共頂異軸多錐切面深口led反光罩的製作方法

2023-05-23 17:45:31 1

專利名稱：共頂異軸多錐切面深口led反光罩的製作方法
共頂異軸多錐切面深口 LED反光罩
技術領域：
本發明涉及一種LED反光罩，具體涉及一種共頂異軸多錐切面深杯口 LED反光罩。在將LED光源器件應用於道路照明燈具設計時，重要環節之一是配光技術。配光之要求源自實際需要，目的是要在同等光源條件下儘量獲得道路照明最佳效果，包括合理用光、照度合理分配、照射區域合理覆蓋，並要求在效照射區域內儘可能照度均勻，以及儘可能減少眩光、減少對周圍環境的光汙染等，所有這些都要求路燈設計必須基於配光合理的技術方案。照明配光技術方案涉及光學知識，而LED光源配光技術還涉及與LED器件相關的一些特殊要求。只有將光學知識的一般性規律與LED光源器件的特殊性規律相結合，深入分析研究並紮實探索實踐，才有可能最終得到符合LED光源在路燈、隧道燈、廣場燈等應用領域的系統技術方案。本『共頂異軸多錐切面深口 LED反光罩』方案正是長期研究探索的成果之一。
背景技術：
LED照明是新興綠色照明高科技產業，LED光源產品具有綠色環保、高效節能特點，已得到國內外廣泛重視。近年來，國內外不斷推出各型各類LED路燈產品，其品種之繁、 造型之多，甚至於數量之巨大，都是前所未見的，不少產品已獲得相對成功的實際應用。目前，LED路燈系列產品已經逐漸引起各界重視，國內外市場已經開始逐漸升溫。不同於傳統路燈光源高壓鈉燈、高壓汞燈、HID高強度氣體放電燈、金滷燈等， LED光源器件應用於路燈領域，其配光技術總體方案相對既簡單又更複雜。說其簡單，重要原因之一是LED光源器件尺寸與其燈具尺寸相比較，幾乎可以忽略不計。也就是說，在進行光路分析時，分立式LED光源可以被理想化為點光源，其配光措施無論是採用透鏡式還是反光罩式或兼而有之，比起相對尺寸大得多的傳統光源來說，顯然要簡易得多傳統光源器件在路燈燈具的尺寸比例上無法理想化成點光源，其配光難度可以想見。說其更加複雜，在於除了光學因素之外，必須考慮其它不得不考慮的因素，主要包括1]LED光源器件的數量及其相互之間空間位置關係上，對燈具總體合成配光效果的影響；2LED光源器件對周邊工作環境的特殊要求例如通風散熱設計，要確保散熱通道暢通；3實施配光方案對系統總體影響的評估，以及其它一些特定的技術問題等。如果僅靠單純的光學配光設計，就算在光路設計層面獲得滿分，而沒有將其它必須同時解決的問題處理好，或至少處理得比較好，則可以斷言基於缺失方案的LED路燈系統將無法通過嚴酷的長時間考驗，最終只能是無功而返，絕不可能成為真正實用的主流技術方案。
LED光源配光分為排列法和矯正法，這裡只討論用器件改變LED光路的矯正法配光。根據矯正法配光方案所採用的器件來分類，主要有透鏡配光和反光罩配光兩種。透鏡配光應用甚廣，有些車燈就使用透鏡配光。水運航道航標燈都配置特殊的菲涅爾透鏡。大量使用的探照燈、舞臺照明燈具等都使用透鏡配光。通過光學透鏡實現所需配光效果，是專業技術人員首先會想到的技術方案。目前在諸多LED路燈中，相當數量產品採用透鏡配光，其中有些廠家生產的LED路燈，在實際使用初期的道路照明效果相當令人滿意光斑均勻度遠遠超過傳統路燈，基本消除了斑馬紋現象，眩光抑制也很有效。反光罩在LED路燈中應用比例也不小，從粗略調查看，多數配光效果一般，不盡如人意光斑分布不盡合理，燈下偏亮，仍有斑馬紋，『配』光效果不很理想。綜上分析，結論似乎不言自明透鏡優於反光罩。目前一些專業人士也認為解決 LED路燈配光問題的合理技術方案，非基於透鏡莫屬。其主要理由是1從目前實際看到的各種LED路燈在道路照明配光路面光斑效果比較透鏡應用產品明顯佔優；2透鏡材料光損失率僅為7%，或者說其透光率高達93% ；3透鏡的設計和製造技術成熟，易於批量生產，透鏡成本有望大幅下降；4透鏡便於獨立安裝，也方便整體安裝。然而，上述所列理由中忽略了非常重要的前提，這就是LED路燈配光方案的光源是LED照明光源而不是其它光源。LED光源不僅具備光源屬性，它還是化合物半導體器件， 還具有化合物半導體器件屬性。醫生治病時首先應該搞清楚對象，否則談何對症下藥？首先，LED路燈是新生事物，在相當長的時間內其技術方案將會不斷推陳出新，在此階段任何一個時間節點上得到的結論，都難免局限性，因此都僅能作為參考依據，而不具有作為定論的權威性，故而此時聲言哪種技術方案之孰優孰劣為時尚早。其次，就材料論材料。透光率達93%的透鏡材料已屬極品；而反光材料極品效率高出5個百分點超過98%，而效率超過96%的材料價廉物豐。另一方面常識告訴我們， 材料光學特性並不能直接代表基於該材料的器件光學特性，由於LED配光透鏡相對複雜的非線性造型、透鏡各部位材料厚薄不同，以及難免的製造誤差和表面缺陷等，都會造成折射率、多路徑效應等邊界條件發生很大變化，最終將會導致器件光損加劇、器件綜合透光率比起材料透光率要大打折扣，因此成品配光透鏡的真實透光率是否能超過80%都有待認真測定。至於量產、成本與安裝等因素，隨著應用規模擴大都將不成問題。但對於LED器件本身物理特性的匹配，則必須格外強調，忽略了這一點將會鑄成大錯。必須考慮到、更要解決好LED器件的散熱難題，這是完全不同於傳統光源器件應用設計中的特殊問題，是LED應用產品設計方面至關重要的問題之一。散熱處理不好，LED 光源器件就會被自身發熱而『燒死』。眾所周知熱傳播三個途徑1輻射；2對流；3傳導。在LED燈具設計時首先要考慮光源LED器件的散熱降溫要求。採用矯正式配光方案，施加於LED光源器件的配光器件顯然對LED散熱效果會產生直接影響，尤其是涉及1輻射；2對流途徑。先說給LED光源器件加配透鏡，由於緊靠其表面，則立即阻塞了對流通道，同時也阻滯了輻射通道，這對LED器件除底部PCB傳導通路外的散熱通道是十分明顯的障礙。在 LED器件工作溫度已接近臨界上限的情況下，任何可能導致散熱效果惡化、熱量聚集、LED
4結溫上升的措施都必須慎用甚至禁用，否則將如同飲鴆止渴，成為壓倒駱駝的最後一根稻草！再說給LED光源器件加配反光罩，雖限制了對流通路，但並沒有完全阻塞該通路； 而對輻射的影響則很小，幾乎可以忽略。所以反光罩方案在LED散熱要求方面明顯優於透
^Mi ο上面已將兩種技術方案在針對LED光源配光應用上可能帶來的『弊』進行了分析， 除弊興利為當務之急，既然透鏡熱阻之弊難以克服，則應該在反光罩配光性能的優化設計方面尋找出路。如果設計出能夠實現理想配光效果的反光罩，則可以達到一箭雙鵰的奇效 一方面與透鏡相比，系統綜合光效可以提高20%以上，僅這一點就彌足珍貴；另一方面，反光罩引入的熱阻因素遠低於透鏡器件，等效散熱效果大大優於透鏡方案，所以只需配置合理，就絕對不會提供壓倒疲憊駱駝的最後一根稻草。

發明內容本發明要解決的技術問題是提供一種結構設計合理、製造工藝簡單、重量輕成本低、性能優異的LED光源反光罩，用以提供LED路燈、隧道燈、廣場燈配套應用，實現對矯正式LED照明光源配光技術方案的優化。為解決上述問題，本發明採取的技術方案是一種共頂異軸多錐切面深口 LED反光罩。為充分利用LED光源器件發出的光，必須提高投射到應照射區域的光通量比例， 也就是要減少對無效區域的投射，這一點正好也符合減少眩光和減少光汙染的要求，其實質就是控制好發光立體角範圍和指向。這就要求反光罩杯口深度必須大於大於LED光源器件的直徑，即所謂的『深杯口』。至於到底多深？應根據LED器件實際尺寸確定，對於常用的1 3W單顆功率型LED型器件，杯口深度應不小於15mm。由於路燈的特殊應用功能，要求單頭路燈理想照射光斑為長方形，進而最終能夠與相鄰路燈光斑相互連接，構成沿道路行進方向的均勻帶狀照射區域。對單頭路燈來說，其理想光斑的長軸線以燈頭下為中心，沿道路行進方向兩側展開，總有效長度略超過兩燈杆間距；其理想短軸線應剛好覆蓋整條路寬，並適當顧及人行道及道外綠地；照射區域內照度應儘量均勻。事實上，嚴格實現這樣理想化的要求是不可能的，但近似實現還是有可能做得到的。以LED光源點為發射原點，將光分配到若干不同指向的立體角內，使這些立體角與路面切割面儘量符合上述理想路燈的光斑形狀。為此將反光罩設計成『共頂異軸多錐面』 形狀，優選錐面為圓錐面，也可以為多稜錐面，例如四稜錐、六稜錐等，其指向為其中心軸所指，其原點或稱頂點為LED光源器件的發光點。為改善光斑均勻度，園錐面間交疊部分以相連錐面的相切平面修整。這樣修整形成的曲面就是錐面與相切平面合成的『錐切面』，既優化了光斑均勻度，同時還簡化了反光杯口曲面加工的成本。按照這樣的調整，對於單珠反光杯來說，就變成了 『雙錐面』而不是多錐面，工藝實現容易得多。採用1 3W功率型LED器件，構成的LED路燈要使用數量比較多的LED燈珠，這在配光技術方案上需要綜合考慮，統一規劃總體協調，按線性疊加原理實現最佳總體效果。
一般多珠LED路燈的LED燈珠布局，經常會採用平面矩陣式排列縱多少列，橫多少排。現以80珠LED路燈為例，按照4珠一排4顆LED燈珠焊接在一條狀鋁合金PCB基板上，稱為『光源條』；再將20條這樣的光源條順序並列，形成4X20的LED光源矩陣。為確保配光效果，同時也能有效簡化設計和工藝，應針對4珠光源條進行統一配光，製作4珠光源條專用反光罩，稱為4連珠反光罩條。20套4連珠光源條和4連珠反光罩條相配合，可以實現很理想的配光效果實現路面近似長方形的光斑。長短軸比例預先可以設定，光斑均勻度很好，在有效光斑內，明暗比優於4 1，特別是採用『分水嶺』方案，還可以獲得更明顯的分光效果。分水嶺是指在兩側切面的垂直中心軸面，再起一反向錐形切面， 可將直射到該面上的燈光，定向分配到兩側，加強向兩側配光、減弱燈下亮的效果。

圖1所示為一單LED燈珠所設計的雙軸圓錐反光罩草圖，圖中符號1指出兩個反光圓錐面，2指出兩個圓錐面的中心軸，3指出兩圓錐面的頂點，也是兩錐面中心軸的交點。 把兩圓錐的中心軸當成射線，該點就是兩條射線的共有原點。在有的情況下，需要在配光時將光斑的亮點打散，以獲取更好的均勻度，這是可以將某個錐面的頂點沿自己的中心軸移動一段距離，離開共有頂點，這樣就可以調整局部的光線，更好地配光。圖2所示為一單珠雙軸錐切面反光罩立體圖，4指出與兩圓錐面相切平面構成的反光面。如果需要進一步降低光斑中心部位的照度，可以在兩側切面的中心法平面兩側，再起一個反向楞錐面，把照到中部的光分到兩側，就像分水嶺的作用一樣。圖3所示為真實開模製造的『四珠八軸圓錐切面深口 LED反光罩條』側視正反面立體圖。從圖中可以看出相鄰的反光罩壁有部分重合交叉，從交叉線向上部分被全部刪除掉，這樣的技術處理優化了配光效果，使得造型更合理更美觀。圖4為『四珠八軸圓錐切面深口 LED反光罩條』實施開模的整套工程圖，注有標明的尺寸，嚴格按尺寸實施，可以開出高質量的模具，鑄出優質的反光罩條。
具體實施方式
實施例一、單珠共頂40度軸夾角雙圓錐切面22mm深杯口 LED反光罩本實施例如圖2所示，提供單顆1 3WLED燈珠配光，在有效光斑區域與蝙蝠翼透鏡相同情況下，實測照度平均高出透鏡30%，效果非常好。實施例二、4珠合成共頂40度軸夾角雙圓錐切面22mm深杯口 LED反光罩條本實施例全套工程圖紙如圖4所示，反光罩條側視立體圖如圖3所示，鏡面拋光， 反光表面折射率約98%，實測表明總功耗100W的LED路燈，在配光實現蝙蝠翼配光曲線時，與採用透鏡配光的160W其它LED路燈相當，節能效果非常明顯。實施例三、120ff_80珠LED路燈本實施例的路燈燈殼採用『雙翼展翅』型鋁合金燈殼，安裝20套由4連珠光源鋁基板PCB條配接四珠八軸圓錐切面深口 LED反光罩條組成的光源單元，再配以其它部件構成總體系統。總功耗120W，路面實測超過採用透鏡方案150W的LED路燈。
權利要求
1.一種共頂異軸多錐切面深口 LED反光罩，其特徵是反光面由多個指向不同的錐面和與之相切的平面構成。
2.根據權利要求1所述的一種共頂異軸多錐切面深口LED反光罩，其特徵是反光錐面為圓錐面。
3.根據權利要求1所述的一種共頂異軸多錐切面深口LED反光罩，其特徵是反光錐面為多稜錐面。
4.根據權利要求1所述的一種共頂異軸多錐切面深口LED反光罩，其特徵是單個LED 燈珠用反光罩的錐面數量不超過5個，優選為2個。
5.根據權利要求1所述的一種共頂異軸多錐切面深口LED反光罩，其特徵是多個錐面共同的頂點位於各個錐面中心軸上，並且是各個錐面中心軸射線的原點。
6.根據權利要求1所述的一種共頂異軸多錐切面深口LED反光罩，其特徵是多個錐面共同的頂點位於各個錐面中心軸上，但不全是錐面中心軸射線的原點。
7.根據權利要求1所述的一種共頂異軸多錐切面深口LED反光罩，其特徵是基於單個LED燈珠反光罩排列組合成多個LED燈珠使用的反光罩條或反光罩模塊。
8.根據權利要求1所述的一種共頂異軸多錐切面深口LED反光罩，其特徵是多個LED 燈珠使用的反光罩條或反光罩模塊，構成其反光面的多個錐體的中心軸指向具有相同的夾角，以滿足配光要求。
9.根據權利要求1所述的一種共頂異軸多錐切面深口LED反光罩，其特徵是多個LED 燈珠使用的反光罩條或反光罩模塊，構成其反光面的多個錐體的中心軸指向具有不同的夾角，以滿足配光要求。
10.根據權利要求1所述的一種共頂異軸多錐切面深口LED反光罩，其特徵是多個 LED燈珠使用的反光罩條或反光罩模塊，相鄰單元間距靠近時，交叉重疊部分刪除，刪除後的邊界須進行圓邊處理。
全文摘要
本發明公開了一種共頂異軸多錐切面深口LED反光罩。影響LED路燈照明效果的主要技術方案之一是配光。常見1～5W分立式功率型LED器件配光方案為透鏡矯正法配光透鏡緊貼LED器件出光一側，改變光路實現配光。此方案光衰大，阻塞LED熱輻射和對流通道，不利於LED散熱。本發明採用共頂異軸多圓錐面與同側相切平面構成深杯口鏡面反光罩，為分立式功率型LED光源器件進行優化配光，不僅能實現蝙蝠翼型配光曲線，還不會造成LED光源器件散熱通道的阻塞。本發明的優越之處在於光效高、配光曲線好、不影響散熱、安裝方便、成本較低、易於推廣。
文檔編號F21Y101/02GK102221182SQ201010152560
公開日2011年10月19日 申請日期2010年4月16日 優先權日2010年4月16日
發明者呂大明 申請人:呂大明