z平面中，ASLV发光装置2700以横向发射(在x轴的±方向上)为代价来有利于轴上(沿着在轴或简单地被称为前方)发射。强度分布2790的轴上偏置的理由是，对于该装置，提取器元件2735的出射表面的光学功率在轴上比在横向上更大。而且，注意，强度分布2790具有比强度分布2590更强的轴上偏置，因为类似于ASLV发光装置2700的装置比类似于ASLV发光装置2500的装置具有更强的轴上光学功率。
从ASLV发光装置发射的光的分布还取决于出射表面的形状。因此，将出射表面的形状从球形(旋转对称实施例)和圆柱形(加长实施例)改变还能够提供相对于球形和/或圆柱形实施例不同的强度分布。
图28示出具有成形为椭球形段的提取器元件2830/2830’的ASLV发光装置2800。ASLV发光装置2800进一步包括发光元件210、散射元件和平面反射体245。回收包封体240由散射元件220的光入射表面和平面反射体245形成。回收包封体用例如空气的气体填充或被排空。散射元件220的折射率np大于或等于提取器元件230的折射率n1。
其椭球形段为半球230的ASLV发光装置2800的构造对应于上文结合图2A描述的ASLV发光装置200。在这种情况下，半球提取器230的出射表面235满足布儒斯特条件，并且因此，满足维尔斯特拉斯条件。然而，与提取器元件230的顶点相比，提取器元件2830(或2830’)的顶点进一步离开散射元件220。因此，相对于由ASLV发光装置200输出的光的对应的轴上强度，提取器2835(或2835’)的出射表面的构造增加由ASLV发光装置2800沿z轴输出的光的前向偏置或轴上强度。然而，在ASLV发光装置2800的情况下，其出射表面2835(或2835’)的线性截顶侧壁可能导致一些TIR损耗。
如在该说明书中上文所描述的，ASLV发光装置使用(i)具有半径R的提取器元件以从浸入与提取器元件的出射表面同心的维尔斯特拉斯R/(n1/n0)球体中的散射元件有效地提取光，和(ii)至少部分地由散射元件包围的回收包封体以使从散射元件逃逸的大部分光返回到回收包封体中。更加严密的分析表明，由于增加在小于临界角arcsin(n1/n0))但是大于布儒斯特角arctan(n1/n0)的入射角度下的反射系数，R/(n1/0)限制仍然能够允许在提取器的出射表面处的相当显著的反射损耗，其中n0是环境的折射率，例如对于空气n0＝1，并且n1是提取器元件的折射率。
此外，如在该说明书中上文所描述的，小于临界或布儒斯特限制半径的散射元件能够具有各种形状，诸如扁平形，半球形，差不多半球形，或扁长和扁圆形式的椭球形，只要它们完全被包含在优选布儒斯特半径限制内即可。根据端应用的需要，散射元件的这些形状相对于ASLV发光装置的光学z轴能够产生更窄或更宽的通量分布图案。然而，强度分布通常具有对应于ASLV发光装置的对称性的对称性。因此，旋转对称ASLV发光装置将通常提供类似地旋转对称的强度分布图案。在诸如具有方形或矩形覆盖区域的空间的直线环境中使用这样的ASLV发光装置，对角、角部-到-角部亮度将落入在栅极上隔开的这样的源之间。
因此，ASLV发光装置可以被形成为具有更加适合于为直线空间提供照明的形状。例如，下述ASLV发光装置具有提取器元件的方形形式的出射表面，并且被称为不对称的方形光阀(ASQLV)。这样的ASQLV发光装置与旋转对称的ASLV发光装置相比在角部照明中可能是更加有效的。ASQLV提取器轮廓的示例具有为方形而非圆形的平面图(例如，顶视图的覆盖区域)。ASQLV提取器具有其侧面大体为简单锥形截面的截面。这样的ASQLV提取器的侧截面的示例包括圆形(circular)以及扁长形和扁圆形椭圆(prolate,and oblate ellipse)形式。在其它示例中，ASQLV提取器的侧截面包括抛物线截面和双曲线截面。还能够使用其它几何形状，但是这些简单的圆锥形形成为该技术的一般概念的例证。
图29示出ASLV发光装置2900的示例的示意图，该ASLV发光装置2900包括发光元件2910、散射元件2920(也被称为第一光学元件)、提取器元件2930(也被称为第二光学元件)和回收包封体2940。
发光元件2910被构造成在操作期间产生并且发射光。比如，由发光元件2910发射的光(也被称为泵浦光)的光谱功率分布能够为蓝色。可见光的光谱功率分布被称为色度。散射元件2920具有第一表面(也被称为光入射表面)，该第一表面与发光元件2910间隔开并且被定位成接收来自发光元件2910的光。散射元件2920包括散射中心，散射中心被布置成使来自发光元件2910的光大致各向同性地散射并且被布置成提供散射光。散射光包括弹性散射泵浦光和非弹性散射泵浦光。比如，弹性散射光的光谱功率分布与泵浦光的光谱功率分布相同，并且非弹性散射光的光谱功率分布能够为黄色。弹性散射泵浦光的光谱111和非弹性散射泵浦光的光谱113连同散射光的光谱115在图1B中示出。
参照图29，提取器元件2930由具有出射表面的透明材料形成。出射表面一般为弯曲透明的表面。换言之，与例如发生透射光的进一步散射的不透明或漫反射表面相反，经过出射表面的散射光中的改变一般能够由斯涅尔折射定律来描述。提取器元件2930与散射元件2920相接触，使得在散射元件和提取器元件之间在接触位置处存在光学界面，并且该光学界面与散射元件的第一表面相反。而且，提取器元件2930被布置成使得通过光学界面散射的光进入提取器元件2930。
此外，ASLV发光装置2900包括与散射元件的第一表面相邻的具有折射率n0的介质，并且散射元件2920包括具有第一折射率n1的材料，其中n0<n1。透明材料具有折射率n2，其中，n0<n2。出射表面是包括多个部分的透明表面，使得出射表面的每个部分在边缘处连结到另一个部分。在一些实施方案中，出射表面的每个部分成形为使得直接撞击在出射表面的部分上的散射光在该出射表面的每个部分处的入射角小于全内反射的临界角。在这种情况下，对于出射表面的每个部分，认为提取器元件2930满足维尔斯特拉斯条件，如上文结合图1A所描述的。在一些实施方案中，出射表面的每个部分成形为使得直接撞击在该出射表面的部分上的散射光在该出射表面的每个部分处的入射角小于布儒斯特角。在这种情况下，对于出射表面的每个部分，认为提取器元件2930满足布儒斯特条件，如上文结合图1A所描述的。
此外，回收包封体2940包围与散射元件的第一表面相邻的介质。回收包封体2940被布置并且被构造成回收通过第一表面传播到介质中的散射光的一部分。另外，第二元件的出射表面的多个部分的形状与光学界面的形状的组合被构造成(i)通过出射表面输出散射光以及(ii)控制输出光的强度分布。而且，由ASLV发光装置2900输出的光具有对应于图1B所示的光谱115的光谱功率分布。
图30A-30B示出具有半球形散射元件3020和在x-z截面或y-z截面上为圆形并且在x-y截面上具有方形覆盖区域的提取器元件3030的ASLV发光装置3000的示例的方面。ASLV发光装置3000的提取器元件3030包括为两个交叉的半圆柱体共有的体积，因此，提取器元件3030是垫子形状的对象，其通过中心平行于方形(在平面x-z或y-z中)的侧边的截面是半圆形。以其它角度穿过该中心到侧面的平面具有扁椭球形截面，沿着方形形式的对角线到达最大偏心率。ASLV发光装置3000的提取器元件3030的最短截面是半圆形的，并且最长的截面是扁椭圆形(oblate ellipse)的。
根据需要，许多其它选择是可能的，例如能够使得上面看到的最长截面为半圆形，在这种情况下，所有的其它截面将为长椭圆形(prolate ellipse)，而非扁椭圆形(oblateellipse)。能够使在平行于侧面(在平面x-z或y-z上)的最短截面与最长的斜截面之间的任意截面为圆形，在这种情况下，根据端应用的需要，提取器元件的出射表面将为更窄的长椭圆形和更宽的扁椭圆形。对于提取器元件3035的出射表面的这些形式中的每一个，散射元件3020被包含在提取器元件的对于所有可能的光线方向满足至少临界角(对应于维尔斯特拉斯)条件并且优选地布儒斯特角入射条件的体积内。在临界或布儒斯特条件空间的限制内，散射元件3020本身能够具有各种形状，以进一步控制可从散射元件获得的通量分布图案。
图30C示出在垂直于光学z轴的x-y平面中的x-y远场照明度(强度分布)3080，并且图30D示出在包含对应于ASLV发光装置3000的光学z轴的x-z平面中的x-z远场照明度(强度分布)3090。提取器元件3030的ASLV发光装置3000是形状的相似的交叉的半圆柱体且圆锥常数K为零(K＝0)。对角是扁椭圆形。图30C-30D所示的结果表明，与上文结合图2A-2D描述的旋转对称的ASLV发光装置200相比，ASLV发光装置3000在对角角部方向上具有更好的远场照明度，并且因此，提供更好的区域照明度图案。与可旋转均匀图案相比，提取器形状的该示例使得ASLV发光装置3000在方形空间的对角线方向上能够提供更高的强度，导致在角部中较佳的照明度。
具有不同形式的垫子形状的提取表面3035和不同形式的散射元件3020的内部有效发光体积的宽范围的可能的照明度或强度图案是可获得的。
图31A-31B示出具有半球形散射元件3120和形状类似于交叉椭圆柱的提取器元件3130的ASLV发光装置3100的示例的方面，该ASLV发光装置3100在x-y平面中具有为圆形的斜截面和方形覆盖区域。在该示例中，椭圆具有K＝-0.5。图31C示出在垂直于光学z轴的x-y平面中的x-y远场照明度(强度分布)3180，并且图31D示出在包含对应于ASLV发光装置3100的光学z轴的x-z平面中的x-z远场照明度(强度分布)3190。
虽然前述实施例具有包括单一出射表面或小面出射表面的提取器元件，但是其它实施例也是可能的。例如，图32为包括提取器元件3230的ASLV发光装置3200的示例的示意图，该提取器元件3230具有由台阶隔开的第一和第二出射表面。发光装置3200还包括发光元件3210、散射元件3220(也被称为第一光学元件)、和回收包封体3240。
发光元件3210被构造成在操作期间产生并且发射光。比如，由发光元件3210发射的光(也被称为泵浦光)的光谱功率分布能够为蓝色。可见光的光谱功率分布被称为色度。散射元件3220具有第一表面(也被称为光入射表面)，该第一表面与发光元件3210间隔开并且被定位成接收来自发光元件3210的光。散射元件3220包括散射中心，散射中心被布置成使来自发光元件的光大致各向同性地散射并且被布置成提供散射光。散射光包括弹性散射泵浦光和非弹性散射泵浦光。比如，弹性散射光的光谱功率分布与泵浦光的光谱功率分布相同，并且非弹性散射光的光谱功率分布能够为黄色。弹性散射泵浦光的光谱111和非弹性散射泵浦光的光谱113连同散射光的光谱115在图1B中示出。
再次参照图32，提取器元件3230由透明材料形成并且与散射元件3220相接触，使得在散射元件和提取器元件之间在接触位置处存在光学界面，并且该光学界面与散射元件的第一表面相反。而且，提取器元件3230被布置成使得通过光学界面散射的光进入提取器元件3230。
此外，ASLV发光装置3200包括与散射元件的第一表面相邻的具有折射率n0的介质，并且散射元件包括具有第一折射率n1的材料，其中n0<n1。透明材料具有折射率n2，其中，n0<n2。第一和第二出射表面是大体弯曲透明的表面。换言之，与例如发生透射光的进一步散射的不透明或漫反射表面相反，经过第一和第二出射表面的散射光的改变一般能够由斯涅尔折射定律来描述。在一些实施方案中，第一和第二出射表面是至少部分地透明的并且成形为使得直接撞击在该第一和第二出射表面上的散射光中的至少一些在该第一和第二出射表面处的入射角小于全内反射的临界角。在这种情况下，对于出射表面中的每一个，认为提取器元件3230满足维尔斯特拉斯条件，如上文结合图1A所描述的。在一些实施方案中，第一和第二出射表面成形为使得直接撞击在该第一和第二出射表面上的散射光中的至少一些在该第一和第二出射表面处的入射角小于布儒斯特角。在这种情况下，对于出射表面每个，认为提取器元件3230满足布儒斯特条件，如上文结合图1A所描述的。此外，回收包封体3240包围与散射元件的第一表面相邻的介质。回收包封体3240被布置并且被构造成回收通过第一表面传播到介质中的散射光的一部分。另外，ASLV发光装置3200通过第一和第二出射表面将散射光输出到周围环境中。如上所述，由ASLV发光装置3200输出的光具有对应于图1B所示的光谱115的光谱功率分布。
例如，第一表面能够被布置成与发光元件3200的光学轴相交。在一些实施方案中，第一出射表面相对于第二出射表面凹进。在其它实施方案中，第二出射表面相对于第一出射表面凹进。而且，台阶能够包括反射表面或透明表面中的一个。在一些实施方案中，第一和第二出射表面中的至少一个是半透明的。
具有由台阶隔开的多个出射表面的ASLV发光装置3200能够为从散射元件3200传出的光在对应于出射表面的方向上提供不同的放大率。以这种方式，出射表面的相对放大率能够被调节以使ASLV发光装置3200的强度分布在出射表面中的一个的方向上偏置。下面结合图33-37描述ASLV发光装置3200的示例实施方案。
图33A示出具有半球形散射元件3320和布置在提取器元件3330的第一出射表面3335-1与第二出射表面3335-2之间的台阶3333的ASLV发光装置3300。第一表面3335-1被布置成与ASLV发光装置3300的光学z轴相交。ASLV发光装置3300进一步包括发光元件3310和平面反射体3345。回收腔体3340由散射元件3320的光入射表面和平面反射体3345形成。回收腔体3340用例如空气的气体填充或被排空。散射元件3320的折射率np大于或等于提取器元件3330的折射率n1。发光元件3310位于平面反射体3345的孔隙中并且在回收腔体3340中发射光。
散射元件3320被包含在抽象RO半球体内。在一些实施方案中，RO半球体代表对应于第一出射表面3335-1的半径R11和第二出射表面3335-2的半径R12中的较短者的维尔斯特拉斯球体。对于图33A所示的示例，第一出射表面3335-1相对于第二出射表面3335-2凹进，因此，第二出射表面3335-2的半径R12比第一出射表面3335-1的半径R11短。以这种方式，对于提取器3335-2的第二出射表面，满足维尔斯特拉斯条件。在一些实施方案中，RO半球体代表对应于第一出射表面3335-1的半径R11和第二出射表面3335-2的半径R12中的较短者的布儒斯特球体。当R12<R11时，对于提取器3335-2的第二出射表面，满足布儒斯特条件。
为了减少在提取器元件3330第一3335-1和第二3335-2出射表面之间的台阶3333处的潜在TIR光损耗，台阶3333形成为双面反射镜。由于提取器3330的第二3335-2出射表面的半径R12满足维尔斯特拉斯条件，所以在中心侧上撞击台阶3333的反射镜的大多数光线通过第一出射表面3335-1透射且无TIR。从散射元件3320的外边缘朝提取器3330的第二出射表面3335-2的上边缘透射的所有光线撞击台阶3333的反射镜的外侧并且在向后方向上相对于光学z轴以>90°重定向。回收包封体3340的反射镜3345的可选的延伸部能够将这些光线中的大部分转回到向前方向(沿着+z轴)。
平面反射体3345横向地延伸到提取器元件3320的外边缘。在一些实施方案中，平面反射体3345横向地延伸到第二出射表面3335-2外边缘，延伸到等于半径R12的距离。在其它实施方案中，平面反射体3345比第二出射表面3335-2横向地延伸更远，例如到R12和R11之间的距离，或到1.2x、1.5x或2.0xR11的距离。
图33B示出由类似于ASLV发光装置3300的ASLV发光装置输出的强度分布3390。虽然ASLV发光装置3300的散射元件和ASLV发光装置200的散射元件两者都是半球形的，但是强度分布3390具有比强度分布290更强的前向偏置。前向偏置显著增加的理由是，ASLV发光装置3300的提取器元件3335-1的中心出射表面具有大于ASLV发光装置200的提取器元件235的出射表面的对应的部分的光学功率的光学功率。而且，强度分布3390覆盖>2πsr的立体角，因为起源于散射元件3320的上部并且朝提取器3330的下边缘传播的光将以与光学z轴成>90°的角度被折射。
图34A示出具有椭圆形散射元件3420和布置在提取器元件3430的第一出射表面3435-1与第二出射表面3335-2之间的台阶3433的ASLV发光装置3400。第一表面3435-1被布置成与ASLV发光装置3400的光学z轴相交。ASLV发光装置3400进一步包括发光元件3410和平面反射体3445。回收腔体3440由散射元件3420的光入射表面和平面反射体3445形成。回收腔体3440用例如空气的气体填充或被排空。散射元件3420的折射率np大于或等于提取器元件3430的折射率n1。发光元件3410位于平面反射体3445的孔隙中并且在回收腔体3440中发射光。
半椭球形散射元件3420被包含在抽象RO半球体内。在一些实施方案中，RO半球体代表对应于第一出射表面3435-1的半径R11和第二出射表面3435-2的半径R12中的较短者的维尔斯特拉斯球体。对于图34A所示的示例，第一出射表面3435-1相对于第二出射表面3435-2凹进，因此，第二出射表面3435-2的半径R12比第一出射表面3435-1的半径R11短。以这种方式，对于提取器3435-2的第二出射表面，满足维尔斯特拉斯条件。在一些实施方案中，RO半球体代表对应于第一出射表面3435-1的半径R11和第二出射表面3435-2的半径R12中的较短者的布儒斯特球体。当R12<R11时，对于提取器3435-2的第二出射表面，满足布儒斯特条件。
为了减少在提取器元件3430的第一3435-1和第二3435-2出射表面之间的台阶3433处的潜在TIR光损耗，台阶3433形成为双面反射镜。由于提取器3430的第二3435-2出射表面的半径R12满足维尔斯特拉斯条件，所以在中心侧上撞击台阶3433的反射镜的大多数光线通过第一出射表面3435-1透射且无TIR。从散射元件3420的外边缘朝提取器3430的第二出射表面3435-2的上边缘透射的所有光线撞击台阶3433的反射镜的外侧并且在向后方向上相对于光学z轴以>90°重定向。回收包封体3440的反射镜3445的可选的延伸部能够将这些光线中的大部分转回到向前方向(沿着+z轴)。
平面反射体3445横向地延伸到提取器元件3320的外边缘。在一些实施方案中，平面反射体3445横向地延伸到第二出射表面3435-2的外边缘，延伸到等于半径R12的距离。在其它实施方案中，平面反射体3445比第二出射表面3435-2横向地延伸更远，例如到R12和R11之间的距离，或到1.2x、1.5x或2.0xR11的距离。
图34B示出由类似于ASLV发光装置3400的ASLV发光装置输出的强度分布3490。虽然ASLV发光装置3400的散射元件和ASLV发光装置1900的散射元件两者都是半球形的，但是强度分布3490具有比强度分布1990更强的前向偏置。前向偏置中显著增加的理由是，ASLV发光装置3400的提取器元件3435-1的中心出射表面具有比ASLV发光装置1900的提取器元件1935的出射表面的对应部分的光学功率大的光学功率。而且，强度分布3490覆盖>2πsr的立体角，因为起源于散射元件3420的上部并且朝提取器3430的下边缘传播的光将以与光学z轴成>90°的角度被折射。
图35A示出具有半球形散射元件3520和布置在提取器元件3530的第一出射表面3535-1与第二出射表面3535-2之间的台阶3533的ASLV发光装置3500。图35所示的矩形磷光体形状代表ASLV发光装置3500的矩形散射元件3520的对角线切割。第一表面3535-1被布置成与ASLV发光装置3500的光学z轴相交。ASLV发光装置3500进一步包括发光元件3510和平面反射体3545。回收腔体3540由散射元件3520的光入射表面和平面反射体3545形成。回收腔体3540用例如空气的气体填充或被排空。散射元件3520的折射率np大于或等于提取器元件3530的折射率n1。发光元件3510位于平面反射体3545的孔隙中并且在回收腔体3540中发射光。
矩形散射元件3520被包含在抽象RO半球体内。在一些实施方案中，RO半球体代表对应于第一出射表面3535-1的半径R11和第二出射表面3535-2的半径R12中的较短者的维尔斯特拉斯球体。对于图35A所示的示例，第一出射表面3535-1相对于第二出射表面3535-2凹进，因此，第二出射表面3535-2的半径R12比第一出射表面3535-1的半径R11短。以这种方式，对于提取器3535-2的第二出射表面，满足维尔斯特拉斯条件。在一些实施方案中，RO半球体代表对应于第一出射表面3535-1的半径R11和第二出射表面3535-2的半径R12中的较短者的布儒斯特球体。当R12<R11时，对于提取器3535-2的第二出射表面，满足布儒斯特条件。
为了减少在提取器元件3530的第一3535-1和第二3535-2出射表面之间的台阶3533处的潜在TIR光损耗，台阶3533形成为双面反射镜。由于提取器3530的第二3535-2出射表面的半径R12满足维尔斯特拉斯条件，所以在中心侧上撞击台阶3533的反射镜的大多数光线经第一出射表面3535-1透射且无TIR。从散射元件3520的外边缘朝提取器3530的第二出射表面3535-2的上边缘透射的所有光线撞击台阶3533的反射镜的外侧并且被沿向后方向相对于光学z轴以>90°重定向。回收包封体3540的反射镜3545的可选的延伸部能够将这些光线中的大部分转回到向前方向(沿着+z轴)。
平面反射体3545横向地延伸到散射元件3520的外边缘。在一些实施方案中，平面反射体3545横向地延伸到第二出射表面3535-2外边缘，延伸到等于半径R12的距离。在其它实施方案中，平面反射体3545比第二出射表面3535-2横向地延伸更远，例如到R12和R11之间的距离，或到1.2x、1.5x或2.0xR11的距离。
图35B示出由类似于ASLV发光装置3500的ASLV发光装置输出的强度分布3590。虽然强度分布3590向前偏置，但是它表明，ASLV发光装置3500以轴上发射(沿着Z轴)为代价来有利于横向(在x轴的±方向上，简单地被称为横向或侧向)发射。而且，强度分布3590覆盖>2πsr的立体角，因为起源于散射元件3520的上部并且朝提取器元件3530的下边缘传播的光将以与光学z轴成>90°的角度被折射。
图36示出具有半球形散射元件3620和提取器元件3630的ASLV发光装置3600，该提取器元件3630具有由台阶3633分离的第一出射表面3635-1与第二出射表面3635-2。此外，第二出射界面3635-2延伸到与光学z轴成90°角度以外。第一表面3635-1被布置成与ASLV发光装置3600的光学z轴相交。ASLV发光装置3600进一步包括发光元件3610和平面反射体3645。回收腔体3640由散射元件3620的光入射表面和平面反射体3645形成。回收腔体3640用例如空气的气体填充或被排空。散射元件3620的折射率np大于或等于提取器元件3630的折射率n1。发光元件3610位于平面反射体3645的孔隙中并且在回收腔体3640中发射光。
矩形散射元件3620被包含在抽象RO半球体内。在一些实施方案中，RO半球体代表对应于第一出射表面3635-1的半径R11和第二出射表面3635-2的半径R12中的较短者的维尔斯特拉斯球体。对于图36所示的示例，第一出射表面3635-1相对于第二出射表面3635-2凹进，因此，第二出射表面3635-2的半径R12比第一出射表面3635-1的半径R11短。以这种方式，对于提取器3635-2的第二出射表面，满足维尔斯特拉斯条件。在一些实施方案中，RO半球体代表对应于第一出射表面3635-1的半径R11和第二出射表面3635-2的半径R12中的较短者的布儒斯特球体。当R12<R11时，对于提取器3635-2的第二出射表面，满足布儒斯特条件。
为了减少在提取器元件3630第一出射表面3635-1和第二出射表面3635-2之间的台阶3633处的潜在TIR光损耗，台阶3633形成为双面反射镜。由于提取器3330的第二出射表面3635-2的半径R12满足维尔斯特拉斯条件，所以在中心侧上撞击台阶3633的反射镜的大多数光线通过第一出射表面3635-1透射且无TIR。从散射元件3620的外边缘朝提取器3630的第二出射表面3635-2的上边缘透射的所有光线撞击台阶3633的反射镜的外侧并且在向后方向上相对于光学z轴以>90°重定向。使回收包封体3650延伸的可选反射镜3650能够将这些光线中的大部分转回到向前方向(沿着+z轴)，如下所述。
反射镜3650被布置成使形成回收包封体3640的平面反射体3645延伸。而且，反射镜3650被成形为在一端处与散射元件3620的边缘耦接并且在另一端处与提取器元件3636-2的第二出射表面的边缘耦接。如上所指出的，在图36所示的示例中，提取器元件3636-2的第二出射表面的边缘在由平面反射体3645形成的平面下方延伸，并且使得提取器元件3636-2的第二出射表面的边缘相对于光学z轴具有大于90°的角坐标。在这种情况下，反射镜3650包括彼此形成一定角度的两个平面部分。在其它实施方案中，反射镜3650能够形成为单个平面或弯曲(凹或凸)部分。在一些情况下，反射镜3650比第二出射表面3635-2横向地延伸更远，例如到R12和R11之间的距离，或到1.2x、1.5x或2.0xR11的距离。
在一些实施方案中，在提取器元件3630的第一出射表面3635-1和第二出射表面3635-2之间的台阶3633处的反射镜能够被延伸并且被布置成在向后方向(z轴的负方向)上反射光。后一个变化在向前方向上(在Z轴的正方向上)具有指定的“下照光”分布和限定的“后向瓣”以照亮顶棚(在Z轴的负方向上)的悬垂设计中是感兴趣的。
图37示出具有发光元件3710的ASLV发光装置3700，该ASLV发光装置3700包括布置在矩形底座3710上的两种或多种色度的多个发光装置。ASLV发光装置3700还具有布置在提取器元件3730的第一出射表面3735-1与第二出射表面3735-2之间的台阶3733。散射元件3720的大小满足维尔斯特拉斯条件。发光元件3710的多个发光装置潜在地能够是有益的。例如，发光元件3710能够具有多个蓝色泵以增加ASLV发光装置3700的光输出。作为另一个示例，发光元件3710能够具有多个蓝色泵和红色LED以提高暖白色灯具的功效。在后一个示例中，多个蓝色泵和红色LED能够被独立地处理。举例来说，在中心处主导磷光体照明的顶部LED能够与主导旁瓣的旁LED独立地处理以便对于前瓣和侧瓣独立地调谐由ASLV发光装置3700输出的光的颜色和强度。由于所有源在散射元件3720内，所以远场强度分布能够为颜色不变的。
某些灯具设计提供光的双峰分布：光的中央下向锥体结合向侧面且略向后定向的一片光。这样的设计的目的通常是下照光和顶棚照明的双功能。如下所述，具有复合提取器的ASLV装置能够实现这样的强度分布，同时保持由ASLV发光装置呈现的所有效率优势。
如在该说明书中上文所描述的，某些ASLV设计通过使用维尔斯特拉斯几何结构作为截顶维尔斯特拉斯球体(参见，例如，图4-6中所示的示例)或作为维尔斯特拉斯壳体(参见，例如，图2和图7所示的示例)来最大化前向光方向。对于从包括蓝色泵和磷光体元件的发光元件的光的最大提取，轴对称和维尔斯特拉斯几何结构可以表示利用ASLV设计的贡献和值的最简单的设计。
认为半球形散射元件由上文结合图2A描述的发光元件的朗伯分布照亮。据信，散射元件220的中心(顶部)区域将比外周边接收更高水平的辐射密度。然而，从散射元件220后向散射的光将由漫反射体245再次后向散射到散射元件220中。以这种方式，在散射元件220的照度上的上述中心到边缘差将减小。虽然特定设计能够使用光学设计软件来构造，例如，应以从散射元件220辐射的强度分布告终的软件，该散射元件220是(1)径向对称的，(2)其亮度从中心到边缘降低，以及(3)其角分布从装置到装置应是可重现的。
图38示出被构造成满足上述要求的ASLV发光装置3800的另一个示例的示意图。ASLV发光装置3800包括发光元件3810、散射元件3820(也被称为第一光学元件)、提取器元件3830(也被称为第二光学元件)和回收包封体3840。
发光元件3810被构造成在操作期间产生并且发射光。比如，由发光元件3810发射的光(也被称为泵浦光)的光谱功率分布能够为蓝色。可见光的光谱功率分布被称为色度。散射元件3820具有第一表面(也被称为光入射表面)，该第一表面与发光元件3810间隔开并且被定位成接收来自发光元件3810的光。散射元件3820包括散射中心，散射中心被布置成使来自发光元件3810的光大致各向同性地散射并且被布置成提供散射光。散射光包括弹性散射泵浦光和非弹性散射泵浦光。比如，弹性散射光的光谱功率分布与泵浦光的光谱功率分布相同，并且非弹性散射光的光谱功率分布能够为黄色。弹性散射泵浦光的光谱111和非弹性散射泵浦光的光谱113连同散射光的光谱115在图1B中示出。
再次参照图38，提取器元件3830由透明的材料形成并且与散射元件3820相接触，使得在散射元件和提取器元件之间在接触位置处存在光学界面，并且该光学界面与散射元件的第一表面相反。而且，提取器元件3830被布置成使得通过光学界面散射的光进入提取器元件3830。此外，提取器元件3830包括第一部分和光导。第一部分具有出射表面并且被布置成接收来自光学界面的散射光的第一部分。在一些实施方案中，第一部分的出射表面为透明表面，其成形为使得直接撞击在该第一部分的出射表面上的散射光在该第一部分的出射表面上的入射角小于全内反射的临界角。在这种情况下，认为提取器元件3830的第一部分满足维尔斯特拉斯条件，如上文结合图1A所描述的。在一些实施方案中，第一部分的出射表面成形为使得直接撞击在该第一部分的出射表面上的散射光在该第一部分的出射表面上的入射角小于布儒斯特角。在这种情况下，认为提取器元件3830的第一部分满足布儒斯特条件，如上文结合图1A所描述的。
出射表面一般为弯曲透明的表面。换言之，与例如发生透射光的散射的不透明或漫反射表面相反，经过出射表面的散射光中的改变一般能够由斯涅尔折射定律来描述。光导被布置成接收来自光学界面的散射光的第二部分。再者，该光引导具有引导表面，该引导表面被构造成通过使所接收的散射光的第二部分中的至少一些反射而将所接收的散射光的第二部分引导离开光学界面。
此外，ASLV发光装置3800包括与散射元件的第一表面相邻的具有折射率n0的介质，并且散射元件3820包括具有第一折射率n1的材料，其中n0<n1。透明材料具有折射率n2，其中，n0<n2。此外，回收包封体3840包围与散射元件的第一表面相邻的介质。回收包封体3840被布置并且被构造成回收通过第一表面传播到介质中的散射光的一部分。ASLV发光装置3800通过出射表面将散射光输出到周围环境中。如上所述，由ASLV发光装置3800输出的光具有对应于图1B所示的光谱115的光谱功率分布。
在一些实施方案中，第一部分与发光元件3800的光学轴相交。在一些实施方案中，反射涂层被设置在引导表面上。反射涂层被构造成使所接收的散射光的第二部分中的至少一些反射。在一些实施方案中，光导被构造成使所接收的第二部分光中的至少一些经由全内反射而反射。在一些实施方案中，光导被构造成在离发光元件3810预定距离处通过引导表面输出预定量的光。例如，引导表面具有被构造成提取预定量的光的表面纹理。作为另一个示例，光导包括中心，该中心被构造成使光散射，使得预定量的光在离发光元件3810预定距离处通过引导表面发射。在一些实施方案中，光导具有远端表面，该远端表面被构造成输出所接收的散射光的第二部分中的至少一些的至少一小部分。
图39示出具有复合提取器元件的ASLV发光装置3900。由ASLV发光装置3900输出的强度分布能够被分割成两个部分。部分1包括通过以截顶维尔斯特拉斯壳体的形式的复合提取器3930-1的第一部分提取的强度分布的中心部分。在该示例中，该强度分布的中心部分成形为90°锥体。部分2，不在中心锥体中的强度分布的平衡通过复合提取器3930-2的光导向侧面波导至光导3935-2/3935-2’的出射表面。在该示例中，反射体3945连同散射元件3920形成ASLV发光装置3900的回收包封体3940，该反射体3945延伸到光导3935-2/3935-2’的出射表面。以这种方式，由散射元件3920散射到光导3930-2中的光经由(i)在引导表面3937处的TIR和(ii)在反射体3945的延伸部处反射而被引导至出射表面3935-2/3935-2’。
光导3935-2/3935-2’的出射表面的形状决定由ASLV发光装置3900输出的强度分布的部分2。以这种方式，复合提取器的出射表面包括出射表面3935-1的对应于复合提取器3930-1的维尔斯特拉斯部分的中心部分和出射表面3935-2、3935-2’的对应于光导3930-2的输出表面的侧部。复合提取器3935-1、3935-2/3935-2’的出射表面的这两个部分能够产生由ASLV发光装置3900输出的光的双模强度分布。例如，光导3935-2’的出射表面的特定构造能够产生相对于光轴以95-110度离开的光的略向后定向的锥体以便照亮顶棚的大部分。
在一些实施例中，从散射元件3920发射的光被分成径向对称的多于两个部分或被分成导致在垂直于光学z轴的方向(x或y)上的椭圆形或其它不对称的强度分布的部分。
在使由ASLV发光装置3900输出的光图案成形方面存在一些自由度。例如，如上文所描述的，复合提取器3930-1的中心部分的角度决定中心锥体到侧面强度分布的比率。能够改变复合提取器3930-1的维尔斯特拉斯部分的外半径和厚度以最佳化轴向准直(沿着z轴)。来自引导侧光的提取器元件3930-2的光导的轴对称偏差可以被用来提供侧光的各种分布图案。用于侧光的出射表面3935-2/3935-2’的形状或表面纹理能够被用来定制被引导的侧光的强度分布。在图39所示的示例中，光导3935-2的出射表面的第一部分相对于ASLV发光装置3900的光学z轴以预定的角度被布置，并且光导3935-2’的输出表面的第二部分以与该预定的角度不同角度被布置并且被构造成具有非零光学功率。
图40示出具有包括中心部分4030-1和光导4030-2的复合提取器元件的另一个ASLV发光装置4000。在该示例中，ASLV发光装置4000的复合提取器4030-1的中心部分跨越约60°的锥体角度。而且，中心部分4035-1的出射表面满足维尔斯特拉斯条件。在该示例中，连同散射元件4020形成ASLV发光装置4000的回收包封体4040的反射体4045延伸到光导4035-2/4035-2’的出射表面。此外，光导4037的引导表面涂有反射层。以这种方式，由散射元件4020散射到光导4030-2中的光经在引导表面4037处的反射和在反射体4045的延伸部处的反射而被引导至出射表面4035-2/4035-2’。
光导4035-2的出射表面的第一部分包括透镜阵列，例如，蝇眼透镜，并且光导4035-2’的出射表面的第二部分被构造成使输出光漫射。例如，出射表面4035-2’的第二部分被构造成包括凹陷、划痕、坑等。
图41示出ASLV发光装置4100的复合提取器4130-1的中段的制造方法的示例。第一步涉及模制侧提取器4130-2和中心提取器4130-1。侧提取器4130-2包含半球形包封体4140，散射元件4120将被放置在该半球形包封体4140中。此外，侧提取器4130-2包含对准凹陷4125，在该对准凹陷4125处，中心提取器4130-1将与该侧提取器4130-2相匹配。接着，能够使上部反射层4137蒸发或胶合在侧提取器4130-2上。接着，能够将散射元件4120沉积在包封体4140中。接着，能够将底部反射层4145与适当的参考点胶合，以确保反射体中的孔4105对准光学z轴。装配的最终步骤涉及中心提取器4130-a到侧提取器4130-2在凹陷4125处的无空隙胶合。侧提取器4130-2的出射表面能够被模制，或者如果它们的结构与柔性胶带一致，则出射表面能够使用无空隙折射率匹配胶合物被胶合到侧壁。
使用复合提取器(如上文结合图39-40所描述的)的ASLV发光装置可以比使用常规设计的发光装置更加有效。ASLV设计可以避免使光(例如，蓝色和其它颜色)的50％或更多向后散射到LED芯片中，并且避免与提取效率相关的损耗。在ASLV发光装置(比如，如上文结合图2A所描述的)的维尔斯特拉斯壳体几何结构中，事实上所有后向散射光通过一次且仅一次反射被反射回到散射元件中。后向散射光的约10％(取决于几何结构)的仅一小部分可能被吸收地撞击芯片或其它封装相关的表面。
此外，使用复合提取器(如上文结合图39-40所描述的)的ASLV发光装置可以比使用常规设计的发光装置小。ASLV回收包封体的半径对于包含1x1mm2芯片的Rebel类型的灯可以小至5mm，对于3x3mm2芯片阵列可以小于8mm。取决于中心提取器对准机构的设计，侧向光导或侧提取器的厚度能够小至腔体半径加2mm。
此外，使用复合提取器(如上文结合图39-40所描述的)的ASLV发光装置可以比使用常规设计的发光装置更加模块化。虽然能够在100-500lm应用中使用一个芯片1x1mm2，但是取决于预期寿命，3x3mm2阵列能够用于2-3klm应用。此外，多个ASLV装置能够在一维或二维阵列中被使用以满足各种应用的设计需求。
此外，使用复合提取器(如上文结合图39-40所描述的)的ASLV发光装置可以比使用常规设计的发光装置更具设计灵活性。在25-64mm2的截面源面积和在3-6°sr的范围内的功能良好且可预测的辐射图案的情况下，在设计对于各种应用的强度分布图案上具有许多灵活性。
而且，使用复合提取器(如上文结合图39-40所描述的)的ASLV发光装置可以比使用常规设计的发光装置具有更低的成本。发光***(在不安装的情况下)的成本一般由以下方面决定：(a)源成本，(b)电压转换器或镇流器，(c)部件及其装配所需的精确度和(d)最终包封体的大小和重量。LED源与基于ASLV的光谱独立强度分布的组合给出对于(a)和(c)的一个低成本解决方案。预期LED的低功耗最后导致(b)的最低成本。出于炫光控制原因，最终包封体(d)可以仍旧必须与常规照明一样大，但是强度分布的优等内部控制可以使得包封体规格不太严格，并且因此，显著更便宜并且导致更好的强度分布控制。
当前，荧光灯管广泛用于室内空间的一般照明。能够仿效或提高这些管的强度分布的任意有效的SSL源对于照明工业而言引起极大的兴趣。
虽然前述实施例中的许多是绕例如z轴的轴旋转对称的，但是其它构造也是可能的。例如，合并上文描述的实施例的特征的ASLV发光装置可以是沿着y轴被加长的ASLV发光装置。因此，不是装置的x-z截面为可旋转不变的，而是延伸装置的x-z截面在延伸部的方向上，例如在y轴方向上能够为可平移不变的。
如先前所讨论的，还设想到ASLV发光装置的加长实施例。例如，合并具有常规荧光灯管的形状因子的、上文描述的实施例的特征的ASLV发光装置是可能的。图42示出具有绕z轴旋转对称的多个散射元件4220和普通加长提取器元件4230的加长ASLV发光装置4200的示例。在该示例中，对于每个单一LED 4210或LED 4210的集群，提取器元件4230由具有凹陷4240的半圆柱形杆构成。具有散射元件4220在内部上且气隙4240在磷光体和LED之间的半球形凹陷4240代表混合ASLV装置。在径向平面x-z中，混合ASLV装置就像上文结合图2A描述的ASLV装置那样操作。以这种方式，通过混合ASLV装置传播的大多数光在x-z平面中第一次经过时被透射。
在纵向方向上(沿着y轴)，来自散射元件4220的散射光的大部分能够作为波导模式被困在提取器元件4230中。为了将这些波导模式转换成逃逸模式，在半圆柱形杆的后侧上的反射体4245被构造成具有显著程度的散射率，即，10-50％。例如，可商购反射体能够从12-82％散射率维持97％反射率。在对散射率的适当选择下，能够得到在半圆柱形提取器4230的后侧反射体4205上具有不多于3-5次反射的设计。基于全向荧光管，具有前向偏置角分布(在z-方向上)的这样的ASLV发光装置4200对于灯具损耗能够是优异的。
图43示出具有加长散射器元件4320和加长提取器元件4330的ASLV发光装置4300。在该示例中，提取器元件4330由半圆柱壳构成，且在ASLV发光装置4300的整个长度上在内部上具有磷光体覆盖层(其形成加长散射元件4320)。在ASLV发光装置4200中遇到的在纵向方向(沿着y轴)上的相同的模式转换问题在ASLV发光装置4300中也存在。然而，在97-98％的反射率和从5-82％的散射率的可用范围下，据信，线性管的优越性能是可达到的。
为了避免半圆柱形杆/壳体在挤出/模制期间以及在操作期间的温度范围内弯曲，ASLV发光装置4300能够被制造为四个1ft件，比如，该四个1ft件安装到覆盖发光装置4300的整个长度的坚硬的挤压成型的4ft散热器(例如，用Al制造)。
ASLV发光装置4200的磷光体消耗相对于ASLV发光装置4300而言低s/2R的比率，其中，s表示LED之间的或LED集群之间的距离，并且R表示凹陷/群(4240/4340)的内半径。
3600lm管的线性光均匀性每纵尺(linear foot)能够用4-6个元件来实现，使得LED间距在3英寸和4英寸之间。以这种方式，每LED或LED集群需要150-225lm。以如今的性能，上述规格能够以2W可商购LED泵实现。
在一些实施例中，光子从提取器4330返回到散射元件4320中的减少(例如，最小化)重新输入可能是有益的。在ASLV发光装置4300中，例如，如果散射元件4320沿着管4330的整个长度覆盖圆柱形表面，则在提取器元件4330内在纵向方向上(沿着y轴)传播的光子具有通过TIR回到该散射元件4320中的极高可能性。在ASLV发光装置4200中，在下一个LED位置处的散射元件4220’相对于给定LED位置的散射元件4220相对遥远，并且因此，起源于给定LED的散射元件4220的纵光子在到达下一个LED位置之前具有从管4230被赶出(kickout)的良机。因此，ASLV发光装置4200可以具有比ASLV发光装置4300低的磷光体相关损耗。
如果起源于ASLV发光装置4300中的散射元件4320处的光经历一些TIR反射回到磷光体元件4330中，则它将耗尽蓝色光子，并且光的光谱成分将随着在纵向方向上(沿着y轴)离蓝色泵的距离而朝较低的CCT改变。当LED间距很短，即圆柱形提取器元件4330的外直径的1-2倍时，这种CCT改变的量可能不足为虑。但是，当以6英寸或更大的间距使用少量功率LED时，这种CCT改变量可能成为问题。因此，在具有约6英寸或更大的LED间距的实施例中，沿着ASLV发光装置4300的长度补偿光谱变化(例如，通过沿着其长度改变提取器元件4330的构成和/或通过将附加扩散源引入到ASLV发光装置4300中)可能是有益的。
其它实施例在所附权利要求中。
Claims (10)
1.一种发光装置，包括：
一个或多个发光元件，所述一个或多个发光元件被构造成在操作期间发光；
第一光学元件，所述第一光学元件具有第一表面，所述第一表面与所述一个或多个发光元件间隔开，并且定位成接收来自所述一个或多个发光元件的光，所述第一光学元件包括散射中心，所述散射中心被布置成使来自所述一个或多个发光元件的光大致各向同性地散射并且提供散射光；和
第二光学元件，所述第二光学元件由具有出射表面的透明材料形成，所述第二光学元件与所述第一光学元件相接触，在所述第一和第二光学元件之间在接触位置处存在光学界面，所述光学界面与所述第一光学元件的所述第一表面相反，所述第二光学元件被布置成通过所述光学界面接收所述散射光的一部分；
其中：
所述装置包括与所述第一光学元件的所述第一表面相邻的具有折射率n0的介质，并且所述第一光学元件包括具有第一折射率n1的材料，其中，n0<n1；
所述透明材料具有折射率n2，其中，n0<n2；
所述出射表面是被成形为使得直接撞击在所述出射表面上的所述散射光在所述出射表面上的入射角小于布儒斯特角的透明表面；并且
所述发光装置通过所述出射表面输出所述散射光的一小部分。
2.根据权利要求1所述的发光装置，其中，所述强度分布成形为匹配次级光学***的输入要求。
3.根据权利要求1所述的发光装置，其中，所述组合被构造成控制所述强度分布的峰强度的方向。
4.根据权利要求1所述的发光装置，其中，所述第一光学元件具有三个不同的正交尺寸。
5.根据权利要求1所述的发光装置，其中，所述第一光学元件具有两个相等的正交尺寸。
6.根据权利要求1所述的发光装置，其中，所述第一光学元件具有三个相等的正交尺寸。
7.根据权利要求1所述的发光装置，其中，所述第一光学元件是限定包封体的壳体，来自所述一个或多个发光元件的光发射到所述包封体中，其中，所述壳体成形为使得来自所述第一表面的至少一些光通过所述包封体直接传播到所述第一表面。
8.根据权利要求7所述的发光装置，其中，所述壳体相对于所述包封体具有凹形形状。
9.根据权利要求8所述的发光装置，其中，所述壳体具有椭球形形状。
10.根据权利要求9所述的发光装置，其中，所述椭球形形状是扁长的或扁圆的。
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