具有彎曲棱柱片的發(fā)光模塊的制作方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及包括封套（envelope)和光源陣列的發(fā)光模塊。具體而言，本發(fā)明涉及 具有封套的發(fā)光模塊，該封套具有彎曲棱柱片、側面反射體區(qū)域、以及基座結構。
【背景技術】
[0002] 諸如發(fā)光二極管（LED)之類的固態(tài)光源越來越多地用作用于各種各樣照明和信 令應用的照明設備。發(fā)光二極管具有極高的亮度。因此，各種一般的照明應用中LED的安 裝通常需要將亮度減少許多數量級。尤其在辦公室環(huán)境中，最大照度優(yōu)選地小于2x IO4Cd/ m2以保證高的視覺舒適性。降低亮度的傳統(tǒng)方法是使用與LED陣列相距適度距離的光散射 表面漫射器或者體積漫射器。這一選項對于其中光學器件的體積非至關重要的若干應用是 有效的。
[0003] 已經進行了若干嘗試以滿足對于光學分布和均勻性的需要。例如，EP 2 390 557 A公開了具有彎曲棱柱片的燈具。彎曲棱柱片進一步設置有多個拉長的線性棱柱結構和出 射窗口。以此方式，提供有燈具，其中適度部分的光通過出射窗口從LED直接逸出到外部， 以便于提供特定的強度輪廓。
[0004] 盡管本領域的活躍性，仍然需要滿足均勻性要求的改進發(fā)光模塊，同時保持發(fā)光 模塊的靈活性和組成發(fā)光模塊的部件的尺寸和數目之間的平衡。

【發(fā)明內容】

[0005] 鑒于現有技術的上述和其它缺點，本發(fā)明的總體目的是提供通用并且高效的發(fā)光 模塊。根據本發(fā)明的第一方面，提供有發(fā)光模塊，該發(fā)光模塊包括沿著幾何線布置的固態(tài)光 源的光源陣列、和圍繞光單元的封套。封套包括：沿著光源陣列延伸并且包括漫反射部分的 基座結構、布置在基座結構的相反側上的兩個側面反射體區(qū)域、與幾何線相距恒定距離的 在兩個側面反射體區(qū)域之間延伸的彎曲棱柱片。彎曲棱柱片具有面向光源陣列的內凹表面 和背對光源陣列的外凸表面。外凸表面包括具有直角頂角的多個棱柱結構，并且該多個棱 柱結構被布置為使得從光源發(fā)射的并且直接入射在棱柱結構上的光朝向幾何線被回反射 回去，而在被漫反射部分漫射和/或被側面反射體區(qū)域反射之后入射在棱柱結構上的光透 射通過彎曲棱柱片。
[0006] 由術語"回反射"意指將光事件（light incidents)以最小的散射反射回到其光 源的原理。
[0007] 由于片和幾何線之間的距離R是恒定的，從光源發(fā)射的在某個擴散角阿爾法（α ) 內的任何光將會法向于片入射在片上。這允許這種光朝向幾何線（回）反射回去。在本發(fā) 明的上下文中，只要在擴散角阿爾法（α)內發(fā)射的光被回反射向幾何線〇,則距離R被認為 是恒定的，即使距離R可能沿著外彎曲棱柱片輕微變化。
[0008] 通過片和幾何線之間的恒定距離R，幾何線對應于外彎曲棱柱片的中心軸。如果封 套具有部分棱柱管的形式，幾何線將對應于部分棱柱管的中心軸。在這一上下文中，部分棱 柱管包括外彎曲棱柱片。
[0009] 在本發(fā)明的上下文中，當角度值基本等于90度時，該角度就稱為直角頂角。
[0010] 使用根據本發(fā)明的設計，由光源陣列發(fā)射的在對應于角α的擴散角內的光將在 棱柱結構中通過全內反射（TIR)所反射。當光從高折射率材料（例如ΡΜΜΑ，η = 1. 50)流 至低折射率材料（通常為空氣，η = 1.00)時發(fā)生TIR。對于大于或者等于臨界角的入射 角，所有進入的能量被反射回到入射介質中。因此，光將被反射回到幾何線，在此處光將被 基座結構的漫反射部分漫反射。這種被漫反射的光的一部分將再次入射在棱柱結構上并且 被回反射。另一部分光將入射在側面反射體區(qū)域上。
[0011] 要注意的是，所發(fā)射的光通常在z-y平面內（法向于模塊的縱向方向），但是實際 上只要光在由角α限定的開放窗口內發(fā)射，則所有光都通過全內反射被反射。在一個示例 實施例中，由角α限定的開放窗口可以是在X方向（模塊的縱向方向）上的延伸的函數。
[0012] 以在角α之外的擴散角從光源陣列發(fā)射的光將入射在側面反射體區(qū)域上。這一 光以及被基座結構的漫反射區(qū)域漫反射的光的一部分將在側面反射體區(qū)域中被反射并且 最終透射通過棱柱結構。
[0013] 因此，通過本發(fā)明，提供了發(fā)光模塊形式的光學系統(tǒng)，該發(fā)光模塊能夠僅經由至少 一個光散射步驟發(fā)射光。封套因此將充當光混合腔室，從而實現同樣在縱向方向上的光的 更均勻分布。因此，高亮度固態(tài)光源（LED)的陣列被變換成漫射、照明管，而無單獨固態(tài)光 源（LED)的高的峰值亮度。
[0014] 此外，本發(fā)明提出了光學系統(tǒng)，其提供高效并且均質的發(fā)光模塊，其中具有控制光 束形狀（即強度輪廓）的附加可能性。由于發(fā)光模塊的回反射特性，設計緊湊并且均勻的 (顏色/亮度）LED構造塊變得可能。以此方式，本發(fā)明可以用于例如制造基于高功率LED 的新一代LED管。如在下文進一步解釋的那樣，當發(fā)光模塊被關閉時，固態(tài)光源（LED)從發(fā) 光模塊的外部完全不可見，這創(chuàng)建了獨特的視覺質量。
[0015] 發(fā)光模塊可以被安裝在各種應用中，諸如改裝LED管和/或各種辦公室適用的緊 湊固定物和模塊。
[0016] 相比于可用的現有技術系統(tǒng)（其中適度部分的光通過光出射窗口直接從LED逸出 到外部），本發(fā)明提供獨特的技術效果，即沒有來自LED的光通過光出射窗口直接逸出。因 此，僅例如在側面反射體區(qū)域處散射的光通過光出射窗口逸出。據信這對照度均勻性有積 極影響，并且當使用多個顏色的LED時允許顏色混合。
[0017] 此外，通過本發(fā)明的原理，變得可能的是，當固態(tài)光源（LED)被關閉時，將固態(tài) 光源（LED)對發(fā)光模塊的外部隱藏，因為在人眼和固態(tài)光源（LED)之間沒有光的單一 (univocal)路徑。因此，當固態(tài)光源（LED)被關閉時，幾乎不可能識別固態(tài)光源（LED)，這 創(chuàng)建了獨特的視覺質量。
[0018] 為了獲得足夠高的光學效率，基座結構和側面反射體區(qū)域的反射率應該足夠高。 優(yōu)選地，基座結構和側面反射體區(qū)域的反射率應該大于95 %。更優(yōu)選地，基座結構和側面反 射體區(qū)域的反射率應該大于98%。
[0019] 固態(tài)光源是其中通過電子和空穴的復合生成光的光源。固態(tài)光源的示例包括發(fā)光 二極管（LED)和半導體激光器。固態(tài)光源可以有利地附接到結構（例如基座結構）的表面。 LED沿著幾何線以陣列放置。然而，如對于技術人員來說顯而易見的，模塊可以具有不同量 的LED、不同數目的LED行、或者不同的LED布置。LED可以是單色的或者從不同發(fā)射光譜 的特定復合選取（例如，交替的冷白色和暖白色LED)。固態(tài)光源通常被布置在印刷電路板 (PCB)的前側面上。一般，固態(tài)光源陣列附接到基座結構。以此方式，固態(tài)光源被布置為向 封套的內表面中的任一內表面（例如，如上面提到的，側面反射體的內表面和外彎曲棱柱 片的內凹表面）發(fā)射光。
[0020] 有利地，固態(tài)光源之間的節(jié)距應該盡可能高，因為回到固態(tài)光源自身上的光反射 意味著一些光學效率損耗。高功率LED (往往意味著高的節(jié)距）的使用幫助優(yōu)化系統(tǒng)的效 率。這一光學構造對于顏色混合也將是非常有效的（例如，冷白色和紅色LED的交替陣列）。
[0021] 如上面提到的，基座結構包括漫反射部分。在本發(fā)明的上下文中，漫反射部分（還 稱為"白反射"）意指其對于在期望的波長區(qū)域特別是可見區(qū)域、UV區(qū)域和/或紅外區(qū)域內 的光基本上無吸收的部分或者表面。適合用于漫反射部分的漫反射體材料的一個示例是來 自Furukawa的稱為MCPET的白漫反射材料（R~98% ) 〇
[0022] 封套的適于透射光線的部分稱為"光出射窗口"。這一出射窗口可以由棱柱結構形 成。在一個示例實施例中，封套被設置為管狀模塊的形式，使得光出射窗口為管狀表面的部 分。在本發(fā)明的上下文中，外彎曲棱柱片設置有光出射窗口。
[0023] 然而，