光束整形发光模块制造技术

提供了一种具有至少一个发光元件(3)和波长转换元件(5)的发光模块(1)，其中发光元件(3)被布置为发射主波长的光，波长转换元件(5)被布置成距至少一个发光元件(3)一定距离。波长转换元件(5)被布置成将主波长的光的至少一部分转化成次波长的光。进一步，模块(1)包括第一光学部件，其在背离发光元件(3)的表面上具有表面结构(11)。以小角度入射到第一光学部件(7)上的光线被反射，以及以大角度入射到第一光学部件(7)上的光线被透射且弯向第一光学部件(7)的法线。本发明专利技术的有利之处在于它提供紧凑且高效的光引导模块。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】光束整形发光模块
本专利技术涉及照明装置的领域。更具体地，本专利技术涉及包括发光元件和布置在距离发光元件一定距离的波长转换元件的发光模块。
技术介绍
通过利用蓝色发光二极管(LED)结合波长转换层诸如磷光体层可以实现白光照明，该磷光体层吸收部分蓝光和将其转化成波长更长的颜色。在输出光中不同波长被组合，导致白光。然而，该方法存在许多问题。一个问题源自以下事实，即来自波长转换层的输出光将具有在不同方向的不同颜色组成。特别地，与在大角度发射的光相比较，在小角度发出的输出光通常具有更高比例的蓝光，而在大角度发射的输出光通常具有更高比例的黄色光。有时这被称为“黄圈问题”。美国US2010064177A公开一种LED组件，其旨在解决黄圈问题同时不会降低LED组件的效率。该组件包括LED管芯、磷光体层和滤光层。该滤光层以使得从LED管芯发射的波长大约400nm到500nm,优选地大约420nm到490nm的光线依赖于其相对于滤光层的法线的发射角而至少部分地被反射的方式来形成。波长转换层可以放置在LED芯片的顶部。然而，为了实现更高效率和更少的由于热效应导致的颜色偏移，波长转换层通常放置在距离LED芯片一定距离处或者远离LED芯片。由于波长转换层定位在距离LED —定距离处，所以波长转换层的尺寸大于LED的发光部件。具有远程波长转换元件的LED光源的缺陷是所发射的光比诸如白光LED的更小光源的光更难使用紧凑型系统进行准直。
技术实现思路
本专利技术的目标是克服或至少缓解以上所述的问题，和提供改进的发光模块。特别地，本专利技术的目标是提供减少黄圈问题的同时引导所发射的光的紧凑且高效发光模块。根据本专利技术的构思，通过包括至少一个发光元件的发光模块可以实现这个和其他目标，其中至少一个发光元件被布置为发射主波长的光，至少一个发光元件中的每个发光元件具有发光区域；波长转换元件，布置在距至少一个发光元件的以下距离处，该距离即至少一个发光元件的至少最小发光区域的宽度，该波长转换元件布置为将主波长的光的至少一部分转化成次波长的光；以及第一光学部件，其被定位成使得波长转换元件位于至少一个发光元件和第一光学部件之间，其中第一光学部件在背离至少一个发光元件的表面上具有表面结构，其中表面结构被布置成使得以落在以第一光学部件的法线为中心的预定入射锥内部的角度入射到第一光学部件的光线被反射，以及以落在预定入射锥外部的角度入射到第一光学部件的光线至少部分地被透射和弯向法线，从而落在以发光模块的光轴为中心的发射锥内部。预定入射锥是以第一光学部件的法线为中心的虚锥。法线应解释为第一光学部件在光线的入射点处的法线。预定锥为每个入射面定义预定角度，使得以小于预定角度的角度入射的光线被第一光学部件反射，和以大于预定角度的角度入射的光线被第一光学部件至少部分地透射和弯曲。应当注意，对于大于预定角度的角度，存在角度的过渡区间，在该过渡区间中光线在表面结构处被部分地透射和部分地反射。这是因为从反射到透射的过渡是连续过渡。预定入射锥一般可以具有任意底部形状或横截面形状。底部或横截面的形状取决于第一光学部件的表面结构的几何形状。发射锥是以发光模块的光轴为中心的锥。发射锥可以一般具有任意横截面形状，且该形状是由第一光学部件的几何形状和其表面结构确定的。发射锥对应于从发光模块输出的光束的形状。专利技术人已经认识到，通过提供具有表面结构的第一光学部件，从模块发射的光得以以紧凑且高效的方式被引导。更精确地说，第一光学部件向后朝着波长转换元件重定向部分光，在该波长转换元件处光获得被吸收、转化或散射的第二次机会。特别地，落在预定入射锥内部的第一光学部件上的光，即以小角度落在第一光学部件上的光被反射并且因此朝着波长转换元件重定向。该光通常具有主波长。以这种方式，由于主波长的部分光被波长转换元件再循环，所以波长转换元件的波长转换层可以制造得更薄或具有更低浓度的波长转换材料。因此，由于当波长转换层制造得更薄时光透射增加，发光模块的效率得以提高。而且，由于发光模块在小角度发射的输出光中的主波长光的比例被减少，所以解决或减轻黄圈问题。进一步，由于第一光学部件的表面结构，以落在入射锥外部的角度(即大角度)入射到第一光学部件的光束，被透射并且弯向法线以落在发射锥内部。因此，第一光学部件用于引导发射的光和将发射光限制到发射锥。第一光学部件可以具有大约与波长转换元件相同的尺寸。因此，发光模块可以制造成小型化的。这是与其中使用准直光学元件以限制输出光的传统的光引导模块或聚光灯相比较。由于扩展守恒定律，该准直光学系统的直径需要显著大于波长转换元件。本专利技术的优势进一步在于，较少或没有散射粒子被添加至波长转换元件。通常，为了降低黄圈问题，散射粒子被添加至波长转换元件，从而降低主波长光沿着正向的透射。如上所述，通过提供第一光学元件，朝着正向的主波长光的比例降低，并且因此额外的散射粒子的需求降低。进一步，由于波长转换层可以制造得更薄，所以波长转换材料的成本可以得以降低。更进一步，由于第一光学部件截断以剪切光线角度发射的光，以将光束引导至发射锥，因而降低眩光。可以布置表面结构，使得第一光学部件反射以落在发射锥外部的角度入射到第一光学部件的背离发光元件的一侧的环境光线，从而从落在发射锥的外部的观察角度，波长转换元件不可见。当发光模块关闭时，波长转换元件可能原本具有不理想的外观。例如，在包括诸如YAG =Ce的磷光体的情况中，波长转换元件可以具有黄色外观。因此，有利的是，从斜视角度无法看到波长转换元件。通过改变表面结构的形状，输出光的光束形状可以改变。在一个实施例中，表面结构包括多个结构，其中每个结构跨第一光学部件以第一方向延伸，以及其中每个结构的横截面具有沿着第一方向的恒定形状。例如，多个结构可以包括以第一方向延伸的脊。发光模块可以进一步包括定位在第一光学部件的背离波长转换元件的一侧上的第二光学部件，其中第二光学部件在背离波长转换元件的表面上具有表面结构。有利的是，通过具有多于一个的光学部件，输出光束的形状的可能变化次数得以增加。例如，第一光学部件和第二光学部件的表面结构可以包括分别以第一方向和第二方向延伸的脊，其中第一光学部件和第二光学部件的脊相互成角度布置。通过改变第一光学部件和第二光学部件之间的角度，输出光束的形状，也就是发射锥的形状可以改变。例如，在两个光学部件的脊相互成直角布置的情况下，可以获得具有基本方形横截面的输出光束。波长转换元件可以具有弯曲形状，第一光学部件可以布置在波长转换元件上。因此，当波长转换元件具有弯曲形状时，还可能限制输出光束中光线的角度。表面结构可以进一步包括以二维图案布置的多个结构。例如，多个结构可以包括棱锥结构或棱柱结构。有利的是，通过只利用一个光学部件，可以改变输出光束的形状。为了进一步提高发光模块的效率，可以进一步布置表面结构，使得源自以落在入射锥内部的角度入射到第一光学部件上的光线的反射光线相对于入射光线转移一定距离，其中相对于入射光线的该距离大于至少一个发光元件的发光区域的几何范围。利用该布置，反射光线不会被引导回发光元件的发光区域，在该发光区域将部分吸收反射光线。因而效率得以提高。例如，表面结构的最小几何尺寸可以大于至少一个发光元件的发光区域的几何范围。注意的是，本发本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种发光模块(1)，包括：至少一个发光元件(3)，被布置为发射主波长的光，所述至少一个发光元件(3)中的每个具有发光区域；波长转换元件(5)，被布置在距所述至少一个发光元件(3)的以下距离，该距离即所述至少一个发光元件(3)的至少最小发光区域的宽度，所述波长转换元件(5)被布置成将至少一部分所述主波长的光转化成次波长的光；以及第一光学部件(7)，其被定位成使得所述波长转换元件(5)定位于所述至少一个发光元件(3)和所述第一光学部件(7)之间，其中，所述第一光学部件(7)在背离所述至少一个发光元件(3)的表面上具有表面结构(11)，其中，所述表面结构(11)被布置成使得以落在以所述第一光学部件(7)的法线(N，N1，N2)为中心的预定入射锥(25)内的角度入射到所述第一光学部件(7)上的光线被反射，以及以落在所述预定入射锥(25)之外的角度入射到所述第一光学部件(7)上的光线至少部分地被透射且弯向所述法线(N，N1，N2)，从而落在以所述发光模块(1)的光轴(A)为中心的发射锥(15)内。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2011.12.07 US 61/567,6701.一种发光模块(I)，包括: 至少一个发光兀件(3),被布置为发射主波长的光,所述至少一个发光兀件(3)中的每个具有发光区域； 波长转换元件(5)，被布置在距所述至少一个发光元件(3)的以下距离，该距离即所述至少一个发光元件(3)的至少最小发光区域的宽度，所述波长转换元件(5)被布置成将至少一部分所述主波长的光转化成次波长的光；以及 第一光学部件(7)，其被定位成使得所述波长转换元件(5)定位于所述至少一个发光元件(3)和所述第一光学部件(7)之间， 其中，所述第一光学部件(7)在背离所述至少一个发光元件(3)的表面上具有表面结构(11)， 其中，所述表面结构(11)被布置成使得以落在以所述第一光学部件(7)的法线(N，N1，N2)为中心的预定入射锥(25)内的角度入射到所述第一光学部件(7)上的光线被反射，以及以落在所述预定入射锥(25)之外的角度入射到所述第一光学部件(7)上的光线至少部分地被透射且 弯向所述法线(N，NI, N2)，从而落在以所述发光模块(I)的光轴(A)为中心的发射锥(15)内。2.根据权利要求1所述的发光模块，其中所述表面结构被进一步布置成使得所述第一光学部件反射以落在所述发射锥之外的角度入射到第一光学部件上的背离所述发光元件的一侧的环境光的光线，从而从落在所述发射锥之外的观看角度，所述波长转换元件不可...

【专利技术属性】
技术研发人员：F·H·扎恩，S·L·戈尔德巴赫，M·P·J·皮特斯，R·C·布罗尔斯玛，A·L·威杰尔斯，
申请(专利权)人：皇家飞利浦有限公司，
类型：发明
国别省市：荷兰;NL