HK1071419B - 照明设备 - Google Patents
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Description
本发明涉及一种照明设备，主要包含了一个光源以及彩色塑料制成的、分配给光源的散光罩。
背景技术
照明设备，例如用于广告展示，主要包含了一个光源以及彩色塑料制成的、附加在光源上的散光罩，从原理A2是已知的(如见JP61159440)。白炽灯或荧光管有着较好的发光度和很宽的光谱，一般被用作光源。由于有很宽的光谱，相应的彩色塑料罩在未被照明状态下，也就是如在日光下，感觉到的色彩效果和用上述光源从背后照明时是相同的。
与这种白炽灯或荧光管相比，发光二极管的发光度要小得多。但彩色发光二极管在黑暗中的效果非常好，因为它们发出的几乎是单色光，在各自的波长范围内相对很强烈。相应的彩色发光二极管被很多生产商使用，如红色、绿色、蓝色和黄色。
塑料的显色和着色方法，如聚甲基丙烯酸甲酯塑料，已经广为人知，如EP-A 130 576。
发明目的和技术方案
因此一个目的是为已知的照明设备提供一种可选方案，其中塑料制成的彩色罩可使用白炽灯或荧光管透光。特别是，该设备可在入射光下产生和透射光下相同的色彩效果，也就是说例如在日光下。该设备的结构可比现有技术的设备有较小的进深，从而具有耗电量较低的特征。
该目标通过一个主要包含了光源以及彩色塑料制成的分配给光源的散光罩的照明设备来实现，其特征在于光源由一个或多个发射彩色光主要为单色光的发光二极管(LED)构成，在发光二极管工作在相对能量最大时的波长下，相应散光罩的透射(DIN 5036)至少为35％，反射(DIN 5036)至少为15％。
本发明基于对于使用的LED的单色光相匹配的塑料制成的散光罩的透射和二次发射，因此能在入射光下得到和透射光下几乎相同的彩色效果。因此广告或信息显示在白天和背后照明状态下从光学上的显示效果几乎是相同的。
由于上述目的，这种匹配允许使用彩色LED，或发射单色光的LED。依据本发明的照明设备得到的结构进深较小，因为LED比相应的白炽灯或荧光管小。同样也可更容易实现复杂的形状。对于背后照明状态下几乎相同的可辨性(perceptibility)，耗电更小。因为LED可在低电压下工作，本发明的设备的电气安全性被认为更高，或者说更容易保证。维护费用也较少，因为LED一般不需要经常更换。
本发明将参照附图进行说明，但并不局限于目前提出的实施例。
图1/2：
适用于本发明所述设备的用作散光罩的彩色散光塑料盘在用绿色LED照明时的透射/二次辐射的光谱(绿色1，实例系列1)。
T＝透射光谱
R＝二次辐射光谱
LED＝相对最大能量在大约520nm的绿色LED的相对能量曲线
图2/2：
适用于特定的彩色LED的塑料罩的透射和二次辐射的适当的色彩轨迹的匹配或确定实例的标准比色图。适当的色彩轨迹位于标准比色图内产生的矩形部分内。
LED＝LED的色点
U＝消色差点(x/y＝0.33/0.33)
A＝LED的色彩轨迹到U和LED之间的直线的最大色点距离(0.2个单位)
B＝两边以直角到U和LED之间的直线的最大色点距离(0.05个单位)
T＝罩的透射色点
R＝罩的反射色点
具体实施方式
本发明涉及一种照明设备，主要包含了一个光源以及彩色塑料制成的、附加在光源上的散光罩。
光源由一个或多个、或者很多个发射出彩色光，主要为单色光的发光二极管(LED)组成。可以选择同时使用不同颜色的LED。
这种情况下的LED的颜色取决于它的相对最大能量的波长。例如该相对最大能量可用分光光度测定，并记录在波长谱中。如可将光源放入乌布利希球(见DIN 5036)，并分析出射光。曲线的最高点(峰值)表示了该情况下相对最大能量的波长。
LED的数量取决于设备的大小，所使用的LED的发光度以及设备在背后照明时整体所需亮度。例如LED可将一个框内的每4个LED作为一个模块嵌入设备，也可选择用多个LED。
发光二极管(LED)，
适当的LED是，例如红色、蓝色、黄色或绿色LED。
红色LED的相对最大能量在大约610到640nm的范围内。
例如红色LED(Osram LM03-B-A)的相对最大能量在大约620nm。
蓝色LED的相对最大能量在大约440到500nm的范围内。
例如蓝色LED(Osram LM03-B-B)的相对最大能量在大约460nm。
例如蓝色LED(ESS blue)的相对最大能量在大约475nm。
黄色LED的相对最大能量在大约570到610nm的范围内。
例如黄色LED(Osram LM03-B-Y)的相对最大能量在大约590nm。
绿色LED的相对最大能量在大约500到540nm的范围内。
例如绿色LED(Osram LM03-B-T)的相对最大能量在大约520nm。
散光罩
在发光二极管工作在相对最大能量时的波长下，相应的塑料制成的散光罩的透射(DIN 5036，见部分1和3)至少为35％，最佳为至少38％，更佳为至少41％，而反射(DIN 5036，部分1和3，反射/二次辐射)至少为15％，最佳为至少20％，更佳为至少30％。
特别地，和黄色LED相关的散光罩的透射至少50％，最佳为至少60％。相应的反射至少25％，更佳为至少30％。
特别地，和红色LED相关的散光罩的透射至少40％，最佳为至少45％。相应的反射至少22％，更佳为至少45％。
特别地，和绿色LED相关的散光罩的透射至少40％，最佳为至少42％。相应的反射至少18％，更佳为至少20％。
特别地，和蓝色LED相关的散光罩的透射至少40％，最佳为至少42％。相应的反射至少20％，更佳为至少22％。
为了获得混合光而同时使用不同颜色的LED的情况中，例如黄色和绿色LED得到一种黄绿色效果，相关的塑料制成的散光罩应至少在所使用的发光二极管其中之一的相对最大能量的波长处，如黄色或绿色LED，具有上述要求的透射和反射值。
相关的散光罩包含的塑料在未着色状态时是透明的，且没有散光剂，如透射率至少50％，最佳为至少70％，更佳在75-92％之间。使用散光剂但没有着色时，透射率最佳为至少40％，更佳为至少50％。
适当的塑料如聚甲基丙烯酸甲酯塑料，强度改性的聚甲基丙烯酸甲酯，聚碳酸脂塑料，聚苯乙烯塑料，苯丙腈塑料，聚对苯二甲酸乙二醇酯塑料，乙二醇改性的聚对苯二甲酸乙二醇酯塑料，聚氯乙烯塑料，透明聚烯烃塑料，丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)塑料或不同热塑性塑料的混合(掺和)。
对聚甲基丙烯酸甲酯模压或挤压制成的聚甲基丙烯酸甲酯塑料，如含有85-100％成分的甲基丙烯酸甲酯，由于具有很高的防风化性，尤其适用于户外应用。可选的，聚合物中也可共同聚合或含有最高为重量的15％的适当的低聚物，例如甲基丙烯酸酯(如甲基丙烯酸乙酯，甲基丙烯酸丁酯，甲基丙烯酸己基，甲基丙烯酸环己基)，丙烯酸酯(如丙烯酸甲酯，丙烯酸乙酯，丙烯酸丁酯，丙烯酸已基，丙烯酸环己基)或苯乙烯和苯乙烯衍生物，如α-甲基苯乙烯或p-甲基苯乙烯。
罩的散光能力，根据DIN 5036测量，推荐数值至少为0.5，较佳为至少0.6，更佳为至少0.7。散光能力越好，LED到罩之间的距离以及相应制造的设备结构进深越小。
BaSO4，聚苯乙烯或者交联塑料制成的散光珠例如可用作散光剂。
推荐使用BaSO4或聚苯乙烯，在塑料中的含量建议是重量的1.5％-2.5％。
交联塑料制成的散光珠在塑料中的含量建议是重量的0.1％-10％。
高散射且高透射的要求是很难满足的一个要求。二氧化钛能够得到高散射能力。但是因为这种着色剂反射了大部分光，只能透射很少的光。无色散射颜料的折射率大约等于丙烯酸玻璃的折射率0.2时是比较适合的。适合的实例包括碳酸钙，碳酸镁，三羟化铝，羟化镁，硫酸钡等。
同样也可使用折射率在适当范围的聚合物。聚苯乙烯在聚合中会产生沉淀，例如溶解在甲基丙烯酸甲酯单体中，并得到一种光散射较好的材料。但是也可以添加聚化物微粒，例如交联聚苯乙烯或者甲基丙烯酸甲酯与(甲基)丙烯酸苯基或丙烯酸苄基的交联共聚物制成的聚化物珠。
彩色塑料散光罩的加工
在可聚化混合物的聚化生产或熔融状态下的热塑料处理过程中，可在塑料中添加或合成散光剂和着色剂，如借助于已知的挤压模塑或注模技术。除了盘状，还可以生产任意的外形，如管状，杆状等。
因此能够得到实例中的塑料盘，厚度在0.5到10，最佳在1-5mm间，用作本发明中具有矩形箱，框或支撑物的照明设备的罩子。根据需要，通过切割、铣削、锯切或其他处理，也能转换成且几乎适于任意形状的相应部分。
设备
设备的设置方式是LED与散光罩的距离在3到12cm之间，建议在4到10cm之间。在这个距离上能得到较好的照明效果。如果距离太小，LED的位置看起来就是一个亮点。如果距离太大，亮度衰减太多。
LED例如可被放在由散光罩遮盖的盒子或框内。罩子可带有携带信息的层，如薄膜，或者其本身已经是信息格式，如是字母或数字形状。
着色剂
有机着色剂比较适宜作为本发明的着色剂，因为它们在入射光和透射光下都有高辉度和亮度。为了保护丙烯酸玻璃免受光和天气的影响，也可以添加防光剂，UV吸收剂，抗氧化剂等。
合适的着色剂包括的着色剂特别可溶在塑料或有机颜料中，并且还对无机颜料不可溶。提到的实例包括了：
对于黄色着色剂：吡唑啉酮黄以及苝酮橙，或者其混合物。
对于红色着色剂：萘酚AS以及DPP红，或者其混合物。
对于绿色着色剂：铜酞菁绿以及吡唑啉酮黄的混合。
对于蓝色着色剂：蒽醌蓝以及群青，或者其混合物。
色彩轨迹
本发明基于的想法是LED的色点处的彩色罩的透射和二次辐射的色彩轨迹越接近，在入射光和透射光下的色彩效果匹配就越好。但表现出给定LED色点的显色匹配在实际中只能是大致的。一般来说，位于或接近穿越消色差点(x/y＝0.33/0.33)和LED的色点的偏差比起离上述直线较远的偏差来说是可以容忍的，尽管大小相等。
色彩轨迹尽可能位于标准比色图的边缘是很有利的，因为在这里的色彩辉度最高。这是因为由于是单色光，LED的色彩轨迹也位于或接近标准比色图的边缘。但需要注意的是实际可设置(测量得到)的色彩轨迹可能和理论上期望的色彩轨迹不同。
许多情况中，相应的色彩不是只用一种着色剂得到的。对于混合物，需要注意的是各个成分在标准比色图上不应相离太远，因为那样混合后的色度的辉度太低。
对于标准比色图，塑料彩色罩的透射和二次发射的色彩轨迹所在的区域，相对穿越消色差点(x/y＝0.33/0.33)和LED的色点，离直线方向上的LED的色点应该不大于0.2个x/y单位，最好不大于0.1个x/y单位，而离直线两边的直角线上不大于0.05个x/y单位，最好不大于0.03个x/y单位(参见图2/2)。
本领域技术人员可以使用商用的测量设备进行色彩轨迹的测量。
黄色(或黄绿色)照明的设备
使用的LED例如可发射出如黄色(或黄绿色)光，色点在坐标x/y＝0.5/0.5+/-0.02的区域内。
本情况中的罩子的塑料可用重量百分比为0.075到0.09％，最好是0.081到0.084％的吡唑啉酮黄和重量百分比为0.002到0.004％，最好是0.0028到0.0032％的苝酮橙混合着色。
将重量百分比为1.9到2.1％的作为散光剂的BaSO4和该着色剂混合也是很有利的。
红色照明的设备
使用的LED例如可发射出如红色光，色点在坐标x/y＝0.67/0.33+/-0.02的区域内。
本情况中的罩子的塑料可用重量百分比为0.13到0.17％，最好是0.14到0.16％的吡唑啉酮黄和重量百分比为0.01到0.03％，最好是0.017到0.023％的蒽醌红混合着色。
将重量百分比为1.9到2.1％的作为散光剂的聚苯乙烯和该着色剂混合也是很有利的。
本情况中的罩子的塑料也可用重量百分比为0.055到0.07％，最好是0.061到0.064％的萘酚AS(2-羟基-3-萘甲酸基酰基苯胺)和重量百分比为0.005到0.015％，最好是0.008到0.012％的DPP红(二吡咯并吡咯红)混合着色。
将重量百分比为1.9到2.1％的作为散光剂的BaSO4和该着色剂混合也是很有利的。
绿色照明的设备
使用的LED例如可发射出如绿色光，色点在坐标x/y＝0.16/0.73+/-0.02的区域内。
本情况中的罩子的塑料可用重量百分比为0.01到0.025％，最好是0.013到0.017％的铜酞菁绿和重量百分比为0.025到0.045％，最好是0.028到0.032％的吡唑啉酮黄混合着色。
将重量百分比为1.9到2.1％的作为散光剂的BaSO4和该着色剂混合也是很有利的。
蓝色照明的设备
使用的LED例如可发射出如蓝色光，色点在坐标x/y＝0.14/0.06+/-0.02的区域内。
本情况中的罩子的塑料可用重量百分比为0.005到0.01％，最好是0.006到0.008％的蒽醌蓝和重量百分比为0.05到0.1％，最好是0.07到0.08％的群青混合着色。
将重量百分比为1.9到2.1％的作为散光剂的BaSO4和该着色剂混合也是很有利的。
本情况中的罩子的塑料也可用重量百分比为0.007到0.013％，最好是0.009到0.011％的蒽醌蓝着色。
将重量百分比为1.9到2.1％的作为散光剂的聚苯乙烯和该着色剂混合也是很有利的。
使用
根据本发明的设备中，采用上述包含了散光剂的彩色塑料元件作为罩子，而彩色LED作为光源。
实例
实例系列1：红1，黄1，蓝1，绿1
0.5个单位的叔丁基过新戊酸盐(t-butyl perpicalate)和
20个单位的聚苯乙烯(例如BASF)
溶解在1000个单位的甲基丙烯酸甲酯中。
此外添加了如表1中的染料，由剧烈搅拌而溶解，放入3mm厚的带状的硅酸盐玻璃腔内，然后在45℃的水中聚化大约16小时。最后在115℃的加热炉中聚化大约4小时。
实例系列2：红2，黄2，蓝2，绿2
1个单位的2，2’-偶氮二(2，4-二甲基戊腈)
溶解在1000个单位的预聚物甲基丙烯酸甲酯浆内。(粘度大约1000cP)。
颜料浆包含了
3个单位的可溶的聚甲基丙烯酸甲酯，
20个单位的硫酸钡
以及如表2中的着色剂，它扩散在
使用了高速扩散器(转子/定子原理)30单位的甲基丙烯酸甲酯，
添加到这次投料中。
一批投料被剧烈搅拌，放入3mm厚的带状的硅酸盐玻璃腔内，然后在45℃的水中聚化大约16小时。最后在115℃的加热炉中聚化大约4小时。
表1：染料系列1
| 颜色 | 铜酞菁绿 | 吡唑啉酮黄 | 蒽醌蓝 | 苝酮橙 | 蒽醌紫 | 蒽醌红 |
| 红1 | ---- | 0.1500 | ---- | ---- | ---- | 0.0200 |
| 黄1 | ---- | 0.0825 | ---- | 0.003 | ---- | ---- |
| 绿1 | 0.0200 | 0.0400 | ---- | ---- | ---- | ---- |
| 蓝1 | ---- | ---- | 0.0100 | ---- | ---- | ---- |
数据：单位是重量百分比％
表2：着色剂系列2
| 颜色 | 萘酚AS | DPP红 | 铜酞菁绿 | 群青 | 吡唑啉酮黄 | 蒽醌蓝 | 苝酮橙 |
| 红2 | 0.0625 | 0.01 | ---- | ---- | ---- | ---- | ---- |
| 黄2 | ---- | ---- | ---- | ---- | 0.0825 | ---- | 0.003 |
| 绿2 | ---- | ---- | 0.015 | ---- | 0.03 | ---- | ---- |
| 蓝2 | ---- | ---- | ---- | 0.077 | ---- | 0.007 | ---- |
数据：单位是重量百分比％
结果
在一个顶部开口的，大小为90×470mm，高度为100mm的刷成白色的薄板箱中，在内侧底部分别安装了32个发光二极管(许多厂家的标准LED都有相互间的对照色度)，例如OSRAM(4个LED一组，8个模块)。使用供电单元，工作电压设在10V，根据类型不同，可接受的工作电流在320-400mA之间。
上述模式置于箱体内，进行颜色评估。入射光测试(白天效果)用一个如DIN 6173的额定150W D65，质量等级为1的日光灯(例如西门子生产)在大约60cm的上方进行照明来实现。这种情况下LED是熄灭的。透射光测试是在黑暗的房间内进行的，LED按照上述工作数据是点亮的。使用Mimolta公司的色度计Chroma-meter CS-100进行颜色测量。该设备能够不接触光源和目标色进行测量。采样/工作距离是1m。使用该设备也能测量出单位是cd/m2的亮度Y。
色彩测量和亮度结果在表3中。为了比较，表4示出了商用中不和LED相匹配的，含有标准着色剂的甲基丙烯酸甲酯罩子相应的颜色测量和亮度结果。
表3
根据本发明的背面照明的有色LED的色彩坐标x，y和单位是Cd/m2的亮度Y。
| 颜色 | LEDλmaxnm | LEDλmax的透射 | LEDλmax的反射 | x | y | |
| 黄1 | 590 | 62％ | 26％ | 141 | 0.527 | 0.467 |
| 黄2 | 590 | 55％ | 32％ | 130 | 0.533 | 0.461 |
| 红1 | 620 | 48％ | 23％ | 127 | 0.682 | 0.317 |
| 红2 | 620 | 42％ | 50％ | 120 | 0.682 | 0.317 |
| 绿1 | 520 | 43％ | 19％ | 36.3 | 0.141 | 0.780 |
| 绿2 | 520 | 41％ | 21％ | 36.4 | 0.139 | 0.777 |
| 蓝1 | 460 | 43％ | 24％ | 6.56 | 0.138 | 0.045 |
| 蓝2 | 460 | 43％ | 24％ | 6.31 | 0.138 | 0.041 |
表4
商用塑料罩的对比测量结果
| 颜色 | LEDλmaxnm | LEDλmax的透射 | LEDλmax的反射 | x | y | |
| 590 | 28％ | 62％ | 55.1 | 0.582 | 0.417 | |
| 620 | 20％ | 50％ | 49.7 | 0.686 | 0.313 | |
| 520 | 18％ | 18％ | 11.4 | 0.139 | 0.779 | |
| 460 | 30％ | 27％ | 4.31 | 0.139 | 0.037 |
*＝生产商，& Co.KG，D-64293 Darmstadt的产品定义
结果(表3)显示出根据上述过程生产的彩色丙烯酸玻璃，用LED背面照明时得到的亮度比现有技术的着色剂(表4)要显著的高。同时，光散射效果很好，以至于仅在离LED 40mm的位置上就能得到均匀照明。
表5：实例系列1和2的对比样品测量，尽管没有着色剂，但使用了指定用量的指示散光剂(聚苯乙烯或者硫酸钡)，显示出散射能力＞0.5，同时透射率＞40％。
| 添加剂 | 散射能力 | 透射率 |
| 聚苯乙烯 | 0.65 | 56％ |
| 硫酸钡 | 0.80 | 50.5％ |
用于比较：使用相应的二氧化钛白色着色剂，能得到大约0.90的非常好的散射能力。但透射率只在20-30％左右。因此这些着色剂在透射光下非常黑，因而不适合本发明的目的。
如果根据表3中标准比色图中绘出的色彩坐标(例如参见DIN5033或相应的标准文献)，很显然数值(色度)应在本发明所需的限定内，靠近等色度的波长线(消色差点和各个LED色的色点之间的线)。入射光和透射光之下色度的较好匹配能通过视觉测试看出来。
如图1/2对绿色LED的透射曲线，可以看出着色剂绿1(系列1)的透射和反射的最大值和LED的相对最大能量的波长非常一致。在这些范围内，透射值大于所需值30％，而反射值大于所需值15％。
Claims (20)
1.照明设备，包含一个光源以及一个彩色塑料制成的、附加在光源上的散光罩，其特征在于，
光源由一个或多个发射出彩色光的发光二极管构成，散光罩由在发光二极管工作在相对最大能量时的波长下相应的透射至少为35％，反射至少为15％的塑料制成。
2.如权利要求1所述的设备，其特征在于发光二极管和散光罩相互之间的距离为3到12cm。
3.如权利要求1或2所述的设备，其特征在于散光罩由模压或挤压模塑制成的聚甲基丙烯酸甲酯塑料构成。
4.如权利要求1所述的设备，其特征在于构成散光罩的塑料，根据DIN 5036测得，具有至少0.5的散光能力。
5.如权利要求4所述的设备，其特征在于含有BaSO4、聚苯乙烯或交联塑料制成的散光珠作为散光剂。
6.如权利要求5所述的设备，其特征在于作为散光剂的BaSO4或聚苯乙烯的含量的重量百分比为1.5到2.5％。
7.如权利要求1所述的设备，其特征在于发光二极管放在用散光罩遮盖着的箱体或框内。
8.如权利要求1到7中任一所述的设备，其特征在于对于标准比色图，由彩色塑料制成的散光罩的透射和二次辐射的色彩轨迹所在的区域，相对于穿越坐标为x/y＝0.33/0.33的消色差点和发光二极管的色点的直线，距离直线方向上的发光二极管的色点不大于0.2个x/y单位，而以直角到直线的两边不大于0.05个x/y单位。
9.如权利要求1所述的设备，其特征在于发射出黄光的发光二极管，色点在坐标x/y＝0.5/0.5+/-0.02的区域内。
10.如权利要求9中所述的设备，其特征在于构成散光罩的塑料用重量百分比为0.075到0.09％的吡唑啉酮黄和重量百分比为0.002到0.004％的苝酮橙混合着色。
11.如权利要求1所述的设备，其特征在于发射出红光的发光二极管，色点在坐标x/y＝0.67/0.33+/-0.02的区域内。
12.如权利要求11中所述的设备，其特征在于构成散光罩的塑料用重量百分比为0.13到0.17％的吡唑啉酮黄和重量百分比为0.01到0.03％的蒽醌红混合着色。
13.如权利要求11中所述的设备，其特征在于构成散光罩的塑料用重量百分比为0.055到0.07％的萘酚AS和重量百分比为0.005到0.015％的DPP红混合着色。
14.如权利要求1所述的设备，其特征在于发射出绿光的发光二极管，色点在坐标x/y＝0.16/0.73+/-0.02的区域内。
15.如权利要求14中所述的设备，其特征在于构成散光罩的塑料用重量百分比为0.01到0.025％的铜酞菁绿和重量百分比为0.025到0.045％的吡唑啉酮黄混合着色。
16.如权利要求1所述的设备，其特征在于发射出蓝光的发光二极管，色点在坐标x/y＝0.14/0.06+/-0.02的区域内。
17.如权利要求16中所述的设备，其特征在于构成散光罩的塑料用重量百分比为0.05到0.1的群青和重量百分比为0.005到0.01％的蒽醌蓝混合着色。
18.如权利要求16中所述的设备，其特征在于构成散光罩的塑料用重量百分比为0.007到0.013％的蒽醌蓝着色。
19.如权利要求1所述的照明设备，其特征在于所述散光罩由包含散光剂的经过着色的塑料元件制成。
20.如权利要求1所述的照明设备，其特征在于光源由发射单色光的发光二极管构成。
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE10162360A DE10162360A1 (de) | 2001-12-18 | 2001-12-18 | Beleuchtbare Vorrichtung |
| DE10162360.7 | 2001-12-18 | ||
| PCT/EP2002/013057 WO2003052315A1 (de) | 2001-12-18 | 2002-11-21 | Beleuchtbare vorrichtung |
Publications (2)
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