颜色校正光学元件的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及光学元件。具体地，本发明涉及用于将从波长转换元件发出的光重新 定向的光学元件。
【背景技术】
[0002] 使用用于提供白光的发光二极管（LED)的照明系统就要在光输出、光量和效率方 面超越诸如荧光灯之类的传统照明技术。
[0003] 然而，难以生产在期望的色温度下发出具有统一颜色的白光的LED。因此，通常使 用各种类型的波长转换元件转换由LED发出的光。举例来说，发出蓝色光谱区的光的LED 通常与黄色磷光体材料结合，用于实现白光。从LED进入磷光体的光经历波长转换，并且转 换度与光穿过磷光体的距离有关。因此，从磷光体元件发出的光的波长取决于光源和磷光 体元件的发光表面之间的距离。因此，假设磷光体元件具有平的发光表面，颜色输出依赖角 度。
[0004] 与基本上平行于表面发出的较黄的光相比，依赖角度的颜色输出将导致从磷光体 元件的表面以接近于表面法线的角度发出的光更接近蓝色光谱端。这种颜色变化现象被称 为颜色随角度（CoA)变化。CoA变化是不期望的，因为其在来自磷光体元件的光输出中产生 环状效应，其中可能围绕优选白光波束的边缘看到黄色的环。
[0005] 已经尝试了用于CoA校正的几种不同的方法，以便克服上述效应，诸如通过将磷 光体层分级或使用二向色滤光器。然而，这些方法会降低效率并增加复杂性，并从而增加照 明系统的制造成本。另一个提出的解决方法为在准直结构的顶部引入微结构。
【发明内容】
[0006] 考虑到现有技术的上述及其他缺点，本发明的目的是提供改进光学元件以用于颜 色随角度校正。
[0007] 根据本发明的方面，通过用于使光重新定向的圆形对称光学元件来实现这个及其 他目的，该光由光源发出通过波长转换元件，其中从波长转换元件发出的光具有依赖于从 波长转换元件的发出角度的平均颜色C a和波长分布，其中具有平均颜色C A的光具有发出 角度tA，光学元件包括：第一光学部分，被配置为接收从波长转换元件的发出角度小于t A 的光并且将该光重新定向；和第二光学部分，被配置为接收从波长转换元件的发出角度大 于tA的光并且将该光重新定向，其中第一和第二光学部分被单独配置，以便对于光学元件 的每个经选择的親出（out-coupling)角度的光，存在由第一光学部分接收并重新定向到 光学元件的经选择的耦出角度的光，并且存在由第二光学部分接收并重新定向到从光学元 件的经选择的耦出角度的对应光，以便如远场中看到的从光学元件发出的总光束具有均一 (homogeneous)彦员色。
[0008] 本发明基于如下认识：通过光学元件可以实现改进的CoA校正，该光学元件将波 长比平均颜色短的光与波长比平均颜色长的光结合，以这样的方式以便如远场中看到的从 光学元件发出的光具有均一颜色。通过基于从波长转换元件发出的光的波长分布和通量分 布来计算光学元件的第一和第二部分的形状，可以实现这种光学元件。因此，可以针对呈现 CoA变化的任意光源和波长转换元件的组合实现提供改进的CoA校正的光学元件。
[0009] 光学元件是圆形对称的，意指其呈现围绕中心轴的旋转对称。此外，光学元件优选 关于波长转换元件布置，以便中心轴与波长转换元件的中心对准，波长转换元件也被假设 为圆形对称。然而，波长转换元件可以具有任意形状，只要从元件发出的光的波长分布和通 量分布为基本上圆形对称的。波长转换元件可以由单个层或由磷光体或荧光陶瓷的堆或混 合物形成，并且光源例如可以是蓝色发光二极管（LED)。然而，总体的发明构思同样适用于 其他类型的光源，诸如例如UV二极管。黄色磷光体波长转换材料的所得效果是将由LED发 出的在蓝色光谱端的光转换为波长在黄色区域的光。由于波长转换度与光在波长转换元件 中行进的长度成比例，发出光的波长分布与从元件的发出角度成比例。
[0010] 针对光源和由CIE1931XY色空间中线性的颜色与角度关系所描述的波长分布的 波长转换元件的组合，来描述光学元件。
[0011] 关于本发明，波长转换元件垂直于表面（即在法线方向上）发出的光被定义为具 有角度〇°，并且平行于波长转换元件的表面发出的光被定义为具有角度90°。因此，假设 发出角度和波长之间的线性关系，颜色与角度的关系可以由xy色空间中针对以0°发出的 光的颜色点和针对以90°发出的光的颜色点之间的直线来描述，其中以0°发出的光更接 近蓝色光谱端，并且以90°发出的光更接近黄色光谱区域。从波长转换元件发出的光的平 均颜色(^由发出光的波长分布和通量分布决定。从而，当颜色点c 3立于上述0°和90°之 间的直线上时，可以找到与发出平均颜色的角度对应的角度tA。
[0012] 此外，均一颜色可以优选对应于平均颜色cA。假如基本上从波长转换元件发出的 所有光在期望的发出方向上由光学元件耦出，并损耗是可忽略的，那么在远场中看到的颜 色将对应于平均颜色C A。然而，不同于CA的颜色输出可以例如通过在光学元件中阻挡特定 波长或波长范围来实现。
[0013] 此外，第一和第二部分之间的交叉点可以通过tA确定。假设光学元件的底部部分 被布置在与波长转换元件相同的平面中，并且光学元件的中心轴与波长转换元件的中心轴 对准，由角度t A定义光学元件的第一和第二部分之间的交叉点，以便以低于t A的角度发出 的光直接由光学元件的第一部分接收，并且以大于、的角度发出的光直接由光学元件的第 二部分接收。
[0014] 根据本发明的一个实施例，第一光学部分可以有利地具有曲面，以用于接收从波 长转换元件发出的光，并将该光折射向光学元件的光输出表面。
[0015] 此外，第一光学部分可以是平凸透镜。通过以平凸透镜的曲面形式提供接收角度 低于tA的光的表面，到达第一部分的光折射向光学元件的发出表面的法线。
[0016] 在本发明的一个实施例中，第二光学部分可以有利地具有第一表面，以用于接收 并折射从波长转换元件发出的光；和第二曲面，以用于接收在平面折射的所述光，并且将该 光反射向光学元件的光输出表面。
[0017] 如上面所概述的，第一和第二部分的曲率理论上基于来自波长转换元件的波长和 通量分布来确定，以便提供从光学元件发出的在远场中具有均一颜色的光，如在下面的详 细说明中将进一步讨论的。
[0018] 而且，在各种实施例中，用于接收并折射光的第一表面可以为平面或曲面。依靠第 一表面被选择为平面还是曲面，第二部分的对应第二曲面将必须据此设计。
[0019] 根据一个实施例，第二光学部分的第二曲面可以被分成具有不同曲率的两段。在 一些情形中，颜色与角度关系通过非线性函数描述。举例来说，如果该颜色与角度关系是抛 物线函数，那么通过将第二光学部分的第二曲面分为具有不同曲率的两段，可以实现与上 述均一光输出相同的效果。因此，所描述的光学元件的功能原则上可以针对任意颜色与角 度关系实现。
[0020] 在本发明的一个实施例中，从光学元件发出的光可以有利地具有高斯强度分布。
[0021] 例如，该光学元件可以被提供为照明设备的部件，该照明设备还包括：光源；波长 转换元件，其被布置以便由光源发出的光穿过波长转换元件，并且进一步向前通过根据上 述描述的光学元件。
[0022] 在研宄所附权利要求及以下描述时，本发明的进一步特征和优点将变得显而易 见。技术人员了解，本发明的不同特征可以被组合以产生不同于下文中描述的实施例，而不 脱离本发明的范围。
【附图说明】
[0023] 现在将参考示出本发明的实施例的附图，更详细描述本发明的这个及其他方面。
[0024] 图1是发光装置和波长转换元件的示意图；
[0025] 图2是示意地示