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CN105026833A - 发光二极管灯 - Google Patents

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根纳季·米哈伊洛维奇·米海符
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Abstract

本发明涉及照明技术，特别涉及一种不耀眼的节能照明设备，其基于长使用寿命的大功率发光二极管制造。该发光二极管灯包含本体、漫射罩和多个部分反射板。部分反射板被同时垂直于一个横切平面地安装，并在本体和漫射罩之间在空间上相对于本体倾斜不同角度，该横切平面垂直于本体板和本体平面通过本体。发光二极管灯具有后反射板，该后反射板相对于本体倾斜地安装在本体和漫射罩之间，在连续的部分反射板中的最后一个之后本体，发光二极管灯还具有前反射板，其安装在本体部分反射板和本体之间。后反射板和前反射板具有高的光反射系数。部分反射板可以是光学透明板的形式。技术效果包含去除耀眼和简化发光二极管灯的设计。

Description

发光二极管灯
技术领域
本发明涉及照明技术，特别涉及一种基于具有长使用寿命的大功率发光LED制造的节能照明设备。其可以用来构造不耀眼的照明器，用在如起居室、办公室、楼梯平台的房屋照明以及用于街道和马路的照明。
背景技术
已知一种发光二极管(LED)灯(MПK F21V8/00(2006.01),实用新型RU113333U1)，其包含带有LED的条和安装在其中用于LED电源的驱动器导热材料的本体，和透明材料的漫射罩，其特征在于，LED条被装在与本体有紧密的热接触的导热支架上。该灯设计简单。它解决了LED散热的问题。然而，当使用大功率LED作为光源的时候，这类LED灯将会非常耀眼，原因是在灯中用透明材料的简单漫射器来漫射光线以及大功率LED有高的亮度。
已知一种LED灯(实用新型RU110816U1)，可以去除耀眼。它包含一个LED或一组LED。一个形成灯的光通量的透明光学元件被安装在光源对面。该灯使用做成保护玻璃的光学元件来漫射光线，即降低每个LED的亮度，这种玻璃具有局部和/或规整的曲率和/或厚度和/或光学特性变量，。另外，提供了下列技术方案来保证更均匀的照明：将光学元件玻璃做成菲涅耳透镜；在光学元件玻璃表面制作微棱镜；在光学元件玻璃上制作用于全部或部分LED的至少一组透镜；在位于全部或部分LED之上的光学元件玻璃表面上制作多个透镜或多组透镜。从生产的角度来说，这样的LED灯设计不是优化的，因为上述光学元件(菲涅耳透镜、微棱镜、透镜组、每个LED的或部分LED之上的多个透镜和/或多个透镜组)的生产工艺复杂。
还已知带反射器的LED灯((51)МПK F21S 8/10(2006.01)RU(2401395C1))。这个发明目的是设计降低耀眼的LED灯。根据这个发明，该灯包含电源、带板的本体、反射板，在板上安装有3行LED，有高反射系数的反射板被与板平面成60°角地安装在第一行LED的后面、与板平面成45°角地安装在第二行LED的后面以及与板平面成90°角地安装在第三行LED的后面。当被安装在离要被照明的点相对远的距离时，这样的LED灯能够消减耀眼效应，即，当它用于露天场地、机动车行驶的道路、采石场、码头等的照明时。这种灯的缺点是不可能在室内使用，因为由于反射器的使用没有对LED在某些方向上的亮度做任何影响而产生的强烈耀眼效应。
带反射器的灯(US 4929866 A,F21S8/10,29.05.1990)是本发明的技术方案的最接近的原型。这个发明的目的是设计拟用于机动车的后灯的降耀眼效应的LED灯。根据此发明的灯包含本体、几颗安装在本体上的LED、一个做成复杂反射表面的实体的光反射器和一个带漫射器的光线输出窗口，所述反射器包含多个在不同的平面上的高反射系数的表面。此发明的技术方案提供了LED的配置以使光反射器将入射光送向窗口漫射器。反射器反射表面的平面与LED的角分布图的轴之间的角度值在20°到60°之间的范围内。这类LED灯具有减少耀眼效应的特色。然而，任何一个LED灯都具有自己的角度分布图案。对于大多数LED，光能的主要部分集中在沿角度分布图的轴的某些空间角度上。这方面导致主要的光能将到达该装置的反射器上的少数的临近的“基本”反射表面。由于光反射器和窗口之间的距离短，尽管反射器反射表面的平面与LED的角分布图的轴之间的角度在20°到60°之间的范围内，从这些“基本”反射表面反射的光将会到达输出窗口漫射器表面上几乎同一个点上。这导致漫射器总体的不均匀照明，并影响照明的质量。因此，耀眼效应并没有完全消除。而且，这个技术方案提供了显示在离输出窗口漫射器不同距离处的反射器的反射表面上的LED虚像的位置。这种情况额外地增加了到达输出窗口漫射器上的光通量分布的不均匀性。所有的这些方面都对根据这个技术方案构造的灯发出的光通量的质量起到负面作用。另外需要指出的是，制造设计为复杂反射表面的且包含多个在不同平面内的高反射系数的反射表面的实体的光反射器，使得这个灯的设计复杂化。为了保证更均匀的照明，这个技术方案可以在灯本体的上部和下部提供LED的布置。这种情况下，每一排上部的LED需要它们自己的实体的反射器(第一)且每一排下部的LED需要另一个实体的反射器(第二)，其以某种方式相对于第一反射器放置。这一特征增加了根据本技术方案的灯的设计的复杂性。
发明内容
本发明的目的是消除LED灯的耀眼效应，同时简化灯的设计。通过结构的安排实现本发明的目的，其中将LED板垂直于LED灯的本体的平面安装，所述LED灯包括电源、本体，光漫射罩，反射板和带有LED的板；所述反射板为多个部分反射板，所述部分反射板由空气间隙隔开且被垂直于切平面地定位，所述切平面垂直于所述板和本体平面，同时，在所述本体和漫射罩之间的空间里，所述部分反射板相对于所述本体倾斜不同的角度γ，所述角度γ满足条件8°＜γ＜50°，并且所述部分反射板的反射(所述LED辐射)面朝向所述漫射罩。
所述LED灯可以具有高的光反射系数的后反射板，所述后反射板相对于所述本体倾斜地安装在所述本体和所述漫射罩之间，在从所述板数的最后一个所述部分反射板之后。
所述LED灯可以具有高的光反射系数的前反射板，其安装在所述本体和所述部分反射板之间。
所述LED灯中的所述部分反射板可以是光学透明板的形式，所述光学透明板相对于所述本体成不同的角度γ地安装，所述不同的角度γ如下：γ1＞γ2＞…γn-1＞γn，其中γ1、γ2、…、γn-1、γn分别是所述本体和从所述板数的第1、第2、…、n–1、n光学透明板之间的角度。
技术效果包含去除耀眼和简化LED灯的设计。
附图说明
图1描绘了根据本发明的带有七个光学透明板形式的部分反射板的LED灯，并描绘了一个LED的中央光线A的路径，其沿着LED方向图的轴在切平面σ0中传播，切平面σ0垂直于板和本体平面：
1-电源；2-本体；3-漫射罩；4-1、4-2、…4-7-光学透明板；5-板；6-LED；7-有高的光反射系数的后反射板；8-有高的反射系数的前反射板；γ1、γ2、…、γ6、γ7–分别是本体和从板数的第1、第2、…、第7光学透明板之间的角度。
图2描绘了根据本发明的带有七个光学透明板形式的部分反射板的LED灯，并描绘了切平面σ0内的光线Б的路径，其与一个LED的中央光线A成β角度传播：
1-电源；2-本体；3-漫射罩；4-1、4-2、…4-7-光学透明板；5-板；6-LED；7-有高的反射系数的后反射板；8-有高的反射系数的前反射板；γ1、γ2、…、γ6、γ7–分别是本体和从板数的第1、第2、…、第7光学透明板之间的角度。
图3描绘了根据本发明的带有七个光学透明板形式的部分反射板的LED灯，并描绘了切平面σ0内的光线B的路径，其与一个LED的中央光线A成-β角度传播：
1-电源；2-本体；3-漫射罩；4-1、4-2、…4-7-光学透明板；5-板；6-LED；7-有高的反射系数的后反射板；8-有高的反射系数的前反射板；γ1、γ2、…、γ6、γ7–分别是本体和从板数的第1、第2、…、第7光学透明板之间的角度。
图4是根据本发明的LED灯的3D示意图，其带有七个光学透明板形式的部分反射板和八个LED：
1-电源；2-本体；3-漫射罩；4-1、4-2、…4-7-光学透明板；5-板；6-LED；7-有高的反射系数的后反射板；8-有高的反射系数的前反射板。
具体实施方式
LED灯的工作如下：当电源打开，定位在板上的LED灯亮起，开始发光。每个LED的光能在空间的分布由它的方向图案决定，即，方向图案决定LED光束的角宽。LED光束的宽幅依赖于它的型号。它可以是，比如说，差不多120°。
让我们考虑LED 6的中央光线A的在切平面σ0内的传播(该光束沿它的方向图案的轴传播)，切平面σ0垂直于板和本体平面(图1)。给定的LED的中央光线A以角度α1进入到第一部分反射板之上，其中α1＝90°–γ1。在这种情况下，它全部能量P0的一部分被反射且朝向漫射罩3。第一部分反射板的反射系数是r1。如果第一部分反射板做成光学透明板，那么系数r1将由入射角α1，并因此由角度γ1单独决定。因此，(1–r1)P0的光能到达了第二部分反射板。经过第二部分反射板以后，进入到第三部分反射板之上的光能数值为(1–r2)(1–r1)P0，其中r2是第二部分反射板的反射系数。当光线A经过部分反射板n，进入到达后反射板之上的光能等于(1–rn)(1–rn-1)…(1–r2)(1–r1)P0，其中rn-1、rn分别是从板数的部分反射板n–1和n的反射系数。然后，有高的反射系数的后反射板将剩余的入射光能反射向漫射罩。后反射板可以相对于本体成45°角被安装。这样，沿LED方向图案的轴传播的中央光束在不同的点R1、R2、…Rn、Rn+1到达漫射罩，如图1所示，其中点Rn+1由来自后反射板的光束A的反射建立。
部分反射板的反射系数和角度γ1、γ2、γ3、…、γn-1、γn可以这样的方式被计算以在点R1,R2,…Rn,Rn+1上得到大致相同的光能值。为了达到这个目的，当部分反射板的个数，比如说，7，反射系数r1、r2、r3、r4、r5、r6和r7应当分别具有值0.12；0.136；0.158；0.188；0.231；0.3和0.429。在这种情况下，所有角度γ1、γ2、γ3、…、γn-1、γn可以具有相同的值45°。部分反射板具有这样的相关布置，以保证临近的点R1和R2、R2和R3、…、Rn-1和Rn之间差不多相等的距离。
当第1、第2、…、n-1、n部分反射板做成光学透明板，它们各自的反射系数r1、r2、…、rn-1、rn将是由板材料的折射率和入射角度α1、α2、…、αn-1、αn，并因此由角度γ1、γ2、…、γn-1、γn分别地独立决定。计算表明，角度γ1、γ2、γ3、…、γn-1、γn的可用值落在8°–50°的范围内。
类似地，其他在切平面σ0内且传播，比如说，与中央光线成β角地，的LED光线连续地通过部分反射板(图2)。但是在这种情况下，有高的反射系数的前反射板对这些光线的传播有影响。确实，由LED发出的与光线A成β角的光线B，如图2所示，连续地通过三个部分反射板，在它们中的每一个之上使反射朝向漫射罩。进一步地，光线C的剩下的光能从有高的反射系数的前反射板完全反射并朝向其他部分反射板，使得产生一系列额外的朝向漫射罩的反射。
类似地，由LED发出的与中央光线A成–β的角度的光线B的光能(图3)，通过部分反射板上的反射和折射以及从后反射板的反射，将分布到漫射罩的表面上。
在平行于切平面σ0的其他平面σi内的且通过LED的发光表面S0的LED光线，通过类似的方式。
作为所有这些因素的结果，LED的光能沿着某个条纹分布在漫射罩的内表面上。条纹的面积是Sr＞(n+1)S0。如果排成一行的m个LED被定位在LED板上，见图4，那么就会在漫射罩的表面上形成m条明亮的条纹。
漫射罩用于对入射光的额外的漫射。它可以有漫射在平面中传播的LED光的侧壁，平面和切平面σ0垂直。另外，带侧壁的漫射罩可以将光学元件(LED、部分反射板、后和前反射板)和环境隔离以防止灰尘进入。
光源的耀眼效应由它的亮度决定。亮度越高，耀眼效应越强。亮度被定义为单位可视面积在给定的方向上在单位空间角度内所发出的通量。因此，在给定的光源下，它的亮度和发光表面的面积成反比。
本发明的LED灯，由于采用安装在离LED发光表面不同距离处的n个部分反射板和有高反射系数的后反射板，形成在漫射罩的内表面上的发光表面的面积Sr被增加了k(n+1)倍，其中k是取决于LED光束的角宽和板到后反射板的距离的数值系数(k＞＞1)。因此，和其他的没有增大发光面积的LED灯相比，本发明的LED灯的耀眼效应被减弱k(n+1)倍。
我们应当注意，采用有高的反射系数的前反射板可以减少由于在朝向漫射罩的方向上向本体传播的LED光线的再反射造成的光损失。
本发明的LED灯中的LED的数量可以从1个到几十个或更多个变化。它们可以被排成一排或几排。在板上的LED可以任意放置。图4示出了具有排成一排的8个LED的LED灯的3D图。部分反射板可以用具有反射涂层的光学材料制成，该涂层保证所需要的反射系数值。当部分反射板被做成光学透明板，它们可以用任何对可见光透明的材料制作，例如，玻璃或聚碳酸酯。
具体设计实例
根据本发明制作的LED灯具有尺寸30×75×150mm。它具有一排MX3AWT-A1-0000-000CE3型LED(由Cree制造)，总共8片。每个LED的发光表面汇聚在直径为4.2mm的圆内，光束角宽为120°。部分反射板由0.5mm厚的折射率为1.5的透明光学玻璃制成。板的数量为7片。它们相对于本体成角度γ1＝36°,、γ2＝29°、γ3＝24°、γ4＝19°、γ5＝16°、γ6＝13°和γ7＝10°地被布置。后和前反射板由铝箔制成。漫射罩用具有不光滑表面的聚碳酸酯制成。根据本发明制成的LED灯在额定LED电源电流350mA的情况下保证了均匀的照明。在这种情况下，没有耀眼效应发生。

Claims (5)

1.一种发光二极管灯，包括电源、本体、漫射罩、反射板和带有LED的板，其特征在于，所述反射板由多个部分反射板组成，所述部分反射板由空气间隙隔开，倾斜地分布在所述本体和所述漫射罩之间的空间内，与所述本体呈不同的角度。
2.如权利要求1所述的发光二极管灯，其特征在于，所述部分反射板相对于所述本体倾斜不同的角度γ，所述角度γ满足条件8°＜γ＜50°。
3.如权利要求1所述的发光二极管灯，其特征在于，所述发光二极管灯具有高的光反射系数的后反射板，所述后反射板相对于所述本体倾斜地安装在所述本体和所述漫射罩之间，在从所述板数的最后一个所述部分反射板之后。
4.如权利要求1所述的发光二极管灯，其特征在于，所述发光二极管灯具有高的光反射系数的前反射板，所述前反射板安装在所述本体和所述部分反射板之间。
5.如权利要求2所述的发光二极管灯，其特征在于，所述部分反射板是光学透明板的形式，所述部分反射板相对于所述本体成不同的角度γ地安装，所述不同的角度γ如下：γ1＞γ2＞…γn-1＞γn，其中γ1、γ2、…、γn-1、γn分别是所述本体和从所述板数的第1、第2、…、n–1、n光学透明板之间的角度。
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