CN101498427A - 均匀发光装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种均匀发光装置，包括发光二极管和反光罩，该发光二极管为单面发光式发光二极管，该反光罩为漫反射反光罩。至少三个所述单面发光式发光二极管于反光罩内依照反光罩形状排列成一圈，并且其发光面朝向圈外、面对反光罩。单面发光式发光二极管依所需的方向，调整其向位，以适当的距离和入射角照射反光罩，从而调整反光罩上相应的被照区域的光照度，进而使反光罩的整个侧壁受光更加均匀。同时，选择发光二极管对应的颜色，并控制各种二极管的发光强度，即可混合出所需的任何光色。此外，采用漫反射反光罩后，发光二极管所发出的光线照射在漫反射罩表面的充分散射后，全部照向透光屏，光能利用率高。
Description
技术领域
本发明属于一种发光装置，尤其涉及一种使用发光二极管作为光源的均匀发光装置。
背景技术
发光体可吸引人们注意力，商家常用招牌灯箱吸引顾客或作广告，建筑师与灯光设计师更是据此理念设计出发光式天花板、发光式墙面以及建筑物发光式外立面等。此类发光系统的基本结构是在光源前侧安装半透明状透光屏，以让光线透过透光屏，营造出一种高雅的气氛，或将透光屏上的图像或信息传递给人们。
上述发光系统通常使用白炽灯，荧光灯或霓虹灯等作为光源。众所周知，这些光源有些发光效率低，耗电大，有些使用寿命短，而霓虹灯等则需工作在高电压下，极易发生安全事故。
随着科技的进步，近年来已发明出照明用发光二极管，作为一种新型光源，其发光效率高、耗电低、寿命长、工作电压低。为此美国专利第6964507号提出一种招牌灯箱系统，其发光装置的结构是在中空棱台形反光罩内安装一发光二极管；该发光二极管大体为对顶圆锥状。一端为管座，安装在反光罩上，另一端为可以射出光线的凹面，朝向反光罩开口侧前方的半透明状透光屏。为避免发光二极管端部凹面所发出的光线照射透光屏而在屏上形成明亮的光斑，该案的技术方案包括在半透明透光屏与发光二极管端部凹面之间加装一非透明层，特别是直接涂在该凹面上的油漆层。
上述招牌灯箱系统的缺点在于，在反光罩内仅安装一个发光二极管，其功率较大，对于不规则形状的发光罩，由于发光二极管的照射方向固定，发光罩的侧壁会出现暗角，光线无法均匀地照射在发光罩侧壁的各个角落。而该非透明层遮挡发光二极管所发出的部分光线，降低发光二极管的发光效率，造成光通量减少，能量浪费；至于直接涂在凹面上的油漆层，更是不仅具有上述缺点，而且影响发光二极管散热，尤其是将迫使光线返回发光二极管内，导致发光二极管温度升高，使用寿命缩短。
此外，发光二极管所发出的光线经反光罩反射后在透光屏上形成明亮的光环，导致招牌灯箱系统中的发光装置不能提供均匀的光照，从而严重影响整个系统的效果。尽管该案说明书中提及将反光罩内表面涂以白漆，然而事实表明，在此条件下透光屏上仍存在光环，仅是程度不同而以。
发明内容
本发明要解决的技术问题是，提供一种发光更加均匀、高效的均匀发光装置。
为了解决上述技术问题，本发明提供一种均匀发光装置，包括发光二极管和反光罩，该发光二极管为单面发光式发光二极管，该反光罩为漫反射反光罩。至少三个所述单面发光式发光二极管于反光罩内依照反光罩形状排列成一圈，并且其发光面朝向圈外、面对反光罩。
本发明的均匀发光装置与现有技术相比具有如下有益效果：
1、均匀发光装置使用至少三个单面发光式发光二极管，依照反光罩的形状将各发光二极管的位置排列成一圈，使之分别依所需的方向，均匀照射反光罩的侧壁。采用多个发光二极管替代一个大功率发光二极管还可以调整部分发光二极管的向位，使之以适当的距离和入射角照射反光罩，从而调整反光罩上相应的被照区域的光照度，进而使反光罩的整个侧壁受光更加均匀。同时选择发光二极管对应的颜色，并控制各种二极管的发光强度，即可混合出所需的任何光色。
2、采用漫反射反光罩后，发光二极管所发出的光线照射在漫反射罩表面的充分散射后，全部照向透光屏，光能利用率高。同时光线经散射后，避免了在透光屏上产生光环或光斑现象。
附图说明
图1是本发明均匀发光装置第一实施例的立体示意图；
图2是图1中电路板的仰视立体示意图；
图3是图1中单面发光式二极管的立体示意图；
图4是本发明均匀发光装置第一实施例的纵向剖视示意图；
图5是本发明均匀发光装置第二实施例的纵向剖视示意图；
图6是多个均匀发光装置安装于招牌灯箱后的立体示意图；
图7是沿图6中K-K线的剖视示意图。
具体实施方式
为了使本发明要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
在详细描述本发明具体实施方式之前，在此必须指出：本发明所使用的“发光二极管”一词，不仅包括发出可见光(波长380nm至780nm)的，而且包括发出红外线或紫外线的发光二极管。
如图1所示，本发明实施例提供的均匀发光装置100包括一组发光二极管300、电路板400以及反光罩500。作为本发明的一项要点，其中发光二极管300为单面发光式发光二极管，它们在反光罩500内依照反光罩500的形状排列成一圈，并且各自的发光面350(见图3)朝向圈外，面对反光罩500。
单面发光式发光二极管300分别安装在电路板400的正面，方式可为焊接或使用热导性环氧树脂黏接等。为使发光二极管300所产生的热量更好地进行散发，可于电路板400中设置金属层，诸如铝层，并使之与单面发光式发光二极管300构成热传导；或者，可加设其他形式或形状的外部散热器，以提升散热效果。如图2所示，电路板400的背面设置有控制电路450，用于调节或控制输入电流或电压，以便各单面发光式发光二极管300实现同时亮灭、依次亮灭、间歇亮灭、闪烁、变暗等功能。控制电路450可将各单面发光式发光二极管300串联或并联(条件是外部电源能提供足够的电压或电流)，以便对发光二极管300的发光状况进行共同控制或个别控制。
如图3所示，各单面发光式发光二极管300具有发光面350以及一对引脚380。引脚380用于提供电源与发光二极管300内p-n结(图中未示出)之间的电连接。当加上适当的电压后，发光面350会发出放射状光束；需注意的是，该光束在平行于发光二极管300底面的平面上(如图3中X-Y轴所在平面)发射角为120°，因此本发明最少采用三个单面发光式发光二极管300并使之适当地围成一圈，即可环绕Z-Z轴360°地照射反光罩500。
此类单面发光式发光二极管300今已被广泛地应用于背光场合，且市面上所见有首尔半导体公司(Seoul Semi-Conductor)的SWTS1007系列与奥斯拉姆光学半导体公司(OSRAM Opto Semi-conductor)的LW Y1SG系列，其显著特点是能耗低，约在0.125W左右，因而发热量较少，并且内部不含镜面、反射体、折射体、透镜之类附加的光学部件。
作为本发明的一种较佳实施例，发光二极管300可发出白光，光色在CIE(国际照明委员会)1931标准色度系统中的坐标中以x＝0.33，y＝0.33附近为宜。在发白光的情形下，可使用滤色片等产生有色光。当需要CIE1931标准色度系统中某一特定光色时，可选用发出相应波长单色光的发光二极管300。或者通过对多个发出不同波长单色光的发光二极管300进行发光强度调整，而混合出所需的光色。最好是使各单面发光式发光二极管300分别发出红光、绿光、蓝光，经控制电路450进行发光强度调整，而混合出所需的光色。
请参看图4，作为本发明的另一项要点，反光罩500为漫反射反光罩，其形状与位置为可促使发光二级管300所发出的所有光线50总体沿Z—Z轴反射，成为漫反射光束55。反光罩500的内表面漫反射系数的典型值为0.85以上。此类反光罩所见有德国阿拉诺得公司(Alanod)的阳极化铝产品，以及日本古河电气工业株式会社(FurukawaElectric Company Limited)的产品。例如，古河公司的聚对苯二甲酸乙二醇酯(polyethylene terephthalate，PET)泡沫产品——发泡聚对苯二甲酸乙二醇酯(MCPET)，其漫反射系数大于0.95，总反射系数为0.98。所有金属抑或非金属反光罩，凡内表面漫反射系数大于0.85者均可用作反光罩500。
反光罩500可为任何所需的形状，其横截面可为多边形，诸如三角形、正方形(如图1所示)、矩形、五边形、六边形等，横截面亦可为圆形、长圆形、椭圆形、扇形，甚至不规则形状。同时，反光罩500也可覆盖尽可能多的区域，包括电路板400的正面，因此为均匀发光装置100提供最大的反射面积，电路板400可设置于反光罩500的底部外侧，各发光二极管300则穿过反光罩500底部上的相应穿孔(未示)伸入反光罩500内。或者若将电路板400设置于反光罩500内，则在电路板400的正面加设漫反射层以增大反射面积。
反光罩500的内表面漫反射系数大于0.85可确保郎伯反射。在郎伯反射条件下，照射在漫反射体表面的光线充分散射，不论观察者的视角如何，该表面的亮度对于观察者而言均相同。以更专业的技术角度而言，即不论视角如何，该表面的光亮度均相同。此现象有时亦称为郎伯余弦定律。
同时由图4可明显看出，本发明采用三个以上单面发光式发光二极管300成组使用，对于相同的总能耗(诸如1瓦)，小功率发光二极管(诸如0.125瓦)则可以采用更多数量的发光二极管300(对于1瓦为1:8之比)。换言之，采用多个小功率发光二极管300替代大功率发光二极管意味着对光通量分布状况的重新安排，从而在较大的程度上为均匀照射反光罩500提供前提条件。
具体而言，采用多个发光二极管300围成一圈，发光面350朝向圈外，使得可以依照发光罩500的横截面形状，合理排列各发光二极管300的位置，使之分别照向所需的方向，均匀照射反光罩500的侧壁。例如对于图1所示横截面为正方形的反光罩500，发光二极管300可对应地围成正方形圈形，使反光罩500的各侧壁较均匀地受光。
采用多个发光二极管300替代大功率者还可以调整部分发光二极管300的向位，使之以适当的距离和入射角照射反光罩500。由光学理论知，这样可调整反光罩500上相应的被照区域的光照度，进而使反光罩500的整个侧壁均匀地受光。例如对于上述发光二极管300围成正方形圈形的情形，即可以进一步针对反光罩500四条棱边处的侧壁部分，对正方形圈形四角处的发光二极管300进行向位调整，使之以适当的距离与入射角照射上述棱边处的侧壁，使该处的光照度与他处尽可能一致，从而保证整个侧壁更均匀地受光。
此外，采用多个发光二极管300围成一圈，更使得可以调整发光二极管300间的间距，促使反光罩500的整个侧壁在最大程度上均匀受光。这样，不论发光罩500的横截面形状为何种形状，即使是月牙形等内凹形，其侧壁皆可达到均匀受光状态，而不会出现暗角。
在反光罩500侧壁均匀受光与郎伯反射的情形下，可确保平行于X—Y平面(图1)的被照射平面上有准均匀的表面光亮度。例如当两个或以上反光罩500并排时，暗斑(黑暗区域或界线)时常出现于反光罩500周边。此情况在反光罩500侧壁均匀受光与郎伯反射条件下可以避免。在招牌业界，均匀度常被定义为所关注的同一平面上不同区域间的亮度差或对比度。以技术角度论，均匀度大于0.85即视为均匀。
请参阅图6，该招牌灯箱600内有多个本发明实施例的均匀发光装置100，该灯箱600包括箱体65与透光屏68，其中的箱体65支承各均匀发光装置100，而透光屏68覆盖在灯箱600的前侧。透光屏68为半透明状，使反光罩500反射出的大部分光线得以透出。在大多数场合中，透光屏68充当一种漫射体，使光线漫射，以使透过透光屏68的输出光线呈均匀分布状。
请参阅图7，发光二极管300与电路板400处在距透光屏68某一距离62处，以让整个透光屏68得以被均匀发光装置100中所反射出的光线所照亮。为避免透光屏68上出现亮斑(明亮区域)与暗斑(黑暗区域)，电路板400与透光屏68之间应保持空敞，不得被任何其他反射体、反光镜、透镜或者反光性油漆层之类光学器材所占据。仅可使用保护层63(图5)来覆盖与保护电路板400以及发光二管300，以避免受机械性或电气性损伤及干扰，例如电气短路，电磁干扰，潮气等。在较佳实施例中，透光屏68与电路板400间的距离62为小于2英寸(50.8mm)。
较之于现有技术的8英寸(203.2mm)等较厚尺寸，上述距离62小于2英寸具有重要意义，即本发明实施例的均匀发光装置100应用于灯箱以及发光式墙面，发光式天花板之类发光系统时，可使此类系统的厚度大为减薄。灯箱薄，使得突出建筑结构墙面占用公共场地，亦易被政府批准；墙面发光系统薄，占用室内面积必少；天花板发光系统薄，则可避免与天花板内其他埋入物诸如空调管、灭火喷淋器、公共通讯系统等相冲突。系统既薄，重量自轻，可兼收轻巧之便。上述距离62小于2英寸(50.8mm)，实际上是由于本发明的发光装置100发光均匀，可均匀照射透光屏68所致。
在另一实施例中，透光屏68可被改成反光体，而箱体65则为半透明状。被漫射后的光线被反光体改变方向后重新返回箱体65。
作为本发明的其他实施形态，单面发光式二极管300发出的也可以是紫外线，此时透光屏68可改用反光罩500反射均匀的光线到箱体65；或透光屏68上应涂有光致发光材料，诸如荧光或磷光材料，经紫外线均匀激发，光致发光材料即可在箱体65透出均匀的光线；或者是，单面发光式二极管300发出的是红外线，使本发明可提供均匀的夜视照明。
实例
实验结构同图1所绘，将12个单面发光式发光二极管300(每管功率0.125瓦，采用首尔半导体公司SWTS1007系列产品)焊接在电路板400上成直径30mm圆形圈。发光二极管300的所有发光面350均面对反光罩500，并且反光罩500由古河公司发泡聚对苯二甲酸乙二醇酯制成。加在电路板400上的电流为0.135安倍。反光罩500内部尺寸为900mm×900mm。
置于反光罩500上的是漫透射透光屏68，采用三菱丽阳株式会社(MitsubishiRayon Co.Ltd.)Shinkolite-A系列#432型号，其厚度为3mm，材质为丙烯酸树脂。透光屏68与电路板400之间距离62经测量为35mm。
透光屏68上的光亮度，经在三纵三横方向9点处测量如下：
| 874 | 1071 | 907 |
| 1024 | 960 | 1038 |
| 860 | 1012 | 890 |
平均光亮度与均匀度(最小光亮度/平均光亮度)经计算分别为956cd/m2与0.9。试验数据表明该均匀发光装置效率高、发光均匀。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (14)
1、一种均匀发光装置，包括发光二极管和反光罩，其特征在于：所述发光二极管为单面发光式发光二极管，至少三个所述单面发光式发光二极管于反光罩内依照反光罩形状排列成一圈，并且其发光面朝向圈外、面对反光罩，所述反光罩为漫反射反光罩。
2、根据权利要求1所述的均匀发光装置，其特征在于：所述均匀发光装置还包括电路板，所述单面发光式二极管安装在电路板的正面。
3、根据权利要求2所述的均匀发光装置，其特征在于：所述电路板中设置有散热金属层，所述金属层与单面发光式发光二极管连接。
4、根据权利要求2所述的均匀发光装置，其特征在于：所述电路板的背面设置有控制各单面发光式发光二极管工作状况的控制电路。
5、根据权利要求2-4任一项所述的均匀发光装置，其特征在于：所述电路板位于反光罩内，于所述电路板的正面设置漫反射层。
6、根据权利要求2-4任一项所述的均匀发光装置，其特征在于：所述电路板设置于反光罩的底部外侧，所述单面发光式发光二极管穿过反光罩底部上的相应穿孔且伸入反光罩内。
7、根据权利要求1所述的均匀发光装置，其特征在于：所述反光罩的内表面漫反射系数大于或等于0.85。
8、根据权利要求7所述的均匀发光装置，其特征在于：所述反光罩的材质为发泡聚对苯二甲酸乙二醇酯。
9、根据权利要求1所述的均匀发光装置，其特征在于：所述各单面发光式发光二极管发出的单色光的光色相同。
10、根据权利要求1所述的均匀发光装置，其特征在于：所述各单面发光式发光二极管发出的单色光的光色部分相同或相异。
11、根据权利要求1所述的均匀发光装置，其特征在于：所述各单面发光式发光二极管可同时或分别发出红光、绿光、蓝光。
12、根据权利要求1所述的均匀发光装置，其特征在于：所述各单面发光式发光二极管发出的是紫外线或红外线。
13、根据权利要求1所述的均匀发光装置，其特征在于：数个所述均匀发光装置设置于招牌灯箱内。
14、根据权利要求1或13所述的均匀发光装置，其特征在于：所述均匀发光装置的正前方设置有半透明状透光屏，所述半透明状透光屏与电路板间的距离小于50.8mm。
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