[发明专利]光发射装置和集成所述光发射装置的照明设备

说明书

一种光发射装置包括：透镜，所述透镜具有折射率n、具有半径R的球面出射面；以及发光元件，所述发光元件被定位成使所述发光元件的发射面的边缘的至少一部分位于与所述出射面相对的具有半径R/n的球面上，由此所述发射面的所述边缘的所述部分由所述球面出射面等光程地成像。所述光发射装置还可包括一个或多个反射侧壁，所述一个或多个反射侧壁被布置来在从所述发光元件发射的光的一部分由所述出射面折射之前使其反射。还提供一种照明设备，所述照明设备集成有外壳和这种类型的光发射装置，所述照明设备可包括一个或多个附加光学元件，诸如用于进一步引导来自所述光发射装置的光并使其成形的反射器或透镜。

背景

1.发明领域

本发明涉及用于照明的光源，并且更具体地涉及光发射装置和具有改变来自发光元件的光分布的折射面和反射面的照明设备。

2.背景技术

光发射元件(LEE)在现代社会中无处不在，用在从普通照明(例如，灯泡)到照明电子信息显示器(例如，LCD的背光源和前光源)到医疗装置和治疗设备的应用中。包括发光二极管(LED)的固态照明(SSL)装置越来越多地被各个领域采用，特别是与白炽灯和其他常规光源相比具有低功率消耗、高发光效能和长寿命的前景。照明设备是提供用于将一个或多个光发射元件固持、定位、保护和/或连接到电源的装置的照明单元，并且在一些情况下分布由LEE发射的光。

越来越多地用于照明设备的LEE的一个实例是所谓的“白光LED”。常规的白光LED通常包括发射蓝光或紫外光的“泵浦”LED和磷光体或其他发光材料。所述装置经由以下方式来生成白光：通过磷光体将来自LED(称为“泵浦光”)的蓝光或UV光的一部分降频转换成具有红色、黄色或绿色波长或比泵浦光长的波长组合的光，并且使来自泵和磷光体的具有这些各种波长的光混合。此类白光LED装置也称为磷光体转换LED(pcLED)。与其他类型的照明设备相比，尽管由于光转换会经受一些损耗，然而pcLED的各个方面具有降低的复杂性、更佳的成本效率和基于pcLED的照明设备的耐久性的前景。在常规的pcLED中，磷光体通常直接涂覆在泵浦LED的半导体晶粒上或悬置在非常接近于LED晶粒封装内的半导体晶粒的密封剂内。在此位置，磷光体经受半导体晶粒的高工作温度，并且难以设计和制造具有极好的角度颜色均匀性的晶粒封装。

最近，已将光源引入较大衬底中，磷光体涂覆在所述较大衬底上或悬置在其内，所述磷光体在空间上与LED晶粒封装分开一定距离而不是使其接近所述晶粒。这种配置可被称为“远程磷光体”。增加磷光体与泵浦LED的间隔提供以下许多潜在益处，包括：更佳的颜色控制、更高的系统效率和发光效能、更低的工作温度-从而得到更高的可靠性(照明维持率)和颜色稳定性、用于使发射表面成形的设计自由度和来自较大的发射表面的更低眩光。远程磷光体方法使用于普通照明的高功率和高效率固态光源快速进步。结合与LED光源自身相关联的照明效能的改善，仍存在对需要以高效率引导光的改进的光学器件的需要，所述光学器件是能量效率的另一个部件。

通常与例如放置在所谓的“混合室”中的泵浦LED阵列一起封装的大面积远程磷光体元件相当于朗伯发射表面，所述朗伯发射表面当放置在几乎没有用于使光分布成形的光学器件(即，LED封装外部的光学器件)的简单照明设备中时有利于广角环境照明。而与更多点状、早期生成白光的LED相比，设计和制造用于调整来自这些扩展源发光元件的光分布的有效光学器件是更加困难的，尤其是对于在光束边缘处需要较窄光束图案或陡峭切断的应用而言。用于制造较窄或较陡图案的某些常规方法产生不需要的效率损失，因为来自发光元件的一些光被阻挡而不是重新导入所期望的光学图案中。类似地，使用常规成像光学器件来生成图像形成设计(即使是由经验丰富的从业者来进行)通常产生具有大尺寸并且具有明显小于最大可能光学效率的效率的系统。目前，相对较小比例的设计师精通非成像光学的年轻专业，作为光发射装置和用于照明的照明设备的相关学科，所述专业严格地分析并实现获得效率的最大热力学极限的设计。另外，大部分非成像光学理论文献与光收集集中器而不是光发射装置有关。用于LED和照明设备的光学器件的设计因此在某种程度上滞后于高功率LED光源自身的快速进步。