TWI526651B

TWI526651B - 可限定led射角與射區的凸鏡

Info

Publication number: TWI526651B
Application number: TW103105225A
Authority: TW
Inventors: 胡文松
Original assignee: 胡文松
Priority date: 2014-02-18
Filing date: 2014-02-18
Publication date: 2016-03-21
Also published as: TW201533388A

Description

可限定LED射角與射區的凸鏡

本發明關於一種LED燈具，特別是關於一種可限定LED射角與射區的凸鏡。

傳統路燈一般均以高壓鈉燈為大宗，其色階大約侷限在2700K~4000K內。圖1顯示一種習知高壓鈉燈具10，其包含燈座12、安裝於該燈座12下方的透光玻璃14、結合在該透光玻璃14上方的一反光碗16以及安裝在該透光玻璃14與該反光碗16內的高壓鈉燈泡18。該燈具10的設計為反光型，即燈泡18投射面的50~60度係為由直射光與反射光組成的強光區(L1)，其餘射角均為弱光區(L2)。當該燈具10呈斜45度朝上地安裝於一般7M高之燈桿19上且朝路面(R)照射時(見圖2)，雖然也會照射到住戶2樓之落地窗或窗戶，但因其射光為較不刺眼的2700K~4000K射光，且其邊射角光為弱射光(見圖3)，因此，形成之光害較不嚴重。若是在2樓窗戶或落地窗覆以窗簾，尚不足形成對夜間活動及睡眠形成光害。

LED藉其乾淨能源、省電、節能之功效，已逐漸進入路燈、街燈市場。LED晶片光源的發光結構為小於180度的射光，並以凸鏡或平面導光膠來保護晶片及傳電晶線。一般上，LED的射光均為120-140度，當組裝於燈具內後，其射光約為120度之全光型(見圖4)。由於2700K與6000K之照度在相同流明下，照度值(lux)比約為80：100，因此，一般LED路燈均以6500~5500K之色階來設計，以達成省電的需求。然而，若是將LED燈具依照圖2的角度安裝於燈桿19且朝路面R照射時(見圖5)，LED的120度射光中的部份(見圖5中的A3)將會照射到住戶2樓之落地窗或窗戶，而形成嚴重光害。

針對上述LED的光害問題，甚多業者將燈具之燈罩予以霧面或砂面處理來改善。然而，砂面或霧面結構會降低照度，因而，在達到標準照度之下，需要增加LED之光源數量，反而增加了電力的消耗。此外，亦有業者研發在LED路燈的平面燈殼上構設不同的折射溝槽來控制射光的光區，然而，此設置卻也減少了橫向(街道長度方向)的投射區。

緣此，研發一種只消除對街道住戶的光害且無損原LED路燈之原有射光照度及光區之產品，實是業者即需處理的要項。

有鑑於上述課題，本發明目的即在提供一種可限定LED射角與射區的凸鏡。該凸鏡用來安裝在一發光單元的基座上，該基座與該凸鏡之間有至少一LED，該LED可朝向該凸鏡投射光線；其特徵在於：該凸鏡之厚度由其中央部向周邊部漸減且具有相背對的外端面及內端面，該凸鏡之周邊部沿著一第一軸向(X)與一第二軸向(Y)向外延伸而形成一環狀凸出的延伸體，該外端面構建為凸出圓弧型態，該周邊部的部份的外端面與該延伸體的外端面上設有第一霧面且該周邊部的部份的內端面與該延伸體的內端面上設有第二霧面。該凸鏡在該第一霧面與第二霧面之間形成蔽光區。據此，本發明之凸鏡可依據該LED所需之射光角度及/或所需之照射區域建構成透光區與蔽光區，使得本發明之凸鏡應用在路燈時，可使路燈之投射方向不會直接照射街道住戶二樓門窗，以避免光害且無損原LED路燈之原有射光照度及其他光區。

在一較佳實施例中，該射角約為35度，該第一與第二霧面係個別由壓花、蝕刻或噴砂處理所形成或者由不透光殼體所形成。該凸鏡在設有第二霧面的內端面構建為平面，且該凸鏡在沒有設有第二霧面的內端面構建為內凹部。

關於本發明之其它目的、優點及特徵，將可由以下較佳實施例的詳細說明並參照所附圖式來了解。

〔習知〕

10‧‧‧高壓鈉燈具

12‧‧‧燈座

14‧‧‧透光玻璃

16‧‧‧反光碗

18‧‧‧高壓鈉燈泡

19‧‧‧燈桿

〔本創作〕

20‧‧‧凸鏡

22‧‧‧發光單元

24‧‧‧基座

26‧‧‧LED

28‧‧‧周圍部

30‧‧‧空間

32‧‧‧凹部

34‧‧‧中央部

36‧‧‧周邊部

38‧‧‧外端面

40‧‧‧內端面

41‧‧‧延伸體

42‧‧‧光軸

44‧‧‧射角軸線

48‧‧‧第一側部

50‧‧‧第二側部

52‧‧‧第一霧面

53‧‧‧透光區

54‧‧‧第二霧面

55‧‧‧蔽光區

56‧‧‧燈具

58‧‧‧燈桿

59‧‧‧內凹部

60‧‧‧圓弧面

62‧‧‧導熱銅柱

64‧‧‧內凹部

圖1為一習用高壓鈉燈具的剖視示意圖。

圖2顯示圖1的燈具安裝於一燈桿上且朝路面照射的示意圖。

圖3為圖1的燈具之光強度分佈的示意圖。

圖4為一習用LED燈具之光強度分佈的示意圖。

圖5顯示習用LED燈具安裝於燈桿上且朝路面照射的示意圖。

圖6為本發明第1實施例之凸鏡應用在一發光單元上的俯視圖。

圖7為沿著圖6之一第一軸向(X)剖切的示意圖。

圖8為沿著圖6之一第二軸向(Y)剖切的示意圖。

圖9係與圖7類似的示意圖，顯示本發明第2實施例之凸鏡。

圖10係與圖7類似的示意圖，顯示本發明第3實施例之凸鏡。

圖11係與圖7類似的示意圖，顯示本發明第4實施例之凸鏡。

圖12顯示本發明第1至第3實施例之發光單元之LED發射光線於該第一軸向(X)的光強度分佈圖。

圖13顯示本發明第4實施例之發光單元之LED發射光線於該第一軸向(X)的光強度分佈圖。

圖14顯示本發明第1至第4實施例之發光單元之LED發射光線於該第二軸向(Y)的光強度分佈。

圖15顯示一包含多數個本發明之發光單元的LED燈具的示意圖。

圖16顯示圖15的LED燈具安裝於燈桿上且朝路面照射的示意圖。

圖17至圖22顯示本發明另外六種凸鏡實施例的示意圖。

圖23為本發明第11實施例之凸鏡應用在一發光單元上的俯視圖。

圖24為沿著圖23之一第一軸向(X)剖切的示意圖。

圖25為沿著圖23之一第二軸向(Y)剖切的示意圖。

圖26與圖27顯示本發明第12與13實施例的示意圖。

圖28a與圖28b顯示本發明第14實施例的示意圖以及LED發射光線的示意圖。

圖29a顯示本發明第15實施例的示意圖。

圖29b與圖29c個別顯示從圖29a之第二軸向(Y)與第一軸向(X)剖切的示意圖以及LED發射光線的示意圖。

圖29d與圖29e顯示本發明第16實施例的示意圖以及LED發射光線的示意圖。

圖30顯示本發明第11至第13實施例之發光單元之LED發射光線於該第一軸向(X)的光強度分佈圖。

圖31顯示本發明第11至第13實施例之發光單元之LED發射光線於該第二軸向(Y)的光強度分佈。

圖32顯示本發明第14實施例之發光單元之LED發射光線於該第一軸向(X)的光強度分佈圖。

圖33顯示本發明第14實施例之發光單元之LED發射光線於該第二軸向(Y)的光強度分佈。

現將僅為例子但非用以限制的具體實施例，並參照所附圖式就本發明之技術內容說明如下：圖6至圖8顯示本發明第1實施例之凸鏡20，該凸鏡20提供應用於一發光單元22上。該發光單元22包含基座24、至少一LED(SMD/晶片)26以及該凸鏡20。在本實施例中，該基座24包括一環狀的周圍部28，該周圍部28的內部具有一空間30用以提供該LED 26容納，該周圍部28的上端具有一環狀的凹部32用以提供該凸鏡20載放。

該凸鏡20由例如塑膠或玻璃等透光材料製成且該凸鏡20之厚度係由其中央部34向周邊部36漸減。該凸鏡20具有相背對的外端面38及內端面40，在本實施例中，該凸鏡20之周邊部36係沿著一第一軸向(X)與一第二軸向(Y)向外延伸而形成一環狀凸出的延伸體41以載放在該基座24之凹部32內，該外端面38構建為凸出圓弧型態，該內端面40構建為沿著該第一與第二軸向(X、Y)延伸的平面。該凸鏡20的中央部34界定一光軸42，該光軸42沿著與該第一與第二軸向(X、Y)垂直的一第三軸向(Z)延伸且為該LED 26朝向該凸鏡20的射光在空間中之光強度的一個對稱軸。再者，該凸鏡20在該中央部34與該周邊部36之間的預設位置建構一射角軸線44，該射角軸線44由該LED 26延伸至該凸鏡20的外端面38且與該光軸42形成一射角(A)，該射角(A)最好在30-40度之間，在本實施例中，該射角(A)為35度。

在本實施例中，該凸鏡20具有沿著該第一軸向(X)分隔的第一側部48(圖7中之光軸42的右側部份)與第二側部50(圖7中之光軸42的左側部份)。再者，在該凸鏡20之第一側部48的外端面38且位在該射角軸線44與該凸鏡20的延伸體41之間設有以例如壓花、蝕刻或噴砂處理所形成的一第一霧面52；且在該凸鏡20之第一側部48的內端面40上且位在該射角軸線44與該延伸體41之間設有以例如壓花、蝕刻或噴砂處理所形成的一第二霧面54。藉由該第一霧面52與第二霧面54的設置，使得該凸鏡20具有可供LED26之射光透射的透光區53與可遮蔽LED26之射光的蔽光區55，其中該蔽光區55界定在該第一霧面52與第二霧面54之間的區域。此外，該凸鏡20係可依據該LED26所需之射光角度及/或所需之照射區域來建構透光區53與蔽光區55。在此所稱的蔽光區55係為弱光區或是不透光區。

圖9顯示本發明第2實施例之凸鏡20，其中第二霧面54係由印刷或塗佈不透明漆取代壓花、蝕刻或噴砂處理所形成；圖10顯示本發明第三實施例之凸鏡20，其中第二霧面54由設置齒狀溝槽取代壓花、蝕刻或噴砂處理所形成。在圖9與圖10的實施例中，形成在該第一霧面52與第二霧面54之間的蔽光區55為弱射光區域，圖11顯示本發明第4實施例之凸鏡20，其中第一與第二霧面52、54之間所形成之蔽光區55係由不透光殼體所形成。在圖11的實施例中，形成在該第一霧面52與第二霧面54之間的蔽光區55為不透光區域。

圖12中的配光曲線(Lx)顯示本發明第1至第3實施例之發光單元 22之LED 26發射光線在該第一軸向(X)的光強度分佈；圖13中的配光曲線(Lx)顯示本發明第4實施例之LED 26發射光線在該第一軸向(X)的光強度分佈；圖14中的配光曲線(Ly)顯示本發明第1至第4實施例之LED 26發射光線在該第二軸向(Y)的光強度分佈。

由圖12至圖14的配光曲線(Lx、Ly)可看出，該發光單元22的LED 26在該第一軸向(X)的發射光線主要在光軸42右側約60度及光軸42左側約30度的區域。藉此，當一個具有多數個發光單元22的燈具56(見圖15)呈約斜45度朝上地安裝於一般7M高之燈桿58上且朝路面R照射時(見圖16)，雖然也會照射到住戶2樓之落地窗或窗戶，但因其射光為較不刺眼的弱射光，因此，不會造成光害。

圖17至圖19顯示本發明第5至第7實施例之凸鏡20，其中該凸鏡20的內端面40的中央形成一內凹部59，且該內凹部59的內端面40與該延伸體41的內端面之間形成一圓弧面60交接。

圖20至圖22顯示本發明第8至第10實施例之凸鏡20，其中該發光單元22更包含設在該基座24內的一導熱銅柱62，該LED 26安裝在該導熱銅柱62上。

圖23至圖27顯示本發明第11至13實施例之凸鏡20，其中該凸鏡20的內端面40在設有該第二霧面54的區域構建為平面，且該凸鏡20的內端面40在沒有設有該第二霧面54的區域構建為內凹部64，該內凹部64的內端面與該延伸體41的內端面之間形成圓弧交接。

圖28a顯示本發明第14實施例之凸鏡20，其中該凸鏡20的內端面 40構建為不同曲度的弧形凹面(凸鏡20之內端面40可依需求而改變彎曲弧度)，且該凸鏡20的延伸體41的外端面38建構為圓弧面。再者，圖28b顯示圖28a中的凸鏡20可將LED 26投射於Y軸上部之蔽光區55的光線反射再經折射而形成混光區(B1)，而後經由該凸鏡20的透光區53投射出去而形成一強光區(B2)，藉以加強前射光的照度。圖29a、29b、29c顯示本發明第15實施例之凸鏡20，其中在該凸鏡20之第二側部50設有與第一側部48之蔽光區55對應的另一蔽光區55；在本實施例中，該二蔽光區55為不透光殼體構成，使得LED 26投射於Y軸上、下部之蔽光區55的光線會反射再經折射而在第一與第二側部48、50上個別形成混光區(B1)，之後，經由該凸鏡20的透光區53投射出去而形成一強光區(B2)，藉以加強前射光的照度。圖29d、29e顯示本發明第16實施例之凸鏡20，其中蔽光區55呈環狀且形成在周邊部36與延伸體41上，使得該LED 26投射於環狀蔽光區55的光線會反射再經折射而形成一混光區(B1)，之後，經由該凸鏡20的透光區53投射出去形成一強光區(B2)，藉以加強前射光的照度。藉此加強前射光照度的結構設計，使得本發明之凸鏡20可適用於汽車燈泡的日行燈。

圖30中的配光曲線(Lx)顯示本發明第11至第13實施例之發光單元22之LED 26發射光線於該第一軸向(X)的光強度分佈；圖31中的配光曲線(Ly)顯示本發明第11至第13實施例之發光單元22之LED 26發射光線於該第二軸向(Y)的光強度分佈。圖32中的配光曲線(Lx)顯示本發明第14實施例之發光單元22之LED 26發射光線於該第一軸向(X)的光強度分佈；圖33中的配光曲線( Ly)顯示本發明第14實施例之發光單元22之LED 26發射光線於該第二軸向(Y)的光強度分佈。由圖30至圖33的配光曲線(Lx、Ly)可看出，該發光單元22的LED 26在該第一軸向(X)的發射光線主要在光軸42右側約30度及光軸42左側約30度的區域。藉此，依據本發明之凸鏡20應用在路燈時，將不會對街道住戶的光害且無損原LED路燈之原有射光照度及光區。

在前述說明書中，本發明僅是就特定實施例做描述，而依本發明的特徵仍可有多種變化或修改。是以，對於熟悉此項技藝人士可作之明顯替換與修改，仍將併入於本發明所主張的專利範圍之內。