TWI518286B - Led號誌燈 - Google Patents

Description

LED號誌燈

本發明是有關於一種LED號誌燈，特別是有關於一種具有上下不對稱平滑自由曲面反射面設計之LED號誌燈。

為達成節能減碳之目標，現今全台灣近70萬盞交通號誌燈已全部完成換裝節能LED燈。這是繼新加坡後，全球第二個國家交通號誌燈換裝為節能LED燈，全部的更換計畫共耗時2年。以LED交通號誌燈取代傳統白熾燈，在全國紅綠燈都換成節能減碳的LED燈後，1年將減少二氧化碳排放共15.12萬噸。可預見未來世界各國也會陸續以LED交通號誌燈取代傳統白熾燈，可見LED交通號誌燈的光學設計是一個實用與值得探討的研究領域。

傳統交通號誌燈之反射杯為對稱之圓形碗狀設計，使得號誌燈源射出光線後反射之光束呈現上下對稱、水平射出之型式。然而，路上來往的車輛或行人多半位於低於號誌燈的馬路上，因此，為使車輛或行人能夠看清交通號誌燈的變化，交通號誌燈必需使用較大的電能以發出清楚的訊號，不符合節能減碳的趨勢及需求。

有鑑於上述習知技藝之問題，本發明之目的就是在提供一種LED號誌燈，以解決習知傳統交通號誌燈光束對車輛或行人照明度不足或耗能過大的問題。

緣是，本發明提出一種LED號誌燈。本發明提出的LED號誌燈包含由使用上下不對稱反射面設計所構成之反射杯，LED號誌燈中央具有光源定位部，光源定位部可供設置至少一LED光源。反射面採用上下不對稱平滑自由曲面設計，以調整該LED光源之光束，反射面可由一或多片反射面所構成。

續言之，本發明提出的LED號誌燈將LED光源調控為中心亮度最大、照幅寬廣及光束略斜向下的光形。

續言之，本發明提出的LED號誌燈之LED光源為紅光LED、綠光LED或藍光LED。

續言之，本發明提出的LED號誌燈之LED光源係位於反射面中心，且以向前擴散方式射出光線，光線經過反射面反射後向前方射出。

根據本發明之另一目的，又提出另一種LED號誌燈。本發明提出的LED號誌燈包含使用上下不對稱反射面設計所構成之反射杯及折射透鏡，LED號誌燈中央具有光源定位部，向外為上述之反射面。前述之折射透鏡位於光源定位部前方，光源定位部可供設置至少一LED光源。反射面採用上下不對稱平滑自由曲面設計，以調整該LED光源之光束，反射面可由一或多片反射面所構成。

續言之，本發明提出的LED號誌燈將LED光源調控為中心亮度最大、照幅寬廣及光束略斜向下的光形。

續言之，本發明提出的LED號誌燈之LED光源為紅光LED、綠光LED或藍光LED。

續言之，本發明提出的LED號誌燈，其中LED光源係位於反射面中心，且以向前擴散方式射出光線，光線經過反射面反射後向前方射出。

承上所述，依本發明之LED號誌燈，其可具有一個或多個下述優點：

(1)此LED號誌燈能夠在較低的功率之下達成優良的光線照射強度。

(2)此LED號誌燈可以將LED光源調整為中心亮度最大、照幅寬廣及光束略斜向下的光形。

茲為使 貴審查委員對本發明之技術特徵及所達到之功效有更進一步之瞭解與認識，謹佐以較佳之實施例及配合詳細之說明如後。

10‧‧‧使用無反射面直射式燈座之LED號誌燈

30‧‧‧使用上下對稱反射面燈座之LED號誌燈

50‧‧‧使用上下不對稱反射面燈座之LED號誌燈

70‧‧‧使用上下不對稱反射面及折射透鏡燈座之LED號誌燈

100‧‧‧光源定位部

200‧‧‧LED燈

300‧‧‧上下對稱反射面

400‧‧‧上下不對稱反射面

500‧‧‧折射透鏡

第1圖為一種使用無反射面直射式燈座之LED號誌燈之立體示意圖。

第2圖為使用無反射面直射式燈座之LED號誌燈之模擬亮度分布圖。

第3圖為一種使用上下對稱反射面燈座之LED號誌燈之立體示意圖。

第4圖為使用上下對稱反射面燈座之LED號誌燈之模擬亮度分布圖。

第5圖為本發明第一實施例之使用上下不對稱反射面燈座之LED號誌燈之立體示意圖。

第6圖為本發明第一實施例之使用上下不對稱反射面燈座之LED號誌燈之模擬亮度分布圖。

第7圖為本發明第二實施例之使用上下不對稱反射面及折射透鏡燈座之LED號誌燈之立體示意圖。

為使本發明之上述目的、特徵和優點能更明顯易懂，下文依本發明之LED號誌燈，特舉較佳實施例，並配合所附相關圖示，作詳細說明如下，其中相同的元件將以相同的元件符號加以說明。

本發明係揭露一種LED號誌燈，包含由反射面構成之反射杯，LED號誌燈中央具有光源定位部，光源定位部可供設置至少一LED光源。反射面採用上下不對稱平滑自由曲面設計，以調整該LED光源之光束，反射面可由一或多片反射面所構成。本發明之LED號誌燈可以將LED光源調控為中心亮度最大、照幅寬廣及光束略斜向下的光形，在應用於一般平面對人車之交通管制時，得以使用較小之能源消耗而獲得到較佳之顯示效果。

請參閱第5圖，第5圖為本發明第一實施例之使用上下不對稱反射面燈座之LED號誌之立體示意圖。在第5圖的LED號誌燈50包含由反射面400構成之反射杯，LED號誌燈50中央具有光源定位部100，光源定位部可供設置至少一LED光源200。反射面400採用上下不對稱平滑自由曲面設計，以調整該LED光源200之光束，反射面400可由一或多片反射面所構成。

續言之，本發明提出的LED號誌燈50將LED光源200調控為中心亮度最大、照幅寬廣及光束略斜向下的光形。

續言之，本發明提出的LED號誌燈50之LED光源200為紅光LED、綠光LED或藍光LED。

續言之，本發明提出的LED號誌燈50之LED光源200係位於反射面400中間，且以向前擴散方式射出光線，光線經過反射面反射後向前方射出。

請參閱第7圖，第7圖為本發明第二實施例之使用上下不對稱反射面及折射透鏡燈座之LED號誌燈之立體示意圖。根據本發明之另一目的，又提出另一種LED號誌燈。本發明提出的LED號誌燈70包含反射面400構成之反射杯及折射透鏡500，LED號誌燈70中央具有光源定位部100，向外為上述之反射面400。前述之折射透鏡500位於光源定位部100前方，光源定位部100可供設置至少一LED光源200。反射面400採用上下不對稱平滑自由曲面設計，以調整該LED光源200之光束，反射面400可由一或多片反射面所構成。

續言之，本發明提出的LED號誌燈70將LED光源200調控為中心亮度最大、照幅寬廣及光束略斜向下的光形。

續言之，本發明提出的LED號誌燈70之LED光源200為紅光LED、綠光LED或藍光LED。

續言之，本發明提出的LED號誌燈70之LED光源200係位於反射面400中間，且以向前擴散方式射出光線，光線經過反射面反射後向前方射出。

以下為本發明提出的LED號誌燈與其他習知反射面設計的 LED號誌燈之模擬效能評估，以及本發明提出的LED號誌燈實體雛型之光強度實際量測結果。其中，光學設計分析軟體為ASAP而採用的光源為Cree XPE LED，但不以此為限。

對於交通號誌燈之規範，經濟部標準檢驗局於中華民國98年8月4日公告CNS 14546「發光二極體交通號誌燈燈面及燈箱」產品檢驗為正字標記認可試驗室檢測領域，並自98年8月4日起實施。CNS 14546所規範的光學測試項目乃為確保駕駛人與行人能在適當距離辨識行車交通號誌，其中行車管制號誌燈圓形號誌燈之最小(含)光強度值要求如表1所示：左右最遠為30度、上水平與下最遠為20度之寬扁分佈，最小值為4 cd(左右15~30度/下20度測試點)、HV點光度應不小於400 cd，而且光強度最大值應在2500 cd以下，意即光型分佈為水平及水平以下，上下非對稱的分佈。

請參閱第1圖，第1圖為一種使用無反射面直射式燈座之LED號誌燈之立體示意圖。第1圖中之LED號誌燈10包含光源定位部100及至少一LED光源200。無反射面直射式燈座之LED號誌燈僅使用LED光源直接照射(directemission)的光形，而不搭配反射面或透鏡等光學元件設計來配光，此方式使用上僅需決定符合法規配光要求之最低流明數需求即可，所以相當簡易並具有最小的燈具縱深等優點，也是當作反射面設計方式的對照。

請參閱第2圖，第2圖為使用無反射面直射式燈座之LED號誌燈之模擬亮度分布圖。經過ASAP光學設計分析軟體模擬後，得到無反射面直射式燈座之LED號誌燈配光結果呈現同心圓分佈如第2圖所示、LED最低流明數需求為1247 Lm如表2所示、與各測試點設計值如表3所示。由於CNS 14546 LED交通號誌燈配光規範中最遠僅30度，而Cree XPE LED光束分佈角度廣達90度，對於分佈角度大過30度以上的光束不在配光區域形同浪費，導致LED最低流明數需求相當高，因此需藉由搭配光學元件的設計才能有效利用光源所有方向的光束。

請參閱第3圖，第3圖為一種使用上下對稱反射面燈座之LED號誌燈之立體示意圖。第3圖中之LED號誌燈30包含光源定位部100、至少一LED光源200及上下對稱反射面300。

由表2及表3資料可知，直接照射方式對於Cree XPE LED光源利用效率低，因此採用反射面的設計方式可使光線方向調整回配光區域內，以提高光源利用效率。

請參閱第4圖，第4圖為使用上下對稱反射面燈座之LED號誌燈之模擬亮度分布圖。經過設計模擬之後，LED搭配上下對稱反射面 與產生之配光結果如第4圖所示，LED的最低流明數需求如表2所示、各測試點設計值如表4所示。配光結果呈現左右約30度、上下約10度之光形分佈，證實反射面設計可將LED大角度方向的光束調整回配光區域內，使得光源之各方向的光束皆能充分運用，因此最低流明數需求降至136 Lm，比直接照射方式降低許多，降幅達9倍之多，雖然Cree XPE LED光束分佈角度相當寬廣，卻可經由適當的反射面設計改善其光束分佈太過發散的缺點，達到有效運用光源各方向的光束，使得收光效率提升明顯。

由於CNS 14546 LED交通號誌燈配光規範為水平及水平以下，上下非對稱的分佈，對於使用上下對稱反射面燈座之LED號誌燈配光分佈在水平以上的光束並不在配光區域形同浪費，若能將之導向水平以下，應該可以更提高光源利用率，因此本發明提出採用上下非對稱反射面的LED號誌燈。

請參閱第6圖，第6圖為本發明第一實施例之使用上下不對稱反射面燈座之LED號誌燈之模擬亮度分布圖。經過模擬設計之後，本發明之採用上下不對稱反射面燈座的LED號誌燈產生之配光結果如第6圖所示，LED號誌燈的最低流明數需求如表2所示、各測試點設計值如表5所示。配光結果呈現左右約30度、上少下多非對稱之光形分佈，更符合號誌燈測試點上下非對稱的分佈，因此最低流明數需求可進一步降至92 Lm，可見上下非對稱反射面的設計方式，非常適合用來設計交通號誌燈配 光。

本發明提出的LED號誌燈實體雛型之配光實測是藉由配光儀量測LED號誌燈實體雛型光形個別測試點之光度數據，由上可知上下非對稱反射面設計方式具有最低之流明數需求，因此被選擇來製作雛形。使用Cree XPE LED搭配上下非對稱反射面之LED號誌燈實體雛型其各測試點實測值如表6所示，與設計直表5比較顯示，雖有少數幾點略有差異，但大致上呈現近似，因此可見本發明中光學設計結果的可靠性。

以上所述僅為舉例性，而非為限制性者。任何未脫離本發明之精神與範疇，而對其進行之等效修改或變更，均應包含於後附之申請專利範圍中。

50‧‧‧使用上下不對稱反射面燈座之LED號誌燈

100‧‧‧光源定位部

200‧‧‧LED燈

400‧‧‧上下不對稱反射面

Claims (8)

1. 一種LED號誌燈，包含：由一反射面構成之一反射杯；該LED號誌燈中央具有一光源定位部，該光源定位部可供設置至少一LED光源；該反射面採用上下不對稱平滑自由曲面設計，以調整該LED光源之光束，其中該LED號誌燈將該LED光源調控為中心亮度最大、照幅寬廣及光束略斜向下的光形。
2. 如申請專利範圍第1項所述LED號誌燈，其中該反射面係由至少一反射面所構成。
3. 如申請專利範圍第1項所述LED號誌燈，其中該LED光源為紅光LED、綠光LED或藍光LED。
4. 如申請專利範圍第1項所述LED號誌燈，其中該LED光源係位於該反射面中間，且以向前擴散方式射出一光線，該光線經過該反射面反射後向前方射出。
5. 一種LED號誌燈，包含：一反射面構成之一反射杯及一折射透鏡；該LED號誌燈中央具有一光源定位部，向外為上述之該反射面，前述之該折射透鏡位於該光源定位部前方；該光源定位部可供設置至少一LED光源；該反射面採用上下不對稱平滑自由曲面設計，以調整該LED光源之光束，其中該LED號誌燈將該LED光源調控為中心亮度最大、照幅寬廣及光束略斜向下的光形。
6. 如申請專利範圍第5項所述LED號誌燈，其中該反射面係由至少一反射面所構成。
7. 如申請專利範圍第5項所述LED號誌燈，其中該LED光源為紅光LED、綠光LED或藍光LED。
8. 如申請專利範圍第5項所述LED號誌燈，其中該LED光源係位於該反射面中間，且以向前擴散方式射出一光線，該光線經過該反射面反射後向前方射出。