CN108361571A - 发光模块 - Google Patents

Abstract

本发明涉及发光模块，其包括：布置为混合光的混合室(10)，混合室(10)包括具有高反射内表面的基部(12)、具有高反射内表面的周围侧壁(14)和半反射的光出射窗(16)；以及布置在周围侧壁(14)的内表面上的至少一个发光二极管(5)，使得从至少一个发光二极管(5)发射的光被发射到混合室(10)中以用于发射光在混合室(10)内的混合，其中半反射的光出射窗(16)被布置为将从至少一个发光二极管(5)发射的并在混合室(10)内混合的光耦合出来，其中混合室(10)的宽度(W)和高度(H)的纵横比在1到8的范围内，其中对于从发光二极管(5)发射的光，半反射的光出射窗(16)的反射率在从30％到80％的范围内。

Description

发光模块

本申请是申请日为2014年12月23日、申请号为201480007671.9、发明名称为“发光模块”的中国发明专利申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及包括光混合室和至少一个发光二极管的发光模块。本发明进一步涉及包括这种发光模块的灯和照明装置。

背景技术

发光模块的领域在使用光源、构造、光学特性等方面包含多种多样的不同发光模块。对于发光模块的许多应用的重要特性是，它们应被布置为提供均匀的照明。发光模块的另一个重要方面是提供节能发光模块的增加的需要。发光模块是节能的一个示例是基于LED的发光模块。然而，LED是点源，且因此生产提供均匀照明的基于LED的发光模块是有问题的。

为了获得均匀的光，各种策略已被采用。策略之一是基于具有出耦合结构的固体波导的使用。然而，这种波导可吸收光，且将光耦合到固体波导中会造成损失。另一种策略是将大量LED置于与漫射器组合的混合室的底部，以用于获得均匀的照明。然而，将LED置于底表面会降低反射率且因此减小的系统效率。此外，将大量LED置于混合室的底部是昂贵的，且它还会由于LED向小区域的集中而导致过度加热。

因此，能够提供均匀照明的备选发光模块是需要的。

发明内容

本发明的目的是克服上述的问题，且以高效和有成本效益的方式提供能够提供均匀照明的发光模块。

根据本发明的第一方面，这个和其它目的通过发光模块而实现，发光模块包括：布置为混合光的混合室，混合室包括具有高反射内表面的基部、具有高反射内表面的周围侧壁、以及半反射的光出射窗；以及布置在周围侧壁的内表面上的至少一个发光二极管，使得从至少一个发光二极管发射的光被发射到混合室中，以用于在混合室内混合发射的光，其中半反射的光出射窗被布置为耦合出从至少一个发光二极管发射的和在混合室内混合的光，其中混合室的宽度和高度的纵横比在1到8的范围内，其中对于从发光二极管发射的光，半反射的光出射窗的反射率在从30％到80％的范围内。

本发明目的在于提供基于高效LED的发光模块，其提供均匀照明。这通过以下方式来实现，提供具有包括高反射的基部和侧壁以及半反射的光出射窗的混合室的发光模块，并且在侧壁处布置至少一个发光二极管(LED)以用于将光从混合室的侧面发射到混合室中。通过不是将至少一个LED指向出射窗，而是指向侧面周围侧壁的相对部分，在混合室内改进的光混合可被实现。而且，由于混合室的侧壁和基部两者都是高反射的，几乎所有朝侧壁和基部发射的光都会被反射并最终从半反射的光出射窗耦合出来。由于光出射窗是半反射的，入射在这一表面上的一些光会被反射回到混合室中，以在从光出射窗耦合出来之前进一步被混合室的侧表面和/或基部反射，且因此改进在混合室内的光混合。

为了发光模块实现最优的效率且同时实现由发光模块提供的照明的可接受的均匀性(即在混合室内的光混合)，混合室的重要参数是在混合室宽度和高度之间的纵横比。宽度与周围侧壁的直径有关，且高度与侧壁的尺寸(即侧壁的高度)有关。混合室越高，至少一个LED可被定位得越远离光出射窗，这意味着从光混合窗耦合出来的光中的高强度斑的风险减少了。同时，混合室越宽，光不能沿光出射窗的整个表面被均匀混合的风险越大。另一方面，至少一个LED被定位得越远离光混合窗，从光混合窗耦合出来的光的效率越低。另一个重要的参量是如上所述的半反射光出射窗的反射率。发明人已经发现，通过将混合室的宽度和高度之间的纵横比布置在从1至8的范围内且同时将半反射的光出射窗的反射率布置在从30％到80％的范围内，可以实现增加的效率以及同时从发光模块耦合出来的照明的可接受的均匀性，其会在下文中被详细解释。混合室的上述特性可以提供在混合室内高效的光混合以及光从混合室的高效出耦合。因此，根据本发明的发光模块可以高效的方式提供均匀的照明。这个的进一步效应可以是，在发光模块中用于产生具有某个勒克斯(lux)的光所需要的LED的数目可以减少，出于成本原因这是有利的。

根据实施例，对于从发光二极管发射的光，半反射的光出射窗的吸光度小于2％。因此发光模块的效率可被进一步提高。

根据另一个实施例，至少一个发光二极管被布置为与基部邻近。如上所述，由于从至少一个发光二极管到光出射窗的距离增加，这可以使得从光出射窗耦合出来的光的均匀性增加。

根据实施例，术语“高反射”意指对于从发光二极管发射光的反射率在从90％到100％的范围内。对于增加光混合且还对于增加从发光模块耦合出来的光的效率，这可能是有利的。

根据又一个实施例，混合室是柱体。这一混合室的示例性设计可简化发光模块的制造过程。柱体的形状可以是直圆柱体，但在基部和周围侧壁的横截面(沿与基部平行的平面所截取的)成形为椭圆的意义上，它也可以成形为椭圆。考虑到发光模块的应用(例如出于改装原因)，混合室的形状被有利地设计。混合室的横截面还可具有诸如矩形、正方形、六角形等之类的其它形状。

根据实施例，光出射窗是漫射的。这对于减小发光模块的眩光可以是有利的。

根据一些实施例，基部的内表面是平面的。根据其它实施例，基部的内表面是弯曲和/或具有圆顶形状。根据一些实施例，光出射窗是平面的。根据其它实施例，光出射窗是弯曲和/或具有圆顶形状。基部和光出射窗的形状可以影响并改进从发光模块耦合出来的照明的均匀性。例如，如果光出射窗是弯曲和/或具有圆顶形状(例如光出射窗的中心在z方向相比于光出射窗的外边缘高1cm)，则这可以对从光出射窗耦合出来的光的均一性产生积极影响。如果混合室的高度太小或者如果混合室的宽度和高度之间的比值太大而不能在平面光出射窗的情况下获得均匀的照明，则弯曲的和/或圆顶形的出射窗可被使用。在这种情况下，光出射窗的形状可被改变以便获得均匀的照明。

根据一些实施例，发光模块进一步包括反射结构。反射结构可被布置在基部。这提供了在混合室中的增加的光混合。

根据实施例，至少一个发光二极管被布置在柔性带上。这提供了至少一个发光二极管在混合室的侧壁上的容易的组装。在进一步的实施例中，带是高反射的。可选地，附加的电子部件和/或电接线被布置在柔性带上。

根据实施例，混合室是环形的，且包括具有面对至少一个发光二极管的高反射表面的内壁。用这种方式，提供了不同的均匀光输出分布。在进一步的实施例中，一个或多个电子部件被布置在由内壁限定的空腔的内部，从而提供了紧凑的发光设备。在实施例中，内壁由混合室的基部中的凹部限定。通过使用例如标准冲压技术来使混合室成形，这提供了混合室的简单制作。

根据实施例，发光设备进一步包括被布置在混合室的基部上的电子部件。例如，驱动器电子电路、一个或多个传感器和/或电池被布置在基部上。在实施例中，高反射箔覆盖一个或多个电子部件。备选地，电子部件被提供有高反射的材料，诸如白漆。

根据实施例，发光设备进一步包括在基部和反射箔之间的空腔，一个或多个电子部件被布置在空腔中。其中一个或多个电子部件被布置的这一空腔或空间导致紧凑的发光设备。在实施例中，空腔是从基部延伸的突起。在另一个实施例中，空腔延伸在混合室的整个直径或宽度之上，且通过混合室增加的高度来实现。

根据第二方面，本发明提供了包括根据本发明的第一方面的发光模块的灯。

根据第三方面，本发明提供了包括根据本发明第一方面的发光模块或者根据本发明第二方面的灯的照明装置。

第二和第三方面通常可具有与第一方面相同的特征和优势。

注意，本发明涉及在权利要求中记载的特征的所有可能的组合。通常，在权利要求中使用的所有术语将根据它们在技术领域中的普通含义来解释，除非本文中另作明确定义。

本发明的其它目的、特征和优势将从以下详细公开中以及从附图中显现。

附图说明

本发明的这一和其它方面现在将参考示出本发明实施例的附图而更详细地描述，其中：

图1示意性地图示了根据实施例的发光模块；

图2图示了被绘制作为均匀性的函数的效率模拟，其依赖于光出射窗的不同反射率和混合室的宽度和高度的不同纵横比；

图3至图5通过示例的方式图示了从侧面横截面中看到的光混合室的不同配置，

图6图示了根据实施例的灯，

图7图示了根据实施例的照明装置，以及

图8至图10通过示例的方式图示了从侧面横截面中看到的具有光混合室的发光模块的不同配置，

如图所示，层和区域的尺寸被夸大以用于图示性目的，并且因此提供用于图示本发明的实施例的一般结构。贯穿全文，相同的附图标记指的是相同的元件。

具体实施方式

现在将参考附图在下文中更充分地描述本发明，在附图中示出了本发明目前优选的实施例。然而，本发明可以以许多不同的形式体现，且不应被解释为限于本文阐述的实施例；更确切地说，这些实施例被提供用于透彻性和完整性，且向技术人员充分传达本发明的范围。

在图1中，示意性地示出了根据本发明的发光模块1的实施例。发光模块1包括混合室10和多个发光二极管(LED)5。

混合室10包括基部12、周围侧壁14和光出射窗16。在图1所示的实施例中，混合室10具有柱体形状。而且，基部12和光出射窗16是卵形的，更精确地它们是圆形的。此外，周围侧壁14沿与基部12平行的平面所截取的横截面也是卵形的，更精确地是圆形的。

混合室10具有宽度W和高度H。混合室10的高度H被定义为周围侧壁14的高度。对于图1所示的实施例的混合室10的这一高度H还可以被看作基部12和光出射窗16之间的距离。混合室10的宽度W被定义为具有作为基部表面周界上的两个相对点之间的最小距离的基部表面延伸。在图1所示的实施例中，混合室10的宽度W是基部12的直径。如上所述，在1至8的范围内的混合室10的宽度W和高度H的纵横比可增加光混合模块1的光混合，同时光混合模块1的效率不会降低为超出可接受的情况。已经执行了测试，从而评估依赖于纵横比的从发光模块耦合出来的光的效率和均匀性。这些测试已经在具有150mm的宽度W的混合室10的情况下执行，在这一柱体示例中，宽度是直径，其中光出射窗16的反射率保持在50％，且其中混合室10的高度H在10mm和50mm之间变化，LED 5邻近于基部12放置，这意味着从LED中心到基部12内表面的距离是5mm。基部12的内表面和光出射窗是平面的。测试示出了当高度H从10mm增加到20mm(即纵横比从15降低到7.5)时，从发光模块1发射的光的对比度(其是最高强度和最低强度的比值，其意味着较低的对比度对应于更均匀的照明)迅速从18降低到2。当高度H从20增加到45时，对比度从2.0降低到1.7。而且，测试示出了当高度从15mm增加到50mm时，效率或多或少线性地从96.0％降低到94.5％。

基部12具有高反射的内表面。高反射要被看作对于通过多个LED5发射的光具有在90％-100％范围内的反射率。而且，对于从多个LED 5发射的光，基部12的吸光度是接近零的。具有接近零的吸光度给出的是，发光模块的效率保持高的。基部12可由金属或玻璃制成，且基部12可由反射材料的片覆盖，或者油漆有涂覆反射体。反射材料的片可以是Furukawa Electric制造的MCPET箔。涂覆反射体可以是例如与透明(clear)硅树脂混合的TiO2粉末颗粒。代替TiO2粉末，Al2O3和/或BaSO4粉末可被使用并与透明硅树脂混合。

周围侧壁14具有高反射的内表面。高反射要被看作对于通过多个LED 5发射的光具有在90％-100％范围内的反射率。而且，对于从多个LED 5发射的光，周围侧壁14的吸光度是接近零的。具有接近零的吸光度给出的是，发光模块的效率保持高的。建议使用宽印刷电路板(PCB)，从而覆盖发光模块1的整个周围侧壁14(因此PCB的宽度与周围侧壁14的高度相同)。根据其它实施例，周围侧壁14的较低部分由PCB制成，且剩余部分由金属或玻璃制成。以与基部12的内表面相同的方式，周围侧壁14可由反射材料的片覆盖，或者可以油漆有涂覆反射体。在使用反射材料片的情况下，在材料中定位LED 5的地方应该有孔。混合室10(即基部12和周围侧壁14)可被制造得尽可能白。这可以最小化混合室中的光吸收和发光模块1的效率。光出射窗16是半反射的。更具体地，对于从多个LED 5发射的光，光出射窗16的反射率在30％到80％的范围内。对于从多个LED5发射的光，光出射窗16的吸光度优选小于2％。通过在光出射窗16中具有这样的低吸光度，给出了发光模块1的效率保持高的。作为非限制性示例，光出射窗16可由制成。然而，诸如MB-grades、Lexalite和Flexi-Lume^TM之类的其它材料也可被使用。还可能使用在诸如硅橡胶之类的聚合物中的诸如TiOx或AlOx之类的散射颗粒层，并通过颗粒的浓度和/或层的厚度来调整反射率。

光出射窗16还可以包括光束成形光学器件，诸如漫射器和/或具有用于使光偏振和/或准直的结构的层。这种层可具有用于准直光和/或成形光束的微结构。这种层的示例是从诸如3M之类的公司可得的BEF(增亮膜)和反射偏振膜。

根据评估依赖于光出射窗16的反射率的发光模块1的效率的测试，当反射率从80％增加到90％时，效率从大约92％降低到75％。对于低于80％的反射率，效率从92％增加到97％(对于20％的反射率)。

依赖于从LED 5发射的光的波长范围，光出射窗16可进一步包括发光材料。发光材料将撞击发光材料的第一颜色的光的至少一部分转换成第二颜色的光。

多个LED 5被布置在周围侧壁14的内表面上，使得从至少一个发光二极管5发射的光被发射进入混合室10，以用于在混合室10内混合发射光。此外，如下面解释的，LED 5优选放置为与基部12邻近或靠近，根据一些实施例这意味着从LED 5的中心到基部12的内表面的距离是5mm。这当然依赖于LED 5的尺寸。根据进一步的实施例，LED 5相对于基部12的位置更大。在实施例中，多个LED被布置在柔性带上，且带被安装在光混合室的侧壁的内表面上。带在实施例中是高反射的。在另一个实施例中，一个或多个电子部件附加地提供在反射和柔性带上，诸如驱动器电子器件和电接线。

多个LED 5可布置为发射在宽波长范围内的光。例如LED 5中的每个LED可被布置为发射白光。根据另一个示例，各种LED 5可被布置为发射特定颜色的光。例如，多个LED 5中的至少一个可被布置为发射红光，多个LED 5中的至少一个可被布置为发射绿光，且多个LED 5中的至少一个可被布置为发射蓝光。从这些LED 5发射的光其后将在混合室10的内部混合，从而产生白光。根据另一个示例，LED5可被布置为发射蓝光，且如果这样的话，光出射窗16优选包括发光材料，发光材料将撞击发光材料的蓝光的一部分转换成另一种颜色的光。通过这一方式，从发光模块发射的光将例如被看作白光。

在图2中，效率的模拟作为均匀性的函数被绘制，在图中均匀性被表示为从发光模块发射的光的对比度(如上所述，对比度被定义为最高强度和最低强度的比值)，对于各种混合室10的宽度W和高度H的纵横比W/H(在图中表示为D/h)，以及对于具有各种反射率的光出射窗16。模拟是对于具有圆形基部12和圆形光出射窗16的柱体发光模块1而做出的。而且，半反射光出射窗16的吸光度设置为2％。此外，多个LED 5被放置为与基部12邻近。

每条虚线表示某个纵横比。当光出射窗16的反射率以5的步长从10％增加到90％时，每条虚线被绘制为示出对比度与效率。如从上文中可以理解的，较低的反射率导致较高的效率和较高的对比度(即较低的均匀性)。因此，具有最高效率的每条虚线的值表示光出射窗16的最低反射率。

每条实线表示光出射窗16的某个反射率。当混合室10的高度H以5mm的步长从10mm变化到50mm而同时宽度W保持在150mm时，每条线被绘制为示出对比度与效率。如从上文中可以理解的，较小的高度H导致较高的对比度和较高的效率。因此，每条实线的最右侧值表示光混合室10的最小高度H。

从图2可以推断的是，在纵横比在1到8的范围内、同时半反射光出射窗16的反射率在30％到80％的范围内的情况下，实现关于效率和均匀性的最优情况。

图3通过示例的方式示出了从侧面横截面中看到的光混合室10。图3中的光混合室10具有平面的光出射窗16和弯曲的基部12。

图4通过示例的方式示出了从侧面横截面中看到的光混合室10。图4中的光混合室10具有弯曲的光出射窗16和平面的基部12。如上所述，光出射窗16和基部12的形状可影响从光出射窗16耦合出来的光的均匀性。

图5通过示例的方式示出了从侧面横截面中看到的光混合室10。这一光混合室10与图1所示的光混合室相似。不同在于反射结构20已被布置在光混合室10的基部12处。光混合室10当然可以含有任何数目的这种反射结构20。在那种情况下，反射结构20可以是不同形状的。反射结构还可被布置在侧壁14处。反射结构20可以以小平面的形式。反射结构20还可以以表面粗糙度(即表面的纹理)的形式。任何其它合适的结构可被使用。通过添加反射结构到光混合室10，室10的光混合性质可以进一步改进。

图6示出了基于上述概念的改装灯60的实施例。灯60包括改装配件或灯基部62，其包含散热器、功率驱动器和电连接。根据本发明的第一方面，在灯基部62上提供了发光模块1。要注意的是，灯的实施例不限于如图6中成形的灯。其它形状(像管状或传统灯泡)也是可能的。而且，发光模块1可以是在灯基部62上提供的更大结构的一部分。诸如聚光灯或下射式灯具(down lighter)之类的备选灯类型也可被使用。灯也可包括多个发光模块1。

图7示出了根据本发明的第三方面的照明装置70的实施例。照明装置70包括根据本发明第一方面的发光模块1。在其它实施例中，照明装置70包括根据本发明的第二方面的灯(图6中的附图标记60)。

图8示出了从侧面横截面中看到的具有光混合室的发光模块1的实施例。在这一实施例中，一个或多个电子部件30被提供在光混合室的基部12上，诸如例如驱动器电子器件、电转换器、传感器(例如远程控制传感器、光敏传感器、运动传感器)、电池等。在这一实施例中，光反射箔21覆盖一个或多个电子部件30，但是在其它实施例中，光反射箔21不存在，且在那种情况下，一个或多个电子部件30可以是高反射的，例如通过使用白漆。

图9示出了从侧面横截面中看到的具有光混合室的发光模块1的实施例。在这一实施例中，光混合室包括以从基部12延伸的突起的形式的空腔18，一个或多个电子部件30被放置在空腔中，这些部件的示例在上文中已具体说明。反射箔21被提供为覆盖放置在室或突起18中的一个或多个电子部件30。在实施例中，反射箔21可延伸在整个基部12之上。空腔或突起18可容易地适配在接线盒中。

在实施例(未示出)中，光混合室在高度上增加，且一个或多个电子部件30被提供在光混合室的基部12上且由反射箔21覆盖，反射箔21在侧壁14之间延伸在光混合室的整个直径或宽度之上。增加的高度提供了在基部12和用于一个或多个电子部件30的反射箔21之间的外壳(housing)或空腔。

在实施例(未示出)中，一个或多个电子部件30被提供在外部，且与光混合室的侧壁14邻近。在这一实施例中，中空的空间被提供在光混合室的侧壁14之外，一个或多个电子部件30安装在该中空的空间中。

图10示出了从侧面横截面中看到的具有光混合室的发光模块1的实施例。在这一实施例中，光混合室是环形的且包括内壁15，内壁15限定了以基部12的凹部形式的室或外壳，其中一个或多个电子部件30被提供，例如安装在光混合室的基部12上。在这一实施例中，发光模块1的光输出是环形的。内壁15具有高反射的内表面，该内表面是面对发光二极管5的表面。

本领域的技术人员认识到本发明决不限于上文中描述的优选实施例。相反，许多修改和改变在所附权利要求的范围内是可能的。例如，基部的形状被公开为圆形或椭圆形的，但是基部的其它形状是同样可能的。基部可例如成形为正方形、六角形或三角形。这对于侧壁的横截面是同样有效的。而且，基部和侧壁的横截面可以是不同形状的。

另外，公开的实施例的变化可由技术人员在实践请求保护的发明中从对附图、公开内容和所附权利要求的学习中理解和实现。在权利要求中，词语“包括”不排除其它元件或步骤，且不定冠词“一”或“一个”不排除多个。仅凭某些措施被记载在互不相同的从属权利要求中的事实并不指示这些措施的组合不能被有利地使用。

Claims (15)

1.一种发光模块(1)，包括：

布置为混合光的混合室(10)，所述混合室(10)包括具有高反射内表面的基部(12)、具有高反射内表面的周围侧壁(14)和半反射的光出射窗(16)；以及

布置在所述周围侧壁(14)的所述内表面上的至少一个发光二极管(5)，使得从所述至少一个发光二极管(5)发射的光被发射到所述混合室(10)中，以用于发射的所述光在所述混合室(10)内的混合，

其中所述半反射的光出射窗(16)被布置为将从所述至少一个发光二极管(5)发射的并在所述混合室(10)内混合的光耦合出来，

其中所述周围侧壁(14)沿与所述基部(12)平行的平面所截取的横截面被成形为圆形，并且所述混合室(10)的直径和高度(H)的纵横比在1到8的范围内，

其中对于从所述发光二极管(5)发射的光，所述半反射的光出射窗(16)的反射率在从30％到80％的范围内。

2.根据权利要求1所述的发光模块(1)，其中对于从所述发光二极管(5)发射的光，所述半反射的光出射窗(16)的吸光度小于2％。

3.根据权利要求1或2所述的发光模块(1)，其中所述至少一个发光二极管(5)被布置为与所述基部(12)邻近。

4.根据权利要求1-3中的任一项所述的发光模块(1)，其中对于从所述发光二极管(5)发射的光，高反射是在从90％到100％的范围内的反射。

5.根据权利要求1-4中的任一项所述的发光模块(1)，其中所述基部的内表面是弯曲和/或具有圆顶形状。

6.根据权利要求1-5中的任一项所述的发光模块(1)，其中所述光出射窗(16)是漫射的。

7.根据权利要求1-6中的任一项所述的发光模块(1)，其中所述光出射窗(16)是弯曲的和/或具有圆顶形状。

8.根据权利要求1-7中的任一项所述的发光模块(1)，其中所述发光模块进一步包括反射结构(20)。

9.根据权利要求8所述的发光模块(1)，其中所述反射结构(20)被布置在所述基部(12)处。

10.根据权利要求1-9中的任一项所述的发光模块(1)，其中所述至少一个发光二极管(5)被布置在柔性带上。

11.根据权利要求1-10中的任一项所述的发光模块(1)，其中所述混合室(10)是环形的，且包括具有面对所述至少一个发光二极管(5)的高反射表面的内壁(15)。

12.根据权利要求1-10中的任一项所述的发光模块(1)，进一步包括布置在所述基部(12)上的电子部件。

13.根据权利要求1-10中的任一项所述的发光模块(1)，进一步包括在所述基部(12)和反射箔(21)之间的空腔(18)，一个或多个电子部件(30)被布置在所述空腔(18)中。

14.一种灯(60)，包括根据权利要求1-13中的任一项的发光模块(1)。

15.一种照明装置(70)，包括根据权利要求1-13中的任一项的发光模块(1)，或包括根据权利要求14的灯(60)。