[发明专利]光源

说明书

技术领域

本说明书涉及光源，具体地讲涉及具有改善效率的光源以及用于制备此类光源的方法。

发明内容

在一个方面，本专利申请提供了光源。所述光源包括单片式发射半导体器件和小透镜的阵列两者，其中小透镜以机械和光学两种方式被耦合到单片式器件上。单片式器件包括局部光发射区域的阵列，其中每一个区域与给定的具体小透镜相对应。每一个小透镜具有表观曲率中心、表观焦点、曲率半径(R)和基部直径(D)。局部光发射区域位于表观曲率中心(C_a)与表观焦点(f_a)之间沿着光轴的位置处。如果将两个位置之间的距离归一化为零(在C_a处)至一(在f_a处)，那么光发射区域位于该归一化部分上方的光轴上大于零且小于以下函数的点处：-3.6×(R/D)+2.75。每一个光发射区域的直径相当于对应小透镜的基部直径的三分之一或更小。

在另一方面，本专利申请提供了半导体光源。所述光源包括局部光发射区域的单片阵列和小透镜的阵列。每一个小透镜的阵列与发射区域成一对一的关系，并光学耦合到发射区域上。另外，每一个小透镜具有曲率半径(R)、基部直径(D)、表观焦点(f_a)和表观曲率中心(C_a)。发射区域设置在单片阵列中，使得R/D为小于(光轴上从C_a到f_a的负归一化距离的四分之一)+0.8。每一个发射区域的直径相当于与其光学耦合的小透镜的基部直径的三分之一或更小。

在另一方面，本专利申请提供了光源。所述光源包括单片式发射半导体器件和小透镜的阵列。小透镜以光学和机械方式被耦合到单片式器件上，并且其折射率在1.8与3.5之间。单片式器件具有局部光发射区域的阵列，其中每一个区域与给定的小透镜相对应。小透镜各自具有表观曲率中心(C_a)、表观焦点(f_a)、曲率半径(R)和基部直径(D)，其中R/D在0.5与0.75之间。发射区域设置在它们所对应的小透镜的C_a与f_a之间。另外，每一个发射区域的直径的尺寸被设定为其对应小透镜的基部直径的三分之一或更小。

在第五个方面，本专利申请提供了用于确定局部光发射区域相对于光学耦合小透镜的位置的方法，以便优化发射光的准直和效率。所述方法包括将发射区域设置在小透镜的表观焦点(f_a)与小透镜的表观曲率中心(C_a)之间。从C_a朝向f_a设置的具体距离为总距离的这样的百分比，该百分比为大于零并小于(-3.6×(R/D)+2.75)，其中D为光学耦合光发射区域直径的至少3倍。

在第六个方面，本专利申请为用于确定局部光发射区域相对于光学耦合小透镜的位置的方法，以便优化发射光的准直和效率。所述方法包括将发射区域设置在小透镜的表观焦点与小透镜的表观曲率中心之间。用发射区域与小透镜材料之间的折射率差值来确定从表观曲率中心朝向表观焦点设置的距离百分比。

在另一方面，本专利申请涉及用于形成光源的方法。所述方法包括：首先提供具有局部光发射区域的阵列的单片式发射半导体器件。第二步是将小透镜的阵列形成到单片式器件的光输出表面上，其中每一个小透镜与给定的发射区域相对应。小透镜被形成为使得曲率半径除以小透镜基部直径为小于0.75，并且使得小透镜的表观焦距和小透镜的表观曲率中心围绕发射区域。发射区域设置在表观曲率中心与表观焦点之间。另外，每一个光发射区域的直径相当于对应小透镜的基部直径的三分之一或更小。

在最后一个方面，本专利申请提供了光源。所述光源包括具有第一折射率的单片式发射半导体器件和具有第二折射率的小透镜的阵列。小透镜以光学和机械方式被耦合到单片式器件上。第二折射率与第一折射率之比在0.6与1.5之间。单片式器件具有局部光发射区域的阵列，其中每一个区域与给定的小透镜相对应。小透镜各自具有表观曲率中心(C_a)、表观焦点(f_a)、曲率半径(R)和基部直径(D)，其中R/D在0.5与0.75之间。另外，发射区域设置在它们所对应的小透镜的C_a与f_a之间。最后，每一个发射区域的直径相当于其对应小透镜的基部直径的三分之一或更小。

附图说明

在整个说明书中参考附图，在这些附图中，相同的附图标记表示相同的元件，并且其中：

图1为具有局部发射区域阵列和小透镜阵列的光源的剖视图。