[发明专利]光束整形发光模块

说明书

技术领域

本发明涉及照明装置的领域。更具体地，本发明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。

背景技术

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一定距离处，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。

发明内容

本发明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，本发明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。

根据本发明的构思，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。

发明人已经认识到，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。