CN101490463A - 复合光源 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于生成具有预定颜色的光的复合光源(101)。所述光源具有多个子模块(102－104)，每个子模块能够生成具有所述预定颜色的光。每个子模块具有光准直混合结构(102－104)以及包含多个有色光单元(109a－109c)的光单元组(105－107)，所述多个有色光单元布置在所述准直混合结构的入口(102a－104a)。为了获得从所述光单元组发出的光的均匀化交互，考虑不同光单元组中的给定光单元位置，将具有不同颜色的光单元安装在该位置。

Description

复合光源
技术领域
本发明涉及复合光源，该复合光源包括多个子模块，其中每个子模块包括光准直混合结构以及布置在所述准直混合结构入口的光单元组。
背景技术
术语“复合光源”意指一种包含多个单独光单元的光源，所述多个单独光单元协同形成该光源。一种典型类型的复合光源是固态光源，特别是LED(发光二极管)光源，但是也存在其他的类型。不同颜色的可控高亮度LED的发展已经使得LED能够用于制造具有主动光束控制(如颜色控制、光束形状和方向控制)的光源。
为了制造颜色可变光源，在光准直混合***入口处组合了若干具有不同颜色的LED单元，其旨在产生具有均匀颜色的光束。这种LED光源在WO00/58664中有所描述，其中大量的LED布置在准直混合结构的入口。典型地而绝不是必然地，布置白色RGB LED光源，即白光通过红色、绿色和蓝色LED的组合而生成。共同布置在所述入口处的LED越多，所述光源在远场生成的光点的颜色均匀性就越好。
不幸的是，LED越多，所述准直混合结构变得越宽越长。
发明内容
本发明的目的是提供复合光源，其减轻现有技术光源的上述缺点。
该目的通过如权利要求1所限定的根据本发明的复合光源来实现。
因此，根据本发明的一个方面，提供了用于生成具有预定颜色的光的复合光源，该复合光源包括多个子模块，每个子模块包括用于生成具有所述预定颜色的光的装置，所述装置包括光准直混合结构以及包含多个有色光单元的光单元组，所述多个有色光单元布置在该准直混合结构的入口。利用所述子模块的各个光单元组的预定相互关系来布置这些子模块，以便获得从这些光单元组发出的光的均匀化交互。这种关系的实现包括在至少一些所述光单元组中的给定光单元位置处提供不同颜色的光单元。
因而，与其中没有以相同方式考虑交互的现有技术复合光源的光点相比，通过将从所述子模块发出的光的交互考虑在内，获得了由本复合光源生成的颜色更均匀化的光点。通过利用这些子模块的光单元组的预定相互关系布置这些子模块来表示这些交互考虑。在本复合光源的结构中，这个关系通过以下方式实现：并非所有光单元组在光单元方面都相同。如果将在一个光单元组或子模块中的特定位置的光单元发出的光的颜色与在另一个光单元组的相同位置的另一个光单元发出的光的颜色相比较，那么这些颜色是不同的。这适用于所述光源的一些或者所有光单元组且具有均匀化效果。
附加地，与现有技术光源相比，可以在每个准直混合结构的入口布置相对较少的光单元，这仍然获得颜色更均匀的光点。有利的是，这使得能够使用更短的准直混合结构。该结构也将更加紧凑。
对于本申请的目的而言，应该指出的是，有色光单元典型地包括诸如LED管芯(die)之类的单个发光元件，但是该有色光单元也可以包括若干发光元件，例如若干LED管芯，其发出相同的颜色且以被看作一个光单元的方式来布置。附加地，所述预定颜色典型地为白色，但可以是任何所希望的颜色。
根据如权利要求2所限定的复合光源的一个实施例，所述相互关系是位置上的，且更特别地是光单元位置的置换，即将一个光单元组的光单元的位置相对于另一个光单元组的光单元的位置移动。这是在给定位置获得不同颜色的光单元的良好可控方式。
根据如权利要求3所限定的复合光源的一个实施例，通过提供一种光源确保良好的颜色均匀性，在该光源中，每种颜色的光单元被放置在全部子模块中所有可能的位置。例如，如权利要求4所限定，所述置换可以是旋转。
根据如权利要求5所限定的复合光源的一个实施例，通过不同光单元组中的不同颜色的光单元来实现所述相互关系。换言之，一个子模块的光单元的颜色组合与另一个子模块的光单元的颜色组合是不同的。存在有关怎样在给定位置获得颜色差别的附加实例，并且将在下文中描述其中的一些实例。
根据如权利要求7和8所限定的LED光源的实施例，提供了与每个子模块中光单元数量相关的有利数量的子模块。
本发明的这些和其他方面、特征及优点根据下面所描述的实施例将是清楚明白的，并且将参照这些实施例进行说明。
附图说明
现在将更加详细地并且结合附图来描述本发明，在附图中：
图1和图2为示出根据本发明复合光源的不同实施例的复合光源的有色光单元配置的示意性顶视图；
图3为根据本发明的复合光源的一个实施例的示意性截面图；以及
图4-6示出了根据本发明复合光源的其他实施例的复合光源的有色光单元配置。
具体实施方式
在基于不同颜色的光单元设计复合光源时，理想的是由此产生的光点在其颜色方面是完全均匀或者单色的。例如，希望白色光源生成在每个部分都具有相同深浅的白色的光点。当具有不同颜色(例如红色、绿色、蓝色(RGB))的光单元混合形成白光时，情况就不是这样的。传统上，包括准直器、混合器单元等的或多或少复杂的混合***布置在所述光单元之前以增强颜色的混合。可替换地或附加地，通过使用每种颜色的若干光单元增加准直器内的光单元数量，并且做出努力将所述光单元巧妙地放置在该准直器内。
然而，根据本发明，以一种完全不同的方式实现了进一步的改进。代替设法在同一个准直器内容纳数量不断增加的光单元的是，将每个准直器只容纳几个光单元的若干准直器组合成更大的单元。将光单元、准直混合单元等的每个组件看作一个子模块。当进行组合时，已经将子模块的交互(即来自这些不同子模块的光束的重叠)以构造的方式考虑在内。因此，通过不是均等地而是非均等地从一个子模块到相邻子模块配置所述光单元，正干涉(positive interference)使得从所述不同子模块发出的全部光的颜色均匀化。如图3所示，这可以通过一个简单的示意性实例来说明，其中存在两个子模块。应该指出的是，为了简化描述以及给出典型的实例，以下假定每个光单元都是LED。然而，如上所述，其他类型的光单元也是可应用的。
每个子模块701、702包括LED组703、704以及以下将简称为准直器的光准直混合结构708、709，所述LED组包括设置在衬底706、707上的两个LED 705a-b、705c-d。应该指出的是，该准直器的形状被相当示意性地示出。在实践中，该形状通常更加复杂。LED 705a-b、705c-d布置在准直器708、709的入口。每个子模块701、702的LED 705a-b、705c-d发出不同颜色的光。因此，在左边的子模块701中，第一颜色的LED 705a放置在第二颜色的LED 705b的左边，而在右边的子模块702中，第一颜色的LED 705c放置在第二颜色的LED 705d的右边。例如，如果所述光源要生成白光，那么第一颜色和第二颜色可以分别是红色和青色或者蓝色和黄色。
为了解释所述子模块之间的光交互，画出了一些光线，其中第一颜色的光线用实线表示，而第二颜色的光线用虚线表示。从图3可以看出，左边的子模块701中的第一颜色的LED 705a的方向光分布与右边的子模块702中的第二颜色的LED 705d的方向光分布一致。因此，通过相对于左边子模块701的LED 705a-b的位置移动右边子模块702的LED705c-d的位置，获得了从LED组703、704发出的光的均匀化交互。
如图1所示，根据所述LED光源的第一实施例，LED光源101包括三个子模块102、103、104，每个子模块容纳具有三个LED 109a、109b、109c的一个LED组105、106、107。附图标记102-104也表示这些子模块的准直器的最大宽度，其通常并且在附图中对应于准直器的出口，而附图标记102a-104a表示入口且同样表示准直器的最小宽度。子模块102-104彼此相邻，且布置成三角形。每个LED组105-107由RGB LED组成，即每个LED组105-107的LED 109a-c分别发出红色、绿色和蓝色的光。应该指出的是，在此图以及其他以顶视图示出LED的附图中，不同的颜色显示为代表LED的正方形的不同阴影。每个LED组105-107的LED同样布置成三角形。在此实施例中，不同子模块102-104的LED109a-c之间存在预定的位置关系。因此，在顶部子模块102中，例如，顶部LED 109a是蓝色的，右底部LED 109b是红色的，左底部LED 109c是绿色的。在右底部子模块103中，LED 109a-c相对于顶部子模块102的LED 109a-c逆时针旋转了一步。因而，顶部LED 109b是红色的，右底部LED 109c是绿色的，左底部LED 109a是蓝色的。在左底部子模块104中，LED 109a-c相对于右底部子模块103的LED 109a-c逆时针旋转且相对于顶部子模块102的LED 109a-c顺时针旋转了一步。即，顶部LED 109c是绿色的，右底部LED 109a是蓝色的，左底部LED 109b是红色的。
由于用有色LED的位置的不同置换来布置子模块102-104，因而由光源101生成的光点比具有单个准直器或者多个准直器的光源的光点更加均匀得多，所述多个准直器具有相同的LED配置。
如图2所示，在另一个根据本发明的复合光源的实施例中，存在四种不同的LED颜色，即红色、琥珀色、绿色和蓝色。存在四个子模块201、202、203、204，从而每个子模块容纳具有四个LED 205a-d的一个LED组，所述LED组布置在对应准直器的入口201a-204a。顺时针方向在子模块之间移动，LED的配置在位置方面被顺时针一次旋转一步。
附加于或者代替使用具有光单元的相同颜色组合的子模块的是，可以使用具有不同颜色的光单元的子模块。这在图4中被举例说明，其中示出了具有光单元404a-404c、405a-405c的第一子模块402和第二子模块403，所述光单元布置在其准直混合结构402、403的对应入口402a、403a。第一子模块402包括位于其顶部的绿色光单元404a、位于其右底部的蓝色光单元404b以及位于其左底部的红色光单元404c，而第二子模块403包括位于其顶部的品红色光单元405a、位于其右底部的黄色光单元405b以及位于其左底部的青色光单元405c。绿色光、蓝色光和红色光混合得到白色，品红色光、黄色光和青色光也混合得到白色。此外，处于第一和第二子模块402、403的特定位置的光单元也混合得到白色。即，绿色和品红色、蓝色和黄色以及红色和青色分别混合得到白光。因此，在此实施例以及这里所描述的另一个实施例中，位于光单元组中的给定位置的所有光单元都混合得到与每个单独子模块的所有光单元相同的颜色。
典型地而非必然地，子模块的数量S是每个子模块中光单元数量L的整数N倍，即S＝N×L。图5示出了其中所述整数为2的实施例。LED光源501的子模块502-507的数量为6，且每个子模块内的LED 508a-c的数量为3，即S＝2×3＝6。将这些子模块布置为彼此靠近。考虑三个相邻子模块的任何一种组合，当在该组合中从一个子模块顺时针移动到下一个子模块时，LED 508a-c被顺时针或者逆时针旋转。
如图6所示，在所述LED光源的另一个实施例中，N＝3且L＝3，因此存在九个子模块601-609。同样，这些LED发生旋转。
以上描述了根据本发明的LED光源的实施例。这些实施例应该被看作仅仅是非限制性的实例。本领域技术人员应当理解，在如所附权利要求所限定的本发明的范围内，许多修改和可替换的实施例都是可能的。
例如，所述LED组之间的相互关系可以不同于所描述的不同子模块中的LED旋转以及不同的LED颜色组合。
同样应该指出的是，在其中相同光单元颜色组合(例如RGB)用于若干子模块的实施例中，尽管具有某种类型的置换，但是不同子模块中的光单元的发射光在颜色上一般并不完全相同。然而，它们仍然被限定为相同的颜色。这样的颜色方面非预期的微小变化将在一定程度上降低颜色均匀性。另一方面，它们将提高所述光源的颜色再现指数(CRI)。
作为可替换实施例，布置一定数量的子模块，所述一定数量的子模块不满足等式S＝N×L。例如，存在四个子模块，且每个子模块具有三个光单元。尽管一直使用相同的颜色组合(例如RGB)，但是使用了位置置换。因而存在两个具有相同光单元颜色取向的子模块。在此实施例中，优选的是将这两个相同的子模块调暗，即相对于其他子模块降低其光输出以平衡其对其他子模块的光输出所起的作用。
应当指出的是，对于本申请的目的而言以及特别地对于所附的权利要求而言，措词“包括”并没有排除其他的单元或步骤，措词“一”或“一个”并没有排除复数，这本身对于本领域技术人员来说是显然的。

Claims (9)

1.一种用于生成具有预定颜色的光的复合光源(101)，包括多个子模块(102-104)，每个子模块包括用于生成具有所述预定颜色的光的装置，该装置包括光准直混合结构(102-104)以及包含多个有色光单元(109a-109c)的光单元组(105-107)，所述多个有色光单元布置在所述准直混合结构的入口(102a-104a)，其中利用所述子模块的各个光单元组的预定相互关系来布置这些子模块，以便获得从所述光单元组发出的光的均匀化交互，其中所述关系的实现包括在至少一些所述光单元组中的给定光单元位置处设置不同颜色的光单元。
2.根据权利要求1所述的复合光源，其中所述关系的所述实现包括不同光单元组(105-107)的光单元(109a-109c)的位置置换。
3.根据权利要求2所述的复合光源，其中所述位置置换被实现为使得每种颜色的光单元(109a；109b；109c)至少一次占据整个所述复合光源的子模块(102-104)处的所有不同位置。
4.根据权利要求2或3所述的复合光源，其中所述位置置换被实现为不同子模块(102-104)的光单元组(105-107)相对彼此的旋转。
5.根据前述权利要求中的任何一项所述的复合光源，其中不同光单元组设置有不同颜色的光单元(404a-404c；405a-405c)。
6.根据前述权利要求中的任何一项所述的复合光源，其中所述关系的实现包括所述光单元的布置，通过该布置，从所述光单元组的任选位置的所有光单元(508a-508c)发出的光混合得到颜色与从所述复合光源发出的全部光的颜色相同的光。
7.根据前述权利要求中的任何一项所述的复合光源，其中所述复合光源的子模块(102-104)的数量大于或等于每个子模块的有色光单元(109a-109c)的数量。
8.根据前述权利要求中的任何一项所述的复合光源，其中子模块(502-507)的数量是每个子模块的光单元(508a-508c)数量的整数倍。
9.根据前述权利要求中的任何一项所述的复合光源，其中所述光单元(109a-109c)为LED。
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