[发明专利]颜色校正光学元件

说明书

技术领域

本发明涉及光学元件。具体地，本发明涉及用于将从波长转换元件发出的光重新定向的光学元件。

背景技术

使用用于提供白光的发光二极管(LED)的照明系统就要在光输出、光量和效率方面超越诸如荧光灯之类的传统照明技术。

然而，难以生产在期望的色温度下发出具有统一颜色的白光的LED。因此，通常使用各种类型的波长转换元件转换由LED发出的光。举例来说，发出蓝色光谱区的光的LED通常与黄色磷光体材料结合，用于实现白光。从LED进入磷光体的光经历波长转换，并且转换度与光穿过磷光体的距离有关。因此，从磷光体元件发出的光的波长取决于光源和磷光体元件的发光表面之间的距离。因此，假设磷光体元件具有平的发光表面，颜色输出依赖角度。

与基本上平行于表面发出的较黄的光相比，依赖角度的颜色输出将导致从磷光体元件的表面以接近于表面法线的角度发出的光更接近蓝色光谱端。这种颜色变化现象被称为颜色随角度(CoA)变化。CoA变化是不期望的，因为其在来自磷光体元件的光输出中产生环状效应，其中可能围绕优选白光波束的边缘看到黄色的环。

已经尝试了用于CoA校正的几种不同的方法，以便克服上述效应，诸如通过将磷光体层分级或使用二向色滤光器。然而，这些方法会降低效率并增加复杂性，并从而增加照明系统的制造成本。另一个提出的解决方法为在准直结构的顶部引入微结构。

发明内容

考虑到现有技术的上述及其他缺点，本发明的目的是提供改进光学元件以用于颜色随角度校正。

根据本发明的方面，通过用于使光重新定向的圆形对称光学元件来实现这个及其他目的，该光由光源发出通过波长转换元件，其中从波长转换元件发出的光具有依赖于从波长转换元件的发出角度的平均颜色c_A和波长分布，其中具有平均颜色c_A的光具有发出角度t_A，光学元件包括：第一光学部分，被配置为接收从波长转换元件的发出角度小于t_A的光并且将该光重新定向；和第二光学部分，被配置为接收从波长转换元件的发出角度大于t_A的光并且将该光重新定向，其中第一和第二光学部分被单独配置，以便对于光学元件的每个经选择的耦出(out-coupling)角度的光，存在由第一光学部分接收并重新定向到光学元件的经选择的耦出角度的光，并且存在由第二光学部分接收并重新定向到从光学元件的经选择的耦出角度的对应光，以便如远场中看到的从光学元件发出的总光束具有均一(homogeneous)颜色。

本发明基于如下认识：通过光学元件可以实现改进的CoA校正，该光学元件将波长比平均颜色短的光与波长比平均颜色长的光结合，以这样的方式以便如远场中看到的从光学元件发出的光具有均一颜色。通过基于从波长转换元件发出的光的波长分布和通量分布来计算光学元件的第一和第二部分的形状，可以实现这种光学元件。因此，可以针对呈现CoA变化的任意光源和波长转换元件的组合实现提供改进的CoA校正的光学元件。

光学元件是圆形对称的，意指其呈现围绕中心轴的旋转对称。此外，光学元件优选关于波长转换元件布置，以便中心轴与波长转换元件的中心对准，波长转换元件也被假设为圆形对称。然而，波长转换元件可以具有任意形状，只要从元件发出的光的波长分布和通量分布为基本上圆形对称的。波长转换元件可以由单个层或由磷光体或荧光陶瓷的堆或混合物形成，并且光源例如可以是蓝色发光二极管(LED)。然而，总体的发明构思同样适用于其他类型的光源，诸如例如UV二极管。黄色磷光体波长转换材料的所得效果是将由LED发出的在蓝色光谱端的光转换为波长在黄色区域的光。由于波长转换度与光在波长转换元件中行进的长度成比例，发出光的波长分布与从元件的发出角度成比例。

针对光源和由CIE1931XY色空间中线性的颜色与角度关系所描述的波长分布的波长转换元件的组合，来描述光学元件。