CN101932875A - 等截面三角形定向棱镜圆形反光板及由其制成的圆板灯 - Google Patents

等截面三角形定向棱镜圆形反光板及由其制成的圆板灯 Download PDF

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Abstract

一种等截面三角形微型棱镜定向圆形反光板及其制成的圆板灯，其中，反光板(1)的棱镜面(11)上设有多个环状微棱柱棱镜体(111)，通过中心轴线的横截面为形状相同、截面积相等和直径方向上的距离相等的三角形，距中心轴线最近的三角形顶点距反光板光滑表面(12)的距离最短，向着反光板周边距光滑表面(12)的距离依次递增。圆板灯包括反光板(1)、散热框(3)、反射衬板(5)、散热板(4)和灯体(2)，散热框(3)套置在反光板(1)周围上使与反光板(1)的圆柱面形成间隙并从而构成安放灯体(2)的灯槽(14)。

Description

说明书 等截面三角形定向棱镜圆形反光板及由其制成的圆板灯 技术领域
本发明涉及一种微型棱镜式反光板， 尤其涉及一种等截面三角形棱镜圆 形反光板及由其制成各种圆板灯、 圆板灯具。
背景技术
在现有技术中反光片或者反光板主要是用于光线的反射、折射，后来人们 在其上设有可起到棱镜作用的条形微柱棱镜， 就能更好地用于调节太阳光反 射和折射， 最后又发展成可在其两端安置灯体而制成发光板以达到兼备照明 的作用。 在中国发明专利号 200510029375.1中， 本申请人曾提出了一种微型 棱镜式太阳光反光板及其调节控制装置， 其中， 反光板的一个表面上设有多 个平行的条状等腰直角三角形的微柱棱镜体， 其顶角为 90° ， 底角各为 45 ° ，其两端的端面上各设有盲孔，并在盲孔中安放包括 LED二极管的灯体。这 种反光板应用在具有玻璃吊顶、 窗户或天窗的厅室。 冬天可让太阳光充分射 入， 夏天可将太阳光全部或部分地反射出去， 即在遮挡太阳光的同时使厅室 内保持光线明亮， 而其两端的灯体可在阴暗天气或晚上提供补充照明。 尽管 这种结构的反光板在灯体作用下可使反光板整体形成一发光面， 但是因受到 设计结构的限制， 其照明光照度是比较低的。
在受到以上专利申请的启发后， 申请人设想如何将反光板和发光二极管 LED的组合结构推进到照明领域，并着手研究通过 LED使反光板的点光源变 为一个面光源， 也就是将 LED从装饰作用走向真正的照明。 为此， 申请人于 在 PCT(CN)/2007/ 002052， PCT(CN)/2008/ 000031专利申请中揭示了两种反 光板， 其中， 一种是平板， 其一表面上具有多个平行的条状微柱棱镜体， 每 一个微柱棱镜体的横截面为不等边直角三角形， 在与对称中心平面相邻的左 右两个不等腰直角三角形截面积最大， 向着左右两端其截面积依次递减的反 光板； 另一种是圆形板， 它是以中心轴线为对称中心的截面直角三角形微型 棱镜的圆形反光板， 在其径向方向形成多个环状微柱棱镜体， 其截面和截面 、积的结构都与平板的一样。 这两种反光板在其相对两端和圆周面上设置盲孔 和安装灯体后， 以圆形反光板为例， 在其上设置灯体， 这些灯体的发射中心 轴线是与反光板平面平行， 或者穿过反光板平面的各个环状棱镜体夹角的顶 点。 于是在灯体中发出光线将从各个微柱棱镜体中反射出来， 而产生良好的 照明效果。 ' 在进一步的研究中， 发现上述结构的平板和圆形反光板在定向照明上还 存在着在反光板通过棱镜在一个平面上反射和出射光线的不均匀性 （影响照 明效果） 以及反光板制成灯片的小型化， 也就是非对称的单侧微柱棱镜设计 布置， 这是在以上专利申请中都没有意识到的问题。
LED光源根据其结构特性必须进入照明， 但是 LED在它的发展进程中， 目前遇到了相当的阻力， 特别是大功率 LED应用上受到的挫折。 最大问题是 光衰， LED在室内照明应用中发展也不顺利。 归纳起来， 我们对 LED光源的 光特性缺少真正的认识， 以及 LED的 "灯"相配合的 "具"究竟如何， "灯" 和 "具"如何进行光学的、 机械的设计， 这就是本发明要解决的问题。 发明内容
本发明的目的是提供一种和 LED特性相配合.的光学技术， 使 LED在反 光板棱镜的一个平面上反射和出射光线十分均匀的等截面 （具有等同） 三角 形定向棱镜圆形反光板及由其制成的圆板灯或圆板灯具。
本发明的另一个目的是在室内照明中， 不采用大功率 LED， 避免因为 LED散热机构复杂，而使灯具复杂化。 以及由于大电流造成 LED的结温升高 导致流明值下降， 而采用小功率， 小电流 LED芯片， 让芯片发出的每一根光 束精确地定位好它们的发射， 传导和反射， 同时使 LED芯片所产生的热迅速 地排导， 从而使灯具达到最好效果。'
为了实现以上目的， 本发明采用了一个叫等截面三角形棱镜反光板的反 光技术， 它是圆圆板灯的主体。 在这种反光板中， 一系列等截面三角形棱镜 由中心向外展开， 形成系列的等截面三角形同心圆棱镜。 本发明的等截面三 角形微型棱镜定向圆形反光板称为棱镜面的一个表面上从中心轴线起的径向 方向设有多个同心的环状微柱棱镜体， 通过中心轴线所作的垂直截面， 每一 个环状微柱棱镜体的横截面为三角形， 呈锯齿形连续分布， 其中， 所述三角 形彼此形状相同截面积相等， 距中心轴线最近的一个环状微柱棱镜体的截面 三角形顶点距圆形反光板的称为光滑表面的另一个表面的距离最短， 向着左 右两侧的周边距光滑表面的距离依次逐渐递增， 各环状微柱棱镜体的截面三 角形顶点的径向连线是两条倾斜的直线， 它们与圆形反光板的中心轴线相交 于一点， 并与圆形反光板的光滑表面均形成夹角 α， α小于 45度， 而各个截 面三角形在直径方向上的距离或间距是相等的。
如以上所述的圆板灯， 其中， 所述锯齿形连续布置的截面三角形在其顶 点距光滑平面距离逐渐递减方向， 各个三角形右侧边和左侧边之一， 称为临 界边， 它的延长线和相对于棱镜面的光滑平面相交并与法线成一夹角， 这一 夹角范围从 40度到 90度。
如以上所述的圆板灯， 其中， 所述夹角 α小于 10度。
如以上所述的圆板灯， 其中， 所述截面三角形为直角三角形或非直角三 角形。
如以上所述的圆板奵， 其中， 所述透明塑料为聚碳酸脂。
本发明用圆形反光板制成的圆板灯包括反光板、 散热框和多个灯体， 所 述散热框是一具有中央通口的盘面和一处于盘面周围的环形盘边， 它套置在 反光板上以使通口所在的盘面边沿搭接在反光板光滑表面边缘部分， 并使其 盘边的内周壁的下部与反光板的凸缘相对抵接以及内周壁的其余部分与反光 板圆柱面形成间隙而构成与中心轴线同轴的凹槽式环形灯槽， 所述灯体为发 光二极管 LED、 灯泡、 电极管或预制成多个发光二极管灯管组件并各自安装 在环形灯槽内， 所述发光二极管的发射平面和棱镜面上的各个截面三角形顶 点的连线相交成 90— α的夹角。 如以上所述的圆板灯， 其中，还包括散热板， 所述散热板是一圆形的板， 其上表面上设有与板面垂直的多个间隔均布、 同心的环状散热筋， 它通过其 边沿部 与散热框的盘边的结合而覆盖在反光板上。
如以上所述的圆板灯， 其中， 所述散热板的每一环状散热筋上开设有均 布的缺口， 这些缺口径向对齐， 并且该散热板由铝合金材料制成。
如以上所述的圆板灯， 其中， 还包括一反射衬片， 所述反射衬片具有与 反光板近似相同的尺寸， 可选用塑料、 纸张或金属材料制成， 它夹装在反光 板和散热板之间。
如以上所述的圆板灯， 其中， 所述灯体为经预制的、 由含有多个发光 二极管贴片、 电阻和线路板构成的环形灯组件， 且该灯组件通过被弯曲成圆 环状并安放或嵌装于所述灯槽内以使灯槽内的发光二极管发射平面与灯槽的 反光板圆柱面相紧贴以及与反光板各截面三角形顶点连线相交成 90— α的夹 角。
如以上所述的圆板灯， 其中， 所述散热框盘边和散热圈的外周壁上设有 数条间隔均布径向突出的环形散热筋。
如以上所述的圆板灯， 其中， 所述三角形棱镜体向着发光二极管照射方 '向的各截面三角形的一边或临光的一边为受光临界边， 也是截面三角形面向 中心轴线的临界边，各截面三角形的受光临界边所在的环形面为受光临界面， 其中， 称为临界边， 它的延长线和相对于棱镜面的光滑平面相交并与法线成 一夹角， 这一夹角范围从 40度到 90度。
如以上所述的圆板灯，其中，所述发光二极管及 LED贴片是小功率、小 电流的二极管和芯片， 并可于一个 LED贴片中设置数个芯片。
如以上所述的圆板灯， 其中， 所述散热框、 散热板是由铝合金材料制成 的。
如以上所述的圆板灯， 其中， 所述散热板、 反射衬片和反光板的中心设 有一中心安装孔。
如以上所述的圆板灯，其中，还包括一螺旋灯头和一电源驱动器恒流源， 所述散热板为圆锥形的， 其锥顶是一平面上， 其锥面上设有放射状散热筋， 所述螺旋灯头安装在锥顶的平面上， 所述电源驱动器恒流源如果支架安装在 散热板 R反射衬片之间的空间内， 其输入端连接螺旋灯头， 输出端连接 LED 发光条状灯源的接线端子。
由上可见， 等截面三角形棱镜圆板灯是由电源驱动器恒流源； LED发光 条状灯源； 圆板灯铝散热框（散热器）， 等截面三角形棱镜片圆板二次光学原 件组成一个面光源发光引擎。 圆板灯的基本形状是圆板状， 当被点亮时， 光 线是从圆平面发出， 驱动电压为 12V或 24V直流， 电流为几十至几百毫安恒 流源， 可以被制作成几十毫米到几百毫米不等直径的片圆灯， 从而可以被应 用在作为室内照明， 居室平顶的吸顶灯， 卫生间的平顶灯， 和厨房吸顶灯， 以及橱柜的层圆板灯， 公共场所走道和大空间吸顶灯。 圆板灯同样可以作为 台灯， 几十毫米直径 1W圆板灯可以为老人晚上应用。
圆板灯体形扁平， 紧凑， 圆平面表面发光均匀无眩光， 外壳温度一般高 于环境气温十度， 12伏安全低电压， 电流总体电流小于 1000毫安， 寿命长， 灯具寿命为 40000小时， 因此可以广泛进入室内照明。
LED圆板灯例如 4.6W直径为 190毫米的圆板灯，在 400-500毫米时的照 度为 900Lux， 而距离 1M时为 195Lux。
灯光几乎和白炽灯一样， 光色好， 没有眩光， 光色均匀， 无闪烁， 使用 长寿命。
LED圆板灯是一种节能灯，它所消耗的功率为普通白炽灯的十分之一而 可以得到白炽灯同样的照度。
LED圆板灯结构简单， 使用简便， 运输安全， 采用材料环保， 可以循环 使用， LEC)片圆灯可以方便人们的生活， 工作和学习， 并能达到高效节能的 目的。 附图简要说明：
图 la、 lb是等截面三角形棱镜圆形反光板组成的圆板灯及其所用的等截 '面三角形棱镜圆形反光板的立体视图。
图 2a、 2b等截面三角形棱镜圆板灯的剖视图及其 A放大图。
' 图 3a是圆板灯之一的主视图， 表示移去散热板后的部分。
图 3b是沿图 3a的 A-A所作剖视图， 表示该圆板灯的棱镜面的一种棱镜 体设计构造以及在发光二极管照射下的光程分析。
图 4a是圆板灯之二的主视图， 表示移去散热板后的部分。
图 4b是沿图 4a的 A-A所作的剖视图， 表示该圆板灯棱镜面的又一种棱 镜体的设计以及¾ ^发光二极管照射下的光程分析。
图 5a是圆板灯之三的主视图， 表示移去散热板后的部分。
图 5b是沿图 5a的 A-A所作的剖视图， 表示该圆板灯的棱镜面又一种棱 镜体设计构造以及在发光二极管照射下的光程分析；
图 6是图 3b的圆板灯在中心轴线一侧各个三角形棱镜体在直径方向的间 距以及相邻三角形顶点连线与水平线形成夹角关系视图。
图 7是图 6的 A放大视图， 表示棱镜体的受光临界面为直角三角形斜边 并与棱镜法线相交成 45度。
图 8是图 4b的圆板灯在中心轴一侧各个三角形棱镜体在直径方向的间距 以及相邻三角形顶点连线与水平线形成夹角关系视图。
图 9、 是图 8的 B放大视图， 表示棱镜体的受光临界面为直角三角形斜 边并与棱镜法线相交成 45度。
图 10是图 5b的圆板灯在中心轴一侧各个三角形棱镜体在直径方向的间 距以及相邻三角形顶点连线与水平线形成夹角关系视图。
图 11是图 10的 C放大视图， 表示棱镜体的受光临界面为直角三角形斜 边并与棱镜法线相交成 45度。
图 12、 本发明 4W圆板灯与 60W的白炽灯在 0-1.5米的距离范围内照度 的对比曲线图。 - 图 13是本发明 4W圆板灯与 60W的白炽灯在 1.5-3米的距离范围内照度 的对比曲线图。 图 14,是本发明两种形状不同的等截面三角形棱镜 4W圆圆板灯在 0-1.5 米范围内照度的对比曲线图。
图 15 是本发明的两种形状不同的等截面三角形棱镜 4W 圆圆板灯在 1.5-3米范围内照度的相比曲线图。
图 16是采用本发明圆板灯制成作为吊顶灯的圆板灯具。
图 17a和图 17b分别表示具有螺紋灯头的圆板灯具的剖视图及其俯视图。 具体实施方式 '
请参阅图 la至图 2b， 示出了本发明第一实施例的等截面三角形微型棱 镜圆形反光板， 是在反光板 1称为棱镜面 11的一个表面上从对称中心 00' 起设有多个同心圆环状微柱棱镜体 111，每一个微柱棱镜体 111的横截面为三 角形， 包括直角三角形和非直角三角形， 其中， 所述多个三角形呈锯齿形连 续分布且彼此截面是相同相等的， 并且与对称中心相邻的左右两个三角形的 顶点距反光板称为光滑表面 12的另一表面的垂直距离最短， 向着左右两侧其 顶点距反光板的另一表面的垂直距离逐渐递增 （因中心平面或中心轴线两侧 是对称的， 故该垂直距离以左半为例）， 而各个三角形在长度方向的距离是相 等的， 各为 δ。 这样， 整个三角形棱镜体宽度为 2ηΧδ， 其中， η是对称中心 平面一侧的同心圆环状三角形棱镜体的数量。 另外， 在本发明中， 反光板除 了具有已设定的二个面，平坦的光滑表面 12和锯齿波三角形的棱镜面 11夕卜， 还可把近光滑表面 12的三角形顶点连起来， 以及把远离光滑表面 11的相邻 三角形顶点连起来， 乃以中心轴左半侧为例， 得到二条直线或连接所在的二 个平面， 这二条直线是倾斜的但相互平行。 该两条直线是与反光板的截面中 心轴线 00' 相交于 Α、 Η点， 为 ΑΝ、 ΗΜ， 它们和反光板的光滑表面 12均 形成夹角 α， a小于 45 度。 本发明的圆形反光板由透明塑料，例如聚碳酸脂 制成。 、
此外， 因设计的需要， 我们在本文中引入临界边的概念， 即锯齿形分布 的三角形在其顶点距光滑平面距离逐渐递减方向， 各个三角形右侧边和左侧 边之一， 称为临界边， 此临界边的延长线和相对于棱镜面的光滑平面相交并 与法线成一夹角， 这一夹角范围从 40度到 90度。
本发明在应用上述不同的等截面三角形的反光板、散热框与灯体一起制成 圆板灯时， 它在发光二极管照射下将产生怎样的反射和折射， 现说明如下： 请参阅图 la和图 lb， 根据本发明的圆板灯， 它包括圆形反光板 1、多个 灯体 2和散热框 3， 其中， 反光板 1在距中心轴线 00' 最远的一环状微柱棱 镜体外还留有向外延伸的边缘部分 113，该边缘部分 113在其外周面保留有部 分圆柱面 114外；并在所述圆柱面 114下部的邻接光滑表面 12处设有环形凸 缘 115。
所述散热框 3是一具有中央通口的盘面 31和一处于盘面周围的环形盘 边 32，如图 2a所示。它套置在反光板上以使盘面的通口的边沿搭接在反光板 光滑表面一侧的边缘部分 113， 并且它与反光板通过散热框盘边 32的内周壁 下部与反光板凸缘 115相对抵接和内周壁的其余部分与反光板圆柱面 114形 成间隙而构成与中心轴线 00' 同轴的环形凹槽， 即灯槽 14。 较佳， 所述散 热框的盘边 32 的外周壁上还可设有数条间隔均布径向突出的环形散热筋 33 以在它们相间的空间形成散热槽 27。 散热框 3可由铝合金材料制成， 以保证 良好的散热效果。
在一较佳实施例中， 散热框 3是一个铝合金独立元件， 其外周壁具有散 热筋 33 '， 当套置在反光板上,其内周壁下部与反光板凸缘 115相对抵接和内 周壁的其余部分与反光板圆柱面 114形成间隙而构成与中心轴线 00'同轴的 环形凹槽。 散热圈 32' 部分也是由铝合金材料制成。
所述灯体 2为发光二极管 LED,灯泡或电极管或预制成多个发光二极管 灯管组件并各自安装在环形灯槽 14内，所述发光二极管的发射平面和棱镜面 上的各个截面三角形顶点的连线相交成 90— α的夹角。
在本实施例中，灯体 2采用经预制而成的发光二极管组件，该组件是由多 个发光二极管贴片 21、 电阻和线路板 22构成的环形灯组件， 多个发光二极 管贴片 21间隔均布地随着在线路板 22上， 且该灯组件通过线路板的弯曲而 成圆环状,然后安放或嵌装于所述灯槽 14内并使的发光二极管贴片 21的发射 平面与灯槽 14的反光板的圆柱面 114相紧贴并和反光板各截面三.角形顶点连 线相交成 9Q— α的夹角。 ，
灯槽 14内所安装的所述 LED发光二极管贴片（统称发光二极管） 21的 发射的光线主轴是平行于反光板光滑表面 12的一束光，当所述反光板 1中心 轴线一侧上的等截面三角形棱镜体有 n个时，相应地每个 LED发光二极管贴 片 21具有面积 A，该 LED的面积 A分割为与棱镜体 111数量相等的 n等分， 如果所提供的总的光子能量为 E,那么每一等分面积上分配到 E/A/n的足够光 子能量， 以保证在棱镜面 11的每个棱镜体 111都被照射到射光并较为均勾。 本发明使用的 LED发光二极管贴片是低功率管， 并可于一个 LED发光二极 管贴片中设置数个芯片。这种多芯片的 LED发光二极管贴片以矩阵形式排列 成一行， 安装在圆板灯的灯槽 14中。
在此用数学式来表示等截面三角形棱镜的光学结构特点： 这二条直线 AN和' HM和光滑表面形成的夹角 ， 可通过 A、 M点作光滑表面的平行线 变换得到（夹角 α)，通常所述夹角 α小于 10度。 所述二条平行直线为 ΑΚ和 ME, 如图 2所示。 假定以平行线 AK为例， 中心轴一侧的棱镜体的第一个截 面三角形 FCA为不等腰直角三角形'， 由 F点 （相邻三角形顶点） 向平行线 所作垂线是 FB， 该垂线 FB是为该直角三角形的一直角边， 以 表示， 第二 个至第 n个相邻三角形顶点采用上述相同的方式向平行直线 AK所作垂线得 到一系列直角边 h2、 h3...... hn-1. hn, 因此 h!、 h2、 h3...... hn-1、 hn表示从对称中 心轴起一侧的 l〜n个三角形的所述顶点的垂直距离， BA为一个截面三角形 在平行直线 AK上的一段， 也是另一直角边并等于截面三角形在长度方向的 间距 δ， 因此， 由公式 tg a = ^即 tg a = ^， 可求出中心轴一侧的第一个 直角三角形相邻三角形顶点距平行直线 AK的垂直距离 h 因 FB=h BA=S， 则 X tg a。 同理可推导出第二到第 n个直角三角形相邻三角形顶点距平 行直线 AK 的垂直距离 h2、 h3...... I ^ l 如中心轴一侧的第 n个三角形为 tg a =」^， hn为第 n个相邻截面三角形顶点距平行线 AK的垂直线， H是 发光二极管贴片的高度或直径， 通常应该满足 hn=H， 以便在设计发光二极管 贴片时使其在高度方向可通过作为发射的光线主轴通路的相邻三角形顶点的 垂直距离照射到每一三角形的受光临界面上并提供足够的光子能量。
请参阅图 3至图 5， 其中， 图 3a、 图 4a、 图 5a中示出了圆板灯还设有 两个接线端子 29， 反光板 1在位于灯槽外侧的边缘部分 13的一端端面上各 设有一插孔， 所述接线端子 29分别安装于插孔中， 并通过导线与长条形灯组 件 2的引线电连接，以便可利用接线端子 29来外接供电电源。实际上，图 3〜 和图 5是为了说明圆板灯的一个系列的中心对称形式等截面三角形设计。 首 先， 图 3a和图 3b表示圆板灯之 的等截面三角形是 ' 45° 三角形， 它的中心 轴线 OO'左右二列三角形具有各自向外的垂直的直角边 （LED光线由此射入 棱镜的边或面） 15和各自向内的斜边。 这些斜边是向着发光二极管照射方向 (LED 光轴)的或临光的， 因此被定义为临界边 （临界面） 或受光临界边 （受 光临界面） 16。 在该等截面三角形反光板中， 各个直角三角形棱镜体的法线 与受光临界边的延长线相交成 45度。
图 4a和图 4b表示圆板灯之二的等截面三角形是不等腰直角三角形， 它 的中心轴线 OO'左右二列直角三角形具有各自向内向外的两条直角边 17、 18, 其中， 那些向外， 也是 LED光线由此射入棱镜的边或面被定义为射入直角边 17， 而那些向内的直角边向着发光二极管照射方向 (LED 光轴)， 被定义为临 界边或受光临界边 18。 在该等截面不等腰直角三角形反光板中， 各个直角三 角形棱镜体的法线 F与受光临界边 18的延长线相交成 45度。
图 5a和图 5b表示圆板灯之三的等截面三角形是非直角三角形， 它的中 心平面或中心轴线 00'左右二列三角形具有各自向内向外的两条长短不等的 三角形边 19、 24。 这些向外的短边向着发光二极管照射方向， 被定义为临界 边或受光临界边 24。 在该等截面三角形反光板中， 各个三角形棱镜体的法线 F与受光临界边 24的延长线相交成 45度。
从图 3至图 5中可看到以上圆板灯是如何形成定向照明的， 如果在该等 截面三角形反光板中， 各个三角形棱镜体的法线与受光临界边的延长线相交 成 45度，那么等截面三角形棱镜圆板灯在发光二极管贴片的照射下产生的是 与该棱镜圆板灯光滑表面 12的法线 F相平行的灯光 c。
根据上述的不同等截面三角形反光板制成的圆板灯可形成从光滑表面以 一定角度出射的灯光， 并集合成定向照明。 于是， 术语 "定向照明"是指装 有发光二极管 LED的等截面三角形棱镜反光板出射的光线与棱镜平面的法线 形成一定的夹角， 这些出射光线的总成即为定向照明。 图 3〜图 6的任一等截 面三角形棱镜圆板灯所产生的可以是和光滑表面的法线构成一个定向夹角的 灯光。 如此， 无论发光二极管贴片 21或多芯片的 LED贴片各自可以一点光 源方式向 n个等截面三角形棱镜体发射灯光， 经受光临界边和光滑表面上的 反射和折射各自形成一线条状出射光， 多个发光二极管贴片的条状出射光排 列集合密集地散布在整个平面上而组成一个面照射灯光并具有高的照度。 这 就是本发明的圆板灯可替代常规的白炽灯、 白炽灯的主要原理。
请参阅图 6至图 11，图中所示的三个等截面三角形棱镜圆板灯的共同点 是受光临界面或临界边的延长线 16、 18、 24都和光滑表面 12的法线构成一 个 45° 夹角并且产生与光滑表面的法线平行的出射灯光。 经分析表明， 图中 所采用的表示等截面三角形棱镜的受^:临界面的延长线和棱镜的光滑表面的 法线的夹角是 45° 。 这是三个等截面三角形棱镜圆板灯的共性。 这些圆板灯 所产生的光是和光滑表面的法线平行， 如图 3、 图 4和图 5所示。
图 8是棱镜体的局部放大图， 图中示出了三角形棱镜其中一个垂直面或 边 OM ( 15 ) 是一 LED光线由此射入棱镜的直角边， 该直角三角形在长度方 向的间距各为 δΐ ; 图 10所示的直角三角形棱镜其中一 LED光线由此射入棱 镜的直角面或边 OM' ( 17)， 该直角三角形在长度方向的间距各为 δ2; 图 11所示的三角形棱镜其中一 LED光线由此射入棱镜的直角面或边 OM， '，该 三角形在长度方向的间距各为 δ3。 由此， 应该注意到， 在这些棱镜体中， 不 论直角三角形或非直角三角形在保持等截面三角形棱镜具有相等面积的状况 下， 在同样宽度的反光板上， 图 7的反光板的各个三角形在长度方向的距离 δ1， 是最短、 最小的； 图 11的反光板的各个三角形在长度方向的距离 δ3， 是 最长、 最大的； 而图 9的反光板的各个直角三角形在长度方向的距离 δ2， 则 介于 δΐ和 δ3之间。 如此， 图 7的反光板上可设置较多个数的三角形棱环， 图 11的反光板上可设置较少个数的三角形棱环， 相应地， 同样宽度的的反光 板， 三角形棱镜环越多， 出射灯光越多光线越强， 三角形棱镜条越少出射灯 光越少光线越弱。
请再参阅图 3b、 图 4b， 图 5b， 从图中可见 LED贴片 21精确地定位在灯 槽 14内， LED发光二极管贴片的光轴和圆板灯平面平行， LED贴片发出的 平行光线一一射落在依次排列的三角形棱镜临界点部位发生全反射， 从棱镜 光滑表面透出， 形成一个和平面法线相平行的定向照明。
本发明采用的是 LED低功率，小电流的贴片。 LED发光二极管的 PN结 在工作 80%的电流产生热量， 为了保证 LED长时间的工作必须让 PN结处在 较低的温度下工作， 就必须及时地把 PN结所产生的热量及时地移去。 我们 在反光板灯槽外侧方向的相对边缘 （这个边缘部分刚好又是灯具的边框） 采 用导热性能好的铝合金，因此在边缘部分设置具有散热槽 27的铝合金散热框 3以保持良好的导热性能。
请再参阅图 la、 图 2a和图 16， 图中示出了本发明的另一实施例的圆板 灯， 它除了具有圆形反光板 1、 多个灯体 2、 散热框 3外，还包括散热板 4或 / 和反射衬片 5， 所述散热板 4是一像盖板一样的圆形板。 最好，其上表面上设 有多个间隔均布、 同心的环状散热筋 41， 它通过其边沿部分与散热框的盘边 的结合， 包括螺钉 6连接而覆盖在反光板上。散热板 4的环状散热筋 41传导 灯体 2的发散的热量， 在向空方向进入环状散热筋 41之间形成散热槽， 以便 促使空气对流， 使热量可从圆心中间向周围发散。 此外， 散热板 4的每一环 状散热筋 41.上开设有均布的若干缺口 411，较佳，这些缺口是对齐地排成列， 以使热量更好地发散到灯外， 并且该散热板由铝合金材料制成。 所述反射衬 片 5具有反光板近似相同的尺寸， 可选用塑料、 纸张或金属材料制成， 它夹 装在反光板 1和散热板 4之间。
请参阅图 12和图 13， 图中示出了本发明的 4W 圆板 ¾ "与 60W白炽灯在 不同距离范围内照度的'曲线对比， 其中， 用黑点和黑色连线表示 4W 圆板灯 在一定距离范围内的照度，用用灰黑色点和灰黑色连线表示很少 60W白炽灯 在一定距离范围内的照度， 并且 4W 圆板灯的等截面三角形棱镜体的顶角为 45° (如图 3所示的形式）。 根据对两者测试结果表明， 在 0.3到 1.5米距离 内 4瓦圆板灯的照度可从 1350LUX至 70Lux左右， 60瓦白炽灯在同样距离内 的照度是从 800Lux下降至 70I:uX以下，在 1.5到 3米距离内 4'瓦圆板灯的照 度可从 60Lux至 20Lux左右，而 60瓦白炽灯的照度是 30Lux至 10Lux。由此 可见本发明的装有 LED的等截面三角形棱镜定向圆板灯能提供极佳的照明亮 度， 特别是在距离圆板灯 3米的地方的照度还达 40Lx， 因此可作为一新的灯 源应用于照明领域， 并可以取代白炽灯， 并具有节约电能、 照射明亮， 散热 量小， 结构合理和使用方便等等优点。
图 14和图 15是本发明的两种形状不同的等截面三角形棱镜的 4W 圆板 灯在 0.3〜1.5米和 1.5米到 3米的距离范围内照度的曲线对比图， 其中， 用 黑点和黑色连线表示等截面三角形棱镜体的顶角为 45° 的反光板制成的 4W 圆板灯 （如图 3所示的形式） 在一定距离范围内的照度， 用灰黑色点和灰黑 色连线表示等截面三角形棱镜体的顶角为 9.0° 的反光板制成的 4W 圆板灯 (如图 4所示的形式） 在一定距离范围内的照度。
很明显， 在相同功率下， 装有 LED的等截面三角形棱镜圆板灯在棱镜体 顶角 45° 下和装有 LED的等截面三角形棱镜圆板灯在棱镜体顶角 90° 下的 照度对比。 从图 14和图 15的曲线 t ^较， 结果是具有顶角 45° 圆板灯比具有 顶角 90° 圆板灯的照度要大， 尤其在 1.5米到 3米照度曲线明确地指出， 4 瓦的等截面三角形圆板灯在顶角 45° 时比 4瓦的等截面三角形圆板灯在顶角 90° 时照度几乎高出一倍。 这是因为 4瓦的等截面三角形圆板灯在顶角 45° 时的临界面要比 4瓦 LED等截面三角形圆板灯在顶角 90° 时的临界^的个数 正好多一倍。 这也就证实了本发明的圆板灯在光学设计指导思想的理念上是 可取的。
请参阅图 16，应该理解到，本发明的圆板灯可象其它的灯泡或日光灯一样 通过配置灯座、 支架、 装饰灯罩、 电源驱动器恒流源制成各种各样用途的圆 板灯具。 这种圆板灯具产品的结构简约， 定向照明灯具直径 50〜500rmn。 这 里， 作为本发明的圆板灯具的实施例为一圆板灯制成的吊顶灯。 此时， 所述 散热板 4、 反射衬片 5和反光板 1的中心设有一中心安装孔。 在圆板灯安装 于吊顶的天花板或平顶前， 预先在平顶上开一孔， 在该孔中塞入一带螺紋孔 扁钢作为支承件， 然后以一螺钉穿过圆板灯安装孔并与扁螺紋孔螺接， 就 可将圆板灯吊装到天花板上。接着， 通过圆板灯上的接线端子 29连接外部开 关电源的电源驱动器恒流源可点亮圆板灯的发光二极管贴片， 即 LED发光条 状灯源，使得其发射的光线如前所述经诸棱镜体而在光滑表面形成照明灯光。 在另一个实施例中， 本发明的圆板灯可制成具有卡口或螺旋 （螺口） 灯头的 节能灯的形式， 例如在图 17中示出了一种带螺旋灯头的圆板灯具。该圆板灯 具包括反光板 1、 多个灯体 2、 散热框 3、 散热板 4丄、 反射衬片 5、 螺旋灯头 7和电源驱动器恒流源 8。 从图 17a和图 17b中可以看到， 此圆板灯具的一些 基本部件是与前述实施例一样的， 只是散热板 4' 不同于图 16的散热板 4， 是一圆锥形的盖板， 其锥顶是一平面上， 其锥面上设有放射状散热筋 41 '。 所述螺旋灯头 T安装在锥顶的平面上。 在所述散热板 4 ' 则覆盖在反光板 1 和反射衬片 5上后， 它的边沿部分与散热框 3的盘边可通过螺钉 （图中未画 出）使散热板 4' 散热框 3相对结合， 与此同时， 在散热板 4' 和反射衬片 5 之间形成一圆锥形空间， 可通过支架 （图中未画出） 安装电源驱动器恒流 源 8，后者的输入端连接螺旋灯头 7，输出端连接 LED发光条状灯源的灯体 2 的接线端子 29 (图中未画出）。 这样， 本圆板灯具通过螺旋灯头 7拧入到接 到市电电源的灯座上可直接将它点亮。

Claims (1)

  1. 权利要求书
    1 . 一种等截面三角形微型棱镜定向圆形反光板， 所述圆形反光板的 称为棱镜面的一个表面上从中心轴线起的径向方向设有多个同心的环状 微柱棱镜体， 通过中心轴线所作的垂直截面， 每一个环状微柱棱镜体的横 截面为三角形， 呈锯齿形连续分布， 其特征在于， 所述三角形彼此形状相 同截面积相等， 距中心轴线最近的一个环状微柱棱镜体的截面三角形顶点 距圆形反光板的称为光滑表面的另一个表面的距离最短， 向着左右两侧的 周边距光滑表面的距离依次逐渐递增， 各环状微柱棱镜体的截面三角形 顶点的径向连线是两条倾斜的直线， 它们与圆形反光板的中心轴线相交于 一点， 并与圆形反光板的光滑表面均形成夹角 α， α小于 45 度， 而各个 截面三角形在直径方向上的距离或间距是相等的。 s
    2. 如权利要求 1所述的圆板灯， 其特征在于， 所述锯齿形连续布置 的截面三角形在其顶点距光滑平面距离逐渐递减方向， 各个三角形右侧边 和左恻边之一， 称为临界边， 它的延长线和相对于棱镜面的光滑平面相交 并与法线成一夹角， 这一夹角范围从 40度到 90度。
    3. 如权利要求 1所述的圆形反光板， 其特征在于， 所述夹角 α小于 10度。
    4. 如权利要求 1所述的圆 ^反光板， 其特征在于， 所述反光板在距 中心轴线最远的一环状微柱棱镜体外留有圆柱面围绕的边缘部分， 所述圆 柱面在邻接光滑表面处设有凸缘。
    5. 如权利要求 1所述的圆形反光板， 其特征在于， 所述截面三角形 为直角三角形或非直角三角形。
    6. 如权利要求 1所述的圆形反光板， 其特征在于， 所述圆形反光板 是由透明塑料制成。
    7. 如权利要求 5所述的圆形反光板， 其特征在于， 所述透明塑料为 聚碳酸脂。
    8. 一种用圆形反光板制成的圆板灯， 其特征在于， 包括反光板、 散 热框和多个灯体， 所述散热框是一具有中央通口的盘面和一处于盘面周围 的环形盘边， 它套置在反光板上以使通口所在的盘面边沿搭接在反光板光 滑表面边缘部分， 并使其盘边的内周壁的下部与反光板的凸缘相对抵接以 及内周壁的其余部分与反光板圆柱面形成间隙而构成与中心轴线同轴的 凹槽式环形灯槽， 所述灯体为发光二极管 LED、 灯泡、 电极管或预制成多 个发光二极管灯管组件并各自安装在环形灯槽内， 所述发光二极管的发射 平面和棱镜面上的各个截面三角形顶点的连线相交成 90— α的夹角。
    9. 如权利要求 7所述的圆板灯， 其特征在于， 还包括散热板， 所述 散热板是一圆形的板， 其上表面上设有与板面垂直的多个间隔均布、 同心 的环状散热筋， 它通过其边沿部分与散热框的盘边的结合而覆盖在反光板 上。
    10. 如权利要求 9所述的圆板灯， 其特征在于， 所述散热板的每一环 状散热筋上开设有均布的缺口， 这些缺口径向对齐， 并且该散热板由铝合 金材料制成。
    11，.如权利要求 7所述的圆板灯， 其特征在于， 还包括一反射衬片， 所述反射衬片具有与反光板近似相同的尺寸， 可选用塑料、 纸张或金属材 料制成， 它夹装在反光板和散热板之间。
    12. 如权利要求 7所述的圆板灯， 其特征在于， 所述灯体为经预制 的、 由含有多个发光二极管贴片、 电阻和线路板构成的环形灯组件， 且该 灯组件通过被弯曲成圆环状并安放或嵌装于所述灯槽内以使灯槽内的发 光二极管发射平面与灯槽的反光板圆柱面相紧贴以及与反光板各截面三 角形顶点连线相交成 90— α的夹角。
    13. 如权利要求 7或 8所述的圆板灯， 其特征在于， 所述散热框盘边 和散热圈的外周壁上设有数条间隔均布径向突出的环形散热筋。
    ' . 14. 如权利要求 7所述的圆板灯， 其特征在于， 所述三角形棱镜体向 着发光二极管照射方向的各截面三角形的一边或临光的一边为受光临界 边， 也是截面三角形面向中心轴线的临界边， 各截面三角形的受光临界边 所在的环形面为受光临界面， 其中， 称为临界边， 它的延长线和相对于棱 镜面的光滑平面相交并与法线成一夹角， 这一夹角范围从 40度到 90度。
    15. 如权利要求 7、 11或 14所述的圆板灯， 其特征在于， 所述发光 二极管光线主轴是平行于圆形反光板光滑表面和向着中心轴线的一束光， 当所述圆形反光板中心轴线一侧上的截面三角形棱镜体有 n个时， 相应地 每个发光二极管 LED发光平面具有面积 A， 该发光平面面积 A分割为与 棱镜体数量相等的 n等分， 如果所提供的总的光子能量为 E,那么每一等分 面积上分配到 E/A/n的足够光子能量， 因此， 发光二极管发射的光线可径 向、 均匀地照射到中心轴线方向的任一截面三角形的受光临界边或三角形 棱镜体的受光临界面上。
    16. 如权利要求 7 所述的圆板灯， 其 征在于， 所述发光二极管及 LED贴片是小功率、 小电流的二极管和芯片， 并可于一个 LED贴片中设 置数个芯片。
    17. 如权利要求 7或 12所述的圆板灯， 其特征在于， 还包括一接线 端子， 所述圆形反光板在其一侧位于'灯槽内侧的边缘部分上各设有一插 孔，所述接线端子安装于插孔中，并通过导线与环状灯组件的引线电连接。
    18. 如权利要求 7、 8或 9所述的圆板灯， 其特征在于， 所述散热框、 散热板是由铝合金材料制成的。
    19. 如权利要求 7、 9或 11所述的圆板灯， 其特征在于， 所述散热板、 反射衬片和反光板的中心设有一中心安装孔。
    20. 如权利要求 7、 9或 11所述的圆板灯， 其特征在于， 还包括一螺 旋灯头和一电源驱动器恒流源， 所述散热板为圆锥形的， 其锥顶是一平面 上， 其锥面上设有放射状散热筋， 所述螺旋灯头安装在锥顶的平面上， 所 述电源驱动器恒流源如果支架安装在散热板祖反射衬片之间的空间内， 其 输入端连接螺旋灯头， 输出端连接 LED发光条状灯源的接线端子。
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