專(zhuān)利名稱(chēng)：具有微結(jié)構(gòu)光學(xué)系統(tǒng)的散射元件的節(jié)能型道路照明器件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及節(jié)能型道路照明器件，特別涉及具有微結(jié)構(gòu)光學(xué)系統(tǒng)的照明器件。
背景技術(shù)：
發(fā)光二極管作為一種固體發(fā)光元件，目前已廣泛應(yīng)用在交通燈，信號(hào)燈，全色大屏幕室內(nèi)、室外廣告牌，DVD光存儲(chǔ)燈領(lǐng)域。與傳統(tǒng)照明光源相比，發(fā)光二極管發(fā)光效率高，耗電量少，使用壽命長(zhǎng)，安全環(huán)保。如果用發(fā)光二極管取代全部白熾燈和部分取代白熾燈，可以節(jié)省1/3的照明用電。針對(duì)采用發(fā)光二極管的節(jié)能道路照明燈具，必須進(jìn)行合理地外光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)。發(fā)光二極管器件的外光學(xué)設(shè)計(jì)主要是根據(jù)不同的實(shí)際應(yīng)用使光能量重新分布，從而達(dá)到更有效、更合理地使用有限光能量的目的。
目前，采用發(fā)光二極管做照明光源制成的節(jié)能型道路照明燈具，其光學(xué)系統(tǒng)利用反射原理，采用反光板或反光鏡使得光能分布滿(mǎn)足要求，或有些采用屋脊形結(jié)構(gòu)，這些方法結(jié)構(gòu)復(fù)雜，難以投入生產(chǎn)使用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是解決現(xiàn)有發(fā)光二極管制作的節(jié)能型道路照明燈具結(jié)構(gòu)復(fù)雜，難以投入生產(chǎn)使用的問(wèn)題，提供一種具有菲涅爾微結(jié)構(gòu)特性的節(jié)能型道路照明器件。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是進(jìn)行二次光學(xué)設(shè)計(jì)，采用合理的外光學(xué)系統(tǒng)，改善燈具的光學(xué)性能，使得燈具的照度分布滿(mǎn)足要求的同時(shí)，保證照明器件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，拆裝方便。
為了完成本發(fā)明的目的，本發(fā)明首先提供了一個(gè)實(shí)現(xiàn)照明器件的基本元件即散射元件。每個(gè)路燈所用的散射元件包括兩個(gè)或四個(gè)形狀相同的小散射元件。散射元件的材料為有機(jī)玻璃或塑料。每個(gè)散射元件上有微直條型鋸齒形槽結(jié)構(gòu)，其大小與一般菲涅爾透鏡齒形結(jié)構(gòu)大小的數(shù)量級(jí)相當(dāng)。兩個(gè)散射元件齒對(duì)齒粘合成一個(gè)厚散射元件后，再將這樣兩個(gè)厚散射元件的側(cè)面粘合，形成一個(gè)V字型結(jié)構(gòu)的大散射元件，其兩邊兩個(gè)厚散射元件夾角為150度。或者僅由兩個(gè)小散射元件在側(cè)邊粘合形成一個(gè)大散射元件，兩個(gè)小散射元件間夾角也為150度。形成V字型的散射元件，其鋸齒形結(jié)構(gòu)齒一邊的小平面垂直于散射元件的底面，另一邊的小平面即傾斜面與底面的夾角為45度，即鋸齒形結(jié)構(gòu)齒兩邊的夾角也為45度。當(dāng)具有菲涅爾微結(jié)構(gòu)特性的散射元件僅由兩個(gè)散射元件側(cè)邊粘合而成時(shí)，V字型散射元件的左半邊兩個(gè)小散射元件粘合時(shí)，使傾斜面的傾斜角斜向左邊，V字型散射元件的右半邊小散射元件粘合時(shí)，使傾斜面的傾斜角斜向右邊，且應(yīng)使得元件上微型槽的方向與元件的接縫方向平行。當(dāng)具有菲涅爾微結(jié)構(gòu)特性的散射元件由4個(gè)散射元件粘合而成時(shí)，小散射元件齒對(duì)齒對(duì)接粘合時(shí)，使兩個(gè)小散射元件鋸齒形結(jié)構(gòu)垂直于底面的小平面處在同一個(gè)平面上。且靠近光源的兩個(gè)小散射元件中，左半邊小散射元件的傾斜面傾斜角斜向左邊，右半邊的小散射元件的傾斜面傾斜角斜向右邊且應(yīng)使得元件上微型槽的方向與元件的接縫方向平行。
本發(fā)明同時(shí)提供了實(shí)現(xiàn)照明器件的另一個(gè)關(guān)鍵元件，發(fā)光二極管陣列照明光源，即提供一種發(fā)光二極管的排列方式。在兩個(gè)不同的平面上將發(fā)光二極管排列成兩個(gè)矩形陣列，每相鄰兩個(gè)芯片的中心間距相等，這兩個(gè)平面間的夾角也為150度。發(fā)光二極管照明光源陣列平面上涂白色涂料增強(qiáng)對(duì)光的反射，提供光源對(duì)光能的利用效率。
其次，本發(fā)明提供一種發(fā)光二極管和散射元件的放置關(guān)系。V字型的散射元件，放置在發(fā)光二極管照明光源的正前方，如此，發(fā)光二極管照明光源陣列平面和散射元件相互平行。發(fā)光二極管照明光源和具有菲涅爾微結(jié)構(gòu)特性的散射元件，兩者之間放置的距離為20毫米，即兩個(gè)發(fā)光二極管照明光源陣列平面的交線(xiàn)和兩個(gè)散射元件交線(xiàn)之間的最短距離為20毫米。單個(gè)散射元件其板的面積大小比單個(gè)發(fā)光二極管矩形陣列面積略大，要保證能覆蓋單個(gè)發(fā)光二極管矩形陣列。
此外，本發(fā)明在發(fā)光二極管照明光源和散射元件之間的空隙中設(shè)置有一個(gè)反射鏡，以便更好地利用被反射到其他方向的雜散光，本發(fā)明還在發(fā)光二極管照明光源的陣列平面上涂覆有用于增強(qiáng)對(duì)光的反射的白色涂料層，從而提高燈具的光能利用率。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和積極效果本發(fā)明考慮到發(fā)光二極管光束方向性強(qiáng)的特點(diǎn)，采用本發(fā)明的結(jié)構(gòu)對(duì)發(fā)光二極管陣列射出的光進(jìn)行調(diào)制，使得光線(xiàn)在需要的方向上被散射到更寬的范圍內(nèi)，即在沿著道路上車(chē)輛行駛的方向上被散射到更寬的范圍內(nèi)，從而相應(yīng)地控制了垂直于道路方向上的光束照射范圍。
采用Lighttools軟件對(duì)該結(jié)構(gòu)進(jìn)行仿真模擬，結(jié)果表明該使用發(fā)明能夠使得沿車(chē)輛行駛方向道路上的照度均勻度有所改善。
進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的結(jié)果也表明該發(fā)明能夠改善照度均勻度，即配光性能。尤其是道路邊緣的照度均勻度。又采用一個(gè)2×3發(fā)光二極管小矩形陣列進(jìn)行驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)，使用兩個(gè)小散射元件對(duì)接粘合的厚散射元件一個(gè)。結(jié)果表明單片的厚散射元件可以使得光斑的中心照度值，偏移60厘米，邊緣的照度均勻性因此也較好，因此當(dāng)使用四個(gè)小散射元件粘合成的元件時(shí)，會(huì)使得整個(gè)路面上的照度均勻性改善。


圖1為發(fā)光二極管照明光源主視圖；圖2為圖1的俯視圖；圖3a為單個(gè)小散射元件示意圖；圖3b為局部放大圖；圖4a為兩個(gè)小散射元件粘合后的厚散射元件示意圖；圖4b為其局部放大圖，兩個(gè)小散射元件粘合后，齒尖對(duì)齒尖；圖5為僅由兩個(gè)小散射元件粘合成的大散射元件示意圖；圖6為兩個(gè)厚散射元件粘合成的大散射元件示意圖，整個(gè)散射元件關(guān)于中線(xiàn)3對(duì)稱(chēng)；圖7為節(jié)能型道路照明器件結(jié)構(gòu)圖；散射元件放置在燈具的前方，散射元件亦可做為照明器件的燈罩；圖中數(shù)字。
圖8為用Lighttools軟件進(jìn)行仿真模擬的結(jié)果示意圖；(a)為不采用該發(fā)明，采用平面矩形陣列照明光源的路面照度圖；(b)為采用該發(fā)明時(shí)，所得到的路面照度圖。該模擬結(jié)果設(shè)置的照明器件距地面距離為12m，x軸為沿車(chē)輛行駛方向，y軸為垂直于該方向。
圖中1為發(fā)光二極管，2為控制電路及散熱片，3為對(duì)稱(chēng)中線(xiàn)、也是粘合縫線(xiàn)，4為反射鏡。
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例1如圖7所示，本發(fā)明提供的節(jié)能型道路照明器件由燈箱、控制電路和散熱片、發(fā)光二極管陣列照明光源、散射元件和反射鏡構(gòu)成。發(fā)光二極管陣列發(fā)出的光束被散射元件散射后，得到的光分布滿(mǎn)足道路照明要求(參見(jiàn)圖8b)。小散射元件其齒尖夾角為45度(參見(jiàn)圖3)。兩個(gè)小散射元件粘合后形成一個(gè)厚散射元件(參見(jiàn)圖4)。兩個(gè)厚散射元件粘合后的夾角為150度(參見(jiàn)圖6)?；蛘咭粋€(gè)大散射元件僅由兩個(gè)小散射元件側(cè)邊粘合而成(參見(jiàn)圖5)。大散射元件可作為燈具的燈罩。兩個(gè)不同平面上發(fā)光二極管排列成兩個(gè)矩形陣列，這兩個(gè)平面間的夾角也為150度。反射鏡置于散射元件和發(fā)光二極管陣列之間的兩側(cè)。
權(quán)利要求
1.一種具有微結(jié)構(gòu)光學(xué)系統(tǒng)的散射元件的節(jié)能型道路照明器件，包括燈箱、控制電路和散熱片、發(fā)光二極管陣列照明光源，具有微結(jié)構(gòu)光學(xué)系統(tǒng)的散射元件，其特征是所述具有微結(jié)構(gòu)光學(xué)系統(tǒng)的散射元件是指具有菲涅爾微結(jié)構(gòu)特性的散射元件，即散射元件的微觀結(jié)構(gòu)上呈鋸齒形結(jié)構(gòu)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的節(jié)能型道路照明器件，其特征是散射元件的鋸齒形結(jié)構(gòu)為直條型，其大小與一般菲涅爾透鏡牙結(jié)構(gòu)大小的數(shù)量級(jí)相當(dāng)，牙間距大小為5毫米。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的節(jié)能型道路照明器件，其特征是散射元件的鋸齒形結(jié)構(gòu)中齒的一邊的平面垂直于散射元件的底面，另一邊的小平面即傾斜面與底面的夾角為45度，即鋸齒形結(jié)構(gòu)齒兩邊的夾角也為45度。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的節(jié)能型道路照明器件，其特征是散射元件由具有鋸齒形結(jié)構(gòu)表面的兩個(gè)小散射元件側(cè)邊粘合；或由兩個(gè)小散射元件以齒面相對(duì)粘接構(gòu)成厚散射元件，2個(gè)厚散射元件再側(cè)邊粘合，形成夾角為150度的、宏觀外形為V字型的大散射元件。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的節(jié)能型道路照明器件，其特征是當(dāng)具有菲涅爾微結(jié)構(gòu)特性的散射元件僅由兩個(gè)散射元件側(cè)邊粘合而成時(shí)，兩個(gè)小散射元件粘合后的粘合縫與兩元件上鋸齒的齒縫方向一致，且V字型散射元件的左半邊小散射元件在粘合時(shí)，使傾斜面的傾斜角斜向左邊，V字型散射元件的右半邊小散射元件在粘合時(shí)，使傾斜面的傾斜角斜向右邊。當(dāng)具有菲涅爾微結(jié)構(gòu)特性的散射元件由4個(gè)散射元件粘合而成時(shí)，小散射元件齒對(duì)齒對(duì)接粘合時(shí)，使兩個(gè)小散射元件鋸齒形結(jié)構(gòu)垂直于底面的小平面處在同一個(gè)平面上，且靠近光源的兩個(gè)小散射元件中，左半邊小散射元件的傾斜面傾斜角斜向左邊，右半邊的小散射元件的傾斜面傾斜角斜向右邊，且應(yīng)使得元件上鋸齒的齒縫的方向與元件的接縫方向平行。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的節(jié)能型道路照明器件，其特征是所述的發(fā)光二極管陣列照明光源中每相鄰兩個(gè)芯片的中心間距相等，并在兩個(gè)平面上排列成兩個(gè)矩形陣列，即從宏觀上看發(fā)光二極管陣列的機(jī)械結(jié)構(gòu)呈V字型，其兩個(gè)矩形陣列之間夾角為150度。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的節(jié)能型道路照明器件，其特征是散射元件的放置方式為其無(wú)鋸齒形結(jié)構(gòu)的平面靠近發(fā)光二極管陣列照明光源；放置在發(fā)光二極管照明光源的正前方，如此，發(fā)光二極管照明光源陣列平面和散射元件相互平行。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的節(jié)能型道路照明器件，其特征是所述的發(fā)光二極管照明光源和散射元件兩者之間的距離為20毫米，即兩個(gè)發(fā)光二極管照明光源陣列平面的交線(xiàn)和兩個(gè)散射元件交線(xiàn)之間的最短距離為20毫米；散射元件面積大小比單個(gè)發(fā)光二極管矩形陣列面積略大，保證能覆蓋單個(gè)發(fā)光二極管矩形陣列。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的節(jié)能型道路照明器件，其特征是發(fā)光二極管照明光源和散射元件之間的兩側(cè)設(shè)置有反射鏡；發(fā)光二極管照明光源的陣列平面上涂覆有用于增強(qiáng)對(duì)光的反射的白色涂料層。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的節(jié)能型道路照明器件，其特征是散射元件的材料為有機(jī)玻璃。
全文摘要
一種具有菲涅爾微結(jié)構(gòu)特性的節(jié)能型道路照明器件。本發(fā)明提供的節(jié)能型道路照明器件由燈箱、控制電路和散熱片、發(fā)光二極管陣列照明光源、散射元件和反射鏡構(gòu)成。散射元件是指具有菲涅爾微結(jié)構(gòu)特性的散射元件，即散射元件的微觀結(jié)構(gòu)上呈鋸齒形結(jié)構(gòu)，其大小與一般菲涅爾透鏡牙結(jié)構(gòu)大小的數(shù)量級(jí)相當(dāng)。采用本發(fā)明的結(jié)構(gòu)對(duì)發(fā)光二極管陣列射出的光進(jìn)行調(diào)制，使得光線(xiàn)在需要的方向上被散射到更寬的范圍內(nèi)，即在沿著道路上車(chē)輛行駛的方向上被散射到更寬的范圍內(nèi)，從而相應(yīng)地控制了垂直于道路方向上的光束照射范圍，得到的光分布完全滿(mǎn)足道路照明要求。
文檔編號(hào)F21Y101/02GK101078477SQ20071005751
公開(kāi)日2007年11月28日 申請(qǐng)日期2007年6月1日 優(yōu)先權(quán)日2007年6月1日
發(fā)明者劉鐵根, 林松, 江俊峰, 饒建輝, 張蕓 申請(qǐng)人:天津大學(xué), 天津市協(xié)力光電有限公司