發(fā)光模塊和包括該發(fā)光模塊的照明裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種發(fā)光模塊（10），包括電路板（1）、設(shè)置在所述電路板（1）一側(cè)的至少三個(gè)光源（2）和分別配屬于各個(gè)光源（2）的至少三個(gè)光學(xué)器件（3），其特征在于，所述至少三個(gè)光學(xué)器件（3）分別設(shè)計(jì)為用于產(chǎn)生子光斑，所述子光斑至少部分重疊以組成均勻的光斑。此外本發(fā)明還涉及包括該發(fā)光模塊的一種照明裝置。
【專利說明】發(fā)光模塊和包括該發(fā)光模塊的照明裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種發(fā)光模塊和包括該發(fā)光模塊的照明裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]LED發(fā)光模塊具有節(jié)能高效的優(yōu)點(diǎn)，因此在當(dāng)今的照明領(lǐng)域中占主導(dǎo)地位。隨著照明技術(shù)的發(fā)展，以LED為光源的改型燈已經(jīng)逐步替代熒光燈被廣泛應(yīng)用在各種場(chǎng)合。在例如用作背光源的LED發(fā)光模塊中，每個(gè)LED光源配備有獨(dú)立的透鏡，用于實(shí)現(xiàn)預(yù)定的光分布圖案，這種透鏡例如是被廣泛應(yīng)用的蝙蝠翼型透鏡(Batwing lens)。這種透鏡在現(xiàn)有技術(shù)中基本軸對(duì)稱地設(shè)計(jì)，也就是說，透鏡用于接收入射光的內(nèi)表面和作為出射面的外表面都具有關(guān)于中心軸線對(duì)稱的輪廓。
[0003]當(dāng)發(fā)光模塊上僅僅具有一個(gè)這種完全軸對(duì)稱設(shè)計(jì)的透鏡時(shí)，可以通過單個(gè)的透鏡實(shí)現(xiàn)均勻?qū)ΨQ的蝙蝠翼形光斑，因此這種透鏡在一定程度上限制了發(fā)光模塊的亮度或者說光輸出量。當(dāng)為了提高發(fā)光模塊的亮度而在電路板上設(shè)置多個(gè)配有這種透鏡的光源時(shí)，很難再獲得均勻的光斑。因此需要對(duì)現(xiàn)有的發(fā)光模塊、特別是LED發(fā)光模塊進(jìn)行進(jìn)一步改進(jìn)，以滿足用戶的要求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提出了一種新型的發(fā)光模塊。該發(fā)光模塊具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、高效節(jié)能、照射范圍大的優(yōu)點(diǎn)。
[0005]根據(jù)本發(fā)明提出一種發(fā)光模塊，包括具有邊緣區(qū)域和中央?yún)^(qū)域的電路板、設(shè)置在所述電路板一側(cè)的至少三個(gè)光源和分別配屬于各個(gè)光源的至少三個(gè)光學(xué)器件，其特征在于，所述多個(gè)光學(xué)器件分別設(shè)計(jì)為用于產(chǎn)生子光斑，所述子光斑至少部分重疊以組成均勻的光斑。
[0006]在本發(fā)明的設(shè)計(jì)中，各個(gè)光源經(jīng)過配屬的光學(xué)器件產(chǎn)生自身的光斑，這些光斑作為發(fā)光模塊的子光斑共同組合形成封閉的光斑，其中優(yōu)選地在相鄰兩個(gè)子光斑之間存在一個(gè)重疊區(qū)域。由此借助于三個(gè)、四個(gè)或多個(gè)光學(xué)器件可以形成例如三角形、四邊形、圓形或其他形狀的均勻的光斑。
[0007]在根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選的設(shè)計(jì)中，所述光源排列為環(huán)形陣列，所述光學(xué)器件設(shè)計(jì)用于使經(jīng)過每個(gè)所述光學(xué)器件射向所述環(huán)形陣列的外部區(qū)域的光束多于射向所述環(huán)形陣列的中央?yún)^(qū)域的光束。在此情況下，經(jīng)過每個(gè)光學(xué)器件朝向所述環(huán)形陣列的外部區(qū)域的光通量大于朝向其中央?yún)^(qū)域的光通量。由于多個(gè)光學(xué)器件排布成環(huán)形，并且每個(gè)光學(xué)器件均可以實(shí)現(xiàn)非對(duì)稱的子光斑，因此這些子光斑自然可以組合成一個(gè)完整并且均勻的光斑。
[0008]在根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選的設(shè)計(jì)中，所述光學(xué)器件是透鏡，所述透鏡具有第一軸、垂直于所述第一軸的第二軸和第三軸，所述第一和第二軸限定出所述透鏡的基面，并且所述第三軸垂直于所述基面。優(yōu)選地，所述透鏡包括入射面，所述入射面在所述透鏡的、由所述第一軸和所述第三軸限定的第一垂直面上形成第一曲線，所述第一曲線關(guān)于所述第三軸非對(duì)稱。在傳統(tǒng)的發(fā)光模塊中，電路板上安裝的透鏡常常是對(duì)稱設(shè)計(jì)的、例如球形透鏡。這種透鏡通常具有一個(gè)唯一的光軸，經(jīng)過這種透鏡出射的光大部分在垂直于電路板的方向上延伸，這只能實(shí)現(xiàn)一種以光軸為中心的均勻光斑。根據(jù)本發(fā)明的發(fā)光模塊具有非對(duì)稱設(shè)計(jì)的透鏡，借助于這種非對(duì)稱的透鏡可以將來自光源的出射光朝向所希望的照射區(qū)域。這些出射光分別沿著例如兩個(gè)光軸延伸，以便有針對(duì)性地形成覆蓋特定區(qū)域的子光斑。
[0009]在根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選的設(shè)計(jì)中，所述光學(xué)器件包括朝向所述中央?yún)^(qū)域的第一子入射面和朝向所述外部區(qū)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連接形成非對(duì)稱的弧形入射面，所述入射面關(guān)于由所述第二軸和所述第三軸限定的第二垂直面非對(duì)稱。來自光源的入射光通過第一和第二子入射面被分為兩組朝向不同方向的出射光，經(jīng)過第二子入射面的光射向環(huán)形陣列的外部區(qū)域，由此可以增大發(fā)光模塊的照射面積。優(yōu)選地，所述第一子入射面和所述第二子入射面分別關(guān)于所述第一垂直面對(duì)稱。
[0010]在根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選的設(shè)計(jì)中，第一子入射面在所述第一垂直面上形成第二曲線，所述第二子入射面在所述第一垂直面上形成第三曲線，所述第二曲線和所述第三曲線平滑地連接形成所述第一曲線，所述第二曲線和所述第一軸之間具有第一夾角，所述第三曲線和所述第一軸之間具有第二夾角，所述第一夾角大于所述第二夾角。由此可以確保光源的大部分光經(jīng)過第二子入射面射向環(huán)形陣列的外部區(qū)域，少量的光射向環(huán)形陣列的中央?yún)^(qū)域。
[0011]在根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選的設(shè)計(jì)中，所述第二曲線和所述第三曲線是是樣條曲線。也可以根據(jù)應(yīng)用要求來調(diào)整第一和第二子入射面的形狀。
[0012]在根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選的設(shè)計(jì)中，所述光學(xué)器件第一入射面、所述第二子入射面和所述電路板限定出容納所述光源的容納腔。借助于這樣設(shè)計(jì)的光學(xué)器件可以盡可能高效地獲得來自光源的入射光。
[0013]在根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選的設(shè)計(jì)中，所述光學(xué)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線，所述第四曲線關(guān)于所述第二透鏡的所述第三軸對(duì)稱。優(yōu)選地，所述出射面為球面。
[0014]在根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)選的設(shè)計(jì)中，所述至少三個(gè)光學(xué)器件在周向方向上均勻排布。周向上均勻排布成環(huán)形的光學(xué)器件可以使各自產(chǎn)生的子光斑組合并疊加成亮度較高的環(huán)形、優(yōu)選為圓形光斑，由此可以在確保光分布均勻的前提下提高發(fā)光模塊的亮度。
[0015]本發(fā)明還涉及一種照明裝置，其特征在于，包括上述發(fā)光模塊。在發(fā)光模塊中的光源為L(zhǎng)ED光源時(shí)，這種照明裝置可以用作以LED為背光源的照明裝置，并且具有均勻的照明效果。
[0016]應(yīng)該理解，以上的一般性描述和以下的詳細(xì)描述都是列舉和說明性質(zhì)的，目的是為了對(duì)要求保護(hù)的本發(fā)明提供進(jìn)一步的說明。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]附圖構(gòu)成本說明書的一部分，用于幫助進(jìn)一步理解本發(fā)明。這些附圖圖解了本發(fā)明的實(shí)施例，并與說明書一起用來說明本發(fā)明的原理。在附圖中相同的部件用相同的標(biāo)號(hào)表示。圖中示出:
[0018]圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的發(fā)光模塊10的第一實(shí)施例的截面圖；[0019]圖2示出了圖1中的光學(xué)器件3的立體仰視圖；
[0020]圖3示出了圖1中的光學(xué)器件3的第一剖面圖；
[0021]圖4示出了圖1中的光學(xué)器件3的第二剖面圖；
[0022]圖5示出了根據(jù)本發(fā)明的發(fā)光模塊10的第一實(shí)施例的光分布圖。
【具體實(shí)施方式】
[0023]在下面詳細(xì)描述中，參考形成本說明書的一部分的附圖，其中，以例證的方式示出了可以實(shí)施本發(fā)明的具體實(shí)施例。關(guān)于圖，諸如“頂”、“底”、“內(nèi)”、“外”等方向性術(shù)語參考所描述的附圖的方向使用。由于本發(fā)明實(shí)施例的組件可以在許多不同方向上放置，所以方向術(shù)語僅用于說明，而沒有任何限制的意思。應(yīng)該理解的是，可以使用其它實(shí)施例，并且在不背離本發(fā)明的范圍的前提下可以進(jìn)行結(jié)構(gòu)或邏輯改變。所以，下面詳細(xì)描述不應(yīng)被理解為限制性的意思，并且本發(fā)明由所附的權(quán)利要求限定。
[0024]應(yīng)該理解的是，如果沒有其它特別注明，這里描述的不同的示例性實(shí)施例的特征可以彼此結(jié)合。
[0025]圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的發(fā)光模塊10的第一實(shí)施例的截面圖，該發(fā)光模塊10包括電路板I和至少三個(gè)設(shè)置在電路板I上的光源2，其中每個(gè)光源2分別配有設(shè)計(jì)為透鏡的光學(xué)器件3，因此透鏡在本實(shí)施例中相應(yīng)地具有標(biāo)號(hào)“3”。
[0026]對(duì)于發(fā)光模塊10而言，為了一方面確保達(dá)到預(yù)定的亮度，另一方面還能實(shí)現(xiàn)均勻的光斑，因此采用對(duì)多個(gè)子光斑在周向方向上進(jìn)行組合的方法來獲得一個(gè)完整并且均勻的光斑，其中相鄰兩個(gè)子光斑至少部分地重疊。在本實(shí)施例中，光源2和與其匹配的透鏡3的數(shù)量分別為6個(gè)，這些光源2/透鏡3在周向上均勻布置成環(huán)形陣列(圖中僅示出相對(duì)設(shè)置的兩個(gè)光源2/透鏡3)。
[0027]透鏡3具有非對(duì)稱設(shè)計(jì)的內(nèi)輪廓，兩個(gè)成對(duì)設(shè)置的光源2發(fā)出的光經(jīng)過配屬的透鏡3大部分地射向該“透鏡對(duì)”兩側(cè)、即未示出的環(huán)形陣列的外部區(qū)域R2?！巴獠繀^(qū)域”在此是指周向上環(huán)繞在環(huán)形陣列外部的區(qū)域。相應(yīng)地，環(huán)形陣列在其內(nèi)部限定出的區(qū)域可以稱為“中央?yún)^(qū)域” Rl。在此情況下，經(jīng)過每個(gè)透鏡3射向外部區(qū)域R2的光束多于射向中央?yún)^(qū)域Rl的光束。
[0028]此外，為了盡可能高效地獲得來自光源2的入射光，可以將透鏡3的入射面和電路板I限定出容納光源2的容納腔。
[0029]結(jié)合圖2-4中示出的透鏡3的立體圖以及第一和第二剖面圖可以準(zhǔn)確地識(shí)別出透鏡3的入射面的非對(duì)稱輪廓，其中圖3和圖4為彼此垂直的兩個(gè)剖面。
[0030]由圖2中可以看出，透鏡3的入射面在水平面上的投影具有水滴形輪廓，也就說，入射面在透鏡3的底面上形成平滑閉合的樣條曲線，該閉合曲線為水滴形。如圖3和圖4所不，透鏡3具有第一軸X、垂直于第一軸X的第二軸Y和第三軸Z,第一和第二軸Χ,Υ限定出透鏡3的基面Χ-Υ，并且第三軸Z垂直于基面Χ-Υ。
[0031]透鏡3的非對(duì)稱的入射面在圖3中示出的第一垂直面X-Z上形成第一曲線，第一曲線關(guān)于第三軸Z非對(duì)稱。在本發(fā)明中，入射面包括在圖3和圖4中示出的第一子入射面和僅在圖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上形成第二曲線，第二子入射面Α2在第一垂直面X-Z上形成第三曲線，可以由樣條曲線限定出的第二和第三曲線平滑地連接形成第一曲線。
[0032]為了使來自光源2的光束射向預(yù)定的區(qū)域、即中間區(qū)域，透鏡3特別地設(shè)計(jì)具有朝向中央?yún)^(qū)域Rl (參見圖1)的第一子入射面Al和朝向外部區(qū)域R2 (參見圖1)的第二子入射面A2。第二曲線和第一軸X之間形成第一夾角α 1，第三曲線和第一軸X之間形成第二夾角α 2，第一夾角α I大于第二夾角α2。由此可以獲得面積相對(duì)較小的第一子入射面Al和面積相對(duì)較大的第二子入射面Α2。
[0033]此外，透鏡3還包括出射面A3，設(shè)計(jì)為球面的出射面在圖3中示出的第一垂直面X-Z和圖4中示出的第一垂直面Z-Y上形成輪廓相同的第四曲線和第五曲線，也就是說，無論是出射面A3在第一垂直面X-Z上形成的第四曲線還是在第一垂直面Z-Y上形成的第五曲線，都是關(guān)于第三軸Z對(duì)稱的。
[0034]圖5不出了根據(jù)本發(fā)明的發(fā)光模塊10的第一實(shí)施例的光分布圖。由于在第一實(shí)施例中，發(fā)光模塊配備有六個(gè)光源，因此圖5中示出的完整的光斑是由六個(gè)子光斑組合而成。這六個(gè)子光斑在周向上均勻分布，并且在各自的鄰接區(qū)域相互重疊，由此可以組成一個(gè)封閉的環(huán)形光斑。這個(gè)可以根據(jù)光源的亮度或第一夾角α? (參見圖3)被調(diào)整為圓形的光斑亮度較高，并且分布均勻，同時(shí)還避免在相鄰兩個(gè)子光斑之間形成暗區(qū)。
[0035]在未示出的一個(gè)實(shí)施例中，也可以根據(jù)實(shí)際應(yīng)用情況為發(fā)光模塊配備其他數(shù)量的光源和相應(yīng)的透鏡，例如三組光源和透鏡、四組光源和透鏡等等。
[0036]也可以根據(jù)需要實(shí)現(xiàn)的光斑來調(diào)整透鏡的入射面、即調(diào)整第一子入射面和第二子入射面的輪廓，例如可以在透鏡的第三軸的方向上改變?nèi)肷涿娴母叨?，也可以在透鏡的基面、即透鏡底面所在的平面中改變?nèi)肷涿娴膶挾取?br> [0037]另外，盡管僅相對(duì)于多種實(shí)施方式中的一種公開了本發(fā)明的實(shí)施例的特定特征或方面，但是如任何給定或特定應(yīng)用所要求的，這些特征或方面可以與其它實(shí)施方式的一個(gè)或多個(gè)其它特征或方面進(jìn)行結(jié)合。
`[0038]以上僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明，對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，本發(fā)明可以有各種更改和變化。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
[0039]參考標(biāo)號(hào)
[0040]I電路板
[0041]2光源
[0042]3光學(xué)器件/透鏡
[0043]10 發(fā)光模塊
[0044]Al 第一子入射面
[0045]Α2 第二子入射面
[0046]A3 出射面
[0047]α I 第一夾角
[0048]α 2 第二夾角
[0049]Rl 環(huán)形陣列的中央?yún)^(qū)域
[0050]R2 環(huán)形陣列的外部區(qū)域
[0051]X 光學(xué)器件的第一軸[0052]Y光學(xué)器件的第二軸
[0053]Z光學(xué)器件的第三軸
[0054]X-Y光學(xué)器件的基面
[0055]X-Z 光學(xué)器件的第一垂直面
[0056]Y-Z光學(xué)器件的第二垂直面
【權(quán)利要求】
1.一種發(fā)光模塊(10)，包括電路板(I)、設(shè)置在所述電路板(I) 一側(cè)的至少三個(gè)光源(2)和分別配屬于各個(gè)光源(2)的至少三個(gè)光學(xué)器件(3)，其特征在于，所述至少三個(gè)光學(xué)器件(3)分別設(shè)計(jì)為用于產(chǎn)生子光斑，所述子光斑至少部分重疊以組成均勻的光斑。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)光模塊(10)，其特征在于，所述光源排列為環(huán)形陣列，所述光學(xué)器件(3)設(shè)計(jì)用于使經(jīng)過每個(gè)所述光學(xué)器件(3)射向所述環(huán)形陣列的外部區(qū)域(R2)的光束多于射向所述環(huán)形陣列的中央?yún)^(qū)域(Rl)的光束。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的發(fā)光模塊(10)，其特征在于，所述光學(xué)器件(3)是透鏡，所述透鏡具有第一軸(X)、垂直于所述第一軸(X)的第二軸(Y)和第三軸(Z)，所述第一和第二軸(X，Y)限定出所述透鏡的基面(X-Y)，并且所述第三軸(Z)垂直于所述基面(X-Y)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的發(fā)光模塊(10)，其特征在于，所述透鏡包括入射面，所述入射面在所述透鏡的、由所述第一軸(X)和所述第三軸(Z)限定的第一垂直面(X-Z)上形成第一曲線，所述第一曲線關(guān)于所述第三軸(Z)非對(duì)稱。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的發(fā)光模塊(10)，其特征在于，所述光學(xué)器件(3)包括朝向所述中央?yún)^(qū)域(Rl)的第一子入射面(Al)和朝向所述外部區(qū)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)平滑地連接形成弧形入射面，所述入射面關(guān)于由所述第二軸(Y)和所述第三軸(Z)限定的第二垂直面(Y-Z)非對(duì)稱。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的發(fā)光模塊(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)分別關(guān)于所述第一垂直面(X-Z)對(duì)稱。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的發(fā)光模塊(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)上形成第二曲線，所述第二子入射面(A2)在所述第一垂直面(X-Z)上形成第三曲線，所述第二曲線和所述第三曲線平滑地連接形成所述第一曲線，所述第二曲線和所述第一軸(X)之間具有第一夾角(α I )，所述第三曲線和所述第一軸(X)之間具有第二夾角(α 2)，所述第一夾角(α I)大于所述第二夾角(α 2)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的發(fā)光模塊(10)，其特征在于，所述第二曲線和所述第三曲線是樣條曲線。
9.根據(jù)權(quán)利要求4所述的發(fā)光模塊(10)，其特征在于，所述第一子入射面(Al)、所述第二子入射面(Α2 )和所述電路板(I)共同限定出容納所述光源(2 )的容納腔。
10.根據(jù)權(quán)利要求4所述的發(fā)光模塊(10)，其特征在于，所述光學(xué)器件(3)還包括出射面(A3)，所述出射面(A3)在所述第一垂直面(X-Z)上形成第四曲線，所述第四曲線關(guān)于所述第三軸(Z)對(duì)稱。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的發(fā)光模塊(10)，其特征在于，所述出射面(A3)為球面。
12.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的發(fā)光模塊(10)，其特征在于，所述至少三個(gè)光學(xué)器件(3)在周向方向上均勻排布。
13.一種照明裝置，其特征在于，包括根據(jù)權(quán)利要求1-12中任一項(xiàng)所述的發(fā)光模塊(10)。
【文檔編號(hào)】F21S2/00GK103807627SQ201210454363
【公開日】2014年5月21日 申請(qǐng)日期:2012年11月13日 優(yōu)先權(quán)日:2012年11月13日
【發(fā)明者】張新建, 馮耀軍, 明玉生, 何源源 申請(qǐng)人:歐司朗有限公司