CN103883893A - 半导体照明灯及灯芯 - Google Patents

Abstract

本发明针对解决眩光问题，提出了一种结构简单，造价低，效果显著的半导体照明灯及其灯芯。在LED光源(2)前设置光源配光透镜(4)或灯芯反光器(7)，使从LED光源(2)发出的光绝大部分(三分之二以上)照射到灯具反光器(3)上，再朝外反射，产生眩光的局部极高的光通量被均匀分布到大面积的灯具反光器(3)上，局部光通量密度有效降低，眩光问题也就得到有效解决。采用本发明技术方案，容易实现标准通用化的灯芯(包括有LED光源(2)、导热板(1)或导热芯(10)、光源配光透镜(4)或灯芯反光器(7)和灯芯罩(11))。

Description

半导体照明灯及灯芯

技术领域

本发明属于LED照明技术领域，特别涉及到降低LED照明灯具产生的眩光的技术。

技术背景

LED光源，由于节能环保的优势，被认为是人类新一代照明用光源。LED发出的光，光通密度非常高，1个1×1mm的LED晶片，就能发出100lm的光，人的眼睛直接看着这样的光源，由于光通量局部密度过高，会产生强烈的眩光现象。现有的LED照明灯解决眩光的方案：采用在照明灯具的出光口处设置用散光材料制成的透光罩；采用大面积尺寸的LED光源基板，使得LED晶片之间的距离能够加大散开，再配上采用了散光结构(利用折射、全反射原理)的透光罩；采用混光腔，光线在灯具中的混光腔中多反射。降低LED照明的造价，也是非常重要的。

以上所述的技术方案问题有：出光效率以及灯具的效率低，比如散光材料的透光率不高，一般80％，散光材料的价格不低，采用散光材料的透光罩不仅发光效率降低，造价也增加；光线多次反射，出光效率也就下降；大尺寸的光源基板，不容易实现标准化的光源模组(本发明称为灯芯)，模组标准化是LED照明产品发展的必须；散光结构的散光效率也有限；采用散光材料或散光结构，灯具的照射角(照射范围)受限制，比如不可用于聚光灯。

发明内容

本发明的目的是针对LED照明灯眩光问题提出技术方案，不仅可有效降低LED照明灯眩光问题，保证高的出光效率和灯具效率，易实现各种各样的灯具配光(照射范围，以及强度)，还容易实现LED灯芯(光模组)标准化，整灯的造价也可有效降低。

本发明提出的方案：主要部件包括有：LED光源和灯具反光器，LED光源配有导热板或导热芯，LED光源产生的热通过导热板或导热芯传出，从LED光源发出的光有三分之二以上照射到灯具反光器的反光面上，再向灯具外反射，灯具反光器的反光面的面积应是LED光源所在基板面积的五倍以上。

从灯具照射的光有三分之二以上是从灯具反光器的反光面反射出来的，灯具反光器的反光面积足够大(本发明提出五倍以上光源基板面积)，从灯具射出的光的光通量密度有效降低，因而产生眩光的因素被消除了。本发明提出射出灯具的三之分二以上的光从灯具反光器反射出来，就是表明的从LED光源发出的光绝大部分被分配到灯具反光器反射出。为了更加有效降低眩光程度，灯具反光器的反光面积应更大，最好取十倍以上光源基板面积，从灯具反光器反射出的光的比例应更多，最好是80％以上的光是从灯具反光器反射出来。反光镜面的反射率非常高，真空覆铝膜镜面的反射效率可达98％。通过采用不同的反射角和曲面的反光面、不同的反光表面结构，可实现各种各样的灯具配光。

实现以上方案的具体技术方案(即本发明的技术特征)：(1)在LED光源前设置有光源配光透镜，利用折射以及全反射原理，LED光源集中向前(本发明定义LED光源的照射方向为前方)照射的光被改变成集中向侧边照射，使得从LED光源发出的光有三分之二(最好是80％)以上照射到灯具反光器上，再向灯具外反射。(2)在LED光源前方设置灯芯反光器，从LED光源发出的光有三分之二(最好是80％)以上被灯芯反光器反射到灯具反光器上，再朝灯具外反射。(3)在LED光源前设置有灯芯罩，该灯芯罩设置有面向灯具反光器的侧壁，该侧壁用了散光结构或散光材料。

LED光源照射出的光，光通量集中朝前，照射角(照射范围)不高，一般为60°(本发明中的照射角定义为光线与LED光源朝前的轴线的夹角)。本发明提出的三种具体技术，结构简单，非常容易变改(增大)LED光源的照射角，能显著的减少了LED光源正前方的光通量，实现绝大部分(三分之二以上)LED光源发出的光照射到灯具反光器上。采用本发明提出的技术方案，LED光源中的LED晶片可以集中，减小LED光源基板尺寸，这样有利于LED灯芯(包括LED光源，导热板或导热芯等)实现标准通用化。

本发明依据以上所述的本发明技术方案，还提出了三种半导体照明用灯芯，包括有LED光源和导热板或导热芯，以及光源配光透镜、或灯芯反光器、或采用了散光结构或材料的灯芯罩，具体的特征是：

1、LED光源正前方设置有光源配光透镜，由LED光源发出的光经光源配光透镜后射出，有三分之二以上的光的照射角大于50°

2、LED光源前设置有灯芯罩，在LED光源前方，灯芯罩内，设置有灯芯反光器，灯芯罩的侧壁采用了散光结构或散光材料。

3、LED光源前设置有灯芯罩，在LED光源前方，灯芯罩内，设置有灯芯反光器，从LED光源发的光照射到灯芯反光器上，部分或全部被反射，从灯芯罩侧壁射出，从灯芯射出的光有三分二以上的照射角大于50°。

附图说明

下面结合附图和具体实施方案作近一步说明。

图1为一种本发明的照明灯，采用光源配光透镜改变从LED光源发出的光的照射角，图中h表示灯具反光器的高度，a表示从光源配光透镜射出的光的照射角。

图2为一种本发明的照明灯，采用灯芯反光器改变从LED光源发出的光的照射角。

图3为一种本发明的照明灯，一种大角度照明范围设计。

图4为一种本发明的照明灯，配有灯芯反光器反射角可调装置。

图5为一种本发明的照明灯，采用了灯芯(光模组)结构。

图6为一种本发明的照明灯，采用了散光结构或散光材料的灯芯罩。

图7为一种本发明的灯芯，采用光源配光透镜。

图8为一种本发明的灯芯，采用灯芯反光器，并配有灯珠聚光杯。

图9为一种本发明的照明灯，配有灯芯反光器光反射角可调装置。

1、导热板，2、LED光源，3、灯具反光器，4、光源配光透镜，5、虚线(表示光线)，6、散热片，7、灯芯反光器，8、顶针，9、灯具透光罩，10、导热芯，11、灯芯罩，12、电源接插头，13、灯珠聚光杯。

具体实施方案

图1所示的本发明照明灯，灯具反光器3为一种类似喇叭(大喇叭口)形结构，内侧为反光面，LED光源2设置在灯具反光器3的中部。灯具反光器采用金属板(最好选用铝板)制成，被利用为LED光源2的散热片，导热板1贴在灯具反光器3上，之间的接触面积就是接触传热面。LED光源2产生的热量经导热板1传导到金属板制成的灯具反光器3散出。图中，LED光源2为一种单颗LED灯珠的光源，LED光源2正前方设置有光源配光透镜4，光源配光透镜4利用折射和全反射原理，将LED光源2集中向前照射的光改变成向侧面，使得绝大部分(三分之二以上)从LED光源2发出的光照射在灯具反光器3内侧面(反光面)，再反射出灯具，如图中虚线5所示，因而直接看到LED光源2部分的光强度(光通量密度)减小了。从光源配光透镜4照射出的光的照射角a要尽可能大，这样可以减小灯具反光器的高度尺寸h(也就是照明灯的尺寸)，因而本发明提出从LED光源2发出的光，经光源配光透镜4后，有三分之二以上的光的照射角大于50°。本发明中，光的照射角定义为光线(含照射方向)与LED光源的轴线(向前)的夹角，如图中夹角a所示。

图2所示的本发明照明灯，设置有散热片6，LED光源2产生的热量通过导热板1传到散热片6散出，LED光源2正前方设置有灯芯反光器7，从LED光源2发出的光射到灯芯反光器上，被反射到灯具反光器3上，再被反射出灯具，如图中虚线5所示。灯芯反光器可以采用透明材料制成，其反光面采用具有透光性的反光镀膜，从LED光源2发出的光绝大部分(三分之二以上)被灯芯反光器7反射到灯具反光器3上，还有部分从LED光源2发出的光均匀地透过灯芯反光器7射出，目的是为了使从灯具射出的光更均匀。还可以采用在灯芯反光器7上均匀开数多小口，部分从LED光源2发出的光可穿过灯芯发光器7射出。

图3所示的本发明照明灯，是一种大照射角的灯，灯具反光器3也是类似喇叭形，但是反光面在外侧，LED光源2正前方设置有灯芯反光器7，经灯芯反光器7反射出的光的照射角a更大(相比图1、2中的a)，才能照射到灯具发光器3上，由灯具反光器3反射出的光的照射角也就更大。图3中的灯具反光器3也被利用为散热片。

图4所示的本发明照明灯，采用导热芯10，LED光源2产生的热量由导热芯10传导出，导热芯10上套有散热片6，灯具反光器3的中部(小端面处)设有翻边，并套在导热芯10上，翻边与导热芯10之间接触面就为接触传热面，灯具反光器3采用金属板材制成，被利用为LED光源2的部分散热片。图4中示出灯具反光器出光口(也就是灯具的出光口)设有灯具透光罩9，该灯具透光罩9起到保护内部部件(比如LED光源、反光面等)，为了进一步使灯具射出的光更柔和，灯具透光罩9可采用散光结构。散光结构一般为表面凹凸不平的结构，灯具反光器3的反光面也可采用凹凸不平的结构，产生漫反射效果。

通过调节改变灯芯反光器的发光面的设置角度，反光面的曲面形状(弯曲弧度)，即调节改变灯芯反光器的光反射角，来调节改变从灯芯发光器发射出的光的照射角，进而就可调节改变照明灯具的照射角(照射范围、光强度分布)，实现随时调节照明的灯的照射范围等，比如远光时聚光，近光时散光。图4中就示出了一种灯芯反光器光反射角可调节装置，灯芯反光器7采用数多弯曲的反光片构成，通过调节改变顶针8插入灯芯反光器7的深度，灯芯反光器7的光反曲面就会改变，即光反射角可调。

图5所示的本发明照明灯中，示出导热芯10采用锥形(最好圆锥形)结构，有利于解决导热芯10与散热片6之间的接触传热热阻，导热芯10中心被挖空，可以减少材料。LED光源2的电源接插头12穿过导热芯10。在LED光源2前端设置有灯芯罩11，灯芯罩11采用透光材料，灯芯罩11的侧壁可设计成围着LED光源前方周圈，灯芯反光器7设置在灯芯罩11内，灯芯罩11的作用有：保护LED光源2和灯芯反光器7的反光面，不受尘埃和水汽等的污染。可将LED光源2、灯芯反光器7以及灯芯罩3组成一个整体的标准部件——灯芯。图中还示出，灯具反光器3采用了阶梯形结构，该结构有利于减小灯具反光器3的高度h，又能得到大口径的灯具出光口(即大面积的灯具反光器反光面)，实现高度聚光的照明灯。

灯芯罩11的侧壁采用有散光材料或散光结构，并设计成面向灯具反光器3的反光面，同样也能实现绝大部分(三分之二以上)从LED光源2发出的光改变方向，照射到灯具反光器3的反射面上，再反射出灯具。荧光材料(比如将蓝光变成白光的荧光粉)具有散光特性，因而可以将荧光层设置在灯芯罩11的侧壁内或外，该荧光层既是灯芯罩11的散光材料，又是LED光源2的光的转换材料(比如蓝光转换成白光)

图6中，灯芯罩11的侧壁，采用有散光材料或散光结构，并且设计成向后倾斜，因而从灯芯罩11的侧壁射出的光更多地照明到灯具反光器3的反光面上。图6中的导热芯10采用了锥形螺柱结构，有利于解决导热芯10与散热片6之间的接触传热热阻，图中的灯具反光器3为弧形曲面。

图7示出了本发明的一种灯芯，包括有LED光源2和导热板1、以及光源配光透镜4，其工作原理与图1中的一样。图中a表示灯芯的照射角，从灯芯发出的光的照射角三分之二以上应大于50°，这样有利于减小灯具反光器高h(灯具的尺寸)，并且保证绝大部分(三分之二以上)从灯具照射出的光是从灯具反光器射出的。导热板1也可换成图5、6中所示导热芯10。

图8示出了本发明的一种灯芯，包括有LED光源2、导热芯10、灯芯反光器7和灯芯罩11，采用了锥形(圆锥形)结构的导热芯10，导热芯10也可换成图1、2、3中的导热板1结构。图中a表示灯芯的照射角，从灯芯发出的光的照射角三分之二以上应大于50°，这样有利于减小灯具反光器高h(灯具的尺寸)，并且保证绝大部分(三分之二以上)从灯具照射出的光是从灯具反光器射出的。图8中还示出另外的技术特征，LED光源2设置有灯珠聚光杯13，LED光源2上的LED灯珠经灯珠聚光杯13聚光，照射角变小，这样便于灯芯反光器7的配光设计，减小灯芯反光器7的尺寸(直径)(也就是灯芯的尺寸)。图9所示的灯芯与图8的区别在于：图9所示的灯芯设置有灯芯反光器光反射可调装置，其结构原理与图4所示的一样。

本发明中的光源基板面积定义为：导热板与LED光源的接触传热面积(基本上就是导热板的面积)、或导热芯前端与LED光源的接触传热面积(基本上就是导热芯前端面积)。一个10颗1×1mm LED晶片的光源，光源基板直径取20mm(该光源基板非常小)，其面积是10颗LED晶片面积的31倍，如果灯具反光器的反光面的面积是光源基板的5倍，则可实现灯具的光通量密度可降低到最大局部(LED品片1×1mm)光通量密度的一百五十分之一(降低150倍)，灯具反光器的反光面采用10倍的光源基板面积，则可降低300倍，说明采用本发明技术方案可非常简单(低造价)地，并非常有效降低光通量密度，解决眩光问题，其效果是显著的。

图1、3、4和5中，导热板1或导热芯10与金属板制成的灯具反光器3之间的接触传热面是直接接触，在实际产品设计中，由于结构设计要求，也可采用间接接触的接触传热面，根本的目的就是利用灯具反光器为LED光源的散热片，这样可降低造价，减小灯具尺寸。铝制材料，导热性高，重量轻，价格也不高，易冲压加工成形，因而铝板材是首选的灯具反光器的制造用材。

依据本发明以上提出，从灯芯发出的光，三分之二以上的照射角大于50°，用几何关系可以计算出，实现灯具照射出的光有三分之二以上是从灯具反光器(3)反射出来时，灯具反光器(3)的高h等于D/2×tan50°(D为灯具反光器的出光口的直径)＝0.42D，再加上灯芯的高。说明灯具反光器的高h已经有效减小，可以用冲床一次拉伸成形，冲床冲压工艺比旋压工艺，生产效率要高许多。高度h降低，灯具反光器的反光面拉伸程度低，灯具反光器就可直接采用已反光镜面处理的金属板材冲压加工制成，无需后期反光镜面处理工序，因而造价又可以降低。高度h降低，整个灯具的高度也降低。设计时，最好选取从灯芯发出的光，三分之二以上的照射角a大于70°，这样高度h又可进一步降低，更多的光从灯具反光器反射出来，整个灯的光通量密度更均匀，更柔和。

LED光源局部光通密度极高，产生眩光的缺点，但LED光源拥有尺寸小，照射方向集中朝前(单向照射)的特点。相比传统光源(白炽灯、荧光灯等)尺寸大，360°均匀照射，而人们需要的照明光，更多的是单向照射，LED光源的特点在照明灯配光方面就表现出优越性。以上本发明提出的技术方案，就充分利用了LED光源特点的优越性，并利用镜面反射效率高的光学特性，消除了眩光问题，灯具的光效更高，灯具结构更简单，造价更低，容易实现各种各样的灯具配光。现公开的LED灯的配光设计就没有充分利用LED光源的特点。

特别声明：本发明中的LED光源包括了OLED光源。

Claims (10)

1.一种半导体照明灯，包括有LED光源(2)和灯具反光器(3)，LED光源(2)配有导热板(1)或导热芯(10)，LED光源(2)设在灯具反光器(3)的中部，LED光源(2)发出的光有三分之二以上射到灯具反光器(3)的反光面上，再向灯具外反射，灯具反光器(3)的反光面的面积是LED光源(2)所在基板面积的五倍以上，其特征在于：在LED光源(2)前设置有光源配光透镜(4)，从LED光源(2)出发的光经光源配光透镜(4)后，有三分之二以上照射到灯具反光器(3)的反光面上、

或在LED光源(2)前方设置有灯芯反光器(7)，该灯芯反光器(7)将三分之二以上来自LED光源(2)发的光反射到灯具反光器(3)的反光面上、或LED光源(2)前设置有灯芯罩(11)，灯芯罩(11)设置有面向灯具反光器(3)的反光面的侧壁，该侧壁采用了散光结构或散光材料。

2.根据权利要求1所述的半导体照明灯，其特征在于：采用灯芯反光器(7)时，灯芯反光器(7)中设置有光反射角可调装置。

3.根据权利要求1所述的半导体照明灯，其特征在于：灯具反光器(3)采用了金属板制成，并设置有与LED光源(2)的导热板(1)或导热芯(10)，直接接触或间接接触的接触传热面。

4.一种半导体照明用灯芯，包括有LED光源(2)、导热板(1)或导热芯(10)，其特征在于：LED光源(2)正前方设置有光源配光透镜(4)，由LED光源(2)发出的光经光源配光透镜(4)后射出，有三分之二以上的光的照射角大于50°。

5.一种半导体照明用灯芯，包括有LED光源(2)、导热板(1)或导热芯(10)、其特征在于：LED光源(2)前设置有灯芯罩(11)，在LED光源(2)前方，灯芯罩(11)内，设置有灯芯反光器(7)，从LED光源(2)发出的，照射到灯芯反光器(7)的反光面上的光，被反射到灯芯罩(11)的侧壁上，该侧壁采用了散光结构或散光材料。

6.根据权利要求5所述的灯芯，其特征在于：灯芯罩(11)的侧壁向后倾斜。

7.根据权利要求5或6所述的灯芯，其特征在于：灯芯罩(11)的侧壁内或外设置有荧光材料层。

8.一种半导体照明用灯芯，包括有LED光源(2)、导热板(1)或导热芯(10)、其特征在于：LED光源(2)前设置有灯芯罩(11)，灯芯罩(11)的侧壁采用了透明材料，在LED光源(2)前方，灯芯罩(11)内，设置有灯芯反光器(7)，从LED光源(2)发出的光照射到灯芯反光器(7)上，部分或全部被反射，从灯芯罩(11)侧壁射出，从灯芯射出的光有三分二以上的照射角大于50°。

9.根据权利要求8所述的灯芯，其特征在于：LED光源(2)上设置有灯珠聚光杯(13)。

10.根据权利要求8所述的灯芯，其特征在于：灯芯反光器(7)设置有光反射角可调节装置。

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