CN103636011B - Led光源 - Google Patents

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Abstract

提出了一种照明模块100以及包括这样的模块的照明设备200。该照明模块包括安装在衬底110上的LED120的阵列以及包围该LED阵列以便在操作中使得该LED阵列近似于单个同质光源的光学结构130。该光学结构包括被布置为提供作为偏向角度的函数的光强度轮廓的光学元件140，该偏向角度在‑αmax和αmax之间是基本上恒定的并且在该范围之外基本上为零角度，其中αmax是该光学元件所提供的最大偏向角度。这对于最优化创建同质光源和维持光源光展量之间的权衡而言是特别有利的。光学元件140附加的优势在于，除了两个表面上的菲涅尔反射之外，其并没有如漫射器的反向散射，这造成了非常低的光学损失。

Description

LED光源
技术领域
本发明涉及照明模块和照明设备。更具体地，其涉及包括衬底和安装在该衬底上的个体LED的阵列的模块和设备。这样的模块和设备尤其在诸如下照灯、上照灯、墙壁照明设施、聚光灯等的照明应用中使用。
背景技术
从US2010/0103678已知给出了所提出种类的照明设备的一个实施例。该文献公开了一种包括用于固定LED芯片阵列的基座(submount)的LED组件，其中该基座具有芯片焊盘(die pad)及其上表面上的导电轨线。形成阵列的LED芯片被安装到相应的一个芯片焊盘上。该导电轨线被布置为向LED芯片提供电力，以使得它们在操作中发出可用于提供特定应用的照明分布的光线。该LED组件进一步包括覆盖该LED芯片阵列的固态透镜以及用于在近场中将LED的光发射进行混合的漫射器。换言之，在观察该LED组件时，该漫射器在使得源自于离散LED芯片的光线并不像没有漫射器的情况下那样可清晰地个体辨识的尝试中对LED芯片的发光进行混合。相反，当直接观看该LED组件时，其近似于透镜下的单个光源。该漫射器可以被提供为透镜上方的球顶，其中该球顶可以包括诸如散射中心或微型透镜的漫射微型结构。
该方法的优势在于防止了远场中的光学非同质性。这样的非同质性源自于与灯具中通常采用的二级光学器件相结合的LED芯片的基座上的离散几何位置，该二级光学器件在聚光灯照明应用的情况下例如是反射体。因此，如果不采取对抗措施，则在远场照明图案中会在照明分布的中心并且特别是在其外围出现阴影线。许多照明设计者和用户认为这样的效果是恼人的。特别是在LED芯片发出不同颜色的光线时，这些阴影线是带颜色的。该色彩使得它们更加容易被看到并且因此比所有LED芯片发出相同颜色光线的情况下的照明分布中更亮/更暗的调制更为恼人。
然而，US2010/0103678中所描述的解决方案的缺陷在于，其在机械和光学方面都加大了光源的尺寸。机械增大是由于包含LED芯片阵列的球顶的物理大小的原因。而光学增大则是由于个体LED芯片所发射光线的散布的原因。虽然这造成了阵列中部填充离散LED芯片之间的“黑暗间隙”的LED芯片的虚拟尺寸，但是阵列外边缘附近的LED芯片的虚拟尺寸使得光源的尺寸延伸至阵列的物理尺寸之外。如已知的，更大的光源尺寸使得用于获取特定应用的照明分布的二级光学器件的使用和设计变得复杂化。特别是对于窄光束的聚光灯应用而言，小的光源是期望的，以保持可行且可用尺寸的二级光学器件。
EP2172696A1公开了一种包括具有一个或多个遍布衬底的LED的衬底的照明设备。该照明设备进一步包括具有用于容纳LED的腔的基本上半圆柱形的光学器件。该光学器件被设计为生成基本上均匀的并且基本上方形的光强度轮廓。
EP1648037A1公开了一种具有用于接收光源的腔的光学元件。该光学元件具有包括多个面以便于提供在两个方向上具有不同发散的光强度分布的形状。进而公开了一种灯，例如机动车尾灯，其包括多个模块，每个模块包括光学元件和光源。灯进而包括透明元件，其执行透射由该模块发射的光以及将该光沿着机动车的轴传导的双重功能。
EP1765841A1公开了一种包括光源下沉至其中的透明材料的实体的光学模块。该光学模块具有包括多个面以便于提供在两个方向上具有不同发散的光强度分部的形状。进而公开了一种具有多个光学模块的光学设备，并且其中每个模块的辅助透明体被连接至另一个以形成在其中形成多个腔的单透明体。相应模块的主体被布置在每个腔中。
发明内容
本发明的目标是提供一种所提出类型的照明模块，其至少部分缓解了以上所提到的缺陷。根据第一方面，该目标通过一种包括光学结构的照明模块而实现，该光学结构包括被布置为当在照明模块的操作中通过光学结构观察发光二极管时提供光强度轮廓(profile)I的光学元件，该光强度轮廓I作为偏向角度α的函数，该偏向角度α在-αmax和+αmax之间是基本上恒定的并且在高于+αmax和低于-αmax时基本上为零(即，在x＝0时为≤10％，优选地为≤5％，更优选地为≤1％的光亮强度)，其中αmax是该光学元件所提供的最大偏向角度。本发明提供了一种设备，其使得光源同质化，同时使得其尺寸的延伸最小化。该光学元件允许创建一种虚拟LED源，其在预定距离上基本上恒定的LED平面中提供照明E′。优选地，该预定距离对应于LED阵列的节距(pitch)P。该光学元件的一个附加优势在于，除了光学结构的内表面和外表面上的菲涅尔(Fresnel)反射之外，其并未像漫射器那样表现出反向散射。因此，其使得光学损失非常低。
在一个实施例中，该光学结构包括多个光学元件，其中每个光学元件依据其在该光学结构上的位置而提供最大偏向角度αmax。有利地，这允许对光学元件观看阵列中的LED的几何角度和相应距离进行调节。
在一个实施例中，通过光学元件的大小rmax而对其最大偏向角度αmax进行控制，允许易于使用工具加工用于创建注模光学结构的预成形部分。
有利地，光学元件形成非球面的小透镜。在一个实施例中，由非球面小透镜所提供的最大偏向角度αmax随其大小rmax线性增加。这允许在-αmax和+αmax之间形成恒定的光强度轮廓。有利地，该小透镜具有至少一个抛物线形状的横截面。
在一个实施例中，该光学元件位于该光学结构面向发光二极管阵列的第一侧面。
该光学元件可以具有凸面形状或凹面形状。有利地，这保护该光学元件免受不利环境影响，诸如可能使得其光学功能减弱的油脂或灰尘。
在一个实施例中，该光学元件具有多边形轮廓。有利地，这允许多个光学元件形成网格状球顶。
在一个实施例中，该光学结构进一步包括用于提供二级光学功能的光学部件。作为示例，该二级光学功能可以允许对在照明模块的光学轴线附近所发射的光线进行光束整形，例如通过将从该模块所发射的光线的中心部分进行集中。可替换地，可以通过将光学结构的厚度t布置为使其取决于衬底上方的高度来提供第二光学功能。这样的配置形成了在局部变化的光楔(optical wedge)，这允许对LED所发射的光束及其与关于照明模块协同布置的诸如反射器之类的二级光学器件的交互进行控制。
在一个实施例中，该光学结构进一步包括用于调节该照明模块的光学性能的器件。例如，该光学结构可以包括用于调节该结构的谱传输特性的染料。有利地，这允许对照明模块的光学效率进行调节和/或对所发射光线的光谱进行调节，以便例如对颜色渲染特性进行控制。
根据第二方面，本发明提供了一种照明设备，包括根据之前任意权利要求的照明模块以及关于该照明模块协同布置以便提供特定应用的照明分布的二级光学器件。有利地，当应用发出多种原色的LED时，这样的照明设备允许创建没有恼人的更亮/更暗的调制或者甚至带色调制的照明分布。
本发明的这些和其它方面将参考随后所描述的实施例进行阐述并且将因此是显而易见的。然而，所要意识到的是，这些实施例并非被理解为对本发明的保护范围加以限制。它们可以被单独应用，也可以被组合应用。
附图说明
在以下结合附图对示例性且优选实施例的描述中公开了本发明进一步的细节、特征和优势。
图1概略性示出了根据现有技术的照明设备的截面图。
图2图示性示出了根据现有技术的照明模块的顶部视图。
图3示出了沿图2的照明模块的直线AA′的截面图。
图4A、B、C和D图示性示出了根据现有技术的光强度轮廓。
图5A图示性示出了根据本发明的光学元件。
图5B图示性示出了根据本发明的光强度轮廓。
图6示出了抛物线和球面光学元件之间的相对光强度轮廓的比较。
图7示出了根据本发明实施例的切线光线散布。
图8示出了依据本发明的光学结构的截面图。
图9概略性示出了包括用于提供二级光学功能的光学部件的光学结构的实施例。
具体实施方式
图1概略性示出了诸如下照灯、上照灯、墙壁照明设施、聚光灯等之类照明设备200的截面图。照明设备包括照明模块100以及关于该照明模块协同布置以便提供特定应用的照明分布的二级光学器件210。如图2所示，依据照明应用的要求以及每个发光二极管(LED)的流明输出，照明模块100可以包括个体LED120的阵列。这些LED可以以能够对该LED单独或共同控制以发光的方式而被安装在该模块的衬底110中。此外，LED120可以以衬底形成到热沉(未示出)的热路径的部分的方式进行安装，以便在操作期间保持LED结温而符合它们的规格。LED120可以是LED芯片，从而它们形成板载芯片系统。可替换地，LED可以是包括LED芯片的封装，诸如举例而言Philips Lumileds Lighting LUXEON Rebel。LED可以被布置为全部发射相同的光谱，作为直接以LED的pn结中创建的小带宽光谱或者例如通过使用波长转换器所创建的诸如白色光的大带宽光谱，该波长转换器即所谓的磷光体涂覆或pc-LED。可替换地，LED可以被布置为发出不同的原色(诸如举例而言，红色、绿色、蓝色和琥珀色)，它们可以被混合以提供特定应用的照明分布(由通量分布以及光谱分布所指定)。
将LED120定位于例如闭合封装阵列的密集阵列中是有利的，因为这减小了由该阵列所形成的整体光源的尺寸。较小的光源对照明设备200的二级光学器件210所形成的预定义照明分布具有有利影响。该二级光学器件可以通过适当成形的反射体来形成，诸如抛物线、分段或自由成形的金属或金属化反射体。可替换地，其可以由表现出TIR的大型透明光学部件来形成，诸如复合聚光器。然而，即使利用这样密集封装的阵列，其也由在操作中发射相对应数量的光束220的多个个体LED所组成。光束的集合形成了照明设备200所提供的照明分布。由于阵列中的LED120之间的物理距离，光束220在远场照明图案中产生了可见的更亮和更暗的线条。这些线条在它们作为圆环可见的照明分布外围是尤其恼人的。此外，该照明分布还在经由二级光学器件210所生成部分中表现出非均匀性。
为了对抗照明分布中这种光学产物的形成，通常将球顶130定位在LED阵列120的上方，其被布置为使得LED所发射的光线发生漫射。这样的漫射球顶造成光束220似乎源自于扩展的虚拟LED源120a(图2)的结果。
如图3概略性描绘的，将具有半径L的漫射半球体130定位在具有个体大小s并且位于节距P上的LED120的阵列上使得所发射的光线在偏向角度α上进行散射(通过球顶中的微结构)或折射(通过球顶上的微透镜)。通常，s处于1×1-2×2mm2的范围之内并且P处于2-6mm的范围之内。偏向角度被限制为最大偏向角度αmax，该数值取决于在漫射球顶中所应用的微结构。因此，针对散射微结构和微透镜而言，作为偏向角度α的函数的光强度轮廓121通常分别具有图4A和C中所描绘的形式。因此，虽然在漫射球顶内或漫射球顶上所应用的这种微结构或微透镜将LED发光表面的尺寸虚拟放大至阵列中LED120之间的“黑暗”区域而由此对创建同质光源有所贡献，但是这样特有的贡献明显是次优的。作为偏向角度的函数的光强度轮廓121的下降可以通过调节微结构和微透镜以表现更大的最大偏向角度αmax而得到补偿。例如，可以对散射中心的大小和折射率进行调节。可替换地，可以对微透镜的曲率半径和/或尺寸进行调节。然而，这实际上是以虚拟光源的尺寸为代价而改善光源的同质性(图4B和D)。此外，为了将微结构容纳在提供这样的更大偏向角度αmax的球顶上，通常必须增加球顶尺寸L。
图5A概略性描绘了根据本发明的光学元件140。对于随后的讨论而言，源自于位于O′处的LED120并且在A中与光学元件140相交且折射至焦点F的光射线的偏向角度α被定义为角度OFA＝角度O′FA′。类似地，最大偏向角度αmax被定义为角度OFB＝角度O′FB′，角度O′FB′对应于仅与光学元件140相交的临界光射线。因此，光学元件140的焦距f及其大小rmax(＝OB)满足以下关系：
本发明基于以下观点，布置光学结构130以包括光学元件140，当在照明模块100的操作中通过光学结构观察LED120时，光学元件140提供作为偏向角度α的函数的光强度轮廓I125，偏向角度α在-αmax和+αmax之间是基本上恒定的，使得一方面的同质光源和另一方面的小型(或有限)光源之间的权衡最优化。如图5B概略性描绘的，应用这样的光学元件140实质上同质地填充了阵列的LED120之间的“黑暗空间”，同时，与物理光源的整体大小(即，圆周的直径)相比，有利地使得虚拟光源的整体大小的扩展最小化。因此，光源的光展量几乎没有放大。此外，对最大偏向角度进行限制同时限制了光学结构130的必要尺寸L。
在优选实施例中，αmax被选择为使得满足以下关系：
有利地，这允许创建对应于相邻LED120的两个虚拟光源，其具有等于阵列的节距P的扩展尺寸从而形成具有尺寸2P的单个同质光源。因此，与物理光源的整体大小相比，虚拟光源的整体大小以节距P的数值而被最小程度地扩展。通常，光学结构130的尺寸L可以被限制为大约是LED阵列的外接圆半径的1.1倍。在诸如图2所概略性描绘的LED阵列120的配置中，L通常可以处于10-13mm的范围之内，并且αmax处于10°-20°的范围之内。然而，这些尺寸强烈地取决于LED阵列的外接圆半径。
当在照明模块100的操作中通过光学结构观察LED120时，将光学元件140描述为提供作为基本上恒定的偏向角度α的函数的光强度轮廓I125等同于将由虚拟LED光源所提供的LED120的平面中的亮度E′描述为在-(L+f)/tan αmax和+(L+f)/tan αmax之间是恒定的。换言之，光学结构130包括光学元件140，其被布置为在照明模块的操作中创建对应于LED120的虚拟光源，该虚拟光源在LED120的平面中提供在-(L+f)/tan αmax和+(L+f)/tan αmax之间基本上恒定的亮度E′，其中αmax是该光学元件所提供的最大偏向角度，f是该光学元件的焦距，以及L是LED120和光学元件140之间的距离。
在本发明的上下文中，基本上恒定要被理解为表示光亮强度I125在-αmax和+αmax之间的最大光亮强度Imax和最小光亮强度Imin之间的差异小于20％，即(Imax-Imin)/Imax＜20％。优选地，该比率小于15％，甚至更为优选地小于10％，或者甚至小于5％。等同地，这能够被理解为表示虚拟光源在LED平面中所提供的最大亮度E′max和最小亮度E′min之间的差异小于20％，即(E′max-E′min)/E′max＜20％。优选地，该比率小于15％，甚至更为优选地小于10％，或者甚至小于5％。
在一个实施例中，光学元件140是非球面的小透镜。在一个实施例中，这样的非球面小透镜的至少一个横截面具有抛物线形状。根据本发明的光学元件140因此可以具有若干种类型的轮廓。例如，该轮廓可以是圆形的并且光学元件140可以通过使得抛物线绕小透镜的光学轴线旋转而形成。可替换地，该轮廓可以是椭圆形的从而使得沿椭圆的长轴的第一抛物线的曲率半径可以小于沿椭圆的短轴的第二抛物线的曲率半径。又可替换地，这样的圆形或椭圆形光学元件的轮廓可以以诸如三角形、正方形、矩形、菱形、长菱形、五边形、六边形等的多边形的形式进行截取。优选地，这样的多边形轮廓被构造为使得它们允许曲面细分(tessellation)和/或形成(规则的)凸多面体。而且，光学元件140可以仅具有形成抛物线的单个横截面，诸如具有矩形轮廓的正方形并且仅以一个方向折射光线的光学元件。又可替换地，光学元件140可以是非对称的，即光学元件的光学轴线可以不与轮廓的中心对准，或者光学元件可以表现出两个或更多的曲率半径。
除了圆形对称的光学元件104的情形之外，取决于测量半径的方向，以上所描述的示例性小透镜将表现出两个或更多的最大半径(等同于图5A中的OB)。例如，被截取为规则的多边形的圆形对称光学元件140将表现出分别与边心距(即从中心到其一条例边的中点的线段的长度)和外接圆半径(即从中心到其一个角的线段的长度)相关联的最小rmax和最大rmax。最大偏向角度αmax由最大半径rmax、小透镜的曲率半径R和小透镜材料的折射率n所确定，并且在抛物线小透镜的情况下由以下所给出：
因此，这样被截取为规则的多边形的圆形对称光学元件140将不会像圆形对称光学元件那样表现出作为在-αmax和之间αmax完全恒定的偏向角度α的函数的光亮密度轮廓I125。相反，所截取的光学元件的光强度轮廓可以被认为是具有相对应的最大偏向角度αmax的多个小透镜i的平均强度轮廓。
图6示出了抛物线小透镜144和球面小透镜142的光强度轮廓之间的显著差异。如能够区分的，具有抛物线横截面的圆形对称的抛物线光学元件140形成了针对直至αmax的所有偏向角度α都恒定的光强度轮廓144。与之相比，具有相同曲率半径的圆形对称球面小透镜则形成了作为偏向角度的函数而陡峭下降的光亮强度轮廓142。该差异源自于抛物线光学元件140所提供的最大偏向角度αmax是该元件的大小rmax的线性函数的事实，而其在球面小透镜的情况下至少是三阶多项式。扩展(具有预定曲率半径的)小透镜的大小增加了由LED所发射的被小透镜捕捉的光通量，同时折射光线的立体角有所增大。在抛物线小透镜的情况下，这两种效应相互抵消，因此保持了恒定的光亮强度。与之相比，在球面小透镜的情况下，立体角的增加远快于所捕捉通量的增加，这导致了图6所描绘的光强度轮廓的急剧下降。
在一个实施例中，光学结构130包括多个光学元件140。光学元件所提供的最大偏向角度αmax可以被布置为取决于其在光学结构上的位置。作为示例，位于光学结构130的边缘附近(即，更接近于衬底110)的光学元件140可以被布置为提供比位于更接近于照明模块的光学轴线之处的光学元件更小或更大的αmax。可替换地，可以使得边缘附近的元件是非对称的，例如，通过将它们构造为在第一方向具有曲率半径R1而在第二方向具有(不同于R1的)曲率半径R2。有利地，这允许对这些元件以其“观看”LED阵列120的测角角度进行校正。例如图7所描绘的，当以径向和切线方向所观看的LED间的距离有所不同时，这是尤其令人感兴趣的。另外，当小透镜的中心关于其轮廓是偏心的时，其允许更像是从阵列中心所发射的那样对光线进行漫射，这导致了更为受限的光源以及保持更好的光展量。最大偏向角度αmax可以由光学元件140的大小rmax及其曲率半径R二者进行控制。实际上，通过rmax进行控制所提供的好处在于，工具加工变得更为直接，这是因为所有元件都因此而具有相同的曲率R(或相同的抛物线形状)。
在一个实施例中，光学结构130包括多个具有多边形轮廓的光学元件140，其中两个相邻光学元件彼此接触的侧面被形成为透镜，优选地形成为具有抛物线横截面的透镜。有利地，这避免了两个相邻的光学元件在它们相接触的侧面形成脊部。这样的脊部将具有顶角(αmax1+αmax2)，其中αmax1，2是两个光学元件的最大偏向角度。避免这样的脊部有利地对该照明设备所创建的照明分布进行了平滑。
作为示例，光学结构130可以包括具有抛物线截面形状的凹槽或脊部。凹槽和脊部可以被制造为使得它们平行于照明模块100的衬底进行定向一即平行于LED阵列120的平面。可替换地，该凹槽或脊部可以被制造为使得与针对第一情形以直角进行定向一即至少在光学结构130的边缘附近垂直于LED阵列120的平面。这样的凹槽和脊部使得所发射的光线仅以一个方向进行折射。在前者的情况下，所发射的光线似乎源自于在相对于模块的光学轴线的径向方向延长的虚拟LED源。在后者的情况下，如图7概略性描绘的，所发射的光线似乎与源自于在相对于模块的光学轴线的切线方向延长的虚拟LED源120a。特别是在后者的情况下，光源的光展量作为整体得以被良好保持，同时提供了单一同质的光源。在诸如这里所描述的实施例中，不将光学结构130设计为半球体或网格状会是有利的。相反，将其设计为扁平顶端或圆形顶端的圆柱体或者总体上设计为凸多边形会是有利的。
如图8所示，光学结构130具有朝LED阵列120进行定向的第一或内表面131，以及朝向远离阵列的第二或外表面132。虽然光学元件140位于内表面和/或外表面上均可，但是将它们置于内表面上是有好处的。特别地，被置于结构内部保护光学元件140免于不利的环境影响，诸如可能使得其光学功能减弱的油脂或灰尘。此外，在光学结构130被布置为注模设备的情况下，光学元件可以在凸面的预成型部分上进行制备，因为该部分提供了比凹面的相配部分更好的工具加工通道。这样的配置的示例在图8中进行了描绘，其示出了在形成网格状球顶的内表面131上包括多个光学元件140的光学结构130的截面图。特别适于形成这样的注模设备的材料是塑料，诸如聚乙烯和硅树脂。由于光学结构130接近于LED放置一其在操作中通常温度有所升高，诸如80℃或更高，并且发射诸如每个LED1001m或更高的高光通量一所以硅树脂由于其在这样的负载下的耐久性而成为了优选材料。
在实施例中，光学元件140可以被提供为光学结构130中的凹面部件或光学结构130上的凸面部件。凹面部件为这些结构在注模设备的凹面预成型部分中的工具加工提供益处。在另一个实施例中，光学元件140可以被提供为全息元件。就该意义而言，全息表示光学元件140并非作为如图8中的离散元件而被应用。相反，内表面和/或外表面131、132表现出了具有处于-αmax和+αmax之间的角度α的局部表面部件的随机分布，并且所有角度α的统计分布都与相对应的离散小透镜(例如表现出抛物线的横截面)相同。
在一个实施例中，光学结构130可以具有取决于衬底之上的高度的厚度t。作为示例，厚度t可以在较大高度(即在照明模块100的光学轴线附近)处较小并且可以在较低高度处(即朝向光学结构130的边缘)较大，或反之亦然。这样的配置形成了光楔，其允许对LED所发射的光束及其与二级光学器件210的交互进行控制。这样的控制可以有利地被用于形成特定应用的照明分布。可替换地或者相结合地，光学结构130可以进一步包括被配置为提供二级光学功能而布置的光学部件135(图9)。例如，通过以光学部件提供透镜功能的方式对厚度t进行控制。这样的光学部件可以被置于光学结构130的顶点，即在照明模块100的光学轴线附近，以便对从模块所发射的光线的中心部分进行集中。有利地，光学部件允许对来自LED120的直射光线进行整形。就该意义而言，直射光线是离开照明设备200而并没有在二级光学器件210上进行反射的光线。可替换地，组件135可以被设计为使得大多数光线击中反射器。在这种情况下，能够通过对反射器210进行适当整形而最优地控制照明分布。在本发明的环境中，光学部件135所提供的二级光学器件的功能对照明模块100的组合输出进行控制。与之相比，光学元件140所提供的主要光学功能在保持其光展量的同时使得光源同质化。
光学结构130可以使用各种技术而被装配到衬底110上。例如，其可以被粘接到衬底上。可替换地，其可以通过使用法兰138而进行固定。这样的法兰可以以螺栓安装到模块，或者可以夹在衬底110和二级光学器件210之间。可替换地，法兰138可以被夹在衬底110和覆盖衬底外侧部分的盖子115(见图7)之间。
在一个实施例中，照明模块100包括包围第一光学结构的第二光学结构。有利地，这允许(虚拟)光源的进一步同质化并且对所实现的特定应用的照明分布进行控制。可替换地，第一光学结构(和/或在存在的情况下的第二光学结构)可以是非对称结构。有利地，这允许形成非对称的照明分布。作为示例，该照明分布可以是正方形或矩形的，这分别在例如显示器照明应用或街道照明应用中是有利的。
在一个实施例中，LED120的阵列包括发射不同原色的LED，诸如红色、绿色、蓝色和琥珀色。在这样的实施例中，LED120的阵列可以被布置为集群的阵列，其中一个集群包括所有原色。就该意义而言，集群被定义为相互以明显小于阵列节距P的距离进行定位的LED的群组。换言之，集群形成了LED的密集群组。有利地，可以对最大偏向角度αmax加以限制，同时确保集群中的LED所发射的光线的良好颜色混合，并且因此形成作为整体的LED光源的统一颜色。在这样的情况下，αmax可以使用集群的节距P’而不是LED阵列的节距P进行设计。
在一个实施例中，光学结构130可以包括用于调节照明模块100的光学性能的器件。例如，该器件可以包括应用于光学结构130的表面的薄膜涂层。优选地，在其上施加以涂层的表面是光学元件140位于其上的相反表面。因此，如果光学元件位于光学结构130的内表面131上，则该涂层有利地可以被应用于外表面132上。在一个实施例中，该涂层可以是防反射涂层以提高光学结构130的光学效率。在另一实施例中，该涂层可以具有预定的光谱透射和/或反射。这允许对LED120所发射光线的整体光谱透射进行控制，并且因此允许实现所发射光线的有所改进的颜色渲染或有所改进的颜色协调。可替换地，调节光学性能的器件可以包括向光学结构130增加光谱有效的组件。作为示例，硅树脂球顶可以包括染料以对光谱透射和/或反射特性进行调节并且因此对照明模块的光学性能进行控制。
虽然已经参考以上所描述的实施例对本发明进行了阐述，但是显而易见的是，可以使用可替换实施例来实现相同的目的。例如，LED120的阵列并非必然具有固定的节距P并且LED并非全部具有相同的大小s。LED可以以它们之间有所变化的距离而被安装在衬底110上。不同LED可以具有不同大小。变化的距离和大小可以通过改变光学元件140的作为其在光学结构130上的位置的函数的特性(曲率半径、大小、轮廓和非对称性)而得到补偿。此外，不同实施例可以被结合以提供协同的光学效果。因此，本发明的范围并不局限于以上所描述的实施例。因此，本发明的精神和范围仅由权利要求及其等同形式所限定。通过应用被设计为形成仅足够大而使得两个相邻的虚拟LED源彼此相接触并且具有基本上相同的亮度的虚拟LED源的光学元件，本发明允许使得光源同质化同时使得其以最小程度进行扩展。这是利用表现出-αmax和αmax之间基本上恒定的光亮强度的光学元件所实现的，其中αmax是该光学元件所提供的最大偏向角度。LED120到虚拟LED源的最小扩展无需是旋转对称的。

Claims (14)

1.一种照明模块(100)，包括：
衬底(110)，
安装在所述衬底(110)上的发光二极管(120)的阵列，
光学结构(130)，包围所述发光二极管(120)的阵列以用于在操作中使得所述发光二极管(120)的阵列近似于单个光源，
其特征在于
所述光学结构(130)包括多个光学元件(140)，其中每个光学元件(140)被布置为当在所述照明模块的操作中通过所述光学结构观察发光二极管时提供作为偏向角度α的函数的光强度轮廓I(125)，所述光强度轮廓I在-αmax和+αmax之间是基本上恒定的，其中所述偏向角度是中心线与形成由所述光学元件呈现的所述发光二极管的图像的光线之间的角度，其中所述中心线形成在所述发光二极管的中心与所述光学元件的中心之间，其中αmax是所述中心线与限定由所述光学元件呈现的所述发光二极管的所述图像的外边缘的光线之间的角度，其中αmax是由每个光学元件(140)依据其在所述光学结构(130)上的位置所提供的最大偏向角度。
2.根据权利要求1所述的照明模块，其中所述光学元件(140)的最大偏向角度αmax通过所述光学元件的大小rmax进行控制。
3.根据权利要求1所述的照明模块，其中所述光学元件(140)形成非球面的小透镜。
4.根据权利要求3所述的照明模块，其中所述光学元件(140)的最大偏向角度αmax随所述光学元件的大小rmax线性增加。
5.根据权利要求4所述的照明模块，其中所述光学元件(140)形成具有至少一个带抛物线形状的横截面的小透镜。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的照明模块，其中所述光学元件(140)位于所述光学结构(130)面向所述发光二极管(120)的阵列的第一侧(131)上。
7.根据权利要求1至5中任一项所述的照明模块，其中所述光学元件(140)具有凸面形状或凹面形状。
8.根据权利要求1至5中任一项所述的照明模块，其中所述多个光学元件(140)形成网格状球顶。
9.根据权利要求8所述的照明模块，其中所述光学元件(140)具有多边形轮廓。
10.根据权利要求9所述的照明模块，其中两个相邻的光学元件(140)彼此接触的侧被成形为透镜。
11.根据权利要求1至5、9和10中任一项所述的照明模块，其中所述光学结构(130)进一步包括用于提供二级光学功能的光学部件(135)。
12.根据权利要求1至5、9和10中任一项所述的照明模块，其中所述光学结构(130)进一步包括用于调节所述照明模块(100)的光学性能的器件。
13.根据权利要求12所述的照明模块，其中光学结构(130)包括用于调节所述结构的谱传输特性的染料。
14.一种照明设备(200)，包括根据权利要求1至13中任一项所述的照明模块(100)，以及关于所述照明模块协同布置以便提供专用照明分布的二级光学器件(210)。
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