Led同轴组合光引擎及其照明灯具的制作方法
【专利摘要】本申请提供了一种LED同轴组合光引擎及其照明灯具。本申请的LED同轴组合光引擎，包括：从大到小一环套一环设置的至少两个同心圆环LED光引擎，其中每个同心圆环LED光引擎包括；(i)三角形定向棱镜圆环形导光板，该导光板包括光滑平面和棱镜面，在棱镜面上设有多个同心的环状微柱棱镜体，从圆环形导光板的内圆周向外圆周，各环状微柱棱镜体的截面三角形顶点距光滑表面的距离逐渐递增，并且在圆环形导光板的外圆周附近设置有环形槽，以及(ii)LED环状光源，该LED环状光源安置在圆环形导光板的环形槽中，并且包括PCB和等间距地贴装在PCB上的LED芯片。
【专利说明】LED同轴组合光引擎及其照明灯具
【技术领域】
[0001]本申请涉及一种LED光引擎，尤其涉及一种LED同轴组合光引擎以及使用该LED同轴组合光引擎的照明灯具。
【背景技术】
[0002]相较于传统光源，LED照明具有体积小、节能、寿命长、高亮度、环保等特点。在照明领域，LED发光产品的应用正吸引着世人的目光，LED作为一种新型的绿色光源产品，必然是未来发展的趋势，二十一世纪将进入以LED为代表的新型照明光源时代。
[0003]在本申请的 申请人:于2008年8月26日提交的申请号为PCT/CN2008/001534的PCT国际申请中，揭示了一种等截面三角形定向棱镜圆形反光板及由其制成的圆板灯。该圆板灯包括:等截面三角形微棱镜圆形导光板；围绕导光板的散热框，该散热框与导光板之间形成间隙而构成环形灯槽；以及嵌装于环形灯槽内的环形灯组件，该环形灯组件由多个发光二极管(LED)贴片、电阻和线路板构成。该申请的全部内容，通过引用结合于此。
[0004]在本申请的 申请人:于2008年8月26日提交的申请号为PCT//CN2008/001535的PCT国际申请中，揭示了一种片灯及包含它的片灯具。该片灯包括:等截面三角形微棱镜方形导光板；围绕导光板的散热框，该散热框与导光板之间形成间隙而构成长条形灯槽；以及嵌装于长条形灯槽内的长条形灯组件，该长条形灯组件由多个发光二极管(LED)贴片、电阻和线路板构成。该申请的全部内容，通过引用结合于此。
[0005]在上述两项申请的基础上， 申请人:于2010年4月30日提交了申请号为PCT/CN2010/072352的PCT国际申请，其中将等截面三角形微棱镜圆形或方形导光板改进为变截面三角形微棱镜圆形或方形导光板，以使所制成的灯具具有更佳的发光均匀度。该申请的全文内容，通过引用结合于此。
[0006]在实施了以上专利申请以后， 申请人:发现由于应用的是小功率的LED贴片，因此LED光引擎所输出的光辐射流明的总量有局限。同时在设计一个LED灯具产品时，还受到一些几何物理量选择上的制约，还必须面对各国的标准与各国法规的限制。因此， 申请人:在权衡EN/ICE62471光生物安全性并综合分析各种矛盾以后，产生了一个用小功率的LED贴片来实现大功率光学照明的设计思路。
[0007]另外， 申请人:还发现LED光引擎平面透射出肉眼可见的细小蓝光。由于LED封装工艺上的原因和LED贴片本身形体的局限和荧光分子结构和颗粒体形原因或LED本身光质子密度高或其它未知原因，LED中原始激发的蓝光光子和荧光晶体“对撞”不充分彻底，使得原本所期望的白光中还杂带未“转化”的蓝光(这里我们且说这些对人体无益的蓝光)。面对上述问题， 申请人:认为必须在灯具的机构上作出响应，不仅要处理好LED的蓝光、LED的色温、还须处理好LED的显色性，为此 申请人:设想在LED芯片所途径的光路上来设置有效机构来完善LED芯片的光发射。
【发明内容】
[0008]本发明的目的在于提供一种LED同轴组合光引擎以及使用该LED同轴组合光引擎的照明灯具，从而用小功率的LED贴片来实现大功率的光学照明。
[0009]本发明另一目的在于提供一种设置有迷宫式荧光层分布的LED光引擎，从而消除LED光引擎平面透射出的未充分转化的蓝光。
[0010]根据本发明一方面提供了一种LED同轴组合光引擎，它包括:从大到小一环套一环设置的至少两个同心圆环LED光引擎，其中每个同心圆环LED光引擎包括；⑴三角形定向棱镜圆环形导光板，所述导光板包括光滑平面和棱镜面，在所述棱镜面上设有多个同心的环状微柱棱镜体，每一个环状微柱棱镜体的横截面为三角形，从所述圆环形导光板的内圆周向外圆周，各环状微柱棱镜体的截面三角形顶点距所述光滑表面的距离逐渐递增，各环状微柱棱镜体的截面三角形顶点的径向连线与所述光滑表面形成的夹角小于45度，并且在所述圆环形导光板的外圆周附近设置有环形槽；以及(ii)LED环状光源，所述LED环状光源安置在所述圆环形导光板的所述环形槽中，并且包括PCB和等间距地贴装在所述PCB上的LED芯片。
[0011 ] 根据本发明的另一方面，在上述LED同轴组合光引擎中，在PCB上对应于LED芯片的位置加盖与所述PCB等长的荧光粉胶带，并且在圆环形导光板的接收所述LED环状光源的入射光线的透射面附近设置两个与圆环形导光板的透射面是同轴心的环形空腔，其中一个环形空腔的开口设置在圆环形导光板的光滑平面处，另一个环形空腔的开口设置在圆环形导光板的棱镜面处，该环形空腔内填充有荧光粉以形成迷宫型的内填充荧光粉层。
[0012]本发明的有益效果在于，本发明的LED同轴组合光引擎能够用小功率的LED贴片来实现大功率的光学照明，并且能够有效地消除LED光引擎平面透射出的未充分转化的蓝光。
【专利附图】
【附图说明】
[0013]图1A示出根据本发明的LED同轴组合光引擎的截面图。
[0014]图1B是图1A中导光板的部分放大图。
[0015]图1C示出根据本发明的LED同族组合光引擎的平面示意图。
[0016]图2示出朗伯型配光图。
[0017]图3示出蝙蝠型配光图。
[0018]图4示出根据本发明的LED同轴组合光引擎的配光图。
[0019]图5示出采用本发明的LED同轴组合光引擎的立式路灯和叶式路灯。
[0020]图6示出采用本发明的LED同轴组合光引擎的工矿灯。
[0021 ] 图7和图8示出了采用根据本发明的路灯的路面照明覆盖图。
[0022]图9示出了根据本发明的改进的LED环状光源的展开图。
[0023]图10示出了根据本发明的改进的部分导光板。
【具体实施方式】
[0024]本发明旨在提供一种LED同轴组合光引擎以及使用该LED同轴组合光引擎的照明灯具和3D照明系统，该LED同轴组合光引擎采用LED光引擎同轴辐射叠加的方式来实现。
[0025]图1A是根据本发明的LED同轴组合光引擎的截面图，图1B是图1A中导光板的部分放大图，图1C是根据本发明的LED同族组合光引擎的平面示意图。
[0026]如图1A和IC所示，本申请的LED同轴组合光引擎100包括从大到小一环套一环的三个同心圆环101、102、103，每一个圆环的环形宽度分别为δ?、δ2和δ3，它们是相等的，即Sl= S2 = S3。本领域的技术人员可以理解，本发明的LED同轴组合光引擎不限于包括三个同心圆环，其可以包括更多或更少数量的同心圆环，如两个、四个、五个等。另外，LED同轴组合光引擎100可包括框架104和接口模块105。
[0027]如图1B中具体所示，每一个圆环101、102、103包括一个三角形定向棱镜圆环形导光板，该导光板包括一个光滑平面111和一个棱镜面112。在棱镜面112上设有多个同心的环状微柱棱镜体，每一个环状微柱棱镜体的横截面为三角形。从圆环形导光板的内圆周向外圆周，各环状微柱棱镜体的截面三角形顶点距光滑表面的距离逐渐递增，即导光板逐渐增厚。各环状微柱棱镜体的截面三角形顶点的径向连线与光滑表面形成的夹角小于45度。在每个圆环形导光板的外圆周附近设置有一环形槽，用于容纳LED环状光源113。各环状微柱棱镜体的截面三角形中离环状光源较远且接收LED环状光源发出的光的一边称为受光临界边，该受光临界边和光滑平面的法线成一临界角，该临界角范围从40度到90度。从圆环形导光板的内圆周向外圆周，该环状微柱棱镜体的临界角逐渐递增。例如，图1B示出从圆环形导光板的内圆周向外圆周，临界角从50度逐渐递增到70度。
[0028]如上所述，在每个圆环形导光板的外圆周附近的环形槽内安装LED环状光源113，该LED环状光源包括弯曲成环形的PCB121和等间距地贴装在PCB上的LED芯片122。对于每一个环形PCB，其上贴装的LED芯片具有一定的功率，于是每一个圆环便是一个具有一定临界角和一定功率的光引擎。当在圆环的一侧点亮LED环状光源时，该圆环形成了一个具有一定能量和一定形状配光曲线的光环。这个定功率定能量的光环可获得如图2和图3所示的配光，图2是我们所熟知的朗伯型配光，图3是蝙蝠型配光，当然还可以获取各种不同配光。
[0029]可以对这些具有不同功率 、不同配光的LED圆环光引擎进行组合，以形成一个LED同轴组合光引擎。
[0030]每个圆环光引擎各持有它的功率和配光的特性，当若干个圆环光引擎被同轴组合以后，同轴组合光引擎将表现出全新的光学性能。以下将进一步说明如何由一个个较小功率的圆环光引擎通过同轴辐射叠加来实现一个新的大功率的同轴组合光引擎。
[0031]如图1C中所示，同轴组合光引擎中各个光引擎101、102、103的光学棱镜的宽度是相等的，即SI = 52= δ 3。另外，优选的是，各个光引擎的光学棱镜的截面形状也是相同的。每个光引擎都由LED环状光源在一侧发光。假设第一光引擎101的功率P1=25W，第二光引擎102的功率P2=15W，并且第三光引擎103的功率P3=10W。这三个光引擎以O点为同轴，它们的功率分别是Pl、P2和P3，那么同轴组合光引擎的功率P = Pl+P2+P3=50ff,从而由三个较小功率引擎叠加而成一个大功率引擎。
[0032]图4是根据本发明的LED同轴组合光引擎的配光图。假设由3个都是蝙蝠型配光的光引擎组成一个同轴组合光引擎，可以推断新的同轴组合光引擎的配光图的蝙蝠肯定要比原先一个光引擎时大得多。
[0033]LED是一个光素,是非相干光,和其他光一样，LED的光福射是可以叠加的。因此，可以根据不同的3D空间的需要来实现不同功率和不同配光的光引擎的组合以索求一个合适的3D的配光。
[0034]应用根据本发明的LED同轴组合光学引擎将会产生许多照明的积极效果。首先，LED同轴组合光学引擎表面没有眩光。其次，LED同轴组合光引擎灯具表面照明在80°开角范围内，照度均匀。最后，形式上的小功率LED (221^，0.0661)集合为一个501的大功率灯具，在设计上克服了大功率LED散热困难和眩光诸多缺点，使LED灯具真正进入室内外照明，进入可靠的实用，并且在结构上保证产品的安全性。
[0035]正是由于本发明的LED同轴组合光引擎具有大功率和照明开角大等优点，它尤其适用于路灯、工矿灯等。
[0036]图5示出了采用本发明的LED同轴组合光引擎的立式路灯和叶式路灯，其中立式路灯的照明表面与路面平行，叶式路灯的照明表面与路面成一定角度。图6示出了采用本发明的LED同轴组合光引擎的工矿灯。
[0037]图7和图8示出了采用根据本发明的路灯的路面照明覆盖图，其中图7是俯视图，图8是侧视图。
[0038]如图7和图8所示，在双向机动车道701的中间隔离带处安装根据本发明的立式路灯711，在机动车道701和非机动车道702之间安装根据本发明的叶式路灯712。图中的虚线713表示根据本发明的立式路灯711和叶式路灯712的光辐射范围。根据本发明的立式路灯和叶式路灯具有大功率和约80°的照明开角，因此能够实现对所有车道的全覆盖照明。
[0039]本发明的另一目的在于提供一种设置有迷宫式突光层分布的LED光引擎,从而消除LED光引擎平面透射出的未充分转化的蓝光。
[0040]图9示出了根据本发明的改进的LED环状光源的展开图。如图9所示，LED芯片122等间距地贴装在PCB121上以`形成LED环状光源。在PCB121上对应于LED芯片的位置加盖了一条和PCB等长的荧光粉胶带901或是铝酸盐、氮(氧)化合物的混合体，该加盖的荧光粉901也在图10中示出。
[0041]图10示出了根据本发明的改进的部分导光板，它是图1B中所示的部分导光板的一种变型。在接收LED环状光源113的入射光线的导光板的透射面附近设置了两个环形的空腔，该环形空腔的圆柱面和导光板的透射面是同一轴心，空腔内可以填充铝酸盐、硅酸盐或氮(氧)化合物，以形成迷宫型的内填充荧光粉层902。两个环形的空腔空隙厚度在0.5mm到2mm,两个圆环形空腔处在导光板同一介质内。两个环形空腔的两个开口一个处在导光板的光滑平面111处，一个处在棱镜面112处。PCB121上的LED芯片122发出的光线进入导光板的透射面后，必定会遇到并透过两个迷宫型的内填充荧光粉902，然后进入导光板然后透过导光板的光滑表面111进入照明空间。
[0042]据有关报道，随着温度升高，荧光粉的发射峰逐渐移动，而且发射峰强度逐渐降低。温度为100°c时，发射峰强度降为常温下94%。超过100°C后，发射峰强度下降幅度逐渐加大，至300°C时，发射峰强度仅为常温下38%。
[0043]根据本发明设置的多层迷宫型荧光粉层902相对离开LED芯片122较远，因此对提升LED的荧光转化是有积极意义的。
[0044]以上已对本申请的较佳实施例进行了详细说明，但本申请不限于这些实施例。应当理解，在阅读了本申请的说明书之后，本领域的技术人员可以对本申请做出各种修改和变更，这些等价形式同样落在本申请所附权利要求所限定的范围内。
【权利要求】
1.一种LED同轴组合光引擎，其特征在于，包括: 从大到小一环套一环设置的至少两个同心圆环LED光引擎，其中每个同心圆环LED光引擎包括； (i)三角形定向棱镜圆环形导光板，所述导光板包括光滑平面和棱镜面，在所述棱镜面上设有多个同心的环状微柱棱镜体，每一个环状微柱棱镜体的横截面为三角形，从所述圆环形导光板的内圆周向外圆周，各环状微柱棱镜体的截面三角形顶点距所述光滑表面的距离逐渐递增，各环状微柱棱镜体的截面三角形顶点的径向连线与所述光滑表面形成的夹角小于45度，并且在所述圆环形导光板的外圆周附近设置有环形槽，以及 (ii)LED环状光源，所述LED环状光源安置在所述圆环形导光板的所述环形槽中，并且包括PCB和等间距地贴装在所述PCB上的LED芯片。
2.如权利要求1所述的LED同轴组合光引擎，其特征在于，对于每个圆环形导光板，各环状微柱棱镜体的截面三角形中离所述LED环状光源较远且接收LED环状光源发出的光的一边称为受光临界边，所述受光临界边和所述光滑平面的法线成一临界角，所述临界角范围从40度到90度,从所述圆环形导光板的内圆周向外圆周，所述环状微柱棱镜体的临界角逐渐递增。
3.如权利要求1所述的LED同轴组合光引擎，其特征在于，所述至少两个同心圆环LED光引擎的宽度是相等的。
4.如权利要求1所述的LED同轴组合光引擎，其特征在于，所述至少两个同心圆环LED光引擎中的每一个被配置成获得朗伯型配光或蝙蝠型配光。
5.如权利要求1所述的LED同轴组合光引擎，其特征在于，所述LED环状光源中使用的LED芯片是小功率LED芯片。
6.如权利要求1所述的LED同轴组合光引擎，其特征在于，在所述PCB上对应于所述LED芯片的位置加盖与所述PCB等长的荧光粉胶带。
7.如权利要求1所述的LED同轴组合光引擎，其特征在于，在所述圆环形导光板的接收所述LED环状光源的入射光线的透射面附近设置两个与所述圆环形导光板的透射面是同轴心的环形空腔，其中一个环形空腔的开口设置在所述圆环形导光板的所述光滑平面处，另一个环形空腔的开口设置在所述圆环形导光板的所述棱镜面处，并且在所述环形空腔内填充荧光粉，以形成迷宫型的内填充荧光粉层。
8.如权利要求7所述的LED同轴组合光引擎，其特征在于，所述荧光粉层包括铝酸盐、硅酸盐或氮(氧)化合物。
9.如权利要求7所述的LED同轴组合光引擎，其特征在于，所述环形空腔的空隙厚度在0.5mm 至Ij 2mm。
10.一种照明灯具，其特征在于，包括如权利要求1-9所述的LED同轴组合光引擎。
【文档编号】F21Y101/02GK103499041SQ201310492959
【公开日】2014年1月8日 申请日期:2013年10月18日 优先权日:2013年10月18日
【发明者】潘定国 申请人:潘定国