CN101868864A - 校准发光装置和方法 - Google Patents

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Abstract

提出一种发光装置(1)，该装置包括用于发光的光源(5)和用于在随应用而定的分布中布置发射的光的校准器(40)。该光源包括：(i)能够发光的半导体器件(10)；(ii)本体(20)，具有与半导体器件(10)相邻的底表面(21)和相对顶表面(22)；以及(iii)与顶表面(22)相邻定位的反射器(30)。发光装置(1)的特征在于反射器(30)具有比本体(20)的底表面(21)更大的表面。这尤其有利于用更小校准器产生给定的光束校准，或者可选地有利于产生如下校准器，该校准器产生明显更窄的光束。

Description

校准发光装置和方法
技术领域
本发明涉及一种发光装置，该装置包括光源和用于在随应用而定的分布中布置发射的光的校准器，该光源包括：能够发光的半导体器件；本体，具有与光源相邻的底表面和相对顶表面；以及与顶表面相邻定位的反射器。本发明还涉及一种用于校准光的方法。这样的发光装置和方法具体使用于一般照明光照系统。
背景技术
上述种类的发光器件众所周知并且例如用来产生点光。在校准器与光源的发光特性之间的配合实质上确定随应用而定的光分布。对聚焦的点光的市场需求通常要求它们具有小的光束、具有小的体积并且具有小的校准器出口直径。
已知的发光器件的弊端在于光源发射的一些光线离开装置而不与校准器交互(例如从校准器反射)。这导致相当大的光束发散并且因此导致低的聚焦效率。放大校准器(的长度)形成用于解决这一问题的经典方法。然而这显然有悖于小的体积和出口直径的市场要求。
因此，明显需要在高效产生经校准光束的同时具有小的体积和出口直径的发光装置可用。
发明内容
本发明的目的在于提供一种体积和出口直径特性与校准的光束特性之比提高的上述种类的发光装置。本发明用如权利要求1中限定的发光装置根据第一方面实现这一目的。这一装置的特征在于反射器具有比本体的底表面更大的表面。有利地，这允许用更小校准器产生给定的光束校准，或者——可选地——产生如下校准器，该校准器产生明显更窄的光束。
本发明提供一种优点在于允许使短得多的校准器用于相同校准量的发光装置。可选地，相同校准器尺寸实现更佳校准。实质上，仍然仅与校准器交互的边界光线确定所需校准器长度。提供表面比本体的底表面更大的反射器减少光源的发光立体角度。有利地，反射器实质上限定立体角度。将校准器与减少的立体角度匹配实现更小的校准器体积和出口直径。因而，尤其是需要高度校准的光束的应用受益于本发明，因为这些本来必然要求很长的校准器、即以复合抛物线集中器的长度的相同数量级。
在本发明的一个实施例中，本体具有侧表面，该侧表面的至少部分与底表面成斜角。在发光器件的一个实施例中，斜角小于90°。有利地，斜角产生本体的更大顶表面。这一顶表面可以提供对反射器的支撑。
在发光装置的一个实施例中，本体包括波长转换材料。有利地，这允许将半导体器件发射的初级光的至少部分转换成具有不同波长的次级光。在一个实施例中，提供陶瓷本体作为波长转换本体。有利地，发光陶瓷本体鲁棒并且表现出对温度改变的低灵敏度。
在一个实施例中，发光装置至少包括第二光源。有利地，这允许控制装置在预定光源通量给定时可生成的流明通量。此外，它允许在第二光源发射与第一光源不同的光谱的情况下对装置发射的光进行颜色控制。
在一个实施例中，根据光源相对于校准器的位置来布置反射器表面。有利地，这允许将个别光源的立体角度与校准器匹配。因而，在预定校准器长度和出口直径给定时，根据个别光源的位置来布置它们的反射器表面保证光源的组合立体角度与校准器的立体角度的最佳重叠。
根据第二方面，本发明提供一种用于校准光的方法，该方法包括以下步骤：提供光源，该光源用于发光并且包括半导体器件、本体以及与本体的顶表面相邻的反射器；以及提供用于在随应用而定的分布中布置发射的光的校准器，该方法的特征在于它包括布置反射器以具有比本体的底表面更大的表面的步骤。
根据下文描述的实施例将清楚本发明的这些和其它方面并且参照这些实施例将阐述这些和其它方面。
附图说明
在结合以下附图对示例和优选实施例的下文描述中公开本发明的更多细节、特征和优点。
图1示出了根据现有技术的发光装置。
图2示出了根据本发明的一个实施例。
图3示出了经过本发明一个实施例的示意(部分)横截面。
图4示出了根据本发明的另一实施例。
图5示出了根据本发明的又一实施例。
具体实施方式
图1示出了根据现有技术的发光装置1。它包括光源5、光源连接到的基座90和用于在随应用而定的分布中布置发射的光的校准器40。基座90可以具有附加功能，比如提供用于将装置1构建成某一构造的机械接口、用于向环境耗散光源5生成的热的热接口以及用于向光源5提供功率和控制信号的电接口。校准器40通常在具有支撑结构上包括高等级反射表面(常为铝化膜)，该支撑结构具有适当形状以实现所需的随应用而定的光分布。
光源5包括半导体器件10、本体20和反射器30。半导体器件10通常包括能够生成光的LED。本体20具有与半导体器件相邻的底表面21和相对顶表面22。优选地，它通过(部分地)转换发射的光的波长来提供预定光谱输出。它通常包括波长转换材料，比如荧光体。通常，这些材料基于钇铝石榴石(YAG)、钇铝硅氧氮聚合材料(Yttrium Aluminium Silicon Oxo-Nitride(YSN))、硅铝氧氮聚合材料(Silicon Aluminium Oxo-Nitride)(SiAlON)或者镥铝石榴石(Lutetium Aluminium Garnet(LuAG))。通过使用上述材料将III族氮化物LED发射的‘初级’光转换成峰波长比‘初级’光更长的‘次级’光形成一种众所周知的现有技术。可以选择波长转换材料以获得‘次级’光的特定峰波长。另外，可以选择本体的尺寸和厚度和/或波长转换材料的浓度使得装置1发射的光为‘初级’和‘次级’光的混合物或者基本上仅由‘次级’光构成。优选地，提供发光陶瓷本体作为波长转换本体。
最后，反射器30与本体20的顶表面22相邻定位。通常，本体20以如下立方体或者小板的形式构成柱状发光体，该立方体或者小板具有与底表面21和顶表面22成直角的侧表面23、24。反射在本体20中生成的(并且透射通过本体20的)光，反射器30使它通过侧表面23、24发射。有利地，这允许多数光线51由校准器40布置于随应用而定的分布中。无反射器30将允许多数光通过顶表面22发射并且离开校准器40而无交互。然而在反射器30就位时，仍有相当一部分——比如光线52——将离开校准器40而无交互。这些光线52将有损于所需光分布。使这一问题最小化的经典解决方案是在尺寸上延伸校准器40。然而这使校准器40的体积和出口直径明显增加并且常增加至超出市场要求的程度。
本发明通过提供上述种类的一种发光装置1来赋予解决方案，该装置的特征在于反射器30具有比本体20的底表面21更大的表面。以这一方式，反射器30延伸至本体20以外(见图2)。这实现阻止光线52(如图1中所示)并且使光源5发射的光与校准器40交互，如图2中的光线51和53所示。这里，光线53构成仍然仅与校准器交互的边界射线。有利地，本发明允许短得多的校准器40(更小体积、更小出口直径)用于相同校准量。可选地，相同校准器40的尺寸实现更佳校准。因此，提供表面比本体20的底表面21更大的反射器30减少光源5发光的立体角度。有利地，反射器30实质上限定这一立体角度。将校准器40与这一(减少的)立体角度匹配实现更小的校准器体积和出口直径。因而，尤其是要求高度校准的光束的应用受益于本发明，因为这些本来必然要求很长的校准器、即以复合抛物线集中器的长度的相同数量级。
图3示出了经过本发明一个实施例的示意(部分)横截面。如可从图中辨认，校准器40具有高度H和宽度WC。另外，X限定本体20的底部与校准器的底部之间与校准器40的光轴41垂直的距离。因此，当本体对称地放置于光轴41上时，2X＝2WC-wb，其中wb为本体的宽度。另外，反射器30延伸至本体20的底表面21以外的距离p。最后，本体具有厚度t，该厚度限定本体的底表面21与顶表面22之间的距离。在本发明的一个实施例中，校准器40具有依赖于宽度X的高度H，从而本体20发射的光线与校准器交互。如果H≥Xt/p则将是这种情况。
在一个实施例中，校准器40是抛物线形反射器。它也可以是圆锥或者锥体形(或者本领域中已知的任何其它形状)。虽然上文已经表明校准器40具有允许生成的光离开发光装置1的出口直径——这表明与校准器40的光轴41垂直的圆形横截面——，但是校准器事实上可以具有非圆形横截面，比如多边形或者椭圆形。注意反射器30优选地具有与校准器40的横截面相合的横截面以便最优地匹配于光源5发射的光与校准器40交互的立体角度。这产生一种高效光学设计。校准器40可以平滑地弯曲。可选地，它可以多面。
图4示出了根据本发明的一个实施例。在这一实施例中，本体20具有侧表面23、24，该侧表面的至少部分与底表面21成斜角25。在发光器件的一个实施例中，斜角25小于90°。有利地，斜角产生本体20的更大顶表面22。这一顶表面有利地为反射器30提供支撑。在一个实施例中，斜角25被布置成限定与校准器匹配的立体角度。随着在全半球(2π弧度)内发射从侧面23、24发射的光——本体20通常具有远大于1的折射率——，与本体的表面平行离开它的光线优选地对应于仍与校准器40交互的边界射线53。在这样的实施例中，倾斜侧表面23直线连接底部21和顶部22。可选地，当本体20具有仅一部分成斜角的侧表面24时，边界射线53对应于离开本体在底表面21的一侧而仅穿过反射器30的射线。可选地，侧表面可以凹陷弯曲(未示出)从而在同时限定边界射线53之时允许支撑反射器30。
在图5中所示的本发明一个实施例中，发光装置1至少包括第二光源5。包括适当数目的光源5允许设计发光装置1以发射预定光通量。有利地，这允许控制装置在固定(最大)的光源通量给定时可生成的流明通量。
在一个实施例中，根据相对于校准器40的光源位置来布置光源5的反射器30的表面。尽管光源将在仅包括单个光源5的发光装置1中优选地定位于校准器40的光轴41上，但是在一个多光源实施例中它们将轴外定位。本发明基于如下理解：在校准器尺度(高度和出口直径)给定时将个别光源5的发光立体角度与校准器40匹配产生一种高效光学设计。实质上，因此在一个实施例中反射器30根据光源5相对于校准器40的光轴41的位置来限定光源的立体角度。因此对于各光源可以具体优化关系H≥Xt/p。在一个实施例中，根据光源5相对于校准器40的位置来布置侧面23、24的斜角25。如图5中的光线53明显示出的，这有利地实现发光的立体角度与校准器的匹配。
虽然已经参照上述实施例阐明本发明，但是将清楚替代实施例可以用来实现相同目的。本发明的范围因此不限于上述实施例，而是也可以应用于其中在使校准器尺度最小之时需要随应用而定的光分布的任何其它发光体。

Claims (8)

1.一种发光装置(1)，包括：
-光源(5)，包括：
-能够发光的半导体器件(10)，
-本体(20)，具有与所述半导体器件(10)相邻的底表面(21)和相对顶表面(22)，以及
-与所述顶表面(22)相邻定位的反射器(30)，以及
-校准器(40)，用于在随应用而定的分布中布置发射的光，
其特征在于：
-所述反射器(30)具有比所述本体(20)的所述底表面(21)更大的表面。
2.根据权利要求1所述的发光装置(1)，其中所述本体具有侧表面(23，24)，所述侧表面的至少部分与所述底表面成斜角(25)。
3.根据权利要求2所述的发光装置(1)，其中所述斜角(25)小于90°。
4.根据任一前述权利要求所述的发光装置(1)，其中所述本体(20)包括波长转换材料。
5.根据权利要求4所述的发光装置(1)，其中所述本体(20)为陶瓷本体。
6.根据任一前述权利要求所述的发光装置(1)，其中所述设备至少包括第二光源(5)。
7.根据权利要求4所述的发光装置(1)，其中所述反射器表面(30)根据所述光源相对于所述校准器(40)的位置来布置。
8.一种用于校准光的方法，包括以下步骤：
-提供光源(5)，所述光源用于发射光并且包括半导体器件(10)、本体(20)以及与所述本体(20)的顶表面(22)相邻的反射器(30)，
-提供用于在随应用而定的分布中布置发射的光的校准器(40)，
其特征在于：
-将所述反射器(30)布置为具有比所述本体(20)的底表面(21)更大的表面。
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