CN102478173A - 减少眩光的照明设备 - Google Patents

Abstract

一种减少眩光的照明设备，包括：光源单元，其包括多个LED封装件；第一棱镜板，布置在多个LED封装件上且具有形成于其上的棱镜图案；以及第二棱镜板，设置在第一棱镜板上，并布置成使得形成在第二棱镜板上的棱镜图案的纵向方向与第一棱镜板的棱镜图案的纵向方向交叉。每个第一和第二棱镜板的棱镜图案的横截面的三角形形状是等边三角形，并且该等边三角形的高度H和底边L满足以下条件，即0.1L≤H≤0.2L。

Description

减少眩光的照明设备

技术领域

本发明涉及一种减少眩光的照明设备。

背景技术

发光器件(LED)是一种通过化合物半导体的P-N结形成发光源来产生各种颜色的光的半导体器件。近来，已经提出了利用表现出优良的物理特性和化学特性的氮化物形成的蓝色LED和紫外线LED。此外，因为白光或其它单色光是利用蓝色或紫外线LED以及荧光材料形成的，所以LED的应用范围扩大了。

LED具有较长的使用寿命，可被做成紧凑而轻质的，并且因为它的光具有很强的方向性，所以可在低电压下驱动。此外，LED非常耐冲击和震动，不需要预热时间和复杂的驱动过程，并且可封装成各种形式，因此LED可用于多种用途。

LED被广泛用作照明的通用光源，而对照明舒适性的关切也已经增加。影响照明舒适性的因素可包括照明方法、光源类型、照明强度、光源的亮度以及周围情况。基于这些因素，通过检查眩光是否存在的过程来评价照明的舒适性。尽管很难量化各种照明系统的使人们感觉不舒适的眩光的量，但还是不断地要求量化不舒适眩光，以用作客观性确定的基础。近来，使用由国际照明委员会(CIE)建议的一种统一眩光指数(UGR)系统。

发明内容

提供一种使用LED封装件的照明设备，该照明设备提供减少眩光的照明。

其他方面将在下面的描述中部分被阐述，部分将从描述中显而易见，或者可通过实践所述的实施方式而获知。

根据本发明的一个方面，照明设备包括：光源单元，其包括多个LED封装件；第一棱镜板，被布置在多个LED封装件上且具有形成于其上的棱镜图案；以及第二棱镜板，设置在第一棱镜板上，并布置成使得形成在第二棱镜板上的棱镜图案的纵向方向与第一棱镜板的棱镜图案的纵向方向交叉，其中，每个第一和第二棱镜板的棱镜图案的横截面的三角形形状是等边三角形，并且该等边三角形的高度H和底边L满足以下条件，即0.1L≤H≤0.2L。

底边L可以等于或小于0.5mm。

光源单元可包括：布线基板，其上安装有所述多个LED封装件；以及盖罩件，其罩住布线基板，且具有朝向第一棱镜板的方向反射从所述多个LED封装件输出的光的反射面。

第一和第二棱镜板中的至少一个可由含有扩散剂的透光材料形成。

根据互相垂直的两个观察方向得到的两个UGR值可以等于或小于19。辐射仰角(directive angle)可以等于或大于100°。

根据本发明的另一方面，照明设备包括：光源单元，其包括多个LED封装件；光学件，布置在光源单元上且改变从光源单元发出的光的分布，其中，穿过光学件的照明光的照明强度分布曲线形成在约-70°至约70°的范围内。

该光学件包括第一棱镜板和设置在第一棱镜板上的第二棱镜板，并且第二棱镜板布置成使得形成在第二棱镜板上的棱镜图案的纵向方向与第一棱镜板的棱镜图案的纵向方向交叉。

辐射仰角可以等于或大于100°。根据互相垂直的两个观察方向得到的两个UGR值可以等于或小于19。

附图说明

从下面结合附图对实施方式的描述中，这些和/或其他方面将变得显而易见且更容易理解，附图中：

图1示意性地示出根据本发明一实施方式的照明设备的结构；

图2示出与图1所示设备中所采用的棱镜图案的形状情况有关的变量；

图3是用于解释与UGR评价有关的照明因素的概念图；以及

图4至图6示出根据本发明各个实施方式的由照明设备所发出的照明光的照明强度分布曲线的实例。

具体实施方式

现在将详细参照各实施方式，所述实施方式的实例在附图中示出，其中，在所有附图中，类似的参考标号表示类似的元件。就此而言，这些实施方式可具有不同的形式，而不应限于这里进行的描述来构造。因此，下面仅参照附图来描述各实施方式，以解释本描述的各方面。

图1示意性地示出根据本发明一实施方式的照明设备100的结构。图2示出与图1照明设备100中所采用的棱镜图案的形状情况有关的变量。

参照图1，照明设备100包括：光源单元，其包括多个LED封装件120；以及光学件150，其布置在光源单元上方，以改变从光源单元发出的光的分布。光源单元包括：布线基板110，其上安装有LED封装件120；以及盖罩件130，其罩住布线基板110，且具有朝向光学件150的方向反射从LED封装件120输出的光的反射面130a。

每个LED封装件120可以是具有P-N结发光结构的发光二极管芯片。根据形成PN结结构的化合物半导体的材料，该发光二极管芯片可发出蓝色、绿色或红色的光。而且，发出白光的结构可通过在发光二极管芯片的表面上涂敷荧光涂层来实现。LED封装件120的类型、数量或者形状不限于以上的描述。

布线基板110是安装LED封装件120的地点，并且可进一步包括用于向LED封装件120供应电能的供电单元(未示出)和电力控制单元(未示出)。

光学件150改变从光源单元输出的光的分布，例如，作为主要照明而具有适当的辐射仰角和合适的统一眩光指数(UGR)值。UGR的概念将在后面进行描述。UGR值与照明光形成的照明强度分布曲线有关。在本实施方式中，形成如下的照明光，该照明光具有与抛物面照明系统的照明强度分布曲线类似变形的照明强度分布曲线，但与普通朗伯(Lambertian)照明系统的近似圆形照明强度分布曲线不同。

例如，光学件150被配置成形成穿过光学件150的在约-70°至约70°范围内的照明光的照明强度分布曲线。而且，辐射仰角被调整到等于或大于约100°。为此，光学件150包括第一棱镜板151和第二棱镜板153。第一棱镜板151和第二棱镜板153布置成使得它们的棱镜图案长度方向可彼此垂直。

第一棱镜板151和第二棱镜板153由透光材料形成，例如，具有聚碳酸酯(PC)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)或丙烯酸基的塑料或者玻璃。而且，第一棱镜板151和第二棱镜板153中的任一个或两者都可选择性地由含有扩散剂的透光材料形成。

棱镜图案的剖面可具有如图2中所示的等边三角形的形状。棱镜图案的高度H和底边L可满足下面的条件。

0.1L≤H≤0.2L            [不等式1]

棱镜图案的尺寸或周期可适当地确定。例如，底边L可等于或小于约0.5mm。

UGR是用于不舒适眩光的一个标准，其被量化以用作客观性确定的基础。国际照明委员会(CIE)提供了下面的用于UGR的标准。

[表1]

级别	UGR
		刚无法忍受的	31
不舒适的	28
		刚不舒适的	25
不被接受的	22
		刚可接受的	19
可察觉出的	16
		不可察觉出的	10

在表1中，具有19或更小的UGR值的照明可被认为是眩光减少的照明。图3是用于解释与UGR评价有关的照明因素的概念图。根据以下等式来评价UGR。

$\mathrm{UGR}=8\mathrm{Log}\left[\frac{0.25}{L_b}\mathrm{\Σ}\frac{L^2\mathrm{\ω}}{P^2}\right]=8\mathrm{Log}\left[\frac{0.25}{L_b}\mathrm{\Σ}\frac{I^2\left(\mathrm{\θ}\right){\cos }^2\left(\mathrm{\θ}\right)}{P^2{\mathrm{AH}}^2}\right]$

$L\left(\mathrm{\θ}\right)=\frac{I\left(\mathrm{\θ}\right)}{A\cos \left(\mathrm{\θ}\right)}$

$\mathrm{\ω}=\frac{A\cos \left(\mathrm{\θ}\right)}{r^2}=\frac{A{\cos }^3\left(\mathrm{\θ}\right)}{H^2}$ [等式1]

H/r＝cos(θ)

$L_b=\frac{E_2}{\mathrm{\π}}$

在等式1中，“L(θ)”表示照明IL的亮度(cd/m²)，“I(θ)”表示照明IL的照明强度(cd)，“H”表示照明IL的高度(m)，“A”表示照明IL的面积(m²)，“L_b”表示平均周围亮度(cd/m²)，并且“P”表示古斯(Guth)位置指数(1～16)。

在等式1中，UGR包含相对于角度θ的对数函数，也就是说，在光源具有大辐射仰角或者光源具有大角度θ下的大量光的情况下，那么可以说对UGR的贡献度也高。尽管可通过减小UGR值来轻易地减小辐射仰角，但当照明设备用作一般室内照明中的主要照明时，辐射仰角应当在约100°之上。因此，它可能是减少大角度θ下的光量的一个关键。

在本实施方式中，提供如图1中所示构造的第一棱镜板151和第二棱镜板153作为满足上述辐射仰角和UGR条件的光学件。而且，不等式1的条件是兼顾UGR和光效率而设定的最佳范围。例如，在这个条件之外，尽管UGR是满足的，但光效率却降低了。本申请的发明人对相对于约22°的角度(此时棱镜角度(图2的θ)在等式1的条件之外)和约12.5°的角度(此时棱镜角度(图2的θ)满足等式1的条件)时的UGR和光效率进行了计算机模拟，并得出了以下结果。

[表2]

θ	22°	12.5°
			光效率(％)	79.4	85.7
UGR	12.0	14.5

而且，即使当满足条件范围时，当底边L或高度H增加时，照明强度分布曲线也不受影响，但光效率却降低了。最佳的底边L可以是0.5mm或更小。

表3给出了与采用普通扩散板的结构相比通过上述结构评价的UGR值。

[表3]

在实施方式1-3中，第一和第二棱镜板151和153的材料彼此不同。在实施方式1中，第一棱镜板151由含有扩散剂的透光材料形成，而第二棱镜板153由透光材料形成。在实施方式2中，第一和第二棱镜板151和153两者都由含有扩散剂的透光材料形成。在实施方式3中，第一棱镜板151由透光材料形成，而第二棱镜板153由含有扩散剂的透光材料形成。在所有的实施方式1-3中，棱镜图案的高度H和底边L分别为约22μm和约200μm。

UGR给出的是根据两个互相垂直的观察方向评价得到的值。参照表3，当将各实施方式的结构和普通扩散板互相比较时，可以发现，根据各实施方式的UGR值显著降低到位于一光效率的差异不明显的范围内。

图4至图6示出根据本发明的实施方式1、2和3的照明设备所发出的照明光的照明强度分布曲线的实例。这些照明强度分布曲线以两个互相垂直的观察方向示出。参照图4至图6，与基本上是圆形的朗伯照明系统的照明强度分布曲线相比，这些照明强度分布曲线显现的更接近于抛物面照明系统表示的照明强度分布曲线。而且，所有照明强度曲线都分布在约-70°至约70°的范围内，且具有约为100°或更大的辐射仰角。

如上所述，根据本发明以上实施方式中的一个或多个，照明设备100采用两个垂直布置的棱镜板单元，并优化了棱镜图案形状，照明设备100具有适于主要照明的辐射仰角，并提供了减少眩光的舒适照明。

应该理解的是，这里描述的示例性实施方式应该仅从描述的意义来理解而不是为了限制目的。每个实施方式内的特征或方面的描述应该典型地认为对于其他实施方式中的其他相似的特征或方面也适用。

Claims (13)

1.一种照明设备，包括：

光源单元，其包括多个LED封装件；

第一棱镜板，被布置在所述多个LED封装件上且具有形成于其上的棱镜图案；以及

第二棱镜板，设置在所述第一棱镜板上，并布置成使得形成在所述第二棱镜板上的棱镜图案的纵向方向与所述第一棱镜板的棱镜图案的纵向方向交叉；

其中，每个所述第一和第二棱镜板的棱镜图案的横截面的三角形形状是等边三角形，并且该等边三角形的高度H和底边L满足以下条件，即0.1L≤H≤0.2L。

2.根据权利要求1所述的照明设备，其中，所述底边L等于或小于0.5mm。

3.根据权利要求1所述的照明设备，其中，所述光源单元包括：

布线基板，其上安装有所述多个LED封装件；以及

盖罩件，其罩住所述布线基板，且具有朝向所述第一棱镜板的方向反射从所述多个LED封装件输出的光的反射面。

4.根据权利要求1所述的照明设备，其中，所述第一和第二棱镜板中的至少一个由含有扩散剂的透光材料形成。

5.根据权利要求1所述的照明设备，其中，根据互相垂直的两个观察方向得到的两个UGR值等于或小于19。

6.根据权利要求5所述的照明设备，其中，辐射仰角等于或大于100°。

7.一种照明设备，包括：

光源单元，其包括多个LED封装件；

光学件，布置在所述光源单元上且改变从所述光源单元发出的光的分布，

其中，穿过所述光学件的照明光的照明强度分布曲线形成在-70°至70°的范围内。

8.根据权利要求7所述的照明设备，其中，辐射仰角等于或大于100°。

9.根据权利要求7所述的照明设备，其中，所述光学件包括：

第一棱镜板；以及

第二棱镜板，设置在所述第一棱镜板上，并且布置成使得形成在所述第二棱镜板上的棱镜图案的纵向方向与所述第一棱镜板的棱镜图案的纵向方向交叉。

10.根据权利要求9所述的照明设备，其中，每个所述第一和第二棱镜板的棱镜图案的横截面的三角形形状是等边三角形。

11.根据权利要求8所述的照明设备，其中，所述第一和第二棱镜板中的至少一个由含有扩散剂的透光材料形成。

12.根据权利要求7所述的照明设备，其中，所述光源单元包括：布线基板，其上安装有所述多个LED封装件；以及

盖罩件，其罩住所述布线基板，且具有朝向所述第一棱镜板的方向反射从所述多个LED封装件输出的光的反射面。

13.根据权利要求7所述的照明设备，其中，根据互相垂直的两个观察方向得到的两个UGR值等于或小于19。

Images