发光模块和包括该发光模块的照明装置制造方法
【专利摘要】本发明涉及一种发光模块（10），包括电路板（1）、设置在所述电路板（1）一侧的至少三个光源（2）和分别配属于各个光源（2）的至少三个光学器件（3），其特征在于，所述至少三个光学器件（3）分别设计为用于产生子光斑，所述子光斑至少部分重叠以组成均匀的光斑。此外本发明还涉及包括该发光模块的一种照明装置。
【专利说明】发光模块和包括该发光模块的照明装置
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种发光模块和包括该发光模块的照明装置。
【背景技术】
[0002]LED发光模块具有节能高效的优点，因此在当今的照明领域中占主导地位。随着照明技术的发展，以LED为光源的改型灯已经逐步替代荧光灯被广泛应用在各种场合。在例如用作背光源的LED发光模块中，每个LED光源配备有独立的透镜，用于实现预定的光分布图案，这种透镜例如是被广泛应用的蝙蝠翼型透镜(Batwing lens)。这种透镜在现有技术中基本轴对称地设计，也就是说，透镜用于接收入射光的内表面和作为出射面的外表面都具有关于中心轴线对称的轮廓。
[0003]当发光模块上仅仅具有一个这种完全轴对称设计的透镜时，可以通过单个的透镜实现均匀对称的蝙蝠翼形光斑，因此这种透镜在一定程度上限制了发光模块的亮度或者说光输出量。当为了提高发光模块的亮度而在电路板上设置多个配有这种透镜的光源时，很难再获得均匀的光斑。因此需要对现有的发光模块、特别是LED发光模块进行进一步改进，以满足用户的要求。
【发明内容】
[0004]为解决上述技术问题，本发明提出了一种新型的发光模块。该发光模块具有结构简单、高效节能、照射范围大的优点。
[0005]根据本发明提出一种发光模块，包括具有边缘区域和中央区域的电路板、设置在所述电路板一侧的至少三个光源和分别配属于各个光源的至少三个光学器件，其特征在于，所述多个光学器件分别设计为用于产生子光斑，所述子光斑至少部分重叠以组成均匀的光斑。
[0006]在本发明的设计中，各个光源经过配属的光学器件产生自身的光斑，这些光斑作为发光模块的子光斑共同组合形成封闭的光斑，其中优选地在相邻两个子光斑之间存在一个重叠区域。由此借助于三个、四个或多个光学器件可以形成例如三角形、四边形、圆形或其他形状的均匀的光斑。
[0007]在根据本发明的一个优选的设计中，所述光源排列为环形阵列，所述光学器件设计用于使经过每个所述光学器件射向所述环形阵列的外部区域的光束多于射向所述环形阵列的中央区域的光束。在此情况下，经过每个光学器件朝向所述环形阵列的外部区域的光通量大于朝向其中央区域的光通量。由于多个光学器件排布成环形，并且每个光学器件均可以实现非对称的子光斑，因此这些子光斑自然可以组合成一个完整并且均匀的光斑。
[0008]在根据本发明的一个优选的设计中，所述光学器件是透镜，所述透镜具有第一轴、垂直于所述第一轴的第二轴和第三轴，所述第一和第二轴限定出所述透镜的基面，并且所述第三轴垂直于所述基面。优选地，所述透镜包括入射面，所述入射面在所述透镜的、由所述第一轴和所述第三轴限定的第一垂直面上形成第一曲线，所述第一曲线关于所述第三轴非对称。在传统的发光模块中，电路板上安装的透镜常常是对称设计的、例如球形透镜。这种透镜通常具有一个唯一的光轴，经过这种透镜出射的光大部分在垂直于电路板的方向上延伸，这只能实现一种以光轴为中心的均匀光斑。根据本发明的发光模块具有非对称设计的透镜，借助于这种非对称的透镜可以将来自光源的出射光朝向所希望的照射区域。这些出射光分别沿着例如两个光轴延伸，以便有针对性地形成覆盖特定区域的子光斑。
[0009]在根据本发明的一个优选的设计中，所述光学器件包括朝向所述中央区域的第一子入射面和朝向所述外部区域的第二子入射面，所述第一子入射面和所述第二子入射面平滑地连接形成非对称的弧形入射面，所述入射面关于由所述第二轴和所述第三轴限定的第二垂直面非对称。来自光源的入射光通过第一和第二子入射面被分为两组朝向不同方向的出射光，经过第二子入射面的光射向环形阵列的外部区域，由此可以增大发光模块的照射面积。优选地，所述第一子入射面和所述第二子入射面分别关于所述第一垂直面对称。
[0010]在根据本发明的一个优选的设计中，第一子入射面在所述第一垂直面上形成第二曲线，所述第二子入射面在所述第一垂直面上形成第三曲线，所述第二曲线和所述第三曲线平滑地连接形成所述第一曲线，所述第二曲线和所述第一轴之间具有第一夹角，所述第三曲线和所述第一轴之间具有第二夹角，所述第一夹角大于所述第二夹角。由此可以确保光源的大部分光经过第二子入射面射向环形阵列的外部区域，少量的光射向环形阵列的中央区域。
[0011]在根据本发明的一个优选的设计中，所述第二曲线和所述第三曲线是是样条曲线。也可以根据应用要求来调整第一和第二子入射面的形状。
[0012]在根据本发明的一个优选的设计中，所述光学器件第一入射面、所述第二子入射面和所述电路板限定出容纳所述光源的容纳腔。借助于这样设计的光学器件可以尽可能高效地获得来自光源的入射光。
[0013]在根据本发明的一个优选的设计中，所述光学器件包括出射面，所述出射面在所述第一垂直面上形成第四曲线，所述第四曲线关于所述第二透镜的所述第三轴对称。优选地，所述出射面为球面。
[0014]在根据本发明的另一个优选的设计中，所述至少三个光学器件在周向方向上均匀排布。周向上均匀排布成环形的光学器件可以使各自产生的子光斑组合并叠加成亮度较高的环形、优选为圆形光斑，由此可以在确保光分布均匀的前提下提高发光模块的亮度。
[0015]本发明还涉及一种照明装置，其特征在于，包括上述发光模块。在发光模块中的光源为LED光源时，这种照明装置可以用作以LED为背光源的照明装置，并且具有均匀的照明效果。
[0016]应该理解，以上的一般性描述和以下的详细描述都是列举和说明性质的，目的是为了对要求保护的本发明提供进一步的说明。
【专利附图】
【附图说明】
[0017]附图构成本说明书的一部分，用于帮助进一步理解本发明。这些附图图解了本发明的实施例，并与说明书一起用来说明本发明的原理。在附图中相同的部件用相同的标号表示。图中示出:
[0018]图1示出了根据本发明的发光模块10的第一实施例的截面图；[0019]图2示出了图1中的光学器件3的立体仰视图；
[0020]图3示出了图1中的光学器件3的第一剖面图；
[0021]图4示出了图1中的光学器件3的第二剖面图；
[0022]图5示出了根据本发明的发光模块10的第一实施例的光分布图。
【具体实施方式】
[0023]在下面详细描述中，参考形成本说明书的一部分的附图，其中，以例证的方式示出了可以实施本发明的具体实施例。关于图，诸如“顶”、“底”、“内”、“外”等方向性术语参考所描述的附图的方向使用。由于本发明实施例的组件可以在许多不同方向上放置，所以方向术语仅用于说明，而没有任何限制的意思。应该理解的是，可以使用其它实施例，并且在不背离本发明的范围的前提下可以进行结构或逻辑改变。所以，下面详细描述不应被理解为限制性的意思，并且本发明由所附的权利要求限定。
[0024]应该理解的是，如果没有其它特别注明，这里描述的不同的示例性实施例的特征可以彼此结合。
[0025]图1示出了根据本发明的发光模块10的第一实施例的截面图，该发光模块10包括电路板I和至少三个设置在电路板I上的光源2，其中每个光源2分别配有设计为透镜的光学器件3，因此透镜在本实施例中相应地具有标号“3”。
[0026]对于发光模块10而言，为了一方面确保达到预定的亮度，另一方面还能实现均匀的光斑，因此采用对多个子光斑在周向方向上进行组合的方法来获得一个完整并且均匀的光斑，其中相邻两个子光斑至少部分地重叠。在本实施例中，光源2和与其匹配的透镜3的数量分别为6个，这些光源2/透镜3在周向上均匀布置成环形阵列(图中仅示出相对设置的两个光源2/透镜3)。
[0027]透镜3具有非对称设计的内轮廓，两个成对设置的光源2发出的光经过配属的透镜3大部分地射向该“透镜对”两侧、即未示出的环形阵列的外部区域R2。“外部区域”在此是指周向上环绕在环形阵列外部的区域。相应地，环形阵列在其内部限定出的区域可以称为“中央区域” Rl。在此情况下，经过每个透镜3射向外部区域R2的光束多于射向中央区域Rl的光束。
[0028]此外，为了尽可能高效地获得来自光源2的入射光，可以将透镜3的入射面和电路板I限定出容纳光源2的容纳腔。
[0029]结合图2-4中示出的透镜3的立体图以及第一和第二剖面图可以准确地识别出透镜3的入射面的非对称轮廓，其中图3和图4为彼此垂直的两个剖面。
[0030]由图2中可以看出，透镜3的入射面在水平面上的投影具有水滴形轮廓，也就说，入射面在透镜3的底面上形成平滑闭合的样条曲线，该闭合曲线为水滴形。如图3和图4所不，透镜3具有第一轴X、垂直于第一轴X的第二轴Y和第三轴Z,第一和第二轴Χ,Υ限定出透镜3的基面Χ-Υ，并且第三轴Z垂直于基面Χ-Υ。
[0031]透镜3的非对称的入射面在图3中示出的第一垂直面X-Z上形成第一曲线，第一曲线关于第三轴Z非对称。在本发明中，入射面包括在图3和图4中示出的第一子入射面和仅在图3中示出的第二子入射面。第一子入射面Al在第一垂直面X-Z上形成第二曲线，第二子入射面Α2在第一垂直面X-Z上形成第三曲线，可以由样条曲线限定出的第二和第三曲线平滑地连接形成第一曲线。
[0032]为了使来自光源2的光束射向预定的区域、即中间区域，透镜3特别地设计具有朝向中央区域Rl (参见图1)的第一子入射面Al和朝向外部区域R2 (参见图1)的第二子入射面A2。第二曲线和第一轴X之间形成第一夹角α 1，第三曲线和第一轴X之间形成第二夹角α 2，第一夹角α I大于第二夹角α2。由此可以获得面积相对较小的第一子入射面Al和面积相对较大的第二子入射面Α2。
[0033]此外，透镜3还包括出射面A3，设计为球面的出射面在图3中示出的第一垂直面X-Z和图4中示出的第一垂直面Z-Y上形成轮廓相同的第四曲线和第五曲线，也就是说，无论是出射面A3在第一垂直面X-Z上形成的第四曲线还是在第一垂直面Z-Y上形成的第五曲线，都是关于第三轴Z对称的。
[0034]图5不出了根据本发明的发光模块10的第一实施例的光分布图。由于在第一实施例中，发光模块配备有六个光源，因此图5中示出的完整的光斑是由六个子光斑组合而成。这六个子光斑在周向上均匀分布，并且在各自的邻接区域相互重叠，由此可以组成一个封闭的环形光斑。这个可以根据光源的亮度或第一夹角α? (参见图3)被调整为圆形的光斑亮度较高，并且分布均匀，同时还避免在相邻两个子光斑之间形成暗区。
[0035]在未示出的一个实施例中，也可以根据实际应用情况为发光模块配备其他数量的光源和相应的透镜，例如三组光源和透镜、四组光源和透镜等等。
[0036]也可以根据需要实现的光斑来调整透镜的入射面、即调整第一子入射面和第二子入射面的轮廓，例如可以在透镜的第三轴的方向上改变入射面的高度，也可以在透镜的基面、即透镜底面所在的平面中改变入射面的宽度。
[0037]另外，尽管仅相对于多种实施方式中的一种公开了本发明的实施例的特定特征或方面，但是如任何给定或特定应用所要求的，这些特征或方面可以与其它实施方式的一个或多个其它特征或方面进行结合。
`[0038]以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
[0039]参考标号
[0040]I电路板
[0041]2光源
[0042]3光学器件/透镜
[0043]10 发光模块
[0044]Al 第一子入射面
[0045]Α2 第二子入射面
[0046]A3 出射面
[0047]α I 第一夹角
[0048]α 2 第二夹角
[0049]Rl 环形阵列的中央区域
[0050]R2 环形阵列的外部区域
[0051]X 光学器件的第一轴[0052]Y光学器件的第二轴
[0053]Z光学器件的第三轴
[0054]X-Y光学器件的基面
[0055]X-Z 光学器件的第一垂直面
[0056]Y-Z光学器件的第二垂直面
【权利要求】
1.一种发光模块(10)，包括电路板(I)、设置在所述电路板(I) 一侧的至少三个光源(2)和分别配属于各个光源(2)的至少三个光学器件(3)，其特征在于，所述至少三个光学器件(3)分别设计为用于产生子光斑，所述子光斑至少部分重叠以组成均匀的光斑。
2.根据权利要求1所述的发光模块(10)，其特征在于，所述光源排列为环形阵列，所述光学器件(3)设计用于使经过每个所述光学器件(3)射向所述环形阵列的外部区域(R2)的光束多于射向所述环形阵列的中央区域(Rl)的光束。
3.根据权利要求1或2所述的发光模块(10)，其特征在于，所述光学器件(3)是透镜，所述透镜具有第一轴(X)、垂直于所述第一轴(X)的第二轴(Y)和第三轴(Z)，所述第一和第二轴(X，Y)限定出所述透镜的基面(X-Y)，并且所述第三轴(Z)垂直于所述基面(X-Y)。
4.根据权利要求3所述的发光模块(10)，其特征在于，所述透镜包括入射面，所述入射面在所述透镜的、由所述第一轴(X)和所述第三轴(Z)限定的第一垂直面(X-Z)上形成第一曲线，所述第一曲线关于所述第三轴(Z)非对称。
5.根据权利要求4所述的发光模块(10)，其特征在于，所述光学器件(3)包括朝向所述中央区域(Rl)的第一子入射面(Al)和朝向所述外部区域(R2)的第二子入射面(A2)，所述第一子入射面(Al)和所述第二子入射面(A2)平滑地连接形成弧形入射面，所述入射面关于由所述第二轴(Y)和所述第三轴(Z)限定的第二垂直面(Y-Z)非对称。
6.根据权利要求5所述的发光模块(10)，其特征在于，所述第一子入射面(Al)和所述第二子入射面(A2)分别关于所述第一垂直面(X-Z)对称。
7.根据权利要求6所述的发光模块(10)，其特征在于，所述第一子入射面(Al)在所述第一垂直面(X-Z)上形成第二曲线，所述第二子入射面(A2)在所述第一垂直面(X-Z)上形成第三曲线，所述第二曲线和所述第三曲线平滑地连接形成所述第一曲线，所述第二曲线和所述第一轴(X)之间具有第一夹角(α I )，所述第三曲线和所述第一轴(X)之间具有第二夹角(α 2)，所述第一夹角(α I)大于所述第二夹角(α 2)。
8.根据权利要求7所述的发光模块(10)，其特征在于，所述第二曲线和所述第三曲线是样条曲线。
9.根据权利要求4所述的发光模块(10)，其特征在于，所述第一子入射面(Al)、所述第二子入射面(Α2 )和所述电路板(I)共同限定出容纳所述光源(2 )的容纳腔。
10.根据权利要求4所述的发光模块(10)，其特征在于，所述光学器件(3)还包括出射面(A3)，所述出射面(A3)在所述第一垂直面(X-Z)上形成第四曲线，所述第四曲线关于所述第三轴(Z)对称。
11.根据权利要求10所述的发光模块(10)，其特征在于，所述出射面(A3)为球面。
12.根据权利要求1或2所述的发光模块(10)，其特征在于，所述至少三个光学器件(3)在周向方向上均匀排布。
13.一种照明装置，其特征在于，包括根据权利要求1-12中任一项所述的发光模块(10)。
【文档编号】F21S2/00GK103807627SQ201210454363
【公开日】2014年5月21日 申请日期:2012年11月13日 优先权日:2012年11月13日
【发明者】张新建, 冯耀军, 明玉生, 何源源 申请人:欧司朗有限公司