CN103791252B - 发光模块和包括该发光模块的照明装置和灯箱 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种发光模块（10），包括具有边缘区域和中央区域的电路板（1）、设置在所述电路板（1）的一个平面的所述边缘区域中的至少一个第一光源和配属于各个第一光源的至少一个第一光学器件（3），其特征在于，经过每个所述第一光学器件（3）射向所述电路板（1）的边缘区域以外的侧向外部空间的光束多于从相同的所述第一光学器件（3）射向所述电路板（1）的所述中央区域的光束。此外本发明还涉及包括该发光模块的一种照明装置和一种灯箱。

Description

发光模块和包括该发光模块的照明装置和灯箱

技术领域

本发明涉及一种发光模块和包括该发光模块的照明装置和灯箱。

背景技术

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。例如在广告行业中，需要将多个LED发光模块以线性排布的方式安装在电子广告牌或展示灯中，以实现预定的照明图案，其中在两个相邻的发光模块之间不可避免地具有一定的间距。

现有技术中，常常在发光模块的各个光源上安装相同的透镜，由此来提高照明效率。但是这种统一的设计会导致每个发光模块仅仅在沿光轴的方向上均匀地照射，但是在发光模块所在的安装面上会产生暗区，特别是在相邻两个发光模块之间的中间区域会出现阴影区域。这种情况会限制影响整个照明装置的照明效果。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

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。

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、设置在所述电路板的一个平面的边缘区域中的至少一个光源和配属于各个光源的至少一个第一光学器件，其特征在于，经过每个所述第一光学器件射向所述电路板的边缘区域以外的侧向外部空间的光束多于从相同的所述第一光学器件射向所述电路板的所述中央区域的光束。优选地，经过每个第一光学器件朝向所述侧向外部空间的光通量大于朝向所述电路板的所述中央区域的光通量。由此可以实现一种非对称的照明效果。

在根据本发明的一个优选的设计中，所述第一光学器件是第一透镜，所述第一透镜具有第一轴、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第一透镜的基面，并且所述第三轴垂直于所述第一透镜的所述基面。优选地，所述第一透镜包括出射面，所述出射面在所述第一透镜的垂直面上形成第一曲线，所述第一透镜的所述第一轴和所述第一透镜的所述第三轴经过所述垂直面，所述第一曲线关于所述第一透镜的所述第三轴非对称。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、特别是发光模块外部的侧向外部空间折射。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光斑。因此相对于传统发光模块而言，这种发光模块外部的侧向外部空间中的亮度较高。

在根据本发明的一个优选的设计中，所述第一光学器件包括朝向所述电路板的中央的第一出射面和朝向所述电路板的边缘区域的第二出射面，所述第一出射面和所述第二出射面平滑地连接形成非对称的弧形出光面。来自光源的入射光通过第一和第二出射面被分为两组朝向不同方向的出射光，经过第二出射面的出射光向发光模块外围的侧向空间照射，由此可以在侧向方向上增大发光模块的照射面积。

在根据本发明的一个优选的设计中，第一出射面在所述第一透镜的所述垂直面上形成第二曲线，所述第二出射面在所述第一透镜的所述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。

在根据本发明的一个优选的设计中，所述第一透镜的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出射面朝向发光模块的侧向方向射出，少量的光朝向发光模块的中央方向射出。

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出射面的形状。

在根据本发明的一个优选的设计中，所述第一透镜包括第一入射面，所述第一光学器件的第一入射面和所述电路板限定出容纳所述光源的容纳腔。优选地，所述第一入射面是球面。借助于这样设计的第一光学器件可以尽可能高效地获得来自光源的入射光。

在根据本发明的一个优选的设计中，在所述电路板的所述一侧上的中央区域中还设置有至少一个第二光源和配属于所述第二光源的至少一个第二光学器件。

在根据本发明的一个优选的设计中，所述第二光学器件是第二透镜，所述第二透镜具有第一轴、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第二透镜的基面，并且所述第三轴垂直于所述第二透镜的所述基面。优选地，所述第二透镜包括第四出射面，所述第四出射面在所述第二透镜的垂直面上形成第四曲线，所述第二透镜的所述第一轴和所述第二透镜的所述第三轴经过所述垂直面，所述第四曲线关于所述第二透镜的所述第三轴对称。

在根据本发明的一个优选的设计中，所述第一光源和所述第二光源是相同的光源。此外优选地，所述第二透镜的所述第四出射面具有球形轮廓。由此可以确保发光模块在中央区域也具有出射光、特别是在垂直于电路板的方向上的出射光，由此可以提高发光模块的亮度和其出射光的均匀性。

在根据本发明的另一个优选的设计中，多个所述第一光学器件环绕所述第二光学器件布置。环形排布的第一光学器件可以实现侧向覆盖面积较大的环形光斑，设置在环形内部的第二光学器件可以实现中央均匀的光斑，这两个光斑叠加在一起可以实现均匀并且面积较大的光分布图案。

在根据本发明的另一个优选的设计中，所述第二光学器件位于多个所述第一光学器件构成的阵列的中心。这种设计可以进一步提高发光模块的亮度，并且使发光模块实现的光分布图案更加均匀。

本发明还涉及一种照明装置，其特征在于，包括至少两个上述发光模块，相邻两个所述发光模块彼此电连接，并且限定出位于二者之间的中间区域，其中由相邻两个所述发光模块发出的光束在所述中间区域中叠加。由于发光模块可以特别地朝向自身的外部空间进行照射，因此可以避免在两个相邻的发光模块之间形成暗区。

在根据本发明的另一个优选的设计中，多个所述发光模块构成线性阵列。这种照明装置可以构造出不同的图案并在工作状态获得相应的光图案。在这种光图案中，基本上不会出现由于光分布不均匀而导致的阴影或黑斑。

此外，本发明还涉及一种灯箱，其包括至少一侧能透光的壳体，其特征在于，还包括上述照明装置，其中所述照明装置安装在所述壳体中。这种灯箱可以用在广告灯箱或装饰灯箱，并且具有均匀的照明效果。

在根据本发明的另一个优选的设计中，所述能透光的侧面上设置有光学层。由此可以根据实际情况来改善灯箱的照射效果，例如实现类似漫射、散射等效果。

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。

附图说明

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：

图1示出了根据本发明的灯箱30的第一实施例的截面图，该灯箱30中安装有多个根据本发明的发光模块10；

图2示出了第一实施例的光分布图案；

图3示出了第一实施例的亮度曲线。

具体实施方式

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。

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。

图1示出了根据本发明的灯箱30的第一实施例的截面图，该灯箱30包括壳体31和安装在其中的照明装置20，壳体31的朝向照明装置20的壳壁为能透光的侧面。该照明装置20由三个线性排布的发光模块10连接而成，其中相邻两个发光模块10之间存在一定的间距。

发光模块10包括电路板1和三个设置在电路板1上的光源2，其中位于中央的光源2配有第二透镜4，位于边缘区域的两个光源2分别配有第一透镜3。第一透镜3具有非对称设计的轮廓，各个光源2发出的光束经过配属的第一透镜3大部分地射向发光模块10的边缘区域以外的侧向外部空间。“边缘区域以外的侧向外部空间”在此是指两个相邻发光模块10之间的空间，也可以简称为“中间区域”R。由于在该中间区域中并不存在光源，因此该中间区域的亮度仅仅取决于相邻发光模块10朝向该中间区域射出的光的光通量。

第一透镜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X，Y限定出第一透镜3的基面X-Y，并且第三轴Z垂直于基面X-Y。第一透镜3包括出射面，该出射面在垂直面X-Z上形成第一曲线，第一轴X和第三轴Z经过垂直面，第一曲线关于第三轴Z非对称。第一出射面A1在垂直面X-Z上形成第二曲线，第二出射面A2在垂直面X-Z上形成第三曲线，第二和第三曲线平滑地连接形成第一曲线。

为了使来自光源2的光束射向预定的区域、即中间区域，第一透镜3特别地设计具有朝向电路板1中心的第一出射面A1和朝向中间区域的第二出射面A2。和电路板1形成第一夹角α1的第一出射面A1面积较小，来自光源2的入射光经过第一出射面A1朝向电路板1的中心射出。和电路板1形成第二夹角α2的第二出射面A2面积较大，来自光源2的入射光经过第二出射面A2朝向电路板1外侧的中间区域R射出。例如在截面上可以由样条曲线限定出的第一出射面A1和第二出射面A2平滑地连接在一起，由此形成了第一透镜3的非对称的弧形出光面。

此外，为了尽可能高效地获得来自光源2的入射光，可以将第一透镜3的入射面设计为球面，该球面和电路板1限定出容纳光源2的容纳腔。

安装在电路板1中央的第二透镜4设计为具有对称轮廓的球形透镜。第二透镜4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X′，Y′限定出第二透镜4的基面X′-Y′，并且第三轴Z′垂直于所述基面X′-Y′。第二透镜4包括第四出射面，所述第四出射面在垂直面X′-Z′上形成第四曲线，该第二透镜4的第一轴X′和第三轴Z′经过该垂直面，第四曲线关于第三轴Z′对称。

该第二透镜4不仅固定在电路板1的中央，而且还位于两个第一透镜3的中央，由此使发光模块10的中央区域也具有足够的出射光。经过第二透镜4射出的光束和分别从电路板1的边缘区域经过第一透镜4的第一出光面A1射出的光束共同确保的是：发光模块10的光分布图案的中央区域具有足够的亮度。分别从电路板1的边缘区域经过第一透镜4的第二出光面A2射出的光束共同确保的是：发光模块10的光分布图案的边缘区域具有足够的亮度。由此可以实现的是，三个发光模块10组成的照明装置20具有均匀的、无暗区的光分布图案。

优选地，能透光的侧面上设置有光学层。由此可以根据实际情况来改善灯箱30的照射效果，例如实现类似漫射、散射等效果。

例如在发光模块10距离壳体31的能透光的侧面为40mm至60mm时，在能透光的侧面上可以形成均匀连续的条形光斑，如图2所示。

在未示出的一个实施例中，也可以在发光模块的中央区域中设置两个或更多配有第二透镜的光源，以提高发光模块的亮度。相应地，发光模块的边缘区域中环绕第二透镜设置三个或更多配有第一透镜的光源，以便进一步提高发光模块之间的中间区域的亮度。这些第一透镜彼此间隔均匀，优选地构成环形阵列。

图3示出了图1中第一实施例的亮度曲线。由图中可知，根据本发明的灯箱30不仅亮度较高（可以达到85%），而且该亮度在待照明物体上分布均匀。

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。

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。

参考标号

1 电路板

2 光源

3 第一光学器件/第一透镜

4 第二光学器件/第二透镜

10 发光模块

20 照明装置

30 灯箱

31 壳体

A1 第一出射面

A2 第二出射面

α1 第一夹角

α2 第二夹角

R 中间区域

X 第一光学器件的第一轴

X′ 第二光学器件的第一轴

Y 第一光学器件的第二轴

Y′ 第二光学器件的第二轴

Z 第一光学器件的第三轴

Z′ 第二光学器件的第三轴

X-Y 第一光学器件的基面

X′-Y′ 第二光学器件的基面

X-Z 第一光学器件的垂直面

X′-Z′ 第二光学器件的垂直面

Claims (20)

1.一种发光模块(10)，包括具有边缘区域和中央区域的电路板(1)、设置在所述电路板(1)的一个平面的所述边缘区域中的至少一个第一光源和配属于各个第一光源的至少一个第一光学器件(3)，其特征在于，经过每个所述第一光学器件(3)射向所述电路板(1)的边缘区域以外的侧向外部空间的光束多于从相同的所述第一光学器件(3)射向所述电路板(1)的所述中央区域的光束，所述第一光学器件(3)包括朝向所述电路板(1)的中央的第一出射面(A1)和朝向所述电路板(1)的所述边缘区域的第二出射面(A2)，和电路板(1)形成第一夹角(α2)的第一出射面(A1)的面积小于和电路板(1)形成第二夹角(α2)的第二出射面(A2)的面积，其中所述第一夹角(α1)大于所述第二夹角(α2)。

2.根据权利要求1所述的发光模块(10)，其特征在于，经过每个第一光学器件(3)朝向所述侧向外部空间的光通量大于朝向所述电路板(1)的所述中央区域的光通量。

3.根据权利要求1所述的发光模块(10)，其特征在于，所述第一光学器件(3)是第一透镜，所述第一透镜具有第一轴(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)限定出所述第一透镜的基面(X-Y)，并且所述第三轴(Z)垂直于所述第一透镜的所述基面(X-Y)。

4.根据权利要求3所述的发光模块(10)，其特征在于，所述第一透镜包括出射面，所述出射面在所述第一透镜的垂直面(X-Z)上形成第一曲线，所述第一透镜的所述第一轴(X)和所述第一透镜的所述第三轴(Z)经过所述垂直面，所述第一曲线关于所述第一透镜的所述第三轴(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，所述第一出射面(A1)和所述第二出射面(A2)平滑地连接形成非对称的弧形出光面。

6.根据权利要求5所述的发光模块(10)，其特征在于，所述第一出射面(A1)在所述第一透镜的所述垂直面(X-Z)上形成第二曲线，所述第二出射面(A2)在所述第一透镜的所述垂直面(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。

7.根据权利要求6所述的发光模块(10)，其特征在于，所述第一夹角(α1)也通过所述第一透镜的所述第二曲线和所述第一轴(X)限定出，所述第二夹角(α2)也通过所述第三曲线和所述第一轴(X)限定出。

8.根据权利要求6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1-8中任一项所述的发光模块(10)，其特征在于，所述第一透镜包括第一入射面，所述第一入射面和所述电路板(1)限定出容纳所述光源(2)的容纳腔。

10.根据权利要求9所述的发光模块(10)，其特征在于，所述第一入射面是球面。

11.根据权利要求1-8中任一项所述的发光模块(10)，其特征在于，在所述电路板(1)的所述中央区域中还有至少一个第二光源和配属于所述第二光源的至少一个第二光学器件(4)。

12.根据权利要求11所述的发光模块(10)，其特征在于，所述第二光学器件(4)是第二透镜，所述第二透镜具有第一轴(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′)限定出所述第二透镜的基面(X′-Y′)，并且所述第三轴(Z′)垂直于所述第二透镜的所述基面(X′-Y′)。

13.根据权利要求12所述的发光模块(10)，其特征在于，所述第二透镜包括第四出射面，所述第四出射面在所述第二透镜的垂直面(X′-Z′)上形成第四曲线，所述第二透镜的所述第一轴(X′)和所述第二透镜的所述第三轴(Z′)经过所述垂直面，所述第四曲线关于所述第二透镜的所述第三轴(Z′)对称。

14.根据权利要求11所述的发光模块(10)，其特征在于，所述第一光源(2)和所述第二光源是相同的光源。

15.根据权利要求13所述的发光模块(10)，其特征在于，所述第二透镜的所述第四出射面具有球形轮廓。

16.根据权利要求11所述的发光模块(10)，其特征在于，多个所述第一光学器件(3)环绕所述第二光学器件(4)布置。

17.根据权利要求11所述的发光模块(10)，其特征在于，所述第二光学器件(4)位于多个所述第一光学器件(3)构成的阵列的中心。

18.一种照明装置(20)，其特征在于，包括至少两个根据权利要求1-17中任一项所述的发光模块(10)，相邻两个所述发光模块(10)彼此电连接，并且限定出位于二者之间的中间区域(R)，其中由相邻两个所述发光模块(10)发出的光束在所述中间区域(R)中叠加。

19.根据权利要求18所述的照明装置(20)，其特征在于，多个所述发光模块(10)构成线性阵列。

20.一种灯箱(30)，包括至少一侧能透光的壳体(31)，其特征在于，还包括根据权利要求18或19所述的照明装置(20)，其中所述照明装置(20)安装在所述壳体(31)中。