專利名稱：照明單元和照明設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種使用LED作為光源的照明單元和包括該照明單元的照明設(shè)備。
背景技術(shù)：
作為常規(guī)照明設(shè)備，使用諸如熒光燈、白熾燈以及聚光燈的各種類型的照明光源。但是，來自這種照明光源的照明光包括損壞被照射目標(biāo)的紫外線，或該照明光源由于熱量的產(chǎn)生，具有安裝限制?？紤]到諸如CO2減小的環(huán)境問題，希望光源具有盡可能小的功耗。最近，一種產(chǎn)生少量熱量和具有小功耗的LED光源引起相當(dāng)大的關(guān)注，以及還提供一種具有高亮度的白光LED。因此，普通照明設(shè)備中的LED光源的用途被增加。由于LED具有高亮度和高發(fā)熱值，對于功耗是適合的。但是，由于LED不包括紫外線或紅外線，因此它幾乎不損壞被照射的目標(biāo)。在JP-A-2000-021209中公開了這類照明設(shè)備的例子。
JP-A-2000-021209發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明解決的問題但是，即使該LED具有高方向性，但是由該LED獲得的直射光的照明度分布隨著照射距離增加而變寬。此外，因?yàn)檎丈鋮^(qū)被過分地加大，照明度變得不充足。圖34A示出了當(dāng)作為單體發(fā)光的LED 81沒有設(shè)有反射面時(shí)，在預(yù)定距離處的表面上的照明度分布。當(dāng)在預(yù)定距離處，作為單體的LED 81在表面上發(fā)光時(shí)，在低亮度下獲得寬的光分布，如圖34A所示。因此，已經(jīng)提出了在LED光源中設(shè)置反射面的結(jié)構(gòu)。但是，盡管反射面將指向LED光源的側(cè)面或背面的光返回前側(cè)，但是很難說反射面具有優(yōu)異的光聚焦特性。此外，照明度分布也可以被變寬，以及不必要的區(qū)域可能被照射。因?yàn)檫@種環(huán)境，具有高亮度的光源用來獲得需要的和足夠的照明度。為了限制將被照射的區(qū)域，通過光屏蔽部件如百葉窗切斷不必要的光。
但是，高亮度光源使用大量的電功率，以及其尺寸也是大的。因此，當(dāng)安裝在照明設(shè)備上時(shí)，該光源具有許多約束，以及其應(yīng)用范圍被限制。此外，光屏蔽部件如百葉窗可能降低光使用效率，因此仍然留下許多待解決的問題。
通常，作為照明光源，需要一種光源，通過該光源在高照明度下獲得具有平坦照明度分布的照明區(qū)。如圖34B所示，在LED 81的側(cè)面(或后側(cè))中設(shè)置具有凹入的拋物線表面的反射板83。然后，來自LED 81的光被反射板83平行校正(collimate)，由此增加光通量密度。通過該反射板還可以延伸光的可達(dá)到距離。此外，盡管發(fā)射到LED 81側(cè)的光分量被反射板83偏轉(zhuǎn)，但是沒有照射在反射板83上的光分量86繼續(xù)前進(jìn)到光路的前側(cè)，同時(shí)被散射。因此，盡管通過反射板83提高照明度的照明度分布，但是仍然示出了寬的分布，在照明需要的高照明度下，沒有足夠地獲得具有平坦照明度分布的照明區(qū)。此外，當(dāng)LED 81以小的照明角度如10°發(fā)光時(shí)，從LED 81發(fā)射的光不被照射在反射板83上，基本上沒有被偏轉(zhuǎn)的分量增加，以致不能期望改進(jìn)照明度。
考慮到使用透鏡來延伸光的可達(dá)到距離。但是，布置透鏡增加部件的數(shù)目，由此增加成本，裝配性能被降低，以及需要諸如調(diào)整光軸等的額外操作。由此，在以低成本實(shí)現(xiàn)照明設(shè)備中有許多困難。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是它提供一種照明單元，通過該照明單元，在高照明度時(shí)獲得具有恒定平坦照明度分布的照明區(qū)，同時(shí)節(jié)省電功率，以及可以延伸光照射距離，在照明區(qū)不產(chǎn)生顏色發(fā)暗或陰影，以及提供一種包括該照明單元的照明設(shè)備。
解決問題的方法(1)、根據(jù)本發(fā)明的第一方面，一種使用發(fā)光二極管作為光源的照明單元，包括具有在基座上布置的多個(gè)發(fā)光二極管的發(fā)光單元；對應(yīng)于發(fā)光單元的發(fā)光側(cè)面上的各個(gè)多個(gè)發(fā)光二極管設(shè)置的第一反射部件，每個(gè)第一反射部件具有拋物線表面，該拋物線表面的焦點(diǎn)位置是發(fā)光二極管的發(fā)光表面；以及一對第二反射部件，平行于穿過發(fā)光二極管的第一反射部件的發(fā)光側(cè)面上的發(fā)光二極管的布置方向布置，每個(gè)第二反射部件具有板形的反射面，將來自發(fā)光二極管的光朝著發(fā)光側(cè)的方向反射。
根據(jù)該照明單元，第一反射部件將來自發(fā)光二極管的光朝著發(fā)光側(cè)方向反射，以及第二反射部件將來自發(fā)光二極管的光朝著發(fā)光側(cè)方向反射。然后，在電功率被節(jié)省的同時(shí)，在高照明度下可以獲得均勻的照明度分布，以及可以延伸照射距離。
當(dāng)來自發(fā)光二極管的光被第一反射部件反射時(shí)，第一反射部件的反射截面是拋物線表面，可以高精度產(chǎn)生平行光，由此提高照明度。
當(dāng)來自發(fā)光二極管的光被第二反射部件反射時(shí)，第二反射部件的反射部分形成為板形，可以使反射光的照射范圍的邊界清晰。
此外，在垂直于交叉第一反射部件的發(fā)光二極管的布置方向的方向上設(shè)置該板形的反射面對，以便來自兩個(gè)反射面的光被集中，以增加照明度。
(2)、在(1)的照明單元中，當(dāng)從第一反射部件發(fā)射的來自發(fā)光二極管的光通量和第二反射部件上的其陰影之間的邊界線被設(shè)為第一邊界線，以及來自鄰近于該發(fā)光二極管的其它發(fā)光二極管的光通量和在第二反射部件上的其陰影之間的邊界線被設(shè)為第二邊界線時(shí)，第二反射部件凸出到發(fā)光側(cè)中的高度被設(shè)為高于其中第一和第二邊界線第一次交叉的第二反射部件上的點(diǎn)。
根據(jù)該照明單元，第二反射部件的高度被設(shè)為高于從第一反射部件發(fā)射的光通量和在第二反射部件上的其陰影之間第一邊界線和來自另一相鄰的發(fā)光二極管的光通量和在第二反射部件上的其陰影之間的第二邊界線第一次交叉的點(diǎn)。然后，當(dāng)在安排在第二反射部件的表面內(nèi)的第二反射部件上未照射來自發(fā)光二極管的光通量時(shí)，產(chǎn)生陰影，沒有達(dá)到(傳播)在超出第二反射部件的發(fā)光側(cè)上。由此，不產(chǎn)生陰影與光通量一起輸出時(shí)產(chǎn)生的照明光的顏色發(fā)暗或陰影。
(3)、根據(jù)本發(fā)明的第二方面，一種使用發(fā)光二極管作為光源的照明單元，包括具有在基座上布置的多個(gè)發(fā)光二極管的發(fā)光單元；對應(yīng)于發(fā)光單元的發(fā)光側(cè)面上的各個(gè)多個(gè)發(fā)光二極管設(shè)置的第一反射部件，每個(gè)第一反射部件由拋物線表面形成，其焦點(diǎn)位置是發(fā)光二極管的發(fā)光表面；以及在第一反射部件的發(fā)光側(cè)上，具有板形反射面的第二反射部件，該板形反射面將來自發(fā)光二極管的光朝著發(fā)光側(cè)的方向反射。當(dāng)從第一反射部件發(fā)射的來自發(fā)光二極管的光通量和第二反射部件上的其陰影之間的邊界線被設(shè)為第一邊界線，以及來自鄰近于該發(fā)光二極管的其它發(fā)光二極管的光通量和在第二反射部件上的其陰影之間的邊界線被設(shè)為第二邊界線時(shí)，第二反射部件凸出到發(fā)光側(cè)中的高度被設(shè)為高于其中第一和第二邊界線第一次交叉的第二反射部件上的點(diǎn)。
根據(jù)該照明單元，第一反射部件將來自發(fā)光二極管的光朝著發(fā)光側(cè)方向反射，以及第二反射部件將來自發(fā)光二極管的光朝著發(fā)光側(cè)方向反射。然后，在電功率被節(jié)省的同時(shí)，在高照明度下可以獲得均勻的照明度分布，以及可以延伸照射距離。此外，第二反射部件的高度被設(shè)為高于從第一反射部件發(fā)射的光通量和在第二反射部件上的其陰影之間第一邊界線和來自另一相鄰的發(fā)光二極管的光通量和在第二反射部件上的其陰影之間的第二邊界線第一次交叉的點(diǎn)。然后，當(dāng)安排在第二反射部件的表面內(nèi)的第二反射部件上未照射來自發(fā)光二極管的光通量時(shí)產(chǎn)生的陰影，沒有達(dá)到(傳播)超出第二反射部件的發(fā)光側(cè)上。由此，不產(chǎn)生陰影與光通量一起輸出時(shí)產(chǎn)生的照明光的顏色發(fā)暗或陰影。
(4)、在(3)的照明單元中，在多個(gè)行中布置多個(gè)發(fā)光二極管，以及在多個(gè)發(fā)光二極管行的布置方向的兩個(gè)外側(cè)中，相對于發(fā)光二極管行內(nèi)的發(fā)光二極管的布置方向平行布置第二反射部件對。
根據(jù)該照明單元，從發(fā)光二極管直接入射在第二反射部件上的光被第二反射部件對中的兩個(gè)反射面聚焦，以便增加照明度。
(5)、在(4)的照明單元中，以Z字形圖形布置發(fā)光二極管行，在相鄰發(fā)光二極管行之間的行方向中，發(fā)光二極管行內(nèi)的第一反射部件的布置間距改變1/2間距。
根據(jù)該照明單元，在相鄰發(fā)光二極管行之間以Z字形圖形布置第一反射部件。因此，可以在互相靠近的位置中布置第一發(fā)光單元，其中未照射從第一反射部件發(fā)射的光的陰影被減小，以及抑制由陰影產(chǎn)生的照明光的顏色發(fā)暗或陰影。
(6)、在(4)或(5)的照明單元中，在發(fā)光二極管行和與其相鄰的另一發(fā)光二極管行之間，在發(fā)光方向中，各個(gè)行之間的發(fā)光二極管具有臺階。
根據(jù)該照明單元，一側(cè)交叉頂角的邊界線(例如，第一邊界線)通過一個(gè)相鄰的發(fā)光二極管的臺階(與發(fā)光方向相對側(cè)的后退方向中的臺階)朝著發(fā)光二極管的方向平行移動，由此減小被夾在第一和第二邊界線之間的基本上三角形的陰影，以便形成在第二反射部件的表面上。亦即，隨著陰影被減小，抑制照明光的色彩發(fā)暗或陰影產(chǎn)生。
(7)、在(1)至(6)的任意一項(xiàng)的照明單元中，第一和第二反射部件的反射面由通過蒸發(fā)涂敷的鏡面形成。
根據(jù)該照明單元，通過蒸發(fā)的涂覆工序，例如，通過濺射電鍍工序，來加工反射面。濺射電鍍工序包括涂敷專用底層漆(primer)的底涂層、真空中的鋁蒸發(fā)、以及進(jìn)入鋁蒸發(fā)面的尿烷(urethane)透明涂敷。即使在待淀積的復(fù)雜表面上，諸如樹脂產(chǎn)品的拋物線表面，也可以形成均勻的鏡面，以及可以形成具有高反射率的反射面。
(8)、在(1)至(6)的任意一項(xiàng)的照明單元中，第一和第二反射部件的至少一個(gè)反射面被光滑加工。
根據(jù)該照明單元，在寬泛的透視圖中被光滑加工反射面反射的光看起來是鏡反射，但是在微觀的透視圖中是漫反射。結(jié)果，被分散以分開顏色的不同頻率(波形)分量的光被混合。
(9)、在(1)至(8)的任意一項(xiàng)的照明單元中，發(fā)光二極管是具有藍(lán)光發(fā)光二極管和將來自該藍(lán)光發(fā)光二極管的藍(lán)光分量轉(zhuǎn)變?yōu)辄S光分量的熒光粉的白色發(fā)光二極管。
根據(jù)該照明單元，如果從藍(lán)光二極管發(fā)射的藍(lán)光被熒光粉吸收，那么熒光粉發(fā)射黃光，以及該黃光與不被吸收的藍(lán)光混合。然后，來自發(fā)光二極管的發(fā)射光變?yōu)榘坠狻?br> (10)、根據(jù)本發(fā)明的第三方面，一種包括根據(jù)(1)至(9)的任意一項(xiàng)的照明單元的照明設(shè)備；以及提供用于驅(qū)動該發(fā)光二極管發(fā)光的電功率的驅(qū)動單元。
根據(jù)該照明設(shè)備，如果，商用電源被提供給驅(qū)動單元，那么驅(qū)動單元提供驅(qū)動功率到發(fā)光二極管。然后，發(fā)光二極管被驅(qū)動，以在高照明度和在均勻的照明度分布下發(fā)光，同時(shí)電功率被節(jié)省。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)根據(jù)該照明單元和照明設(shè)備，電功率可以被節(jié)省，可以在高照明度下獲得具有恒定平坦照明度分布的照明區(qū)，以及可以延伸照射距離。因此，可以提高光的能量效率，由此顯著地減小對環(huán)境有影響的CO2的排出。此外，可以防止照明光的色彩發(fā)暗或陰影產(chǎn)生，以便可以執(zhí)行具有高質(zhì)量的均勻照明。


圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的照明設(shè)備的第一實(shí)施例的結(jié)構(gòu)圖。
圖2A圖示了照明單元的側(cè)視圖，以及圖2B是其底視圖。
圖3圖示了發(fā)光單元的分解透視圖。
圖4是圖2所示的照明單元的剖面圖，沿線A-A。
圖5示出了通過該照明單元的照明分布的曲線圖。
圖6示出了當(dāng)LED被導(dǎo)通時(shí)，從發(fā)光側(cè)看到的反射體部件的狀態(tài)的說明性視圖。
圖7是根據(jù)存在或缺少反射面或其種類，檢查光源的發(fā)射亮度和通過照明單元的光源距離之間的關(guān)系的概念曲線圖。
圖8示出了相對光譜分布的相對強(qiáng)度和波形之間的相關(guān)性曲線。
圖9示出了第二反射部件凸出到發(fā)光側(cè)中的高度的剖面圖。
圖10示出了被具有第二反射部件的照明單元照射的表面的示意性視圖，其高度被設(shè)為圖9的HM。
圖11A示意地示出了本發(fā)明的照射光的說明性視圖，圖11B和11C示意地示出了比較例子的照射光的說明性視圖。
圖12是根據(jù)第二實(shí)施例的照明單元的透視圖，其中反射面由光滑加工表面形成。
圖13圖示了圖10所示的反射體部件的剖面圖。
圖14示出了通過照明單元的照明分布的說明性視圖，照明單元的反射面由光滑加工表面形成。
圖15示出了通過照明設(shè)備照明相鄰位置的情況的說明性視圖。
圖16示出了根據(jù)第三實(shí)施例的多個(gè)排列的照明單元和通過該照明單元的照明度分布的說明性視圖。
圖17A圖示了根據(jù)第五實(shí)施例的圓環(huán)形照明單元的剖面圖，以及圖17B圖示了圓環(huán)形照明單元的仰視圖。
圖18示出了具有不同截面結(jié)構(gòu)的反射體部件的結(jié)構(gòu)例子的剖面圖。
圖19A是圖示了其中以兩行布置發(fā)光二極管的照明單元的平面圖，以及圖19B圖示了該發(fā)光單元的剖面圖，沿其線B-B。
圖20A圖示了其中按行布置圖19所示的照明單元的修改例子的平面圖，以及圖20B圖示了沿線C-C的修改例子的剖面圖。
圖21A圖示了其中以三行布置發(fā)光二極管的照明單元的平面圖，以及圖21B圖示了沿線D-D的發(fā)光單元的剖面圖。
圖22圖示了具有不同布置的多個(gè)發(fā)光二極管的照明單元的說明性視圖。
圖23示出了比較例1-1的照明度分布的測量結(jié)果的圖。
圖24示出了比較例1-2的照明度分布的測量結(jié)果的圖。
圖25示出了例1-1的照明度分布的測量結(jié)果的圖。
圖26示出了例3-1的照明性能的曲線圖。
圖27示出了例3-1的光分布性能的曲線圖。
圖28示出了例3-2的照明度性能的曲線圖。
圖29是示出了例3-2的光分布性能的曲線圖。
圖30示出了例3-3的照明度性能的曲線圖。
圖31示出了例3-3的光分布性能的曲線圖。
圖32示出了比較例3-1的照明性能的曲線圖。
圖33示出了比較例子3-1的光分布性能的曲線圖。
圖34A和34B圖示了根據(jù)相關(guān)技術(shù)的照明設(shè)備示意性視圖。
參考數(shù)字11驅(qū)動單元17LED(發(fā)光二極管)21發(fā)光部件25第一反射部件25a 拋物面鏡(拋物線表面)25b 拋物面鏡(光滑加工表面)27第二反射部件27a 平板鏡(板形反射面)27b 平板鏡(光滑加工反射面)45第一邊界線47第二邊界線51陰影100，300，400，500，600，700，700A，700B，700C 照明單元200 照明設(shè)備G 臺階HM第二反射部件凸出到發(fā)光側(cè)中的高度具體實(shí)施方式
下面，將參考附圖描述根據(jù)本發(fā)明的照明單元和照明設(shè)備的優(yōu)選實(shí)施例。
(第一實(shí)施例)圖1是說明根據(jù)本發(fā)明的照明設(shè)備的第一實(shí)施例的總體結(jié)構(gòu)的繪圖。
根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的照明設(shè)備200包括照明單元100和驅(qū)動單元11。
驅(qū)動單元11提供發(fā)光驅(qū)動功率到照明單元100，以及可以使用全范圍變壓器作為驅(qū)動單元。驅(qū)動單元11被連接到商用電源，以將AC110至220V/50Hz至60Hz范圍的電功率轉(zhuǎn)變?yōu)镈C 12V的驅(qū)動電壓(可以使用的任意電壓，如DC 6V或DC 24V或交流電)，然后將轉(zhuǎn)變的驅(qū)動電壓提供給照明單元100。
照明單元100包括背板15、具有多個(gè)發(fā)光二極管(LED)17的發(fā)光單元21以及反射體部件23，多個(gè)發(fā)光二極管(LED)17成直線布置在用作基座的布線基板19上。背板15可被分離地裝配到反射體部件23，具有在其間插入的布線基板19。
LED 17具有藍(lán)光二極管和將來自藍(lán)光二極管的藍(lán)光分量轉(zhuǎn)變?yōu)辄S光分量的熒光粉。在LED 17中，當(dāng)從藍(lán)光二極管發(fā)射的藍(lán)光分量被熒光粉吸收時(shí)，熒光粉發(fā)射黃光分量。當(dāng)未被吸收的藍(lán)光分量與黃光分量混合時(shí)，白光分量被發(fā)射作為輸出光分量。
圖2A圖示了照明單元的側(cè)視圖，圖2B是其底視圖，以及圖3是其分解透視圖。
如圖2A和2B所示，在背板15被裝配到反射部件23的狀態(tài)中，照明單元100具有高度H。在該實(shí)施例中，高度H約為20mm，該高度H更加小于使用熱發(fā)射燈泡或熒光燈作為光源的情況。當(dāng)高度H過分地小時(shí)，反射體部件23的偏轉(zhuǎn)性能被損壞。當(dāng)高度H過分大時(shí)，照明單元100的布置自由度減小，因?yàn)樾枰惭b空間。因此，高度H優(yōu)選被設(shè)置在15至30mm的范圍內(nèi)，或更優(yōu)選設(shè)置在20至23mm的范圍內(nèi)。
反射體部件23整體地設(shè)有長-板形安裝基座24(參考圖3)，第一反射部件25被連接到安裝基座24，如圖2B所示，以及具有多個(gè)(在該實(shí)施例中，十六個(gè))反射面(拋物面鏡)25a，每個(gè)反射面由拋物線表面構(gòu)成，以及在中心具有開口，以便發(fā)光側(cè)被打開，以及第二反射部件27，被設(shè)置在第一反射部件25的發(fā)光側(cè)上，且具有平行于拋物面鏡25a的布置方向的板形反射面(平板鏡)27a。由于在垂直于拋物面鏡25a的布置方向的方向中形成平板鏡對27a，在布置方向中，第二反射部件27的每個(gè)側(cè)面被連接到拋物線壁27，其中第一反射部件25的拋物面鏡被延伸。在反射體部件23是通過注入模塑整體地模塑的樹脂模制中，第一和第二反射部件25和27的反光表面至少通過電鍍或鋁蒸發(fā)方法經(jīng)受涂敷工序。不限于這些，可以使用其他普通的裝置作為反光表面。
通過蒸發(fā)涂覆工序，例如，濺射電鍍工序，加工第一和第二反射部件25和27的反射面(拋物面鏡25a和平板鏡27a)。濺射電鍍工序包括使用專用底層漆的基本涂層的涂敷、真空中的鋁蒸發(fā)以及進(jìn)入鋁蒸發(fā)表面尿烷透明涂敷。甚至在將被淀積的不規(guī)則表面上，諸如樹脂產(chǎn)品的拋物線表面，可以形成均勻的鏡面，以及可以形成具有高反射率的反射面。
如圖3所示，背板15包括具有V形截面表面的傘狀部件29，在傘狀部件29的內(nèi)表面中布置肋條30，以便支撐布線基板19的背表面，以及在傘狀部件29的縱向中的多個(gè)位置(在該實(shí)施例中，五個(gè))處布置鎖鉤31，以便與反射體部件23嚙合。鎖鉤31用具有U形截面表面的鉤形形成。
布線基板19是，例如，具有成一直線安裝的多個(gè)(在實(shí)施例中，十六個(gè))LED 17的印刷電路板，以沿反射體部件23的縱向?qū)?yīng)于各個(gè)拋物面鏡25a。引線33從將被連接到驅(qū)動單元11的一側(cè)拉出(參考圖1)。由于布線基板19是單側(cè)安裝模塊，當(dāng)發(fā)生異常時(shí)，它容易發(fā)現(xiàn)問題，以及其可維護(hù)性是優(yōu)異的。
在反射體部件23中，在長-板形安裝基座24的兩側(cè)中形成固定照明單元100的支架37，以及在圖3中的安裝基座524的上和下方向中設(shè)置與背板15的鎖鉤31嚙合的嚙合部件39。嚙合部件39通過鎖扣作用與背板15的鎖鉤31可分離地結(jié)合，具有在嚙合部件39和背板15之間插入的布線基板19。
當(dāng)反射體部件23、布線基板19和背板15互相結(jié)合時(shí)，在第一反射部件25的拋物面鏡的焦點(diǎn)位置中放置LED 17的發(fā)光表面。換句話說，在反射體部件23中，在布線基板19的表面上鄰接表面被分離地布置。形成該鄰接表面，以具有在拋物面鏡的焦點(diǎn)位置中設(shè)置LED 17的發(fā)光表面的這種高度。此外，背板15的肋條30被設(shè)為具有當(dāng)在反射體部件23中形成的基板存儲位置中安排布線基板19時(shí)在該鄰接表面上按壓布線基板19的高度。
由此，當(dāng)反射體部件23、布線基板19以及背板15被簡單地互相結(jié)合時(shí)，拋物面鏡的焦點(diǎn)位置和LED 17的發(fā)光表面的位置互相高精度重合。這種結(jié)構(gòu)允許上面的元件被簡單地互相結(jié)合，而不使用諸如被使用的螺釘?shù)募庸谭椒?。因此，部件的?shù)目減小和用于裝配或的工序數(shù)目減小，以便提高生產(chǎn)率。
接下來，將描述具有這種結(jié)構(gòu)的照明單元100的光學(xué)特性。
圖4是圖2所示的照明單元的剖面圖，沿線A-A。
照明單元100的反射體部件23具有互相連續(xù)地形成的第一和第二反射部件25和27。在第一反射部件25的基座端部中，設(shè)置一開口41，其中在拋物面鏡25a的焦點(diǎn)位置中布置LED的發(fā)光表面。第一反射部件25的拋物面鏡25a具有反射面，該反射面具有拋物線表面，其中焦點(diǎn)位置被設(shè)為LED 17的發(fā)光表面，以及將來自LED 17的光朝著發(fā)光側(cè)的方向反射，以便在寬泛的透視圖中，基本上被平行校準(zhǔn)。
在第一反射部件25的發(fā)光側(cè)上設(shè)置的第二反射部件27具有相對于拋物面鏡25a的布置方向，亦即，相對于LED 17的布置方向平行布置的平板鏡27a。第二反射部件27接收未被照射在第一反射部件25上的來自LED 17的光，以便將該光朝著發(fā)光側(cè)的方向反射，以基本上被平行校準(zhǔn)。第一反射部件25具有預(yù)定的反射表面區(qū)M1，以及第二反射部件27具有連續(xù)至反射表面區(qū)M1的預(yù)定反射表面區(qū)M2。因此，在寬泛的透視圖中，被第一和第二反射部件25和27反射的光變?yōu)閷⒈徽丈湓谀繕?biāo)上的大量平行光。
相對于LED 17的光軸，平板鏡27a的傾斜角被設(shè)為未被照射在第一反射部件25的來自LED 17的光通量被平行校準(zhǔn)的角度。在該實(shí)施例的情況下，相對于LED的光軸，傾斜角被設(shè)在20°至27°的范圍內(nèi)。
這里，LED 17具有寬的照明角，如120°。盡管在所發(fā)射光當(dāng)中朝著側(cè)面發(fā)射的光學(xué)分量的數(shù)目增加，但是該光分量被第一和第二反射部件25和27捕捉，由此有助于平行校正該光。由此，照明度分布可以被進(jìn)一步均勻。
接下來，將描述通過照明單元100的照明度分布圖5示出了通過照明單元的照明度分布的曲線圖。
如圖5所示，通過將從LED 17直接照射的光分量和通過第一和第二反射部件25和27反射到達(dá)的光分量形成的范圍W1中的光量大于其他區(qū)域，以及其邊界清楚地出現(xiàn)。這是因?yàn)楣獗痪劢挂约霸诜秶鶺1內(nèi)光通量基本上被平行校正，以便范圍W1變?yōu)榘l(fā)射照明度高的狀態(tài)。
圖6示出了當(dāng)LED發(fā)光時(shí)，從發(fā)光側(cè)看到的反射體部件的狀態(tài)的說明性視圖。
如圖6所示，LED 17的發(fā)光表面17a是LED元件17的中心。發(fā)光表面17a將圖像投射在第一反射部件25的拋物面鏡25a的整個(gè)表面上。此外，發(fā)光表面17a的圖像也被投射到第二反射部件27的平板鏡27a和27a上。亦即，由于其漫射，僅僅第一反射部件25使得從LED 17直接照射的光分量散布，但是第二反射部件27的平板鏡27a使得被散射的光分量被散布，以被偏轉(zhuǎn)，以被平行校正。這種作用增加將獲得的光通量的發(fā)射照明度，以及允許精確地均勻化范圍W1內(nèi)的照明度分布。結(jié)果，范圍W1的邊界被清楚地看到。
接下來，將描述來自照明單元100的光范圍。
圖7是根據(jù)存在或缺少反射表面或其種類，檢查通過實(shí)施例中的照明單元光源的發(fā)射亮度和距光源的距離之間的關(guān)系的概念曲線圖。
當(dāng)距光源如路燈以長距離設(shè)置目標(biāo)時(shí)，或當(dāng)構(gòu)成警告燈等等用來通知光源位置的距離時(shí)，光的可達(dá)到距離決定照明設(shè)備的性能。例如，圖7示出了距光源的光范圍取決于反射表面而變化的情況。
如圖7所示，通過斜線表示發(fā)射亮度的極限范圍，其中光源的位置可以被識別。當(dāng)不設(shè)置反射體時(shí)，超過距離Ln，亮度變得不夠。當(dāng)僅僅設(shè)置拋物面鏡時(shí)，在距離Ln處，照明單元具有允許的發(fā)射亮度，但是超過距離Lp亮度，變得不夠。另一方面，當(dāng)與本發(fā)明一樣設(shè)置拋物面鏡25a和平板鏡27a時(shí)，直至遠(yuǎn)離距離Ln和Lp的距離Lpp，該照明設(shè)備也具有足夠的亮度。根據(jù)本發(fā)明的這種結(jié)構(gòu)通過拋物面鏡25a和平板鏡27a之間的協(xié)同效應(yīng)可以顯著地延伸光范圍。例如，當(dāng)光源的總通量設(shè)為42.81m時(shí)，在15cm的距離Ln處，獲得1200 lx的亮度，在30cm的距離Lp處獲得1000 lx的亮度，以及甚至在30m的距離處獲得2 lx的亮度。
圖8示出了相對光譜分布的相對強(qiáng)度和波形之間的相關(guān)性曲線。
在相對光譜分布中，在450至480nm的波形區(qū)中獲得具有高強(qiáng)度的光，以及獲得560nm左右波形區(qū)中的光。440nm的波形周圍的頂點(diǎn)表示從藍(lán)光二極管發(fā)射的光，以及560nm的波形周圍的寬峰表示從熒光粉發(fā)射的光。此外，由于昆蟲優(yōu)選的365nm至410nm之間的波形區(qū)的光未被包括在該光譜分布內(nèi)，該照明設(shè)備200可以實(shí)現(xiàn)，其中沒有有害昆蟲如蛾和蚊子飛行。
接下來，將描述第二反射部件的投射高度。
圖9是示出了第二反射部件凸出到發(fā)光側(cè)中的高度的剖面圖。圖10是示出了通過具有第二反射部件的照明單元照射的表面的示意性視圖，其高度被設(shè)為圖9的HM。圖11A是示意地示出了本發(fā)明的照射光的說明性視圖，以及圖11B和11C是示意地示出了比較例子的照射光的說明性視圖。
由此，在照明單元100中，第二反射部件27凸出到發(fā)光側(cè)面中的高度HM被定義為預(yù)定高度。亦即，當(dāng)來自LED 17的光通量和在第二反射部件27的表面(平板鏡27a)上的其陰影之間的邊界線被設(shè)為第一邊界線45，該來自LED 17的光通量從第一反射部件25發(fā)射，以及來自鄰近于LED 17的其它LED 17的光通量和第二反射部件27的表面(平板鏡27a)上的其陰影之間的邊界線被設(shè)為第二邊界線47時(shí)，第二反射部件27凸出到發(fā)光側(cè)中的高度HM被設(shè)為大于第一邊界線45和第二邊界線47第一次交叉的第二反射部件27上的點(diǎn)49的高度HS，如圖9所示。
換句話說，第二反射部件27凸出到發(fā)光側(cè)中的高度HM被設(shè)為在第二反射部件27中產(chǎn)生的陰影51可以被保持，而不到達(dá)超出第二反射部件27的發(fā)光側(cè)上的高度，如圖10所示。當(dāng)來自LED 17的光通量不照射在第二反射部件27上時(shí)，產(chǎn)生陰影51，來自LED 17的光通量從第一反射部件25發(fā)射。
如圖11A所示，第二反射部件27的高度HM被定義為這種值。當(dāng)來自LED 17的光通量不照射在第二反射部件27時(shí)，在第二反射部件27上產(chǎn)生的陰影51安排在第二反射部件27的表面內(nèi)，不在超出第二反射部件27的發(fā)光側(cè)上傳播。因此，使得光不均勻分布的陰影51的影響被減小，以及獲得具有高質(zhì)量的均勻照明光。
另一方面，當(dāng)?shù)诙瓷洳考母叨菻M偏離上面限定的范圍時(shí)，如圖11B所示，或第二反射部件不存在時(shí)，如圖11C所示，陰影51與光通量53一起輸出，以致產(chǎn)生照明光的色彩發(fā)暗或網(wǎng)狀陰影51a。結(jié)果，照明光變得不均勻。
如上所述，根據(jù)該實(shí)施例的照明單元100和包括該照明單元的照明設(shè)備200，第一反射部件25將來自LED 17的光通量朝著發(fā)光側(cè)的方向反射，以被基本上平行校正，以及第二反射部件27將不入射在第一反射部件25上的來自LED 17的光通量朝著發(fā)光側(cè)的方向反射，以被基本上平行校正，以便照明度分布變得均勻。此外，由于發(fā)射照明度是高的，光的照射距離可以延伸。由于以低價(jià)提供用作光源的LED 17，照明設(shè)備本身可以以低成本制造。由于LED使用比白熾燈或熒光燈更少的電源，可以減小日常費(fèi)用。具體地，因?yàn)橥ㄟ^第一和第二反射部件25和27提高照明度和照射距離，相同照明度下LED 17的功耗在差不多是霓虹燈的1/6倍以及差不多是熒光燈1/8倍。這種功耗可以提高照明度的能量效率，由此有助于減小排出對環(huán)境有影響的CO2。
由于在低壓下驅(qū)動LED 17，在安裝之后幾乎不發(fā)生諸如電擊事故的麻煩。此外，由于基本上不包括紫外光和紅外光，不損壞被照射的物體。
由于照明單元100設(shè)有反射體，該反射體包括在LED 17的發(fā)光側(cè)上的第一和第二反射部件25和27，因此與在LED 17的背表面中設(shè)置反射體的情況相比較，可以使光源單元的厚度小。當(dāng)在諸如其中限制安裝空間的陳列櫥的位置中存儲光源單元時(shí)，這些是有利的。
此外，多個(gè)LED 17被排列為一個(gè)單元，以構(gòu)成發(fā)光單元21。但是，如果獲得希望的亮度，發(fā)光單元21可以僅僅包括一個(gè)LED。第一反射部件25的拋物面鏡25a的反射表面可以不由拋物線表面形成，而是可以由雙曲線形成。無論如何，反射表面可以由近似于拋物線表面的曲面形成，以及在拋物線表面中可以總體上形成精巧的平板鏡。
在根據(jù)該實(shí)施例的照明單元100中，相對于交叉LED 17的LED 17的布置方向，平行布置第二反射部件對27，如圖4所示。由此，通過第二反射部件對27和27中的兩個(gè)平板鏡27a和27a，聚焦從LED 17直接入射在第二反射部件27的光，以便獲得高照明度。
在設(shè)有具有拋物面鏡25a的第一反射部件25和具有平板鏡27a的第二反射部件27的照明單元100中，第二反射部件27的表面的高度HM被設(shè)為高于第一和第二邊界線45和47第一次交叉的第二反射部件上的點(diǎn)49。因此，當(dāng)光未照射在第二反射部件27上時(shí)，將在第二反射部件27中產(chǎn)生的陰影51可以被保持，而不到達(dá)第二反射部件27上的發(fā)光側(cè)，以及可以防止發(fā)生當(dāng)陰影51與光通量53一起被輸出時(shí)，產(chǎn)生照明光的色彩發(fā)暗或陰影51a。結(jié)果，可以獲得具有高質(zhì)量的均勻照明光55。
設(shè)有照明單元100的照明設(shè)備200包括提供用于驅(qū)動LED 17的電功率的驅(qū)動單元11。因此，當(dāng)商用電功率被提供給驅(qū)動單元11時(shí)，在高照明度下獲得均勻照明度分布，同時(shí)節(jié)省電功率。此外，通過獨(dú)立的單個(gè)系統(tǒng)可以照射沒有任何色彩發(fā)暗和陰影的照明光。
第二反射部件27的高度的定義被應(yīng)用于下面將描述的實(shí)施例，可以更可靠地獲得均勻照明光。
(第二實(shí)施例)接下來，將描述根據(jù)本發(fā)明的照明單元的第二實(shí)施例。
圖12圖示了照明單元的透視圖，其反射表面由光滑加工表面形成。圖13是圖示了圖12所示的反射體部件的剖面圖。圖14是示出了通過照明單元的照明分布的說明性視圖，其反射面由光滑加工表面形成。在下面的實(shí)施例中，相同參考數(shù)字指與圖1至6所示的元件相同的元件，以及其描述將被省略。
在根據(jù)該實(shí)施例的照明單元300中，第一和第二反射部件25和27的至少一個(gè)反射表面(拋物面鏡25b和平板鏡27b)由光滑加工表面形成。
作為第一和第二反射部件25和27的以上反射表面(拋物面鏡25b和平板鏡27b)經(jīng)受的涂敷工序，例示了通過濺射電鍍工序的加工。濺射電鍍工序包括使用專用底層漆的基本涂層的涂敷、真空中的鋁蒸發(fā)以及進(jìn)入鋁蒸發(fā)表面的尿烷透明涂敷。因此，當(dāng)以粗糙狀態(tài)加工將被涂敷的表面時(shí)，濺射電鍍工序之后的發(fā)光表面可以由光滑加工表面形成。
此外，光滑加工的反射表面可以是無光澤的或有光澤的。無光澤或有光澤可以通過制備電鍍的底涂層液體來改變。
如圖13和14所示，通過從LED 17直接照射的光分量以及通過第一和第二反射部件25和27反射到達(dá)的光分量形成的范圍W2的數(shù)量大于其他區(qū)域，以及范圍W2的邊界是清楚的。這是因?yàn)楣獗痪劢梗约霸诜秶鶺2內(nèi)光通量基本上被平行校正，以便范圍w2變?yōu)榘l(fā)射照明度高的狀態(tài)。此外，與發(fā)光表面由鏡面形成的情況相比較，盡管最大照明度被略微地降低，但是其照明度變均勻的范圍W2被加寬，以及可以通過一個(gè)照明單元300執(zhí)行更寬的發(fā)光范圍。此外，相對于LED 17的光軸改變平板鏡27b的開口角θ，可以調(diào)整光的偏轉(zhuǎn)狀態(tài)。亦即，當(dāng)開口角θ增加時(shí)，照明范圍可以被加寬。當(dāng)開口角θ被減小時(shí)，光可以被聚焦在特定的位置中。在此情況下，優(yōu)選第一和第二反射部件被分開地設(shè)置，而不整體地構(gòu)成，由此自由地調(diào)整平板鏡27b的開口角θ。
設(shè)置使用多色混合型的LED 17作為光源的以上照明單元300，第一反射部件25具有由拋物線表面形成的反射表面(拋物面鏡25b)，其焦點(diǎn)位置被設(shè)為LED 17的發(fā)光表面，以及第二反射部件27具有在交叉LED 17的第一反射部件25的發(fā)光側(cè)上平行布置的板形反射表面對(平板鏡27b)。第一和第二反射部件25和27的反射表面由光滑加工表面形成。因此，在寬泛的透視圖中，通過光滑加工反射表面反射的光看來是鏡反射，但是在微觀的透視圖中被漫反射，如圖13的箭頭43所示。結(jié)果，顏色被分開而分散的不同頻率(波形)分量的光被混合。亦即，分開的藍(lán)色和黃光與白光混合。結(jié)果，可以高效率聚焦LED的光，以及可以獲得均勻照明光，在照射區(qū)中不產(chǎn)生任何色彩發(fā)暗和陰影，即使當(dāng)LED的光緊密地照射時(shí)。此外，照明光的質(zhì)量可以被提高。
此外，當(dāng)通過設(shè)有白色LED 82的照明設(shè)備84照明相鄰位置時(shí)，如圖15所示，可以可靠地阻止白色LED 82的藍(lán)光分量和熒光粉激發(fā)光分量(黃光分量)的顏色被分開，以便在特定照射區(qū)S1和S2上不均勻地出現(xiàn)藍(lán)色區(qū)和黃色區(qū)或產(chǎn)生陰影。因此，當(dāng)使用照明設(shè)備100作為書桌上的照明光時(shí)，獲得均勻照明光，而不降低照明光的質(zhì)量。
此外，由于LED 17的發(fā)射光被高效率散射，必須設(shè)置其發(fā)射波長的差異小的多個(gè)LED元件17的需要可以被減小。在通過鏡面反射的照明單元的情況下，照原樣使用來自各個(gè)LED 17的發(fā)射光作為照明光，以及在照明區(qū)中清楚區(qū)分發(fā)射波長的差異。因此，為了阻止其中照明光的局部不同的色彩發(fā)暗，需要具有均勻發(fā)射波長的LED元件。但是，反射表面由如上所述的光滑加工表面形成，以便鏡反射轉(zhuǎn)變?yōu)槁瓷洹１M管LED的發(fā)射波長變化，但是光被漫射以變?yōu)檎彰鞴狻Ｒ虼?，局部色彩發(fā)暗被減小，以及發(fā)射波長的變化不被清楚地區(qū)分。由此，當(dāng)將形成光滑-加工反射表面時(shí)，將用作光源的LED元件的發(fā)光性能不需要被嚴(yán)格地選擇。此外，可以使用便宜的LED元件，由此減小照明設(shè)備的成本。此外，盡管通過LED元件制造工序產(chǎn)生具有大的發(fā)射波長差異的LED元件，但是可以有效地利用LED元件，而不被浪費(fèi)。因此，當(dāng)使用本發(fā)明的照明單元時(shí)，LED元件制造工序也具有優(yōu)點(diǎn)。
(第三實(shí)施例)接下來，將描述根據(jù)本發(fā)明的照明單元的第三實(shí)施例。
在該實(shí)施例中，提供一種執(zhí)行寬范圍照明的結(jié)構(gòu)。
圖16示出了根據(jù)該實(shí)施例的照明單元和通過該照明單元的照明度分布的說明性視圖。
該實(shí)施例的照明單元400包括第一實(shí)施例所示的多個(gè)照明單元100，多個(gè)照明單元100被平行布置在陣列中。各個(gè)照明單元100之間的布置間隔被設(shè)置為來自相鄰照明單元100的照明光分量的強(qiáng)度被調(diào)整的整個(gè)照明度分布(由圖中的一個(gè)點(diǎn)鏈線所示)變?yōu)槠教沟摹?br> 根據(jù)這種結(jié)構(gòu)，通過排列多個(gè)照明單元，其中照明度變均勻的范圍可以被延伸，以及將被照明的區(qū)域可以被加寬，而不降低照明度。而且，該照明單元100可以與第二實(shí)施例的照明單元300相同，以及照明單元100和照明單元300可以互相結(jié)合。由此，照明光的強(qiáng)度和均勻性可以被適當(dāng)?shù)卣{(diào)整。
(第四實(shí)施例)接下來，將描述根據(jù)本發(fā)明的照明單元的第四實(shí)施例。
在該實(shí)施例中，用圓環(huán)形狀構(gòu)成照明單元。
圖17A是圓-環(huán)形的照明單元的剖面圖，以及圖17B是其底視圖。
在該實(shí)施例的照明單元500中，沿圓環(huán)或圓板中形成的布線基板19上的圓周方向布置多個(gè)(在該實(shí)施例中，十二個(gè))LED 17。對應(yīng)于各個(gè)LED 17，分別布置第一反射部件25。此外，在第一反射部件25的發(fā)光側(cè)上，在內(nèi)部和外圓周形成具有環(huán)形的第二反射部件27，以便覆蓋第一反射部件25。每個(gè)第二反射部件27形成為在圓形中連續(xù)。
通過具有這種結(jié)構(gòu)的照明單元500，以環(huán)形形成整個(gè)單元。因此，其中在圓環(huán)形中均勻出現(xiàn)照明度的范圍，以及盡管照明單元500的尺寸較小，但是整個(gè)寬范圍可以獲得均勻照明度。即使在此情況下，反射表面可以被光滑加工，由此提高散射。此外，當(dāng)具有不同直徑的照明單元500被互相結(jié)合時(shí)，可以以同心圓布置多個(gè)照明單元，以及在整個(gè)寬范圍可以獲得均勻照明度，盡管該單元是小型的。
(第五實(shí)施例)接下來，將描述根據(jù)本發(fā)明的照明單元的第五實(shí)施例。
圖18圖示了具有其它截面結(jié)構(gòu)的反射體部件的結(jié)構(gòu)例子的剖面圖。
在本結(jié)構(gòu)的照明單元600中，在用作光源的LED 17的光路前面布置凸面鏡47，如圖18所示。因此，從LED 17發(fā)射的大多數(shù)光被照射在凸面鏡47上。將被反射的凸面鏡47上照射的光被第一反射部件25的拋物面鏡25a或第二反射部件27的板鏡27a平行校正。此外，沒有被照射在凸面鏡47的某些光被第二反射部件27的板鏡27a平行校正。由此，必須通過第一和第二反射部件25和27偏轉(zhuǎn)從LED 17發(fā)射的光，以被平行校正。然后，在發(fā)射照明度高的狀態(tài)中該光變?yōu)橹赶蚬饴返那岸恕?br> 如上面的例子，反射體部件的結(jié)構(gòu)可以被適當(dāng)?shù)匦薷?。此外，可以進(jìn)行以下改進(jìn)。
例如，第二反射部件27的平板鏡27a可以由曲面鏡形成，以便在預(yù)定距離聚焦光(以形成圖像)。此外，相對于LED 17的光軸，改變平板鏡27a的開口角θ(參考圖14)，可以調(diào)整光的偏轉(zhuǎn)狀態(tài)。換句話說，因?yàn)殚_口角θ增加，照明范圍可以被加寬。因?yàn)殚_口角θ被減小，光可以被聚焦在特定的位置中。在此情況下，優(yōu)選第一和第二反射部件被分開地設(shè)置，而不整體地構(gòu)成，由此自由地調(diào)整平板鏡27b的開度角θ。
(第六優(yōu)選實(shí)施例)接下來，將描述根據(jù)本發(fā)明的照明單元的第六實(shí)施例。
圖19A是其中以兩行布置發(fā)光二極管的照明單元的平面圖。圖19B是其剖面圖，沿圖19A的線B-B。
在根據(jù)該實(shí)施例的照明單元700中，以多行(在繪圖中，兩行)布置多個(gè)LED 17，如圖19a所示。對應(yīng)于各個(gè)LED 17，設(shè)置第一反射部件25，以及以Z字形圖形中布置各個(gè)行，其中各個(gè)行的排列間隔被改變?yōu)樾蟹较蛑械牡谝环瓷洳考?5的1/2布置間距。隨后，布置LED 17的兩個(gè)相鄰行L1和L2以及第一反射部件25，以便第一反射部件25最鄰近或互相鄰近，如圖19B所示。此外，LED 17和第一反射部件25被布置相對于發(fā)光側(cè)具有臺階G。
在多個(gè)發(fā)光二極管行的布置方向中的外側(cè)中，在發(fā)光二極管線路中，相對于發(fā)光二極管的布置方向平行布置第二反射部件對27。
在以此方式構(gòu)成的照明單元700中，由于各個(gè)行互相鄰近，陰影51被減小。此外，通過一個(gè)相鄰LED 17的臺階G(與發(fā)光方向相對側(cè)的降低方向中的臺階)也減小陰影51。亦即，朝著LED 17的方向(圖9的下側(cè))平行移動邊界線(例如，第一邊界線45)，該第一邊界線45是交叉圖9所示的頂角(點(diǎn)49)的一側(cè)，由此減小夾在第二反射部件27的表面上形成的第一和第二邊界線45和47之間的基本上三角形的陰影51。因此，陰影51被進(jìn)一步減小，以便抑制照明光的色彩發(fā)暗或陰影產(chǎn)生。
如圖20A和20B所示，照明單元700可以由其中連接兩個(gè)照明單元700的照明單元700A構(gòu)成。
圖20A是其中平行布置圖19A和19B所示的照明單元的修改例子的平面圖。圖20B是其剖面圖，沿C-C線。在此情況下，已經(jīng)被放置在連接部分中的第二反射部件27被移走，因此僅僅在外側(cè)上留下第二反射部件對27，以便夾住整個(gè)單元。
根據(jù)該實(shí)施例的照明單元700可以由其中以三行布置LED 17的照明單元700B形成，如圖21所示。
圖21a是其中以三行布置發(fā)光二極管的照明單元的平面圖，以及圖21B是其剖面圖，沿線D-D。在此情況下，被布置在中心的線L2被布置為低于臺階G，以及兩側(cè)的線L1和L3被布置高于線L2。這種結(jié)構(gòu)通過如上的相同作用，也可以減小陰影51，以便可以抑制照明光的色彩發(fā)暗和陰影51a產(chǎn)生。而且，可以形成LED 17的臺階G，以便相鄰的發(fā)光二極管線具有不同的臺階。因此，可以用凸凹形狀形成各行之間的凹凸形狀，以便凹入部分被倒置到凸面部分中。此外，該發(fā)光二極管線路可以被設(shè)為具有與發(fā)光二極管線路的布置方向相同的長度，以便以基本上矩形框架形狀形成第二反射部件27。
根據(jù)該實(shí)施例的結(jié)構(gòu)，其中在第三和第四實(shí)施例中，可以分別以陣列或環(huán)形形成以多個(gè)行布置的LED。在此情況下，可以獲得大量照明光。圖22示出了多個(gè)發(fā)光二極管的另一布置。在此情況下，照明單元700C具有在環(huán)形第二反射部件27內(nèi)以Z字形圖形布置的多個(gè)第一反射部件25。即使在此情況下，LED 17在相對于發(fā)光方向的相鄰LED之間具有臺階。在圖22中，以六角形框架形狀形成第二反射部件27。但是，不限于此，它可以用任意多邊形形狀或圓環(huán)形狀形成。
迄今為止，已經(jīng)詳細(xì)或參考特定的實(shí)施例描述了本發(fā)明。但是，所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員顯然知道，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的條件下，可以進(jìn)行各種改變和改進(jìn)。
本申請基于2004年11月30申請的日本專利申請?zhí)?004-346543、2005年8月30日申請的日本專利申請?zhí)?005-249986以及2005年9月6日申請的日本專利申請?zhí)?005-257976。其內(nèi)容被包括作為參考。
例1下面，將描述計(jì)算其中使用根據(jù)本發(fā)明的照明單元的照明設(shè)備的光性能的結(jié)果。
根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的照明設(shè)備200的性能被顯示如下·LED的數(shù)目16·反射體部件的總體尺寸長度23.8mm，寬度264mm；高度(H)16.25mm.
根據(jù)具有這種結(jié)構(gòu)的照明設(shè)備200，試驗(yàn)性地獲得以下基本特性·筆直照射距離(從光源位置獲得直到照明度大于1 lx的位置的最大距離)超過30m·聚光燈下的照明度(在聚光燈下，2m距離的位置中的照明度)48.5 lx/m2·電性能，當(dāng)在12V下驅(qū)動(在AC/DC中共同)時(shí)每一個(gè)0.09A 1.1Wh當(dāng)在24V下驅(qū)動(在AC/DC中共同)時(shí)每一個(gè)0.08A 1.92Wh·光學(xué)特性總通量(當(dāng)在12V驅(qū)動時(shí))18.81m總通量(當(dāng)在24V驅(qū)動時(shí))42.81m。
這里，為了檢查具有這種結(jié)構(gòu)的照明單元100的效果，在下列條件中執(zhí)行照明度分布的測試。
上面的照明單元被設(shè)為例子1-1，僅僅包括具有從以上照明單元移走的反射體部件的發(fā)光單元21的照明單元被設(shè)為比較例1-1，以及僅僅包括作為以上照明單元的反射體部件的第一反射部件25的照明單元被設(shè)為比較例1-2。亦即，提供三個(gè)模型，如具有拋物面鏡和平板鏡的組合的照明部分(例子1-1)、僅僅具有拋物面鏡的照明單元(比較例子1-1)以及沒有反射體的照明單元(比較例子1-2)。
在測量照明度的時(shí)候，在暗室中制備30cm×35cm×高度49cm的箱子，以及在該箱子中布置上面三個(gè)模型的照明單元。通過照明度測量系統(tǒng)(由Yokogawa Instruments Corporation制造，型號51002)測量各個(gè)預(yù)定測量位置中的照明度。
圖23示出了比較例1-1的照明度分布的測量結(jié)果的繪圖。圖24示出了比較例1-2的照明度分布的測量結(jié)果。圖25示出了比較例1-1的照明度分布的測量結(jié)果。
在比較例1-1中，其中整個(gè)廣角范圍形成照明度約為100 lx的區(qū)域，甚至最大的照明度僅僅是115 lx，如圖23所示。
在比較例1-2中，形成具有360至400 lx照明度的亮區(qū)，以及照射范圍基本上與拋物面鏡的開口側(cè)中的寬度相同，如圖24所示。
相反，在例子1-1中，在基本上與平板鏡的寬度相同的范圍中形成具有超過900 lx的基本上恒定照明度的密集亮區(qū)，如圖25所示。在該亮區(qū)外面，照明度被顯著地降低至約200 lx。例1-1的密集亮區(qū)顯然不同于在比較例1-2中其邊界不清楚的亮區(qū)，意味著該亮區(qū)的位置可以被清楚地識別。
接下來，比較本照明設(shè)備中的降低功耗的效果。這里，在使用熒光燈或燈泡型熒光燈的常規(guī)照明設(shè)備被本發(fā)明的照明設(shè)備替代，以便照明度具有相同級別的情況中，比較兩側(cè)之間的功耗差異。


比較例子2-1的功耗是448W，其中使用反相器型冷凍線熒光燈(56Wx8)。為了獲得與比較例2-1相同的照明度，在例2-1制備總共70個(gè)照明單元，具有與其中結(jié)合DC 24V驅(qū)動的照明單元(LED陣列)和反射板的第一實(shí)施例相同的結(jié)構(gòu)。由于在DC 24V的驅(qū)動電壓下，每一個(gè)照明單元的功耗是1.92W，70個(gè)照明單元的功耗變?yōu)?34W。亦即，當(dāng)448W的功耗的前一照明設(shè)備轉(zhuǎn)變?yōu)楸景l(fā)明的照明設(shè)備時(shí)，功耗被降低134w，是0.3倍。
比較例2-2的功耗，使用由Hitachi，Ltd.制造的熒光燈EFD9EL-E17(9W x 60)的由Endo Lighting Corporation制造的照明設(shè)備EG-9818是540W。在例2-2中，為了獲得相同級別的照明度，已經(jīng)制備了第一實(shí)施例的總共132照明單元。由于在DC 24V的驅(qū)動電壓下，每一個(gè)照明的功耗是1.92W，132個(gè)照明單元的功耗變?yōu)?53W。亦即，在此情況下的功耗被降低0.47倍。
比較例3-3的功耗，使用由Hitachi，Ltd.制造的熒光燈EFD9EL-E17(9W x 36)的由Endo Lighting Corporation制造的照明設(shè)備EG-9818，是324W。在例子2-3中，已經(jīng)制備了第一實(shí)施例的總共86照明單元，以便獲得相同級別的照明度。由于在DC12V的驅(qū)動電壓下，每一個(gè)照明的功耗是1.1W，86個(gè)照明單元的功耗是4.6W。亦即，在此情況下的功耗被降低0.29倍。
接下來，為了檢查具有這種結(jié)構(gòu)的照明單元100和300的效果在下列條件中執(zhí)行照明度性能和光分布性能的測試。
在以上實(shí)施例的結(jié)構(gòu)中，其反射表面由鏡面形成的照明單元100被設(shè)為例3-1，在以上實(shí)施例的結(jié)構(gòu)中，其反射表面由光滑-加工有光澤的表面形成的照明單元300被設(shè)為例3-2，以及其反射表面由光滑-加工的無光澤表面形成的反射表面的照明單元300被設(shè)為例3-3。僅僅有其中不設(shè)置第一和第二反射部件25和27的LED 17的照明單元被設(shè)為比較例3-1。
例子和比較例子中使用的照明單元的性能如下
·LED的數(shù)目16·反射體部件23的總體尺寸長度長度23.8mm，寬度264mm；高度(H)16.25mm通過在電鍍工序中使用不同的底涂層液體形成例3-2的光滑-加工的有光澤反射表面和例3-3的光滑加工的無光澤反射表面。亦即，作為例3-2的底涂層液體，使用由Toyo Kogyo Toryo Co.Ltd.制造的“K173NP底涂層”。作為例子3-3的底涂層液體，使用由Hisho K.K.制造的“500 mat28”。
通過使用大量砂紙，反射表面上的有光澤或無光澤的表面性質(zhì)可以被規(guī)定為粗糙度。亦即，對應(yīng)于例3-2的表面性質(zhì)的砂紙數(shù)目N1是#70≤N1≤#100，優(yōu)選，#80≤N1≤#90。此外，對應(yīng)于例3-3的表面性質(zhì)砂紙數(shù)目N2是#60≤N2≤#100，優(yōu)選，#75≤N2≤#85。
圖26示出了例3-1的照明性能的曲線圖。圖27示出了例3-1的光分布性能的曲線圖。圖28示出了例3-2的照明度性能的曲線圖。圖29示出了例3-2的光分布性能的曲線圖。圖30示出了例子3-3的照明度性能的曲線圖。圖31示出了例3-3的光分布性能的曲線圖。圖32示出了比較例3-1的照明性能的曲線圖。圖33示出了比較例3-1的光分布性能的曲線圖。在圖27，29，31和33的各個(gè)曲線圖中，水平軸的角度表示當(dāng)測量儀器與作為旋轉(zhuǎn)軸的照明單元100的發(fā)光表面的中心軸對稱地旋轉(zhuǎn)90°時(shí)的角度。此外，每個(gè)曲線圖中的實(shí)線表示平行于照明單元300的縱向的軸被設(shè)為旋轉(zhuǎn)軸時(shí)的測量結(jié)果，以及虛線表示當(dāng)垂直于旋轉(zhuǎn)軸的軸被設(shè)為旋轉(zhuǎn)軸時(shí)的測量結(jié)果。
在表2中示出了例3-1，3-2以及3-3和比較例3-1的表面性能、電源、總通量、效率、最大光強(qiáng)度、1/2射束角以及評價(jià)。


在例3-1中，在2m的照射距離中，通過約0.4mm的水平距離形成照明度50 lx的照射區(qū)，如圖26所示。此外，如圖27所示，在-10°至10°的光分布角處獲得50至約400cd的光強(qiáng)度。在照射距離密切的位置中，分為黃光分量和藍(lán)光分量的顏色分離(色彩發(fā)暗)或陰影被識別。但是，當(dāng)照射距離增加時(shí)，色彩發(fā)暗和陰影消失。
在例3-2中，在2m的照射距離中，通過約0.8mm的水平距離形成照明度10 lx的照射區(qū)，如圖28所示。此外，如圖29所示，在-30°至30°的光分布角處，獲得20至約50cd的均勻光強(qiáng)度。變?yōu)辄S光和藍(lán)光的光分色沒有被識別。
在例3-3中，在2m的照射距離中，通過約0.8mm的水平距離形成照明度10 lx的照射區(qū)，如圖30所示。在該區(qū)域內(nèi)，通過約0.4mm的水平距離形成照明度20 lx的照射區(qū)。此外，如圖31所示，在-30°至30°的光分布角處，獲得20至約100cd的光強(qiáng)度。變?yōu)辄S光和藍(lán)光的光分色沒有被識別。
在比較例3-1中，如圖32所示，在1.6m的照射距離中，通過約0.8mm的水平距離形成照明度5 lx的照射區(qū)，意味著沒有保證足夠的照明度。但是，如圖33所示，形成一區(qū)域，在-90°至90°的光分布角處，平穩(wěn)地改變0至約15cd的光強(qiáng)度。變?yōu)辄S光和藍(lán)光的分色沒有被識別。
在例3-2中，其中反射表面由光滑-加工的有光澤表面形成，以及在例3-3中，其中反射表面由光滑-加工的無光澤表面形成，LED的光可以被高效率聚焦，以及沒有產(chǎn)生色彩發(fā)暗或陰影。此外，在各個(gè)實(shí)施例中，其中第二反射表面的高度屬于限定范圍，與未設(shè)有第二反射表面的比較例1-1，1-2以及3-1相比較，可以可靠地獲得均勻照明度分布。
工業(yè)實(shí)用性根據(jù)本發(fā)明，在高照明度下獲得恒定的平坦照明度分布的照射區(qū)，同時(shí)節(jié)省電功率。此外，本發(fā)明可以被適當(dāng)?shù)貞?yīng)用于可以延伸光的照射距離的照明。
權(quán)利要求
1.一種具有作為光源的發(fā)光二極管的照明單元，該照明單元包括具有基座和在該基座上布置的多個(gè)發(fā)光二極管的發(fā)光單元；對應(yīng)于發(fā)光單元的發(fā)光側(cè)上的各個(gè)多個(gè)發(fā)光二極管設(shè)置的多個(gè)第一反射部件，每個(gè)第一反射部件具有拋物線表面，其焦點(diǎn)位置是該發(fā)光二極管的發(fā)光表面；以及平行于穿過發(fā)光二極管的第一反射部件的發(fā)光側(cè)面上的發(fā)光二極管的布置方向布置的一對第二反射部件，每個(gè)第二反射部件具有板形的反射面，將來自發(fā)光二極管的光朝著發(fā)光側(cè)的方向反射。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的照明單元，其中，當(dāng)從第一反射部件發(fā)射的來自發(fā)光二極管的光通量和第二反射部件上的其陰影之間的邊界線被設(shè)為第一邊界線時(shí)，其中，當(dāng)來自鄰近于該發(fā)光二極管的另一發(fā)光二極管的光通量和第二反射部件上的其陰影之間的邊界線被設(shè)為第二邊界線時(shí)，第二反射部件凸出到發(fā)光側(cè)中的高度被設(shè)為高于其中第一和第二邊界線第一次交叉的第二反射部件上的點(diǎn)。
3.一種具有作為光源的發(fā)光二極管的照明單元，該照明單元包括具有基座和在該基座上布置的多個(gè)發(fā)光二極管的發(fā)光單元；對應(yīng)于發(fā)光單元的發(fā)光側(cè)面上的各個(gè)多個(gè)發(fā)光二極管設(shè)置的第一反射部件，每個(gè)第一反射部件具有拋物線表面，其焦點(diǎn)位置是發(fā)光二極管的發(fā)光表面；以及在第一反射部件的發(fā)光側(cè)上，具有板形反射面的第二反射部件，該板形反射面將來自發(fā)光二極管的光朝著發(fā)光側(cè)的方向反射，其中，當(dāng)從第一反射部件發(fā)射的來自發(fā)光二極管的光通量和第二反射部件上的其陰影之間的邊界線被設(shè)為第一邊界線，來自鄰近于該發(fā)光二極管的另一發(fā)光二極管的光通量和第二反射部件上的其陰影之間的邊界線被設(shè)為第二邊界線時(shí)，第二反射部件凸出到發(fā)光側(cè)中的高度被設(shè)為高于其中第一和第二邊界線第一次交叉的第二反射部件上的點(diǎn)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3的照明單元，其中，以多行布置多個(gè)發(fā)光二極管，以及在多個(gè)發(fā)光二極管行的布置方向的兩個(gè)外側(cè)中，平行于發(fā)光二極管行內(nèi)的發(fā)光二極管的布置方向布置第二反射部件對。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的照明單元，其中，以Z字形圖形布置發(fā)光二極管行，其中在相鄰發(fā)光二極管行之間的行方向中，發(fā)光二極管行內(nèi)的第一反射部件的布置間距改變1/2間距。
6.根據(jù)權(quán)利要求4和5的任意一項(xiàng)的照明單元，其中，在發(fā)光二極管行和與其相鄰的另一發(fā)光二極管行之間，在發(fā)光方向中各個(gè)行之間的發(fā)光二極管具有臺階。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至6的任意一項(xiàng)的照明單元，其中第一和第二反射部件的反射面由通過蒸發(fā)涂敷的鏡面所形成。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至6的任意一項(xiàng)的照明單元，其中第一和第二反射部件的至少一個(gè)反射面被光滑加工。
9.根據(jù)權(quán)利要求1至8的任意一項(xiàng)的照明單元，其中該發(fā)光二極管是具有藍(lán)光發(fā)光二極管和將來自藍(lán)光發(fā)光二極管的藍(lán)光分量轉(zhuǎn)變?yōu)辄S光分量的熒光粉的白光發(fā)光二極管。
10.一種照明設(shè)備包括根據(jù)權(quán)利要求1至9的任意一項(xiàng)的照明單元；以及提供用于驅(qū)動該發(fā)光二極管發(fā)光的電功率的驅(qū)動單元。
全文摘要
提供一種照明設(shè)備，通過其在高照明度下獲得具有恒定平坦照明度分布的照明區(qū)，同時(shí)節(jié)省電功率，并且其可以延伸照射距離，以及包括該照明單元的照明設(shè)備。一種使用發(fā)光二極管17作為光源的照明單元100設(shè)有，具有在基座19上的多個(gè)發(fā)光二極管17的發(fā)光單元；對應(yīng)于該發(fā)光單元的發(fā)光側(cè)上的各個(gè)多個(gè)發(fā)光二極管設(shè)置的第一反射部件25，該第一反射部件25將來自發(fā)光二極管17的光朝著發(fā)光側(cè)的方向反射，以被基本上平行校正；以及布置在第一反射部件的發(fā)光側(cè)上的一對第二反射部件，該第二反射部件將未入射在第一反射部件25上的來自發(fā)光二極管17的光朝著發(fā)光側(cè)的方向反射，以被基本上平行校正。
文檔編號F21V7/06GK1965195SQ20058001606
公開日2007年5月16日 申請日期2005年9月13日 優(yōu)先權(quán)日2004年11月30日
發(fā)明者平塚利男 申請人:株式會社未來