Led同軸組合光引擎及其照明燈具的製作方法
2023-07-14 06:54:36
Led同軸組合光引擎及其照明燈具的製作方法
【專利摘要】本申請提供了一種LED同軸組合光引擎及其照明燈具。本申請的LED同軸組合光引擎，包括：從大到小一環套一環設置的至少兩個同心圓環LED光引擎，其中每個同心圓環LED光引擎包括；(i)三角形定向稜鏡圓環形導光板，該導光板包括光滑平面和稜鏡面，在稜鏡面上設有多個同心的環狀微柱稜鏡體，從圓環形導光板的內圓周向外圓周，各環狀微柱稜鏡體的截面三角形頂點距光滑表面的距離逐漸遞增，並且在圓環形導光板的外圓周附近設置有環形槽，以及(ii)LED環狀光源，該LED環狀光源安置在圓環形導光板的環形槽中，並且包括PCB和等間距地貼裝在PCB上的LED晶片。
【專利說明】LED同軸組合光引擎及其照明燈具
【技術領域】
[0001]本申請涉及一種LED光引擎，尤其涉及一種LED同軸組合光引擎以及使用該LED同軸組合光引擎的照明燈具。
【背景技術】
[0002]相較於傳統光源，LED照明具有體積小、節能、壽命長、高亮度、環保等特點。在照明領域，LED發光產品的應用正吸引著世人的目光，LED作為一種新型的綠色光源產品，必然是未來發展的趨勢，二十一世紀將進入以LED為代表的新型照明光源時代。
[0003]在本申請的 申請人:於2008年8月26日提交的申請號為PCT/CN2008/001534的PCT國際申請中，揭示了一種等截面三角形定向稜鏡圓形反光板及由其製成的圓板燈。該圓板燈包括:等截面三角形微稜鏡圓形導光板；圍繞導光板的散熱框，該散熱框與導光板之間形成間隙而構成環形燈槽；以及嵌裝於環形燈槽內的環形燈組件，該環形燈組件由多個發光二極體(LED)貼片、電阻和線路板構成。該申請的全部內容，通過引用結合於此。
[0004]在本申請的 申請人:於2008年8月26日提交的申請號為PCT//CN2008/001535的PCT國際申請中，揭示了一種片燈及包含它的片燈具。該片燈包括:等截面三角形微稜鏡方形導光板；圍繞導光板的散熱框，該散熱框與導光板之間形成間隙而構成長條形燈槽；以及嵌裝於長條形燈槽內的長條形燈組件，該長條形燈組件由多個發光二極體(LED)貼片、電阻和線路板構成。該申請的全部內容，通過引用結合於此。
[0005]在上述兩項申請的基礎上， 申請人:於2010年4月30日提交了申請號為PCT/CN2010/072352的PCT國際申請，其中將等截面三角形微稜鏡圓形或方形導光板改進為變截面三角形微稜鏡圓形或方形導光板，以使所製成的燈具具有更佳的發光均勻度。該申請的全文內容，通過引用結合於此。
[0006]在實施了以上專利申請以後， 申請人:發現由於應用的是小功率的LED貼片，因此LED光引擎所輸出的光輻射流明的總量有局限。同時在設計一個LED燈具產品時，還受到一些幾何物理量選擇上的制約，還必須面對各國的標準與各國法規的限制。因此， 申請人:在權衡EN/ICE62471光生物安全性並綜合分析各種矛盾以後，產生了一個用小功率的LED貼片來實現大功率光學照明的設計思路。
[0007]另外， 申請人:還發現LED光引擎平面透射出肉眼可見的細小藍光。由於LED封裝工藝上的原因和LED貼片本身形體的局限和螢光分子結構和顆粒體形原因或LED本身光質子密度高或其它未知原因，LED中原始激發的藍光光子和螢光晶體「對撞」不充分徹底，使得原本所期望的白光中還雜帶未「轉化」的藍光(這裡我們且說這些對人體無益的藍光)。面對上述問題， 申請人:認為必須在燈具的機構上作出響應，不僅要處理好LED的藍光、LED的色溫、還須處理好LED的顯色性，為此 申請人:設想在LED晶片所途徑的光路上來設置有效機構來完善LED晶片的光發射。
【發明內容】
[0008]本發明的目的在於提供一種LED同軸組合光引擎以及使用該LED同軸組合光引擎的照明燈具，從而用小功率的LED貼片來實現大功率的光學照明。
[0009]本發明另一目的在於提供一種設置有迷宮式螢光層分布的LED光引擎，從而消除LED光引擎平面透射出的未充分轉化的藍光。
[0010]根據本發明一方面提供了一種LED同軸組合光引擎，它包括:從大到小一環套一環設置的至少兩個同心圓環LED光引擎，其中每個同心圓環LED光引擎包括；⑴三角形定向稜鏡圓環形導光板，所述導光板包括光滑平面和稜鏡面，在所述稜鏡面上設有多個同心的環狀微柱稜鏡體，每一個環狀微柱稜鏡體的橫截面為三角形，從所述圓環形導光板的內圓周向外圓周，各環狀微柱稜鏡體的截面三角形頂點距所述光滑表面的距離逐漸遞增，各環狀微柱稜鏡體的截面三角形頂點的徑向連線與所述光滑表面形成的夾角小於45度，並且在所述圓環形導光板的外圓周附近設置有環形槽；以及(ii)LED環狀光源，所述LED環狀光源安置在所述圓環形導光板的所述環形槽中，並且包括PCB和等間距地貼裝在所述PCB上的LED晶片。
[0011 ] 根據本發明的另一方面，在上述LED同軸組合光引擎中，在PCB上對應於LED晶片的位置加蓋與所述PCB等長的螢光粉膠帶，並且在圓環形導光板的接收所述LED環狀光源的入射光線的透射面附近設置兩個與圓環形導光板的透射面是同軸心的環形空腔，其中一個環形空腔的開口設置在圓環形導光板的光滑平面處，另一個環形空腔的開口設置在圓環形導光板的稜鏡面處，該環形空腔內填充有螢光粉以形成迷宮型的內填充螢光粉層。
[0012]本發明的有益效果在於，本發明的LED同軸組合光引擎能夠用小功率的LED貼片來實現大功率的光學照明，並且能夠有效地消除LED光引擎平面透射出的未充分轉化的藍光。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0013]圖1A示出根據本發明的LED同軸組合光引擎的截面圖。
[0014]圖1B是圖1A中導光板的部分放大圖。
[0015]圖1C示出根據本發明的LED同族組合光引擎的平面示意圖。
[0016]圖2示出朗伯型配光圖。
[0017]圖3示出蝙蝠型配光圖。
[0018]圖4示出根據本發明的LED同軸組合光引擎的配光圖。
[0019]圖5示出採用本發明的LED同軸組合光引擎的立式路燈和葉式路燈。
[0020]圖6示出採用本發明的LED同軸組合光引擎的工礦燈。
[0021 ] 圖7和圖8示出了採用根據本發明的路燈的路面照明覆蓋圖。
[0022]圖9示出了根據本發明的改進的LED環狀光源的展開圖。
[0023]圖10示出了根據本發明的改進的部分導光板。
【具體實施方式】
[0024]本發明旨在提供一種LED同軸組合光引擎以及使用該LED同軸組合光引擎的照明燈具和3D照明系統，該LED同軸組合光引擎採用LED光引擎同軸輻射疊加的方式來實現。
[0025]圖1A是根據本發明的LED同軸組合光引擎的截面圖，圖1B是圖1A中導光板的部分放大圖，圖1C是根據本發明的LED同族組合光引擎的平面示意圖。
[0026]如圖1A和IC所示，本申請的LED同軸組合光引擎100包括從大到小一環套一環的三個同心圓環101、102、103，每一個圓環的環形寬度分別為δ?、δ2和δ3，它們是相等的，即Sl= S2 = S3。本領域的技術人員可以理解，本發明的LED同軸組合光引擎不限於包括三個同心圓環，其可以包括更多或更少數量的同心圓環，如兩個、四個、五個等。另外，LED同軸組合光引擎100可包括框架104和接口模塊105。
[0027]如圖1B中具體所示，每一個圓環101、102、103包括一個三角形定向稜鏡圓環形導光板，該導光板包括一個光滑平面111和一個稜鏡面112。在稜鏡面112上設有多個同心的環狀微柱稜鏡體，每一個環狀微柱稜鏡體的橫截面為三角形。從圓環形導光板的內圓周向外圓周，各環狀微柱稜鏡體的截面三角形頂點距光滑表面的距離逐漸遞增，即導光板逐漸增厚。各環狀微柱稜鏡體的截面三角形頂點的徑向連線與光滑表面形成的夾角小於45度。在每個圓環形導光板的外圓周附近設置有一環形槽，用於容納LED環狀光源113。各環狀微柱稜鏡體的截面三角形中離環狀光源較遠且接收LED環狀光源發出的光的一邊稱為受光臨界邊，該受光臨界邊和光滑平面的法線成一臨界角，該臨界角範圍從40度到90度。從圓環形導光板的內圓周向外圓周，該環狀微柱稜鏡體的臨界角逐漸遞增。例如，圖1B示出從圓環形導光板的內圓周向外圓周，臨界角從50度逐漸遞增到70度。
[0028]如上所述，在每個圓環形導光板的外圓周附近的環形槽內安裝LED環狀光源113，該LED環狀光源包括彎曲成環形的PCB121和等間距地貼裝在PCB上的LED晶片122。對於每一個環形PCB，其上貼裝的LED晶片具有一定的功率，於是每一個圓環便是一個具有一定臨界角和一定功率的光引擎。當在圓環的一側點亮LED環狀光源時，該圓環形成了一個具有一定能量和一定形狀配光曲線的光環。這個定功率定能量的光環可獲得如圖2和圖3所示的配光，圖2是我們所熟知的朗伯型配光，圖3是蝙蝠型配光，當然還可以獲取各種不同配光。
[0029]可以對這些具有不同功率 、不同配光的LED圓環光引擎進行組合，以形成一個LED同軸組合光引擎。
[0030]每個圓環光引擎各持有它的功率和配光的特性，當若干個圓環光引擎被同軸組合以後，同軸組合光引擎將表現出全新的光學性能。以下將進一步說明如何由一個個較小功率的圓環光引擎通過同軸輻射疊加來實現一個新的大功率的同軸組合光引擎。
[0031]如圖1C中所示，同軸組合光引擎中各個光引擎101、102、103的光學稜鏡的寬度是相等的，即SI = 52= δ 3。另外，優選的是，各個光引擎的光學稜鏡的截面形狀也是相同的。每個光引擎都由LED環狀光源在一側發光。假設第一光引擎101的功率P1=25W，第二光引擎102的功率P2=15W，並且第三光引擎103的功率P3=10W。這三個光引擎以O點為同軸，它們的功率分別是Pl、P2和P3，那麼同軸組合光引擎的功率P = Pl+P2+P3=50ff,從而由三個較小功率引擎疊加而成一個大功率引擎。
[0032]圖4是根據本發明的LED同軸組合光引擎的配光圖。假設由3個都是蝙蝠型配光的光引擎組成一個同軸組合光引擎，可以推斷新的同軸組合光引擎的配光圖的蝙蝠肯定要比原先一個光引擎時大得多。
[0033]LED是一個光素,是非相干光,和其他光一樣，LED的光福射是可以疊加的。因此，可以根據不同的3D空間的需要來實現不同功率和不同配光的光引擎的組合以索求一個合適的3D的配光。
[0034]應用根據本發明的LED同軸組合光學引擎將會產生許多照明的積極效果。首先，LED同軸組合光學引擎表面沒有眩光。其次，LED同軸組合光引擎燈具表面照明在80°開角範圍內，照度均勻。最後，形式上的小功率LED (221^，0.0661)集合為一個501的大功率燈具，在設計上克服了大功率LED散熱困難和眩光諸多缺點，使LED燈具真正進入室內外照明，進入可靠的實用，並且在結構上保證產品的安全性。
[0035]正是由於本發明的LED同軸組合光引擎具有大功率和照明開角大等優點，它尤其適用於路燈、工礦燈等。
[0036]圖5示出了採用本發明的LED同軸組合光引擎的立式路燈和葉式路燈，其中立式路燈的照明表面與路面平行，葉式路燈的照明表面與路面成一定角度。圖6示出了採用本發明的LED同軸組合光引擎的工礦燈。
[0037]圖7和圖8示出了採用根據本發明的路燈的路面照明覆蓋圖，其中圖7是俯視圖，圖8是側視圖。
[0038]如圖7和圖8所示，在雙向機動車道701的中間隔離帶處安裝根據本發明的立式路燈711，在機動車道701和非機動車道702之間安裝根據本發明的葉式路燈712。圖中的虛線713表示根據本發明的立式路燈711和葉式路燈712的光輻射範圍。根據本發明的立式路燈和葉式路燈具有大功率和約80°的照明開角，因此能夠實現對所有車道的全覆蓋照明。
[0039]本發明的另一目的在於提供一種設置有迷宮式突光層分布的LED光引擎,從而消除LED光引擎平面透射出的未充分轉化的藍光。
[0040]圖9示出了根據本發明的改進的LED環狀光源的展開圖。如圖9所示，LED晶片122等間距地貼裝在PCB121上以`形成LED環狀光源。在PCB121上對應於LED晶片的位置加蓋了一條和PCB等長的螢光粉膠帶901或是鋁酸鹽、氮(氧)化合物的混合體，該加蓋的螢光粉901也在圖10中示出。
[0041]圖10示出了根據本發明的改進的部分導光板，它是圖1B中所示的部分導光板的一種變型。在接收LED環狀光源113的入射光線的導光板的透射面附近設置了兩個環形的空腔，該環形空腔的圓柱面和導光板的透射面是同一軸心，空腔內可以填充鋁酸鹽、矽酸鹽或氮(氧)化合物，以形成迷宮型的內填充螢光粉層902。兩個環形的空腔空隙厚度在0.5mm到2mm,兩個圓環形空腔處在導光板同一介質內。兩個環形空腔的兩個開口一個處在導光板的光滑平面111處，一個處在稜鏡面112處。PCB121上的LED晶片122發出的光線進入導光板的透射面後，必定會遇到並透過兩個迷宮型的內填充螢光粉902，然後進入導光板然後透過導光板的光滑表面111進入照明空間。
[0042]據有關報導，隨著溫度升高，螢光粉的發射峰逐漸移動，而且發射峰強度逐漸降低。溫度為100°c時，發射峰強度降為常溫下94%。超過100°C後，發射峰強度下降幅度逐漸加大，至300°C時，發射峰強度僅為常溫下38%。
[0043]根據本發明設置的多層迷宮型螢光粉層902相對離開LED晶片122較遠，因此對提升LED的螢光轉化是有積極意義的。
[0044]以上已對本申請的較佳實施例進行了詳細說明，但本申請不限於這些實施例。應當理解，在閱讀了本申請的說明書之後，本領域的技術人員可以對本申請做出各種修改和變更，這些等價形式同樣落在本申請所附權利要求所限定的範圍內。
【權利要求】
1.一種LED同軸組合光引擎，其特徵在於，包括: 從大到小一環套一環設置的至少兩個同心圓環LED光引擎，其中每個同心圓環LED光引擎包括； (i)三角形定向稜鏡圓環形導光板，所述導光板包括光滑平面和稜鏡面，在所述稜鏡面上設有多個同心的環狀微柱稜鏡體，每一個環狀微柱稜鏡體的橫截面為三角形，從所述圓環形導光板的內圓周向外圓周，各環狀微柱稜鏡體的截面三角形頂點距所述光滑表面的距離逐漸遞增，各環狀微柱稜鏡體的截面三角形頂點的徑向連線與所述光滑表面形成的夾角小於45度，並且在所述圓環形導光板的外圓周附近設置有環形槽，以及 (ii)LED環狀光源，所述LED環狀光源安置在所述圓環形導光板的所述環形槽中，並且包括PCB和等間距地貼裝在所述PCB上的LED晶片。
2.如權利要求1所述的LED同軸組合光引擎，其特徵在於，對於每個圓環形導光板，各環狀微柱稜鏡體的截面三角形中離所述LED環狀光源較遠且接收LED環狀光源發出的光的一邊稱為受光臨界邊，所述受光臨界邊和所述光滑平面的法線成一臨界角，所述臨界角範圍從40度到90度,從所述圓環形導光板的內圓周向外圓周，所述環狀微柱稜鏡體的臨界角逐漸遞增。
3.如權利要求1所述的LED同軸組合光引擎，其特徵在於，所述至少兩個同心圓環LED光引擎的寬度是相等的。
4.如權利要求1所述的LED同軸組合光引擎，其特徵在於，所述至少兩個同心圓環LED光引擎中的每一個被配置成獲得朗伯型配光或蝙蝠型配光。
5.如權利要求1所述的LED同軸組合光引擎，其特徵在於，所述LED環狀光源中使用的LED晶片是小功率LED晶片。
6.如權利要求1所述的LED同軸組合光引擎，其特徵在於，在所述PCB上對應於所述LED晶片的位置加蓋與所述PCB等長的螢光粉膠帶。
7.如權利要求1所述的LED同軸組合光引擎，其特徵在於，在所述圓環形導光板的接收所述LED環狀光源的入射光線的透射面附近設置兩個與所述圓環形導光板的透射面是同軸心的環形空腔，其中一個環形空腔的開口設置在所述圓環形導光板的所述光滑平面處，另一個環形空腔的開口設置在所述圓環形導光板的所述稜鏡面處，並且在所述環形空腔內填充螢光粉，以形成迷宮型的內填充螢光粉層。
8.如權利要求7所述的LED同軸組合光引擎，其特徵在於，所述螢光粉層包括鋁酸鹽、矽酸鹽或氮(氧)化合物。
9.如權利要求7所述的LED同軸組合光引擎，其特徵在於，所述環形空腔的空隙厚度在0.5mm 至Ij 2mm。
10.一種照明燈具，其特徵在於，包括如權利要求1-9所述的LED同軸組合光引擎。
【文檔編號】F21Y101/02GK103499041SQ201310492959
【公開日】2014年1月8日 申請日期:2013年10月18日 優先權日:2013年10月18日
【發明者】潘定國 申請人:潘定國