CN101655190A - 一种led光装置 - Google Patents

Abstract

LED光装置包含一锥形反射罩和一LED灯源。该LED反射罩具有一顶点，一开口供LED光通过，且该开口与该顶点对齐，和一内部平面反射面。该LED灯源包括一灯头对齐地朝向该顶点，其中当该灯头产生一光束时，该光束之一第一部分光聚合性地被该反射面朝向该开口反射且一第二部分光被投射在该不可反射排列，亦防止该第二部分光被反射回去该灯源供最小化在该反射罩之该开口产生的一黑色区域。因此，原本较大的光输出角度模式被重新集中成一较窄之光束模式，且可有效降低该装置产生的热能。

Description

一种LED光装置

技术领域

本发明关于一种LED光装置，特别是关于一种装置之利用一反射面聚集LED光光源之投射。

背景技术

目前LED光的应用非常的广泛，基于LED光具有多项的优点，例如：节省能源，体积小，寿命长且耐用度高。然而总体来说，LED光的光输出相对地仍然低，一个额外的装置来加强聚集LED光的光输出，进而增加LED光的光强度是需要的。

LED是一个固态半导体的装置。当该半导体晶体被激发至激发态时，LED直接产生可见光。LED可以视为小面积的光源并辐射状的投射光束。一般来说，半导体晶体被封装于一透明的包装用来塑造LED光束的模式。该光束模式的光束的角度一般在90至120度之间。图6说明了以一个标准90度角的LED其相对的发光强度。如图6所示，LED的光强度在0度角时最大，在45度角左右时该光强度只剩下原来的50％。在大角度范围时，光束的散射也更为明显。该LED相对的光通量大约在30至40度之间有高峰。

目前存在的大部分LED光的效率与LED光输出的样式有很大的关系。如之前提过的，该LED光的效率不高且浪费了很多的能源。如果不能提高LED光的效率，就必须增加LED光的供电电源。很明显的，增加供电电源会使成本增高并且产生更多的热。其中一个解决办法是用一个单一的反射曲面，依据想要的灯样式来聚集LED光，例如：一个抛物线的反射曲面。该LED光源的位置在该抛物线的焦点，并且将该LED光的光束投射至该抛物线的反射曲面。该光束经由该反射曲面一次折射后，形成了一平行光束。以此方法，LED光的光束被聚集在一个限定的范围内。但是该反射曲面仍然有它的问题。该反射的光束以一相同路径平行的被反射。当该LED光的光束的入射角与反射角为180度时，该LED光的反射光束被该LED光本身挡住而无法反射，因此在该LED光装置的光束中心位置形成了一个黑色区域。然而大部分在该LED光光束的中心最需要被明亮，所以如何避免该中心黑色区域的形成是一个很重要且需要被解决的问题。

发明内容

本发明之目的是提供丨LED光装置供增加该LED光之光输出效率，并且最小化该LED光在反射时形成的丨黑色区域。

本发明之另一目的是提供一LED光装置供增加该LED光之光亮度。

本发明之另一目的是提供一LED光装置供聚集该LED光输出之光束。

本发明之另一目的是提供一LED光装置供控制该LED光之光束模式。

本发明之另一目的是提供一LED光装置供控制分配该LED光输出。

本发明之另一目的是提供一LED光装置，其中该LED光装置容易被制造。

本发明之另一目的是提供一LED光装置，其中该LED光装置产生的热有良好的散热率。

依据上述，为了达到以上目的，本发明之LED光装置包括一锥形反射罩和一灯源。

该反射罩有一顶点，一开口与该顶点排成一直线，和一内部平面反射面从该顶点往该开口方向延伸。该反射罩更进一步包括一不可反射排列设于该顶点。

该LED光之灯源包括一灯源本体，同轴地被支撑于该反射罩内和一灯头对齐地指向该顶点，其中当该灯头产生的光朝向该反射罩之该反射面，一第一部分光积累地被该反射面朝向该开口反射且一第二部分光被投射在该不可反射排列，亦防止该第二部分光被反射回去该灯源供最小化在该开口产生的丨黑色区域。

如本发明之上述目的及其它目的、特征及优点将在随后详细的说明、图式与申请专利范围中益加突显。

附图说明

图1为依据本发明之一较佳实施例之一典型层面之LED光装置。

图2为依据本发明之较佳实施例之LED光装置之概要图，主要绘出该LED光装置之单一反射模式。

图3为依据本发明之较佳实施例之LED光装置之概要图，主要绘出该LED光装置之双重反射模式。

图4为依据本发明之较佳实施例之LED光装置之概要图，主要绘出该LED光装置之三重反射模式。

图5为依据本发明之较佳实施例之LED光装置之概要图，主要绘出该LED光装置之四重反射模式。

图6为依据本发明之较佳实施例之LED光装置之90度LED之一典型之光强度与光通量之关系图。

图7为依据本发明之较佳实施例之LED光装置之一反射罩之替代最佳实施例，绘出该LED光装置经由若干线性块之不连续反射面之线性多重反射之单一反射模式。

图8为依据本发明之较佳实施例之LED光装置之一聚光灯。

图9为依据本发明之较佳实施例之LED光装置之一聚光灯之爆炸图。

图10为依据本发明之较佳实施例之LED光装置之一照明灯装置。

图11为依据本发明之较佳实施例之LED光装置之该照明灯之可选择性的被嵌入一桌灯支撑架或一手提电脑支撑架供形成一计算机或一手提电脑。

具体实施方式

参照图1至图5的图式，其绘示根据本发明的一种LED光装置之最佳实施例，其中该LED光装置包括一反射罩10和一灯源20。

该反射罩10为一正圆锥形具有一顶点和一开口11。该反射罩10内面具有一内部圆锥反射面12从该顶点延伸至该开口11。该反射罩10包括一锥形反射主体101和一反射层102被镀于该反射主体101之一内面供形成该反射罩10之该内部圆锥反射面12。

该反射罩10更进一步包括一不可反射排列设于该顶点。依据上述，该反射罩10具有一等腰三角截面，所以该反射罩10的两个侧壁等长。

该灯源20设于该反射罩10内供投射光朝向该反射面12。该灯源20包括一灯源本体22和一灯头21设于该灯源本体22。依据于此，该灯头21包括一LED设于该灯源本体22供于该反射罩10内产生光。

当该灯头21产生光朝向该反射罩10之反射面12，一第一部分光被该反射罩10之该反射面12聚合性地朝向该开口11反射，一第二部分光被投射在该不可反射排列，亦防止该第二部分光被反射回去该灯源20供最小化在该开口11产生的丨黑色区域。因此，本发明之该LED光装置形成一聚光灯供光由该开口11投射出并集中于一要求范围，如图8所示。

值得一提的是该灯源20之光线之该第一部分光被该反射面12一次或多次反射且最后由该开口11离开该反射罩10。

依据本发明之该最佳实施例，该反射面12定义出一空间13具有一锥形形状。如图2至5所示，该反射面12具有一线性壁121，该线性壁121由该开口11至该顶点沿一倾斜角θ1倾斜。该倾斜角是一该反射罩10之垂直轴线和该反射面12壁面之线性线之一夹角。该倾斜角亦是该锥形体之角度的一半。该倾斜角依据不同之本发明之若干最佳实施例而不同。换句话说，该反射面12具有一线性斜率且定义该倾斜角，由该反射罩10之该顶点延伸至该开口11供该第一部份光在该反射罩10内被多重反射。

该LED灯源20对称地设于开反射罩10之该垂直轴。该灯源20之垂直轴与该反射罩10之垂直轴重迭在一起。当该LED光为照明灯时，该LED光之光线与该垂直轴有一投射角。以一个标准90度角LED来说，其最大投射角θ2是45度。以一个标准120度角LED来说，其最大投射角θ2是60度。当该LED光被投射在该反射面12，其该LED光会被反射。

依据不同的该倾斜角和投射角之数值，该光线会被反射至相对的该反射面12之壁面，且被在一次的反射，此为多重反射模式。如果该光线在被输出该开口11前被反射了两次，此为双重反射模式。如果该光线在被输出该开口11前被反射了三次，此为三重反射模式。如果该光线在被输出该开口11前被反射了四次，此为四重反射模式。否则该光线被直接反射且该光线由该开口11被输出该反射罩10，此为单一反射模式。

当该光线被反射输出该反射罩10，该输出之光线与该垂直轴间有一输出角。该最大输出角Ψ代表该LED之输出光束角。如图2所示，在该单一反射模式中，其各角度之间的关系为：

Ψ＝180-2θ1-θ2

当该θ2大约为45度时，该LED之输出将被转换至一狭小角度之光束，其大约是10度。

如图3所示，在该双重反射模式中，其各角度之间的关系为：

Ψ＝180-4θ1-θ2

当该θ2大约为45度时，该LED之输出将被转化至一狭小角度之光束，其大约是-5度。

如图4所示，在该三重反射模式中，其各角度之间的关系为：

Ψ＝180-6θ1-θ2

当该θ2大约为40度时，该LED之输出将被转化至一狭小角度之光束，其大约是-10度。

如图5所示，在该四重反射模式中，其各角度之间的关系为：

Ψ＝180-8θ1-θ2

当该θ2大约为40度时，该LED之输出将被转化至一狭小角度之光束，其大约是-5度。

随着θ1的递减，本发明更进一步有多于四次反射之四重反射模式。此外，不同反射模式可同时存在供增加该LED光之效率。举例来说，当选择丨适当的该倾斜角，该三重反射模式和四重反射模式可同时存在。本发明之各个角度间之关系之一通式如下：

Ψ＝180-nθ1-θ2

其中n代表反射发生的次数，例如：单一反射模式之n值＝1。

本发明缩小该LED之光束，且使LED光输出一致化。如上所述之各个角度关系之该通式，当该倾斜角固定时，该输出角随着该投射角变化。如图2，3和5所示，因为该光束非平行反射，所以有些光束被朝向该垂直轴反射。基于上述原因，一黑色区域将不会在光束间形成，且光在该光束内均匀的分布。由于该LED光之该灯源20并不一定要被安装在焦点上，所以可以简化安装过程。

如图7所示为本发明之一替代具体实施例，其中该反射面12包含若干线性块122，其中各个线性块122之间为不连续的倾斜角。因此，该反射面12包含若干不连续反射面整体性地由该反射罩10之该顶点延伸至该开口11，其中该线性块122分别定义在该不连续反射面上。各个不连续反射面有一线性斜率且定义一相对倾斜角供该光束之第一部分光在该反射罩10内被单一反射或多重反射。

各个该线性块122为一锥形体之一部分且各有其一反射角。该线性块122彼此相连形成丨反射罩10。被包围在该反射罩10之该顶点，也就是愈靠近该顶点之该线性块122有一较大之反射角，而被包围在该反射罩10之该开口11，也就是愈靠近该开口11之线性块122具有一较小之反射角。如图7所示，该替代具体实施例之该反射面12包含三个该线性块122，其该线性块分别包含有三个倾斜角θ1，θ2，θ3。该光线分别投射在该线性块122分别产生三个投射角θ21，θ22，θ23。依据各个角度关系之该通式，该三个线性块122具有三个输出角Ψ1，Ψ2，Ψ3。当调整该倾斜角至一适当的角度，各个该线性块122可以有相同的光线输出角供缩小该LED光之光线输出范围。

如图1至5和7，该不可反射排列包含一光洞14设于该反射罩10之该顶点供光通过而无法透过该反射面12反射至该反射罩10。如果该反射罩10没有设置该光洞14，当该LED光之一光束通过该顶点时，该光束会被平行的反射回去至该LED光之灯源20，且被该灯源20阻止该光束由该反射罩10之该开口11输出，进而使该LED光装置产生更多的热能。

根据该最佳具体实施例，该光洞14之周长大小和该灯源20之灯投21之周长大小相同，所以该灯头21光束之第二部分光可以经由该光洞14将光束输出该反射罩10。此外，该光洞14之周长小于该反射罩10之该开口11之周长。

因此，沿该LED光装置之该垂直线之光束会被释放出且避免在该反射罩10内产生热能。换句话说，该灯头21设于该反射罩10之该开口11与该顶点之间之该垂直轴上之任一点。因此，该光洞14不只可以让该第二部分光穿过该光洞14，且可以将该灯头21产生的热由该光洞14释放出该反射罩10，进而避免热能集中于该反射罩10内。

值得一提的是，该LED光装置之该灯头20经由一桩柱嵌入于该反射罩10。该桩柱提供机械性支托和一热传导用来当成丨散热器供释放由该LED光装置产生的热能。

该反射罩10更进一步包括一环管状反射环15由该开口11延伸出，其中该反射环15具有一均匀之圆截面，该反射环15之周长相配于该开口11之周长。该反射环15具有一内反射面151由该反射罩10之该反射面12延伸出供在该开口11之光输出的角度。因此，该反射环15之高度小于该反射罩10之高度供防止光之多重反射发生于该反射环内15。因此，该反射环之高度限制了该开口11之光输出的角度，其中该反射环15之该内反射面151所反射的光倾向于单一反射模式。

如图8和9所示，该灯源本体22包括一灯支撑框架221与该反射罩10之该开口11耦合，和一散热手臂222供透过该散热手臂222之一自由端与该灯头21耦合以支撑该灯头21，所以该散射手被222不只供悬挂式地支撑该灯头21并与该反射罩10之该顶点排列成一直线，且可以有效的驱散由该灯头21所产生的热能。

因此，该灯支撑框架221包括一耦合环圈2211供可拆式地与该反射罩10之该反射环15耦合和若干延伸壁2212由该耦合环圈2211辐射状地延伸至该反射罩10之垂直轴。

该散热手臂222倾向于由高导热系数之铜或银材料做成，且该散热手臂222由该延伸壁2212沿该反射罩10之该垂直轴延伸。因此，该散热手臂222之该自由端沿该反射罩10之垂直轴延伸供朝向该顶点对齐。所以，该灯头21所产生的热能可以有效的经由该散热手壁222被传送出该反射罩10。值得一提的是，该反射罩10有一相对较大的表面积供传送出由该灯头21产生的热，且由该灯头21产生的热亦可由该散热手壁222传导，将累积于该灯头21之热能降到最低。

如图10所示，本发明之该LED光装置形成一照明装置，例如：桌灯或手提电脑之工作灯。因此，该灯头21设于该光洞14供同轴地朝向该开口11。换句话说，该灯头21被支撑于该反射罩10之该顶点之该光洞14。

除此之外，该灯头21有一投射角，如：射出角，其角度在70度至160度之间。该反射罩10有一孔径角在35至95度之间。为了形成该照明装置，该反射罩10之孔径角需小于该灯头21之一光束投射角。因此，该灯头21之光束被该反射罩10之该反射面12聚合性地反射供在该光束由该反射罩10经由该开口11投射出之前，加强该光束之光强度。

如图10所示，该灯支撑框架221与该反射罩10之外圈耦合，其该支撑框架221包括包括一耦合环圈2211供可拆式地与该反射罩10之该反射环15耦合和若干延伸壁2212由该耦合环圈2211辐射状地延伸至该反射罩10之垂直轴。

该散热手臂222倾向于由高导热系数之铜或银材料做成，且该散热手臂222由该延伸壁2212沿该反射罩10之该垂直轴延伸。因此，该散热手壁222之该自由端沿该反射罩10之垂直轴延伸供朝向该顶点对齐。所以，该灯头21所产生的热能可以有效的经由该散热手臂222被传送出该反射罩10。值得一提的是，该反射罩10有一相对较大的表面积供传送出由该灯头21产生的热，且由该灯头21产生的热亦可由该散热手臂222传导，将累积于该灯头21之热能降到最低。

该聚光灯与图8和9之该照明灯之不同在于该灯头21之位置的不同。该聚光灯的装配是由该反射罩10延伸出且该灯头21朝向该顶点方向装配，该照明灯的装配是由该顶点延伸出且该灯头21朝向该反射罩10之该开口11。

如图10所示，该灯源本体22更进一步包括一电源223被支撑于该灯支撑框架221供连接该灯头21。该电源223包括一可充电电池供经由一插座224充电该可充电电池。因此，完成充电之该电池223，该LED光装置可拆式地被嵌在一桌灯支撑架30供形成一桌灯或被嵌在一手提电脑支撑架40供形成一手提电脑工作灯如图11所示。

简要来说，本发明提供一最适化且高效率之LED光装置，可应用于各种LED类型之发光装置，例如：手电筒，路灯，车灯和特殊展示灯。利用该线性多重反射聚焦之科技，可有效的将较广的光束模式集中缩小至较狭小的光束模式供改善光照明之效率。该输出光束有效的被一致化且产生的热也被有效的降低。

熟习技术领域者将明了，上述之本发明的图式与说明系为示范性质且用以限制本发明。

本发明的诸多目的已完全且有效地完成，其实施例已展示并描述，用以描述本发明的功能与结构原理，并可依据所述之原理加以修改，因此，在不脱离本发明的精神与下列申请专利范围内之任何修改均应视为本发明所涵盖之范围。

Claims (24)

1.一LED光装置，其特征在于，该装置包括：

一锥形反射罩，该锥形反射罩具有一顶点，一开口供与该顶点对齐，和一内部圆锥反射面沿该顶点延伸至该开口；

丨LED光灯源，包括一灯源本体，同轴地支撑于该反射罩内，和一灯头与该顶点对齐，当该灯头于该反射罩内产生一光束时，该光束被聚集性的反射于该反射罩之该反射面供加强该光束经由该开口投射出该反射罩之前之一光强度。

2.如权利要求1所述之装置，其特征在于，该反射罩更进一步包括一不可反射排列设于该顶点，其中该灯头被支撑于该反射罩内且设于一位置供朝向该顶点并对齐该顶点，所以当该灯头产生该光束朝向该反射罩之反射面投射时，该光束之一第一部分光被该反射罩之该反射面聚合性地朝向该开口反射，一第二部分光被投射在该不可反射排列，亦防止该第二部分光被反射回去该灯源供最小化在该开口产生的丨黑色区域。

3.如权利要求2所述之装置，其特征在于，该不可反射排列包含一光洞设于该反射罩之该顶点供同轴地对齐该灯头，所以当该光束之第二部分光经由该光洞穿透出该反射罩供防止该光束之该第二部分光被该反射罩之该顶点反射。

4.如权利要求3所述之装置，其特征在于，该光洞之一周长和该灯源之灯头之一周长大小相同，且该光洞之该周长小于该反射罩之该开口之一周长。

5.如权利要求1所述之装置，其特征在于，该灯源主体包含一灯支撑框架与该反射罩之该开口耦合，和一散热手臂供透过该散热手臂之一自由端与该灯头耦合以支撑该灯头，所以该散热手臂不只供悬挂式地支撑该灯头并与该反射罩之该顶点排列成一直线，且可以有效的驱散由该灯头所产生的热能。

6.如权利要求4所述之装置，其特征在于，该灯源主体包含一灯支撑框架与该反射罩之该开口耦合，和一散热手臂供透过该散热手臂之一自由端与该灯头耦合以支撑该灯头，所以该散热手臂不只供悬挂式地支撑该灯头并与该反射罩之该顶点排列成一直线，且可以有效的驱散由该灯头所产生的热能。

7.如权利要求1所述之装置，其特征在于，更进一步包括一环管状反射环由该开口延伸出，该反射环之周长相配于该开口之周长，且该反射环具有一内反射面由该反射罩之该反射面延伸出供控制在该开口之光输出之角度。

8.如权利要求6所述之装置，其特征在于，更进一步包括一环管状反射环由该开口延伸出，该反射环之周长相配于该开口之周长，且该反射环具有一内反射面由该反射罩之该反射面延伸出供控制在该开口之光输出之角度。

9.如权利要求7所述之装置，其特征在于，更进一步包括一环管状反射环由该开口延伸出，该反射环之周长相配于该开口之周长，且该反射环具有一内反射面由该反射罩之该反射面延伸出供控制在该开口之光输出之角度。

10.如权利要求8所述之装置，其特征在于，更进一步包括一环管状反射环由该开口延伸出，该反射环之周长相配于该开口之周长，且该反射环具有一内反射面由该反射罩之该反射面延伸出供控制在该开口之光输出之角度。

11.如权利要求1所述之装置，其特征在于，该反射面具有一线性斜率且定义一倾斜角，由该反射罩之该顶点延伸至该开口供该第一部份光在该反射罩内被多重反射。

12.如权利要求3所述之装置，其特征在于，该反射面具有一线性斜率且定义一倾斜角，由该反射罩之该顶点延伸至该开口供该第一部份光在该反射罩内被多重反射。

13.如权利要求10所述之装置，其特征在于，该反射面具有一线性斜率且定义一倾斜角，由该反射罩之该顶点延伸至该开口供该第一部份光在该反射罩内被多重反射。

14.如权利要求1所述之装置，其特征在于，该反射面包含若干不连续反射面整体性地由该反射罩之该顶点延伸至该开口，其中各个不连续反射面有一线性斜率且定义一相对倾斜角供该光束之该第一部分光在该反射罩内被多重反射。

15.如权利要求3所述之装置，其特征在于，该反射面包含若干不连续反射面整体性地由该反射罩之该顶点延伸至该开口，其中各个不连续反射面有一线性斜率且定义一相对倾斜角供该光束之该第一部分光在该反射罩内被多重反射。

16.如权利要求10所述之装置，其特征在于，该反射面包含若干不连续反射面整体性地由该反射罩之该顶点延伸至该开口，其中各个不连续反射面有一线性斜率且定义一相对倾斜角供该光束之该第一部分光在该反射罩内被多重反射。

17.如权利要求1所述之装置，其特征在于，该反射罩包含一光洞形成于该反射罩之该顶点处，其中该灯头同轴地与该光洞耦合供该灯头同轴地指向该反射罩之该开口。

18.如权利要求17所述之装置，其特征在于，该反射罩之一孔径角小于该灯头之一光束投射角。

19.如权利要求18所述之装置，其特征在于，该灯源本体包括一灯支撑框架与该反射罩耦合，和一散热手臂供透过该散热手臂之一自由端与该灯头耦合以支撑该灯头，所以该散热手臂不只供悬挂式地支撑该灯头并与该反射罩之该顶点排列成一直线，且可以有效的驱散由该反射罩之该灯头所产生的热能。

20.如权利要求19所述之装置，其特征在于，更进一步包括一环管状反射环由该开口延伸出，该反射环之周长相配于该开口之周长，且该反射环具有一内反射面由该反射罩之该反射面延伸出供控制在该开口之光输出之角度。

21.如权利要求17所述之装置，其特征在于，该反射面具有一线性斜率且定义一倾斜角，由该反射罩之该顶点延伸至该开口供该第一部份光在该反射罩内被多重反射。

22.如权利要求20所述之装置，其特征在于，该反射面具有一线性斜率且定义一倾斜角，由该反射罩之该顶点延伸至该开口供该第一部份光在该反射罩内被多重反射。

23.如权利要求17所述之装置，其特征在于，该反射面包含若干不连续反射面，整体性地由该反射罩之该顶点延伸至该开口，其中各个不连续反射面有一线性斜率且定义一相对倾斜角供该光束之该第一部分光在该反射罩内被多重反射。

24.如权利要求20所述之装置，其特征在于，该反射面包含若干不连续反射面，整体性地由该反射罩之该顶点延伸至该开口，其中各个不连续反射面有一线性斜率且定义一相对倾斜角供该光束之该第一部分光在该反射罩内被多重反射。

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