專利名稱：共頂異軸多錐切面深口led反光罩的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
共頂異軸多錐切面深口 LED反光罩
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種LED反光罩，具體涉及一種共頂異軸多錐切面深杯口 LED反光罩。在將LED光源器件應(yīng)用于道路照明燈具設(shè)計時，重要環(huán)節(jié)之一是配光技術(shù)。配光之要求源自實際需要，目的是要在同等光源條件下盡量獲得道路照明最佳效果，包括合理用光、照度合理分配、照射區(qū)域合理覆蓋，并要求在效照射區(qū)域內(nèi)盡可能照度均勻，以及盡可能減少眩光、減少對周圍環(huán)境的光污染等，所有這些都要求路燈設(shè)計必須基于配光合理的技術(shù)方案。照明配光技術(shù)方案涉及光學(xué)知識，而LED光源配光技術(shù)還涉及與LED器件相關(guān)的一些特殊要求。只有將光學(xué)知識的一般性規(guī)律與LED光源器件的特殊性規(guī)律相結(jié)合，深入分析研究并扎實探索實踐，才有可能最終得到符合LED光源在路燈、隧道燈、廣場燈等應(yīng)用領(lǐng)域的系統(tǒng)技術(shù)方案。本‘共頂異軸多錐切面深口 LED反光罩’方案正是長期研究探索的成果之一。
背景技術(shù)：
LED照明是新興綠色照明高科技產(chǎn)業(yè)，LED光源產(chǎn)品具有綠色環(huán)保、高效節(jié)能特點，已得到國內(nèi)外廣泛重視。近年來，國內(nèi)外不斷推出各型各類LED路燈產(chǎn)品，其品種之繁、 造型之多，甚至于數(shù)量之巨大，都是前所未見的，不少產(chǎn)品已獲得相對成功的實際應(yīng)用。目前，LED路燈系列產(chǎn)品已經(jīng)逐漸引起各界重視，國內(nèi)外市場已經(jīng)開始逐漸升溫。不同于傳統(tǒng)路燈光源高壓鈉燈、高壓汞燈、HID高強(qiáng)度氣體放電燈、金鹵燈等， LED光源器件應(yīng)用于路燈領(lǐng)域，其配光技術(shù)總體方案相對既簡單又更復(fù)雜。說其簡單，重要原因之一是LED光源器件尺寸與其燈具尺寸相比較，幾乎可以忽略不計。也就是說，在進(jìn)行光路分析時，分立式LED光源可以被理想化為點光源，其配光措施無論是采用透鏡式還是反光罩式或兼而有之，比起相對尺寸大得多的傳統(tǒng)光源來說，顯然要簡易得多傳統(tǒng)光源器件在路燈燈具的尺寸比例上無法理想化成點光源，其配光難度可以想見。說其更加復(fù)雜，在于除了光學(xué)因素之外，必須考慮其它不得不考慮的因素，主要包括1LED光源器件的數(shù)量及其相互之間空間位置關(guān)系上，對燈具總體合成配光效果的影響；2LED光源器件對周邊工作環(huán)境的特殊要求例如通風(fēng)散熱設(shè)計，要確保散熱通道暢通；3實施配光方案對系統(tǒng)總體影響的評估，以及其它一些特定的技術(shù)問題等。如果僅靠單純的光學(xué)配光設(shè)計，就算在光路設(shè)計層面獲得滿分，而沒有將其它必須同時解決的問題處理好，或至少處理得比較好，則可以斷言基于缺失方案的LED路燈系統(tǒng)將無法通過嚴(yán)酷的長時間考驗，最終只能是無功而返，絕不可能成為真正實用的主流技術(shù)方案。LED光源配光分為排列法和矯正法，這里只討論用器件改變LED光路的矯正法配光。根據(jù)矯正法配光方案所采用的器件來分類，主要有透鏡配光和反光罩配光兩種。[0011]透鏡配光應(yīng)用甚廣，有些車燈就使用透鏡配光。水運(yùn)航道航標(biāo)燈都配置特殊的菲涅爾透鏡。大量使用的探照燈、舞臺照明燈具等都使用透鏡配光。通過光學(xué)透鏡實現(xiàn)所需配光效果，是專業(yè)技術(shù)人員首先會想到的技術(shù)方案。目前在諸多LED路燈中，相當(dāng)數(shù)量產(chǎn)品采用透鏡配光，其中有些廠家生產(chǎn)的LED路燈，在實際使用初期的道路照明效果相當(dāng)令人滿意光斑均勻度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過傳統(tǒng)路燈，基本消除了斑馬紋現(xiàn)象，眩光抑制也很有效。反光罩在LED路燈中應(yīng)用比例也不小，從粗略調(diào)查看，多數(shù)配光效果一般，不盡如人意光斑分布不盡合理，燈下偏亮，仍有斑馬紋，‘配’光效果不很理想。綜上分析，結(jié)論似乎不言自明透鏡優(yōu)于反光罩。目前一些專業(yè)人士也認(rèn)為解決 LED路燈配光問題的合理技術(shù)方案，非基于透鏡莫屬。其主要理由是1從目前實際看到的各種LED路燈在道路照明配光路面光斑效果比較透鏡應(yīng)用產(chǎn)品明顯占優(yōu)；2透鏡材料光損失率僅為7%，或者說其透光率高達(dá)93% ；3透鏡的設(shè)計和制造技術(shù)成熟，易于批量生產(chǎn)，透鏡成本有望大幅下降；4透鏡便于獨立安裝，也方便整體安裝。然而，上述所列理由中忽略了非常重要的前提，這就是LED路燈配光方案的光源是LED照明光源而不是其它光源。LED光源不僅具備光源屬性，它還是化合物半導(dǎo)體器件， 還具有化合物半導(dǎo)體器件屬性。醫(yī)生治病時首先應(yīng)該搞清楚對象，否則談何對癥下藥？首先，LED路燈是新生事物，在相當(dāng)長的時間內(nèi)其技術(shù)方案將會不斷推陳出新，在此階段任何一個時間節(jié)點上得到的結(jié)論，都難免局限性，因此都僅能作為參考依據(jù)，而不具有作為定論的權(quán)威性，故而此時聲言哪種技術(shù)方案之孰優(yōu)孰劣為時尚早。其次，就材料論材料。透光率達(dá)93%的透鏡材料已屬極品；而反光材料極品效率高出5個百分點超過98%，而效率超過96%的材料價廉物豐。另一方面常識告訴我們， 材料光學(xué)特性并不能直接代表基于該材料的器件光學(xué)特性，由于LED配光透鏡相對復(fù)雜的非線性造型、透鏡各部位材料厚薄不同，以及難免的制造誤差和表面缺陷等，都會造成折射率、多路徑效應(yīng)等邊界條件發(fā)生很大變化，最終將會導(dǎo)致器件光損加劇、器件綜合透光率比起材料透光率要大打折扣，因此成品配光透鏡的真實透光率是否能超過80%都有待認(rèn)真測定。至于量產(chǎn)、成本與安裝等因素，隨著應(yīng)用規(guī)模擴(kuò)大都將不成問題。但對于LED器件本身物理特性的匹配，則必須格外強(qiáng)調(diào)，忽略了這一點將會鑄成大錯。必須考慮到、更要解決好LED器件的散熱難題，這是完全不同于傳統(tǒng)光源器件應(yīng)用設(shè)計中的特殊問題，是LED應(yīng)用產(chǎn)品設(shè)計方面至關(guān)重要的問題之一。散熱處理不好，LED 光源器件就會被自身發(fā)熱而‘燒死’。眾所周知熱傳播三個途徑1輻射；2對流；3傳導(dǎo)。在LED燈具設(shè)計時首先要考慮光源LED器件的散熱降溫要求。采用矯正式配光方案，施加于LED光源器件的配光器件顯然對LED散熱效果會產(chǎn)生直接影響，尤其是涉及1輻射；2對流途徑。先說給LED光源器件加配透鏡，由于緊靠其表面，則立即阻塞了對流通道，同時也阻滯了輻射通道，這對LED器件除底部PCB傳導(dǎo)通路外的散熱通道是十分明顯的障礙。在 LED器件工作溫度已接近臨界上限的情況下，任何可能導(dǎo)致散熱效果惡化、熱量聚集、LED 結(jié)溫上升的措施都必須慎用甚至禁用，否則將如同飲鴆止渴，成為壓倒駱駝的最后一根稻草！再說給LED光源器件加配反光罩，雖限制了對流通路，但并沒有完全阻塞該通路；而對輻射的影響則很小，幾乎可以忽略。所以反光罩方案在LED散熱要求方面明顯優(yōu)于透鏡ο上面已將兩種技術(shù)方案在針對LED光源配光應(yīng)用上可能帶來的‘弊’進(jìn)行了分析， 除弊興利為當(dāng)務(wù)之急，既然透鏡熱阻之弊難以克服，則應(yīng)該在反光罩配光性能的優(yōu)化設(shè)計方面尋找出路。如果設(shè)計出能夠?qū)崿F(xiàn)理想配光效果的反光罩，則可以達(dá)到一箭雙雕的奇效 一方面與透鏡相比，系統(tǒng)綜合光效可以提高20%以上，僅這一點就彌足珍貴；另一方面，反光罩引入的熱阻因素遠(yuǎn)低于透鏡器件，等效散熱效果大大優(yōu)于透鏡方案，所以只需配置合理，就絕對不會提供壓倒疲憊駱駝的最后一根稻草。

發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種結(jié)構(gòu)設(shè)計合理、制造工藝簡單、重量輕成本低、性能優(yōu)異的LED光源反光罩，用以提供LED路燈、隧道燈、廣場燈配套應(yīng)用，實現(xiàn)對矯正式LED照明光源配光技術(shù)方案的優(yōu)化。為解決上述問題，本發(fā)明采取的技術(shù)方案是一種共頂異軸多錐切面深口 LED反光罩。為充分利用LED光源器件發(fā)出的光，必須提高投射到應(yīng)照射區(qū)域的光通量比例， 也就是要減少對無效區(qū)域的投射，這一點正好也符合減少眩光和減少光污染的要求，其實質(zhì)就是控制好發(fā)光立體角范圍和指向。這就要求反光罩杯口深度必須大于大于LED光源器件的直徑，即所謂的‘深杯口’。至于到底多深？應(yīng)根據(jù)LED器件實際尺寸確定，對于常用的1 3W單顆功率型LED型器件，杯口深度應(yīng)不小于15mm。由于路燈的特殊應(yīng)用功能，要求單頭路燈理想照射光斑為長方形，進(jìn)而最終能夠與相鄰路燈光斑相互連接，構(gòu)成沿道路行進(jìn)方向的均勻帶狀照射區(qū)域。對單頭路燈來說，其理想光斑的長軸線以燈頭下為中心，沿道路行進(jìn)方向兩側(cè)展開，總有效長度略超過兩燈桿間距；其理想短軸線應(yīng)剛好覆蓋整條路寬，并適當(dāng)顧及人行道及道外綠地；照射區(qū)域內(nèi)照度應(yīng)盡量均勻。事實上，嚴(yán)格實現(xiàn)這樣理想化的要求是不可能的，但近似實現(xiàn)還是有可能做得到的。以LED光源點為發(fā)射原點，將光分配到若干不同指向的立體角內(nèi)，使這些立體角與路面切割面盡量符合上述理想路燈的光斑形狀。為此將反光罩設(shè)計成‘共頂異軸多錐面’ 形狀，優(yōu)選錐面為圓錐面，也可以為多棱錐面，例如四棱錐、六棱錐等，其指向為其中心軸所指，其原點或稱頂點為LED光源器件的發(fā)光點。一種共頂異軸多錐切面深口 LED反光罩，其特征是反光面由多個指向不同的錐面和與之相切的平面構(gòu)成。一種共頂異軸多錐切面深口 LED反光罩，其特征是；多個錐面共同的頂點位于各個錐面中心軸上，并且是各個錐面中心軸射線的原點。作為變化，其特征是多個錐面共同的頂點位于各個錐面中心軸上，但不全是錐面中心軸射線的原點。為改善光斑均勻度，園錐面間交疊部分以相連錐面的相切平面修整。這樣修整形成的曲面就是錐面與相切平面合成的‘錐切面’，既優(yōu)化了光斑均勻度，同時還簡化了反光杯口曲面加工的成本。按照這樣的調(diào)整，對于單珠反光杯來說，就變成了 ‘雙錐面’而不是多錐面，工藝實現(xiàn)容易得多。
5[0031]采用1 3W功率型LED器件，構(gòu)成的LED路燈要使用數(shù)量比較多的LED燈珠，這在配光技術(shù)方案上需要綜合考慮，統(tǒng)一規(guī)劃總體協(xié)調(diào)，按線性疊加原理實現(xiàn)最佳總體效果。一般多珠LED路燈的LED燈珠布局，經(jīng)常會采用平面矩陣式排列縱多少列，橫多少排?，F(xiàn)以80珠LED路燈為例，按照4珠一排4顆LED燈珠焊接在一條狀鋁合金PCB基板上，稱為‘光源條’；再將20條這樣的光源條順序并列，形成4X20的LED光源矩陣。為確保配光效果，同時也能有效簡化設(shè)計和工藝，應(yīng)針對4珠光源條進(jìn)行統(tǒng)一配光，制作4珠光源條專用反光罩，稱為4連珠反光罩條。20套4連珠光源條和4連珠反光罩條相配合，可以實現(xiàn)很理想的配光效果實現(xiàn)路面近似長方形的光斑。長短軸比例預(yù)先可以設(shè)定，光斑均勻度很好，在有效光斑內(nèi)，明暗比優(yōu)于4 1，特別是采用‘分水嶺’方案，還可以獲得更明顯的分光效果。分水嶺是指在兩側(cè)切面的垂直中心軸面，再起一反向錐形切面， 可將直射到該面上的燈光，定向分配到兩側(cè)，加強(qiáng)向兩側(cè)配光、減弱燈下亮的效果。

圖1所示為一單LED燈珠所設(shè)計的雙軸圓錐反光罩草圖，圖中符號1指出兩個反光圓錐面，2指出兩個圓錐面的中心軸，3指出兩圓錐面的頂點，也是兩錐面中心軸的交點。 把兩圓錐的中心軸當(dāng)成射線，該點就是兩條射線的共有原點。在有的情況下，需要在配光時將光斑的亮點打散，以獲取更好的均勻度，這是可以將某個錐面的頂點沿自己的中心軸移動一段距離，離開共有頂點，這樣就可以調(diào)整局部的光線，更好地配光。圖2所示為一單珠雙軸錐切面反光罩立體圖，4指出與兩圓錐面相切平面構(gòu)成的反光面。如果需要進(jìn)一步降低光斑中心部位的照度，可以在兩側(cè)切面的中心法平面兩側(cè)，再起一個反向楞錐面，把照到中部的光分到兩側(cè)，就像分水嶺的作用一樣。圖3所示為真實開模制造的‘四珠八軸圓錐切面深口 LED反光罩條’側(cè)視正反面立體圖。從圖中可以看出相鄰的反光罩壁有部分重合交叉，從交叉線向上部分被全部刪除掉，這樣的技術(shù)處理優(yōu)化了配光效果，使得造型更合理更美觀。圖4為‘四珠八軸圓錐切面深口 LED反光罩條’實施開模的整套工程圖，注有標(biāo)明的尺寸，嚴(yán)格按尺寸實施，可以開出高質(zhì)量的模具，鑄出優(yōu)質(zhì)的反光罩條。一種共頂異軸多錐切面深口 LED反光罩，其特征是基于單個LED燈珠反光罩排列組合成多個LED燈珠使用的反光罩條或反光罩模塊。同時，一種共頂異軸多錐切面深口 LED 反光罩，其特征是多個LED燈珠使用的反光罩條或反光罩模塊，構(gòu)成其反光面的多個錐體的中心軸指向具有相同的夾角，以滿足配光要求。此外，一種共頂異軸多錐切面深口 LED反光罩，其特征是多個LED燈珠使用的反光罩條或反光罩模塊，構(gòu)成其反光面的多個錐體的中心軸指向具有不同的夾角，以滿足配光要求。最后，一種共頂異軸多錐切面深口 LED反光罩，其特征是多個LED燈珠使用的反光罩條或反光罩模塊，相鄰單元間距靠近時，交叉重疊部分刪除，刪除后的邊界須進(jìn)行圓邊處理。
具體實施方式實施例一、單珠共頂40度軸夾角雙圓錐切面22mm深杯口 LED反光罩本實施例如圖2所示，提供單顆1 3WLED燈珠配光，在有效光斑區(qū)域與蝙蝠翼透鏡相同情況下，實測照度平均高出透鏡30%，效果非常好。[0041]實施例二、4珠合成共頂40度軸夾角雙圓錐切面22mm深杯口 LED反光罩條本實施例全套工程圖紙如圖4所示，反光罩條側(cè)視立體圖如圖3所示，鏡面拋光， 反光表面折射率約98%，實測表明總功耗100W的LED路燈，在配光實現(xiàn)蝙蝠翼配光曲線時，與采用透鏡配光的160W其它LED路燈相當(dāng)，節(jié)能效果非常明顯。實施例三、120W 80珠LED路燈本實施例的路燈燈殼采用‘雙翼展翅’型鋁合金燈殼，安裝20套由4連珠光源鋁基板PCB條配接四珠八軸圓錐切面深口 LED反光罩條組成的光源單元，再配以其它部件構(gòu)成總體系統(tǒng)?？偣?20W，路面實測超過采用透鏡方案150W的LED路燈。
權(quán)利要求1.一種共頂異軸多錐切面深口 LED反光罩，其特征是反光面由多個指向不同的錐面和與之相切的平面構(gòu)成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種共頂異軸多錐切面深口LED反光罩，其特征是反光錐面為圓錐面。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種共頂異軸多錐切面深口LED反光罩，其特征是反光錐面為多棱錐面。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種共頂異軸多錐切面深口LED反光罩，其特征是單個LED 燈珠用反光罩的錐面數(shù)量不超過5個。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種共頂異軸多錐切面深口LED反光罩，其特征是多個錐面共同的頂點位于各個錐面中心軸上，并且是各個錐面中心軸射線的原點。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種共頂異軸多錐切面深口LED反光罩，其特征是多個錐面共同的頂點位于各個錐面中心軸上，但不全是錐面中心軸射線的原點。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種共頂異軸多錐切面深口LED反光罩，其特征是基于單個LED燈珠反光罩排列組合成多個LED燈珠使用的反光罩條或反光罩模塊。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種共頂異軸多錐切面深口LED反光罩，其特征是多個LED 燈珠使用的反光罩條或反光罩模塊，構(gòu)成其反光面的多個錐體的中心軸指向具有相同的夾角，以滿足配光要求。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種共頂異軸多錐切面深口LED反光罩，其特征是多個LED 燈珠使用的反光罩條或反光罩模塊，構(gòu)成其反光面的多個錐體的中心軸指向具有不同的夾角，以滿足配光要求。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種共頂異軸多錐切面深口LED反光罩，其特征是多個 LED燈珠使用的反光罩條或反光罩模塊，相鄰單元間距靠近時，交叉重疊部分刪除，刪除后的邊界須進(jìn)行圓邊處理。
專利摘要本實用新型公開了一種共頂異軸多錐切面深口LED反光罩。影響LED路燈照明效果的主要技術(shù)方案之一是配光。常見1～3W分立式功率型LED器件配光方案為透鏡矯正法配光透鏡緊貼LED器件出光一側(cè)，改變光路實現(xiàn)配光。此方案光衰大，阻塞LED熱輻射和對流通道，不利于LED散熱。本實用新型采用共頂異軸多圓錐面與同側(cè)相切平面構(gòu)成深杯口鏡面反光罩，為分立式功率型LED光源器件進(jìn)行優(yōu)化配光，不僅能實現(xiàn)蝙蝠翼型配光曲線，還不會造成LED光源器件散熱通道的阻塞。本實用新型的優(yōu)越之處在于光效高、配光曲線好、不影響散熱、安裝方便、成本較低、易于推廣。
文檔編號F21Y101/02GK202082812SQ201020165870
公開日2011年12月21日 申請日期2010年4月16日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月16日
發(fā)明者呂大明 申請人:呂大明