專利名稱：一種led燈具及使用該led燈具的路燈的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種LED (發(fā)光二極管)燈具及使用該LED燈具的路燈，屬于照明技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
在室外路面、廣場等廣闊區(qū)域，傳統(tǒng)的照明燈具為高壓鈉燈或金屬鹵化物燈。高壓 鈉燈或金屬鹵化物燈的光效為60 801m/W，壽命在6000小時(shí)左右。目前，LED燈具的光效 為100 1201m/W，壽命高達(dá)到25000小時(shí)以上，而且不含有害金屬汞。隨著半導(dǎo)體技術(shù)的 發(fā)展，這些方面的性能還在不斷提高。因此近幾年來，環(huán)保節(jié)能的LED照明燈具開始逐漸在 市場上流行。現(xiàn)有的LED照明燈具主要有兩種實(shí)現(xiàn)形式一種是將LED光源(以下簡稱LED)放 置于傳統(tǒng)燈具內(nèi)；另一種是將LED均勻排布，采用局部反射罩或局部透鏡進(jìn)行控光。但這兩 種實(shí)現(xiàn)形式仍然未能克服傳統(tǒng)照明燈具的缺陷。這些缺陷包括第一.光照方向性差。照 射區(qū)域性不明顯，也就是說照到了不需要的地方。在產(chǎn)生同樣光通量的情況下，造成需要照 射的區(qū)域亮度下降。第二.亮度不均勻，造成了近距離亮、遠(yuǎn)距離暗的現(xiàn)象。要么距離較遠(yuǎn) 區(qū)域的照度不達(dá)標(biāo)準(zhǔn)，要么距離較近區(qū)域的照度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于標(biāo)準(zhǔn)。因?yàn)楣庹辗植疾痪鶆?，為?道路兩側(cè)和相鄰兩燈之間的暗區(qū)達(dá)到照明標(biāo)準(zhǔn)，所以設(shè)計(jì)時(shí)不得不采用更大功率、更高光 通量的光源以滿足暗區(qū)的照度要求，從而造成了電能的浪費(fèi)。第三.不能消除眩光現(xiàn)象。所 謂眩光現(xiàn)象是指當(dāng)人們觀察某一視覺對象時(shí)，如果視場中有一耀眼的發(fā)光點(diǎn)，就會影響觀 察效果，而且會使人感到不舒適。第四.沒有解決好散熱問題。目前LED的能耗中約80% 以上轉(zhuǎn)化為熱量，而半導(dǎo)體器件是不耐高溫的，如此多的LED集中在相對小的空間，持續(xù)積 累的熱量將使LED芯片溫度過高。如果不能將所產(chǎn)生的熱量即時(shí)散掉，LED在高溫下會發(fā) 生光效和壽命的嚴(yán)重下降。而目前的LED燈具多將散熱器水平放置，熱對流的效果不好。產(chǎn)生上述缺陷的根本原因在于，現(xiàn)有技術(shù)未能充分利用LED的定向性特點(diǎn)，未能 對LED光線進(jìn)行合理有效地控制且未能對LED燈具進(jìn)行有效的散熱。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型所要解決的首要技術(shù)問題在于提供一種新型的LED燈具。該LED燈具 具有優(yōu)異的光照方向性，亮度均勻，能夠消除眩光且散熱性能優(yōu)異。本實(shí)用新型所要解決的另外一個(gè)技術(shù)問題在于提供一種使用上述LED燈具的路 燈。為了實(shí)現(xiàn)上述的目的，本實(shí)用新型采用下述的技術(shù)方案一種LED燈具，包括用于安裝LED的基板、反射罩、散熱器、安裝架、電源和上蓋，所 述基板和所述反射罩安裝在散熱器上，其特征在于所述基板具有安裝在LED的發(fā)光面周圍的聚光杯，所述聚光杯具有通過第一次反 射聚光、將所述LED發(fā)射的光線聚攏到一定角度范圍內(nèi)的曲面壁；[0010]所述反射罩具有對經(jīng)過所述曲面壁反射聚光的光線進(jìn)行第二次反射聚光的曲面。[0011]其中，所述散熱器具有多個(gè)沿水平方向排列的散熱齒片，所述散熱齒片沿與地面垂直的方向延伸。所述曲面壁具有將來自所述LED的光線聚攏到0度到α度范圍內(nèi)的形狀，其中α 為小于60度的任意角。所述曲面壁的下端對所述LED發(fā)出的入射光線進(jìn)行反射，將其反射為與零度線的 夾角為α度的光線；所述曲面壁的上端對所述LED發(fā)出的大于或等于α度的入射光線進(jìn) 行反射，將其反射為與零度線平行的光線。所述反射罩的曲面具有將沿豎直方向的多個(gè)LED的光線反射到第一預(yù)定范圍的 豎直曲率，所述第一預(yù)定范圍內(nèi)各處分配到的LED數(shù)量與沿豎直方向的LED數(shù)量之比例與 該處與LED距離的平方成正比。所述反射罩的曲面具有將沿水平方向的多個(gè)LED的光線反射到第二預(yù)定范圍的 水平曲率，所述第二預(yù)定范圍內(nèi)各處分配到的LED數(shù)量與沿水平方向的LED數(shù)量之比例與 該處與LED距離的平方成正比。所述基板、所述反射罩和所述散熱器分別有兩個(gè)，對稱地安裝在所述LED燈具的 兩側(cè)，其中所述散熱器安裝在外側(cè)，所述基板安裝在中間，所述反射罩安裝在內(nèi)側(cè)。一種路燈，其特征在于所述路燈使用上述的LED燈具。本實(shí)用新型所提供的LED燈具具有優(yōu)異的光照方向性、亮度均勻、能夠消除眩光 并且散熱性能優(yōu)異。該LED燈具具備結(jié)構(gòu)簡單、安裝方便、節(jié)能環(huán)保等多方面的優(yōu)點(diǎn)。
以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對本實(shí)用新型作進(jìn)一步的說明。


圖1是本實(shí)用新型中使用LED燈具的路燈示意圖。圖2是本實(shí)用新型所提供的LED燈具的結(jié)構(gòu)示意圖。圖3是圖2所示的LED燈具的聚光杯結(jié)構(gòu)示意圖。圖4是圖2所示的LED燈具的反射罩結(jié)構(gòu)的放大示意圖。
具體實(shí)施方式
如
圖1所示，本實(shí)用新型所提供的LED燈具安裝在高度為H米的路燈上(H為自然 數(shù)，下同)，用于路面照明?？梢岳斫猓綥ED燈具也可以安裝在其他的室內(nèi)、外照明設(shè)備上， 例如球場照明燈、廣場照明設(shè)備、景觀燈等。下面僅以路燈為例，對本LED燈具的結(jié)構(gòu)進(jìn)行 說明。參見
圖1，路燈的照明范圍為以該路燈為中心，沿馬路的長方向上長度為3. OH米 (即起始位置為線段e，終止位置點(diǎn)為線段f)，寬方向上長度為IH米(即起始位置為線段 g，終止位置點(diǎn)為線段h)的范圍。因?yàn)長ED燈具在馬路長方向左右對稱，所以在此處省略路 燈左側(cè)部分，只討論路燈右側(cè)部分，即沿馬路的長方向上，路燈右側(cè)長1. 5H米、寬IH米的范 圍。由于光線的衰減程度與照射距離的平方成正比，在同樣的照射強(qiáng)度下，離路燈的光源中 心越遠(yuǎn)，亮度越小。假設(shè)位于LED燈具的正下方的近點(diǎn)A處(近似認(rèn)為是路燈所在位置)的亮度為ι個(gè)單位，那么距離路燈1.5H米的遠(yuǎn)點(diǎn)B處的亮度約為0. 33個(gè)單位。為了使A處和B處有同樣的亮度，在遠(yuǎn)點(diǎn)B處就需要3倍于近點(diǎn)A處的光通量(光照強(qiáng)度)。同理可知 在LED燈具的照明范圍內(nèi)的任意一點(diǎn)的光照強(qiáng)度。為了使在該照明范圍內(nèi)的光照強(qiáng)度分布 均勻，需要在光源，即LED燈具上，將光照強(qiáng)度按照射距離進(jìn)行分配，并沿著一定方向反射 到指定區(qū)域，從而控制光線有效且均勻地投射到所需區(qū)域。為了滿足上述的要求，本LED燈具根據(jù)LED的定向特性，通過第一次反射聚光，改 變光源的發(fā)散角度，再通過第二次反射聚光，實(shí)現(xiàn)所要求的控光效果。下面結(jié)合圖2、圖3和圖4，對本LED燈具進(jìn)行詳細(xì)說明。如圖2所示，本LED燈具包括基板1、反射罩2、散熱器3、安裝架4、電源5以及上 蓋6。其中，基板1上還包括聚光杯11，安裝架4上包括前堵頭41、固定板42、后堵頭43。如圖3所示，基板1上排列安裝有多個(gè)LED 10，在每個(gè)LED 10的外部罩有聚光杯 11。聚光杯11可以與基板1為分離結(jié)構(gòu)，也可以是一體結(jié)構(gòu)。聚光杯11的內(nèi)壁(即曲面 壁)形狀被設(shè)計(jì)為能夠?qū)ED 10發(fā)出的光線匯聚成光束角在一定范圍的光線。后文將詳 細(xì)說明聚光杯11的聚光原理。反射罩2的整體形狀類似箱體，本身具有一定的剛性和穩(wěn)定性。該反射罩2具有 曲面21、定位安裝孔22和用于將反射罩2反射后的光線照射到外部的光線出射口 23。定 位安裝孔22和光線出射口 23分別位于曲面21的兩側(cè)。定位安裝孔22設(shè)置在反射罩2的 邊沿，用于直接連接基板1，可以有效保證基板1的位置精度，進(jìn)而使從光源LED 10發(fā)出的 光到反射罩2的位置不會偏離。曲面21的曲率根據(jù)LED燈具需要照明的范圍和均勻照射的控光要求進(jìn)行確定。具 體而言，該曲面21具有將沿準(zhǔn)豎直方向的M個(gè)LED的光線反射到馬路長方向的近點(diǎn)A到馬 路長方向的遠(yuǎn)點(diǎn)B范圍的豎直曲率，其中對應(yīng)馬路長方向上各處分配到的LED的數(shù)量與沿 準(zhǔn)豎直方向的LED總量(即M個(gè))之比例與該處與LED距離的平方成正比；同理，曲面21 具有將沿準(zhǔn)水平方向的N個(gè)LED燈具的光線反射到馬路寬方向的近點(diǎn)C到馬路寬方向的遠(yuǎn) 點(diǎn)D范圍的水平曲率，其中對應(yīng)馬路寬方向各處分配到LED的數(shù)量與沿準(zhǔn)水平方向的LED 總量(即N個(gè))之比例與該處與LED距離的平方成正比。上述的豎直曲率和水平曲率可以 根據(jù)幾何光學(xué)的基本原理計(jì)算獲得，在此就不詳細(xì)贅述了。M、N為自然數(shù)，其大小應(yīng)該滿足 控光精度和亮度要求。如圖4所例，假設(shè)LED燈具需要照明從A處到B處的范圍，并且反射罩2要反射來 自4η個(gè)(η為自然數(shù)，下同)串聯(lián)的LED的光線。前已述及，為了使A處和B處有同樣的亮 度，在遠(yuǎn)點(diǎn)B處需要3倍于近點(diǎn)A處的光照強(qiáng)度。為此，曲面21將來自最上方的η個(gè)LED 的光線反射到A處，并將來自另外3η個(gè)LED的光線反射到B處。這樣，一方面保證光線能 夠覆蓋從A處到B處的整個(gè)區(qū)域，而幾乎不會照到其他不需要的區(qū)域，確保良好的光照方向 性；另一方面也保證了 B處的光照強(qiáng)度與A處的光照強(qiáng)度相等，即在整個(gè)照明范圍內(nèi)亮度均 勻。散熱器3兼起支撐作用。它具有沿水平方向排列的多個(gè)散熱齒片31。散熱齒片 31沿與地面垂直的方向延伸。在散熱器3周圍的空氣受熱后，因密度減小而向上運(yùn)動(dòng)。由 于散熱器3中的散熱齒片31的排列與空氣上升方向一致，因此循環(huán)路程短，熱交換快，散熱 效率高。[0035]安裝架4上的前堵頭41，一方面用于安裝固定板42，另一方面用于裝飾。固定板 42用于安裝電源5。后堵頭43起支撐作用，一方面與前堵頭41 一起安裝固定板42，另一方 面通過散熱器3配合安裝左右對稱的兩個(gè)反光封閉組件(后面有進(jìn)一步的說明)。LED燈 具通過后堵頭43上的燈桿連接機(jī)構(gòu)安裝在燈桿上。 在本LED燈具中，將聚光杯11安裝到LED 10的照射面周圍，再將基板1和聚光杯 11安裝在散熱器3上，再與反射罩2及透光板一起組成反光封閉組件。兩個(gè)反光封閉組件 通過各自的散熱器對稱安裝在后堵頭43上，前堵頭通過兩側(cè)的安裝孔分別安裝在左右對 稱的兩個(gè)散熱器上，固定板42安裝在前堵頭與后堵頭上。即，基板1、反射罩2和散熱器3 分別有兩個(gè)，通過散熱器對稱地安裝在后堵頭43上，并且基板1在反射罩2的外側(cè)，散熱器 3在基板1的外側(cè)。固定板42的上方中部位置是電源5，上面覆蓋上蓋6。上述設(shè)計(jì)方案使 本LED燈具的整體結(jié)構(gòu)簡潔，散熱結(jié)構(gòu)合理，外觀圓弧過渡，迎風(fēng)面小，在實(shí)際環(huán)境的應(yīng)用 中更加合理。下面進(jìn)一步說明聚光杯11和反射罩2的工作原理。一般來說，LED的光束角范圍在90 120度之間(以零度線為對稱軸)。因?yàn)楣?通量主要集中在0 60度以內(nèi)，60度以外的光通量很小，可忽略不計(jì)，所以在此僅討論0 60度的范圍。對于LED而言，接近0度的某一角度范圍內(nèi)的光通量遠(yuǎn)大于接近60度的同 一角度范圍內(nèi)的光通量，舉個(gè)例子，0 15度的光通量約占到總光通量(0 60度的光通 量)的50%，而45 60度的光通量只占總光通量的15%。根據(jù)這一特性，本LED燈具假 設(shè)0 α度范圍內(nèi)的光是在直接照射的范圍之內(nèi)，無需反射控制；而需要對α 60度范 圍內(nèi)的光進(jìn)行反射控制，使該范圍內(nèi)的光不再沿原方向直接射出，而是沿0 α度的方向 射出，從而達(dá)到聚光的目的。這一反射聚光過程由聚光杯11來完成。聚光杯11的內(nèi)壁至少有一部分是曲面壁。α 60度范圍的光線全部照射到聚光 杯11的曲面壁上。曲面壁的下端對LED 10發(fā)出60度入射光線(用圖3中的線A表示) 進(jìn)行反射，將其沿反射路線B射出，線B與零度線的夾角為α度(α為小于60度的一個(gè)任 意角)；曲面壁的上端對LED 10發(fā)出的略大于或等于α度入射光線C進(jìn)行反射，將其沿反 射路線D射出，線D幾乎與零度線平行；類似的，曲面壁的中間部分對LED 10發(fā)出的介于 60 α度之間的光進(jìn)行反射，將其對應(yīng)反射為沿介于α 0度之間的方向射出。這樣， α 60度范圍之間的入射光線經(jīng)聚光杯11反射后，在0 α度范圍內(nèi)反射出去，從而將 0度 60度的光線控制為0度到α度范圍內(nèi)的光線，達(dá)到收攏發(fā)散光線的目的。由此，聚 光杯11實(shí)現(xiàn)了第一次反射聚光。從聚光杯11發(fā)出的所有的光都會照到反射罩2的整個(gè)反射曲面上，以進(jìn)行準(zhǔn)確控 光。其中反射罩2的作用在于實(shí)現(xiàn)第二次反射聚光。如圖4所示，最上方的LED發(fā)出的光 線，經(jīng)過聚光杯11的聚光作用，照射到反射罩2的曲面21上。假設(shè)每個(gè)LED的光通量為A， η個(gè)LED的光線經(jīng)反射罩2上的對應(yīng)區(qū)域反射，到達(dá)A點(diǎn)(與LED的距離為H)，光照強(qiáng)度為 k. nA/H2 (k為比例系數(shù))。3η個(gè)LED的光線經(jīng)反射罩上的對應(yīng)區(qū)域反射，到達(dá)B點(diǎn)(與LED 的距離為1. 5H)，光照強(qiáng)度為k. (3nA)/[H2+(l. 5H)2] ^ k. nA/H2，可見A、B兩處的光強(qiáng)相等， 同樣地，在A點(diǎn)到B點(diǎn)之間按照上述原則分配LED的數(shù)量，即可保證AB方向(馬路長方向) 上的光強(qiáng)處處相等；同理，也可保證馬路寬方向上的光強(qiáng)處處相等，從而達(dá)到在一定區(qū)域內(nèi) 的均勻照射的效果。[0041]聚光杯11的內(nèi)壁是非常光滑的，反射率很高，所以光的衰減很小。另外，由于沒有 光的直接照射和亮度的突變，加上反射罩2的控光角度設(shè)計(jì)，本LED燈具消除了不合理眩 光，滿足了光照環(huán)境的使用效果，在室內(nèi)、外照明中具有廣泛的應(yīng)用前景。以上對本實(shí)用新型所提供的LED燈具及使用該LED燈具的路燈進(jìn)行了詳細(xì)的說 明。對本領(lǐng)域的技術(shù)人員而言，在不背離本實(shí)用新型實(shí)質(zhì)精神的前提下對它所做的任何顯 而易見的改動(dòng)，都將構(gòu)成對本實(shí)用新型專利權(quán)的侵犯，將承擔(dān)相應(yīng)的法律責(zé)任。
權(quán)利要求一種LED燈具，包括用于安裝LED的基板、反射罩、散熱器、安裝架、電源和上蓋，所述基板和所述反射罩安裝在散熱器上，其特征在于所述基板具有安裝在LED的發(fā)光面周圍的聚光杯，所述聚光杯具有通過第一次反射聚光、將所述LED發(fā)射的光線聚攏到一定角度范圍內(nèi)的曲面壁；所述反射罩具有對經(jīng)過所述曲面壁反射聚光的光線進(jìn)行第二次反射聚光的曲面。
2.如權(quán)利要求1所述的LED燈具，其特征在于 所述散熱器具有多個(gè)沿水平方向排列的散熱齒片，所述散熱齒片沿與地面垂直的方向 延伸。
3.如權(quán)利要求1所述的LED燈具，其特征在于所述曲面壁具有將來自所述LED的光線聚攏到O度到α度范圍內(nèi)的形狀，其中α為 小于60度的任意角。
4.如權(quán)利要求3所述的LED燈具，其特征在于所述曲面壁的下端對所述LED發(fā)出的入射光線進(jìn)行反射，將其反射為與零度線的夾角 為α度的光線；所述曲面壁的上端對所述LED發(fā)出的大于或等于α度的入射光線進(jìn)行反 射，將其反射為與零度線平行的光線。
5.如權(quán)利要求1所述的LED燈具，其特征在于所述反射罩的曲面具有將沿豎直方向的多個(gè)LED的光線反射到第一預(yù)定范圍的豎直 曲率，所述第一預(yù)定范圍內(nèi)各處分配到的LED數(shù)量與沿豎直方向的LED數(shù)量之比例與該處 與LED距離的平方成正比。
6.如權(quán)利要求1所述的LED燈具，其特征在于所述反射罩的曲面具有將沿水平方向的多個(gè)LED的光線反射到第二預(yù)定范圍的水平 曲率，所述第二預(yù)定范圍內(nèi)各處分配到的LED數(shù)量與沿水平方向的LED數(shù)量之比例與該處 與LED距離的平方成正比。
7.如權(quán)利要求1所述的LED燈具，其特征在于所述基板、所述反射罩和所述散熱器分別有兩個(gè)，對稱地安裝在所述LED燈具的兩側(cè)， 其中所述散熱器安裝在外側(cè)，所述基板安裝在中間，所述反射罩安裝在內(nèi)側(cè)。
8.一種路燈，其特征在于所述路燈使用如權(quán)利要求1所述的LED燈具。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種LED燈具及使用該LED燈具的路燈。該LED燈具包括用于安裝LED的基板、反射罩、散熱器、安裝架、電源和上蓋。其中基板和反射罩安裝在散熱器上，基板具有安裝在LED的發(fā)光面周圍的聚光杯，聚光杯具有將LED發(fā)射的光線聚攏到一定角度范圍內(nèi)的曲面壁；反射罩具有對經(jīng)過聚光杯曲面壁反射聚光的光線進(jìn)行第二次反射的曲面。該LED燈具可以通過兩次光反射，實(shí)現(xiàn)整個(gè)照明范圍內(nèi)的均勻照明，因此具有優(yōu)異的光照方向性、亮度均勻、能夠有效的消除眩光并且散熱性能優(yōu)異。
文檔編號F21W131/103GK201589100SQ20092029274
公開日2010年9月22日 申請日期2009年12月7日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月7日
發(fā)明者王鎮(zhèn) 申請人:王鎮(zhèn)