用于照亮特定表面的led燈的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種LED燈并且涉及此類燈用于照亮內(nèi)表面和外表面的、特別是工業(yè)設(shè)施和工業(yè)表面的具有改善照明效率的至少一種相關(guān)系統(tǒng)。這些配置為一種三芯片式LED的照射源LED并且這些相鄰的芯片被安排成相對彼此旋轉(zhuǎn)，其方式為由此使得三芯片式LED的不對稱輻射得以平衡。包括一種雙錐形表面的多個(gè)單獨(dú)的非球面透鏡或單獨(dú)的透鏡優(yōu)選地被用作光學(xué)元件。
【專利說明】用于照亮特定表面的LED燈
[0001]本發(fā)明涉及一種LED燈并且涉及此類燈用于照亮內(nèi)部區(qū)域和外部區(qū)域的、特別是工業(yè)設(shè)施和工業(yè)區(qū)域的具有改善照明效率的至少一種相關(guān)系統(tǒng)。
[0002]對于不斷增強(qiáng)光輸出而節(jié)約能量的愿望總體上構(gòu)成了一種旨在將LED發(fā)展成光源的需求。特別高亮度的LED還允許戶外使用或者用來對高的廳堂、倉庫、體育館等進(jìn)行工業(yè)照明。
[0003]致密封裝的LED燈領(lǐng)域的不斷的進(jìn)一步的發(fā)展為這些應(yīng)用提供了適當(dāng)?shù)臈l件。
[0004]從DE102010004221A1中已知的是多個(gè)燈裝配有安排在一個(gè)平面中的多個(gè)點(diǎn)狀的光源、特別是LED。還已知的是將這些光源安排在一個(gè)或多個(gè)電路板上并且將一個(gè)光擴(kuò)散板以一個(gè)恒定間距安排在這些光源上方使得該光擴(kuò)散板起到一個(gè)光密度積分器的作用。
[0005]從W02011/032975A1中已知的是一種LED燈元件，該LED燈元件是以一種單一光分布來定向的并且其中一個(gè)長形的燈元件包含多個(gè)LED，這些LED是沿一個(gè)縱向方向安排的，其中優(yōu)選地每個(gè)光源上方安排一個(gè)透鏡，這樣使得這些透鏡起擴(kuò)散輻射器的作用。
[0006]除了盡可能低的產(chǎn)生熱量并且因此就能量而言的節(jié)約外，還確保了高的光輸出、長的使用壽命以及足夠用于特定應(yīng)用領(lǐng)域的均勻輻射角的燈被特定地用作安裝在高度為4m至5m的廳堂中的或者在相應(yīng)的戶外區(qū)域的燈。已知的解決方案不能夠完全符合這些要求，特別是在照明高的廳堂或體育館時(shí)。
[0007]本發(fā)明的目的是要開發(fā)一種改進(jìn)的LED燈或者一種產(chǎn)生改進(jìn)照明效率效果的并且可同時(shí)實(shí)現(xiàn)低安裝復(fù)雜性的燈系統(tǒng)。
[0008]本發(fā)明的這一目的是通過一種燈或一種燈系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)的，該燈或燈系統(tǒng)的特征在于這些照射源是多個(gè)LED，這些LED被構(gòu)造為多個(gè)三芯片式LED，并且這些相鄰的芯片被安排成使得它們相對彼此旋轉(zhuǎn)，其方式為使得這些相鄰芯片平衡一個(gè)三芯片式LED的不對稱輻射。如從圖2.1中可看到的，這些3-LED芯片優(yōu)選地在各自情況下相對彼此以大約90°安排?？梢栽趫D2.2中的發(fā)光密度圖像中看到這些3-LED芯片。
[0009]這些3-LED芯片沒有必要被對稱地安排在該LED上。由于在總體系統(tǒng)中這些距離旨在是非常短并緊湊的，就有待使用的額外的光學(xué)系統(tǒng)而言這應(yīng)當(dāng)被考慮在內(nèi)。
[0010]此外，由至少一個(gè)透鏡板構(gòu)成的多個(gè)光學(xué)元件(額外的光學(xué)系統(tǒng))在輻射方向上被定位在這些LED芯片的上游(LED頂側(cè))。在本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施例中，這個(gè)單獨(dú)的透鏡是居中定位在該LED上方的一個(gè)非球面。這些透鏡結(jié)構(gòu)被定位在遠(yuǎn)離該LED頂側(cè)的那側(cè)上。這種安排的一個(gè)示例性實(shí)施例可以在圖1中看到。在空間上要考慮這些三芯片式LED的非對稱安排并且相應(yīng)地適應(yīng)這種安排。
[0011]圖3.1示出了這些LED的一種安排的細(xì)節(jié)，通過該圖可以看到這些三芯片式LED，這些三芯片式LED被安排成使得它們是相對彼此旋轉(zhuǎn)的。
[0012]圖3.2以該電路板的俯視圖(從左上角開始)示出了這些三芯片式LED的取向。可以看到每行LED從左到右(在X方向上)具有相同的準(zhǔn)線但在y方向上帶有一種偏移。
[0013]起初，在該LED處是以斜切邊緣取向。這僅僅是關(guān)于這些LED準(zhǔn)線相對彼此的一種示例性的標(biāo)記幫助。該基礎(chǔ)準(zhǔn)線在此是0° (斜切邊緣在右下角)。[0014]此后，下一行的LED在該電路板的整個(gè)X方向(水平線)上開始逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)90°
(參見斜切邊緣)。
[0015]此后，下一行相對于初始狀態(tài)旋轉(zhuǎn)180°。下一行再相應(yīng)地旋轉(zhuǎn)270°。隨后的LED行再次以0°開始并且根據(jù)相同的規(guī)律類推。這樣行的重復(fù)可能按照希望進(jìn)行的并且取決于對應(yīng)的透鏡板的或燈系統(tǒng)的大小。還可以改變這種行的重復(fù)并且使其適配成取決于這些透鏡或透鏡板的間距或厚度的參數(shù)。
[0016]如已經(jīng)示出的，該LED旋轉(zhuǎn)的原因是該LED中的不對稱三芯片式安排。如果這些LED不如此旋轉(zhuǎn)，則整個(gè)燈將非常不平衡。這意味著在地面上實(shí)際產(chǎn)生的光點(diǎn)不再是在一個(gè)垂直位置上而是漂離中心。確切地講，本發(fā)明的目的還是要避免這種情況并且提高照明效率。
[0017]圖4通過舉例的方式再次示出了帶有60°輻射角的透鏡陣列以及定位在該透鏡陣列下方的電路板的側(cè)視圖的一個(gè)細(xì)節(jié)。這些三芯片式LED的旋轉(zhuǎn)是由不同的構(gòu)形展示的。
[0018]圖5示出了一個(gè)示例性的單獨(dú)的透鏡。該圖示出了這個(gè)單獨(dú)的透鏡相對于該透鏡陣列的旋轉(zhuǎn)對稱的輪廓。
[0019]該透鏡板與LED頂側(cè)(光輻射表面)的間距在這個(gè)示例性實(shí)施例中是0.5mm。在這種情況下該透鏡板的厚度是3.5mm。頂點(diǎn)半徑r=3.4mm,圓錐常數(shù)c=_2.3，并且非曲面系數(shù)a"4a4=0.001。
[0020]該透鏡被居中地定位在該LED上方。在一個(gè)示例性實(shí)施例中這些透鏡的最小厚度是 2.0mm。處理了 392 個(gè) LED。
[0021]圖6.1呈現(xiàn)了該示例性透鏡陣列的一個(gè)細(xì)節(jié)。圖6.2從不同的視圖(斜的側(cè)視圖和俯視圖)再次展示了一個(gè)透鏡板的一個(gè)實(shí)例。
[0022]該側(cè)視圖清楚地示出了該透鏡板的模塊化特性。由于這種情況，有可能以在一種有利的方式根據(jù)有待照亮的區(qū)域的要求來適配該透鏡板并且以一種模塊化的方式設(shè)計(jì)該透鏡板。
[0023]這種光學(xué)系統(tǒng)(在此是示例性的)由具有六邊形安排的多個(gè)透鏡構(gòu)成。該透鏡板是由一種適合于該透鏡板的塑料(聚碳酸酯；PMMA等)制成的。
[0024]在這些透鏡板的一個(gè)具體的實(shí)施例中，至少一個(gè)切口被提供用于節(jié)約空間的供給或引導(dǎo)來自和到達(dá)電路板的連接件和纜線(參見圖6.2中的該透鏡板的左手側(cè))。
[0025]本解決方案與已知的現(xiàn)有技術(shù)的解決方案相比以較少的LED和較低的眩光提供了均勻的光分布。
[0026]圖7示出了這樣一種60°的燈的取自一次模擬結(jié)果的輻射特性。
[0027]從該圖中輻射的均勻性變得清晰。
[0028]這些查明的示例性參數(shù)為以下值:
[0029]中心發(fā)光強(qiáng)度I=8650cd
[0030]半角:f=29.5。
[0031]分布中的發(fā)光通量Fdist=80951m
[0032]效率η =85.1%
[0033]眩光:在50°處，強(qiáng)度已經(jīng)下降到該中心發(fā)光強(qiáng)度的2%。[0034]在>50°的區(qū)域中的發(fā)光通量Fglare=611m。
[0035]圖8.1示出了穿過以一個(gè)60°光學(xué)系統(tǒng)的角分布的輻射分布的一個(gè)截面。
[0036]圖8.2示出了該輻射分布的等坎德拉曲線圖。
[0037]對于光的分布以及眩光的要求就根據(jù)本發(fā)明可以使用該三芯片式LED和這個(gè)額外的光學(xué)系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)。使用437個(gè)每個(gè)均以14.41m運(yùn)行的LED產(chǎn)生了在半角58°處的5600cd中心發(fā)光強(qiáng)度(在55°處測量為5100cd)。
[0038]在50°以外的角區(qū)域中，發(fā)光通量仍然是251m。該發(fā)光通量對應(yīng)于在分布中總發(fā)光通量的0.5%。在該測量中，發(fā)光通量是總的53001m中的6001m (11.3%)。
[0039]在另一個(gè)優(yōu)選的實(shí)例中，本發(fā)明的目的是通過該三芯片式LED和這個(gè)額外的光學(xué)系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)的。使用396個(gè)每個(gè)均以241m運(yùn)行的LED產(chǎn)生了在半角59°處的8600cd中心發(fā)光強(qiáng)度(在55°處測量為5100cd)。在50°以外的角區(qū)域中，發(fā)光通量仍然是601m。該發(fā)光通量對應(yīng)于在分布中總發(fā)光通量的0.7%。在該測量中，發(fā)光通量是總的53001m中的6001m (11.3%)。眩光還被顯著地減少。
[0040]如果該光學(xué)系統(tǒng)相對于這些LED被移位，則該分布變得不對稱。然而，在地面上的實(shí)際的照明強(qiáng)度分布中，這不是清楚可見的。
[0041]在這些LED與該透鏡的偏差為0.5mm的情況下，該分布在安裝高度為IOm處最大移位約lm。
[0042]如果這些LED在不同的方向上移位，則其對結(jié)果的影響是小的，這是因?yàn)橛捎谶@些大量的LED，這些個(gè)體誤差彼此之間最終得到平均。
[0043]這些發(fā)明性的燈還可以被用作燈系統(tǒng)。這些燈的特定效果是模塊化構(gòu)造適合于在具有不同高度和地面類型的空間中確保最佳照明。在本發(fā)明的一個(gè)具體的實(shí)施例中還可能將多個(gè)RGB LED芯片集成在該系統(tǒng)中。這樣還允許應(yīng)用的領(lǐng)域是例如安全照明(如用于標(biāo)示逃生路徑)或者貿(mào)易活動設(shè)備或特定工廠中的效果照明。為此，這個(gè)額外的光學(xué)系統(tǒng)可以根據(jù)這些使用的LED而特定地設(shè)計(jì)。
[0044]另一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施例涉及一種改進(jìn)的LED燈以用于產(chǎn)生一種橢圓形的或卵形的照明區(qū)域。在此使用的這些額外的光學(xué)系統(tǒng)是由多個(gè)雙錐形表面構(gòu)成的多個(gè)單獨(dú)的透鏡。
[0045]本發(fā)明的以上描述的構(gòu)形的有利效果因此還可以轉(zhuǎn)移到橢圓形表面，舉例如用于對高架倉庫中的特定通道或者廳堂中的特定播放場地進(jìn)行照明。在這個(gè)方面一種30° /60°燈作為一個(gè)示例性實(shí)施例被更詳細(xì)地說明。
[0046]這個(gè)單獨(dú)的透鏡由一個(gè)雙錐形表面構(gòu)成，該雙錐形表面被配置成在其高度上的截面是捕圓形的。
[0047]出于適應(yīng)性目的，還可能使用這些透鏡的表面構(gòu)形創(chuàng)造任何其他特定形狀，還可以是這些特定形狀的組合。在此提及的這些實(shí)例不構(gòu)成所述應(yīng)用的窮舉范圍。
[0048]圖9.1以側(cè)視圖示出了一個(gè)單獨(dú)的雙凹透鏡，并且圖9.2展示了帶有輻射角為30° /60°的透鏡陣列的頂側(cè)細(xì)節(jié)。
[0049]該透鏡板與LED頂側(cè)(光輻射表面)的間距是0.5mm。
[0050]在一個(gè)示例性實(shí)施例中，該透鏡板的厚度是5.5mm。該板的主要厚度是2.0mm。透鏡的偏差相應(yīng)地是3.5_。在該透鏡板面向該LED的那側(cè)上沒有光學(xué)系統(tǒng)。
[0051]這些單獨(dú)的透鏡在該燈或透鏡陣列的整個(gè)長側(cè)上相對于水平線(X方向)被縱向地(在X方向上的窄側(cè)、或者30° )安排在這些LED上方。
[0052]這樣在該燈的短側(cè)(y方向，豎直的)上給出了小的、30°的輻射角，而在該長側(cè)(在水平線上的縱向側(cè))上產(chǎn)生了 60°的輻射角。
[0053]長形的(卵形的；橢圓形的)光點(diǎn)確保了只有真正有用的發(fā)光通量到達(dá)目標(biāo)平面(長窄形的倉庫通道)中并且因此被照明。
[0054]圖10.1在各自情況下示出了帶有多個(gè)單獨(dú)的雙凹透鏡的一個(gè)示例性透鏡陣列的細(xì)節(jié)。這個(gè)圖示出了這個(gè)單獨(dú)的透鏡相對于該透鏡陣列的橢圓形輪廓。所述橢圓形輪廓在有待照明的表面上產(chǎn)生了一種橢圓形光點(diǎn)。
[0055]輻射角(半高峰寬)在窄側(cè)(X方向)上是30° (參見該圖)并且在長側(cè)(y方向)上是 60°。
[0056]圖10.2類似于圖1再次示出了一種使用了帶有多個(gè)單獨(dú)的雙凹透鏡的透鏡陣列的安排。
[0057]圖11示出了取自一次模擬結(jié)果的產(chǎn)生這樣一種卵形光表面的輻射特性。
[0058]以下值作為示例性參數(shù)而被查明:
[0059]中心發(fā)光強(qiáng)度I=15200cd
[0060]半角I 4=15.2。
[0061]半角2:f2=31.5°
[0062]分布中的發(fā)光通量Fdist=78401m
[0063]效率η =83.3%
[0064]圖11同時(shí)示出了穿過30°的輻射分布的水平截面以及穿過60°的發(fā)射分布的豎
直截面。
[0065]圖12示出了該30° /60°燈的角分布的輻射分布的等坎德拉曲線圖。
[0066]這個(gè)(這些)單獨(dú)的透鏡可以被定位在一個(gè)透鏡板上或者整體形成一個(gè)透鏡陣列，這樣進(jìn)而可以表示模塊化構(gòu)造的多個(gè)透鏡板。
【權(quán)利要求】
1.具有多個(gè)特別是LED的照射源的一種燈和燈系統(tǒng)，該燈和燈系統(tǒng)在該LED頂側(cè)上裝配有一個(gè)額外的光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于，這些LED是被構(gòu)造為多個(gè)三芯片式LED，并且這些相鄰的芯片是被安排成使得它們相對彼此旋轉(zhuǎn)，其方式為使得這些相鄰芯片平衡一個(gè)三芯片式LED的不對稱輻射。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燈和燈系統(tǒng)，其特征在于，這些相鄰的三芯片式LED在各自情況下被安排成使得它們相對彼此旋轉(zhuǎn)大約90°。
3.根據(jù)權(quán)利要求1和2所述的燈或燈系統(tǒng)，其特征在于，這個(gè)額外的光學(xué)系統(tǒng)是一個(gè)(多個(gè))單獨(dú)的非球面透鏡。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的燈和燈系統(tǒng)，其特征在于，這個(gè)額外的光學(xué)系統(tǒng)是被居中地安排在該LED上方。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燈和燈系統(tǒng)，其特征在于，這個(gè)額外的光學(xué)系統(tǒng)是包括一種雙錐形表面的一個(gè)(多個(gè))單獨(dú)的透鏡。
6.根據(jù)以上權(quán)利要求中至少一項(xiàng)所述的燈和燈系統(tǒng)，其特征在于，這個(gè)單獨(dú)的透鏡是被配置成在其高度上是橢圓形的。
7.根據(jù)以上權(quán)利要求中至少一項(xiàng)所述的燈和燈系統(tǒng)，其特征在于，這個(gè)(這些)單獨(dú)的透鏡是被定位在一個(gè)透鏡板上或者形成一個(gè)透鏡陣列。
8.根據(jù)以上權(quán)利要求中至少一項(xiàng)所述的燈和燈系統(tǒng)，其特征在于，這些LED是RGBLED-H-* I I心/T O
9.根據(jù)以上權(quán)利要求中至少一項(xiàng)所述的燈和燈系統(tǒng)，其特征在于，這些透鏡板具有至少一個(gè)切口供給或者引導(dǎo)來自和到達(dá)電路板的連接件和纜線。
10.根據(jù)以上權(quán)利要求中至少一項(xiàng)所述的燈和燈系統(tǒng)，其特征在于，該燈和燈系統(tǒng)是以模塊化構(gòu)造配置的。
【文檔編號】F21V5/00GK103620297SQ201280022259
【公開日】2014年3月5日 申請日期:2012年5月10日 優(yōu)先權(quán)日:2011年5月10日
【發(fā)明者】沃克·古內(nèi), 邁克·施維德, 米切爾·巴赫塞茨 申請人:業(yè)納聚合物系統(tǒng)有限公司