具有弯曲棱柱片的发光模块的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及包括封套（envelope)和光源阵列的发光模块。具体而言，本发明涉及 具有封套的发光模块，该封套具有弯曲棱柱片、侧面反射体区域、以及基座结构。
【背景技术】
[0002] 诸如发光二极管（LED)之类的固态光源越来越多地用作用于各种各样照明和信 令应用的照明设备。发光二极管具有极高的亮度。因此，各种一般的照明应用中LED的安 装通常需要将亮度减少许多数量级。尤其在办公室环境中，最大照度优选地小于2x IO4Cd/ m2以保证高的视觉舒适性。降低亮度的传统方法是使用与LED阵列相距适度距离的光散射 表面漫射器或者体积漫射器。这一选项对于其中光学器件的体积非至关重要的若干应用是 有效的。
[0003] 已经进行了若干尝试以满足对于光学分布和均匀性的需要。例如，EP 2 390 557 A公开了具有弯曲棱柱片的灯具。弯曲棱柱片进一步设置有多个拉长的线性棱柱结构和出 射窗口。以此方式，提供有灯具，其中适度部分的光通过出射窗口从LED直接逸出到外部， 以便于提供特定的强度轮廓。
[0004] 尽管本领域的活跃性，仍然需要满足均匀性要求的改进发光模块，同时保持发光 模块的灵活性和组成发光模块的部件的尺寸和数目之间的平衡。
【发明内容】
[0005] 鉴于现有技术的上述和其它缺点，本发明的总体目的是提供通用并且高效的发光 模块。根据本发明的第一方面，提供有发光模块，该发光模块包括沿着几何线布置的固态光 源的光源阵列、和围绕光单元的封套。封套包括：沿着光源阵列延伸并且包括漫反射部分的 基座结构、布置在基座结构的相反侧上的两个侧面反射体区域、与几何线相距恒定距离的 在两个侧面反射体区域之间延伸的弯曲棱柱片。弯曲棱柱片具有面向光源阵列的内凹表面 和背对光源阵列的外凸表面。外凸表面包括具有直角顶角的多个棱柱结构，并且该多个棱 柱结构被布置为使得从光源发射的并且直接入射在棱柱结构上的光朝向几何线被回反射 回去，而在被漫反射部分漫射和/或被侧面反射体区域反射之后入射在棱柱结构上的光透 射通过弯曲棱柱片。
[0006] 由术语"回反射"意指将光事件（light incidents)以最小的散射反射回到其光 源的原理。
[0007] 由于片和几何线之间的距离R是恒定的，从光源发射的在某个扩散角阿尔法（α ) 内的任何光将会法向于片入射在片上。这允许这种光朝向几何线（回）反射回去。在本发 明的上下文中，只要在扩散角阿尔法（α)内发射的光被回反射向几何线〇,则距离R被认为 是恒定的，即使距离R可能沿着外弯曲棱柱片轻微变化。
[0008] 通过片和几何线之间的恒定距离R，几何线对应于外弯曲棱柱片的中心轴。如果封 套具有部分棱柱管的形式，几何线将对应于部分棱柱管的中心轴。在这一上下文中，部分棱 柱管包括外弯曲棱柱片。
[0009] 在本发明的上下文中，当角度值基本等于90度时，该角度就称为直角顶角。
[0010] 使用根据本发明的设计，由光源阵列发射的在对应于角α的扩散角内的光将在 棱柱结构中通过全内反射（TIR)所反射。当光从高折射率材料（例如ΡΜΜΑ，η = 1. 50)流 至低折射率材料（通常为空气，η = 1.00)时发生TIR。对于大于或者等于临界角的入射 角，所有进入的能量被反射回到入射介质中。因此，光将被反射回到几何线，在此处光将被 基座结构的漫反射部分漫反射。这种被漫反射的光的一部分将再次入射在棱柱结构上并且 被回反射。另一部分光将入射在侧面反射体区域上。
[0011] 要注意的是，所发射的光通常在z-y平面内（法向于模块的纵向方向），但是实际 上只要光在由角α限定的开放窗口内发射，则所有光都通过全内反射被反射。在一个示例 实施例中，由角α限定的开放窗口可以是在X方向（模块的纵向方向）上的延伸的函数。
[0012] 以在角α之外的扩散角从光源阵列发射的光将入射在侧面反射体区域上。这一 光以及被基座结构的漫反射区域漫反射的光的一部分将在侧面反射体区域中被反射并且 最终透射通过棱柱结构。
[0013] 因此，通过本发明，提供了发光模块形式的光学系统，该发光模块能够仅经由至少 一个光散射步骤发射光。封套因此将充当光混合腔室，从而实现同样在纵向方向上的光的 更均匀分布。因此，高亮度固态光源（LED)的阵列被变换成漫射、照明管，而无单独固态光 源（LED)的高的峰值亮度。
[0014] 此外，本发明提出了光学系统，其提供高效并且均质的发光模块，其中具有控制光 束形状（即强度轮廓）的附加可能性。由于发光模块的回反射特性，设计紧凑并且均匀的 (颜色/亮度）LED构造块变得可能。以此方式，本发明可以用于例如制造基于高功率LED 的新一代LED管。如在下文进一步解释的那样，当发光模块被关闭时，固态光源（LED)从发 光模块的外部完全不可见，这创建了独特的视觉质量。
[0015] 发光模块可以被安装在各种应用中，诸如改装LED管和/或各种办公室适用的紧 凑固定物和模块。
[0016] 相比于可用的现有技术系统（其中适度部分的光通过光出射窗口直接从LED逸出 到外部），本发明提供独特的技术效果，即没有来自LED的光通过光出射窗口直接逸出。因 此，仅例如在侧面反射体区域处散射的光通过光出射窗口逸出。据信这对照度均匀性有积 极影响，并且当使用多个颜色的LED时允许颜色混合。
[0017] 此外，通过本发明的原理，变得可能的是，当固态光源（LED)被关闭时，将固态 光源（LED)对发光模块的外部隐藏，因为在人眼和固态光源（LED)之间没有光的单一 (univocal)路径。因此，当固态光源（LED)被关闭时，几乎不可能识别固态光源（LED)，这 创建了独特的视觉质量。
[0018] 为了获得足够高的光学效率，基座结构和侧面反射体区域的反射率应该足够高。 优选地，基座结构和侧面反射体区域的反射率应该大于95 %。更优选地，基座结构和侧面反 射体区域的反射率应该大于98%。
[0019] 固态光源是其中通过电子和空穴的复合生成光的光源。固态光源的示例包括发光 二极管（LED)和半导体激光器。固态光源可以有利地附接到结构（例如基座结构）的表面。 LED沿着几何线以阵列放置。然而，如对于技术人员来说显而易见的，模块可以具有不同量 的LED、不同数目的LED行、或者不同的LED布置。LED可以是单色的或者从不同发射光谱 的特定复合选取（例如，交替的冷白色和暖白色LED)。固态光源通常被布置在印刷电路板 (PCB)的前侧面上。一般，固态光源阵列附接到基座结构。以此方式，固态光源被布置为向 封套的内表面中的任一内表面（例如，如上面提到的，侧面反射体的内表面和外弯曲棱柱 片的内凹表面）发射光。
[0020] 有利地，固态光源之间的节距应该尽可能高，因为回到固态光源自身上的光反射 意味着一些光学效率损耗。高功率LED (往往意味着高的节距）的使用帮助优化系统的效 率。这一光学构造对于颜色混合也将是非常有效的（例如，冷白色和红色LED的交替阵列）。
[0021] 如上面提到的，基座结构包括漫反射部分。在本发明的上下文中，漫反射部分（还 称为"白反射"）意指其对于在期望的波长区域特别是可见区域、UV区域和/或红外区域内 的光基本上无吸收的部分或者表面。适合用于漫反射部分的漫反射体材料的一个示例是来 自Furukawa的称为MCPET的白漫反射材料（R~98% ) 〇
[0022] 封套的适于透射光线的部分称为"光出射窗口"。这一出射窗口可以由棱柱结构形 成。在一个示例实施例中，封套被设置为管状模块的形式，使得光出射窗口为管状表面的部 分。在本发明的上下文中，外弯曲棱柱片设置有光出射窗口。
[0023] 然而，