CN101903702A - 带有漫射器的led灯 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种灯(10),所述灯(10)包括一个或者多个LED元件(12)和带有电的和机械的连接机构(18)的外壳,其中所述外壳具有带有透光的封闭元件(20)的光射出区域。所述封闭元件为具有以下形状的光学的漫射器元件(20),在所述形状中所述壁在横截面上具有两个彼此相对的且朝彼此延伸的直的部分(26)。
Description
技术领域
本发明涉及一种LED(发光二极管)灯。
背景技术
灯可以理解为一种产品,在该产品中电光源与其它的电的、光学的和/或机械的元件连接成不可分的单元。这种灯始终仅作为整体以用于可更换地容纳在照明装置中。
US 5,954,423示出用于照亮指示牌的漫射器。一排LED元件照亮基本上透明的且优选织构化的漫射器元件,该漫射器元件具有帐篷状的形状。在优选的实施方式中,漫射器元件为长形的并且与一列设在支座上的LEDs共同使用,其中漫射器元件的支柱与所述支座保持距离。
在KR-B-100762277中描述了完全封闭的LED灯。LED元件设置在反射器内并且照亮了半圆形的顶部。在顶部的表面上设有用于漫射光的结构。
发明内容
本发明的目的是提供一种非常适合于容纳在尤其是镜面反射器的反射器中的灯。此外,本发明的目的是提供带有反射器的灯的合适的组合。
所述目的通过根据权利要求1所述的灯和根据权利要求20所述的组件实现。从属权利要求涉及本发明的有利的实施形式。
根据本发明的灯具有一个或者多个作为光源的LED元件。所述LED元件设置在灯外壳上,其中该LED元件优选与冷却体,尤其是优选由金属组成的冷却体进行热连接。冷却体能够为灯的一部分,然而同样还能够使用外部的冷却体。
外壳具有电的和机械的连接机构。所述连接机构原则上具有各个任意的形状并且用于以机械的方式设置在使用位置上,例如在照明装置中以及用于电连接于电流-电压供应部或者电流-电压控制部。此外,灯具有光射出区域,该光射出区域通过透光的封闭元件封闭。优选地,LED元件自身设置在内部中,优选完全封闭,使得不可能污染或者机械损坏。
根据本发明,封闭元件为光学的漫射器元件。也就是说,涉及半透明的漫散射的元件。这种元件例如能够由如玻璃或者塑料的材料组成,在该材料中散射的颗粒设置在材料内(体积散射)。可替代地还可能的是,漫射器元件的体部自身由透明材料制成并且仅在该漫射器元件的内部或者外表面上进行散射,例如通过相应的表面涂层,通过粘上漫散射的箔或者通过形成折射的表面结构,例如造成漫散射的微光学***。为了装饰目的,漫射器元件能够由有颜色的,也就是说不是白色的材料组成。还可能的是,漫射器元件在内部通过荧光材料涂层,通过紫外线激发该荧光材料以发出可见光。
根据本发明,封闭元件具有特殊的形状,该形状以横截面的方式示出。在所述形状中,漫射器元件的壁在横截面上具有两个彼此相对的直的且朝彼此延伸的部分。随后两个部分过渡到彼此对方中,在此,两个部分相交于顶点,两条直线的交点或者成圆形的过渡部中。优选地,壁在横截面上至少超过一半的长度由直的部分形成,特别优选大于60%。
根据本发明的灯特别适合于众多照明应用。
在长的灯工作寿命、高的光输出和光色的大量选择的方面灯具有LED照明的出色的特性。
通过在漫射器元件上的漫散射,LED元件的相对高的亮度最大程度上均匀地分布在更大的平面上并且减小了亮度或者均匀化亮度分布。尤其是在使用不同颜色的LEDs时以这种方式均匀地添加光混合是可能的。
通过漫射器的特殊几何形状,灯此外非常适合于使用在照明装置中,优选具有镜面反射器的照明装置,尤其是具有抛物面形状的反射器的照明装置。
封闭元件的直的壁部分在横截面上彼此形成了漫射器-元件角度β。如在本文中通过优选的实施例所阐述,所述角度在应用于反射器中时与照明装置的保护角α相关联。在最优利用用于安装灯的空间的情况下两个灯保护角2α与漫射器-元件角度β互补为180°。
在此,一方面根据预定的灯保护角来选择漫射器-元件角度β。为了例如在20°的预定的灯保护角的情况下实现最优利用,140°的漫射器-元件角度为非常适合的。可替代地当然还可能的是,同样的预定的在所讨论的实施例中的20°的灯保护角的情况下选择钝角的漫射器-元件角度β,例如150°或者160°。此外,在所述情况中当然在可能降低最大可能的灯体积的利用时确保避免多次反射。通常还能够说,为了避免多次反射优选地,在预定灯保护角α的情况下选择至少具有180°-2α的值的漫射器-元件角度β,即例如在实践中优选30°的灯保护角的时候选择至少120°的漫射器-元件角度并且在α=40°时优选至少100°的角度β。因此,通常优选地选择不太小的漫射器-元件角度,例如大于80°,优选大于90°。
另一方面,优选很好地利用以获得大的灯体积,漫射器-元件角度β确定为不大于140°,此外优选不大于120°,使得在很好地利用时然而能够获得相对高的值的灯保护角α(至少20°,优选30°或者更大)。
在两个优选的实施形式中,光射出区域在灯的俯视图中或者基本上为圆形的(这还包括略微偏离于圆形的形状,例如椭圆形形状)或者基本上为长形的(也就是说纵向延伸部大于横向延伸部,最好纵向延伸部至少为横向延伸部的1.5倍,特别优选大于横向延伸部的2倍)。在两种情况中根据本发明的横截面形状能够是相同的。
在具有长形的光射出区域的灯中,所述光射出区域——从主辐射方向上来看——优选为矩形的。漫射器元件在所述情况中优选构成为圆柱形,也就是说漫射器元件在灯的纵向延伸部上基本上具有相同的横截面。为了在漫射器元件上的均匀的灯亮度,优选在灯的纵向上连续地设置多个LED-单个元件或者元件组(簇)。
具有基本上为圆形的光射出区域的灯优选为旋转对称的,其中对称轴在主辐射方向上设置在封闭元件的中心。封闭元件具有圆柱形的形状,也就是说封闭元件的壁至少在所示出的直的部分的横截面的区域中为圆锥表面的形状。随后圆锥体通向尖顶,然而优选圆锥体顶点成圆形。
此外,对于带有圆形的光射出区域的灯提出,以对称于主辐射方向的方式设置LED元件。在单个LED元件的情况下,所述LED元件优选精确地设置在中心。可替代地,多个LED元件能够设置成使得形成基本上对称的布置结构,例如3×3的矩阵。
附图说明
接下来根据附图详细描述本发明的实施形式。在附图中示出:
图1示出LED漫射灯的第一实施形式的横截面示意图;
图2示出图1的漫射灯的俯视图;
图3示出图1、2的灯的立体图;
图4示出LED漫射灯的第二实施形式的横截面示意图;
图5示出图4的漫射灯的俯视图;
图6示出图4、5的灯的立体图;
图7示出LED漫射灯的第三实施形式的横截面示意图;
图8示出图7的漫射灯的俯视图;
图9示出图6、7的灯的立体图;
图10示出LED漫射灯的第四实施形式的横截面示意图;
图11示出图10的漫射灯的俯视图;
图12示出图10、11的灯的立体图;
图13、14、15示出漫射器元件的不同实施方式的横截面图;
图16示出带有根据第一实施形式的灯的照明装置的横截面示意图;
图17示出图16的照明装置的立体图;
图18示出带有根据第二实施形式的灯的照明装置的横截面示意图;
图19示出图18的照明装置的立体图。
具体实施方式
图1示出灯10的第一实施形式的横截面示意图,该灯在图2和图3中进一步示出。所述第一实施形式涉及紧凑的旋转对称的LED灯。作为照明机构,具有一个或者多个LED芯片的单个LED元件12设置在电路板上。这种具有对于照明应用足够的功率的LED元件是已知的并且因此接下来没有详细叙述。
灯10具有灯头***14,该灯头***14具有冷却体16和保持角架18。冷却体16和LED元件12与圆形的底板22固定地连接,该底板22与漫射器元件20一起包围灯内部空间24。灯10的元件,也就是说灯头***14、LED元件12、底板22和漫射器20彼此之间以不能松开的方式连接,例如通过焊接或者粘接,使得灯10形成一个单元,该单元始终仅作为整体为能够更换的。LED元件12穿过气密地封闭的内部空间24照亮漫射器元件20。
漫射器元件20为壳状的元件,该壳状元件具有半透明的漫散射的光学特征。这导致漫射器元件20在通过LED元件12照亮的情况下漫散射LED元件12的光,并且因此自身作为平面的第二级的发光元件起作用。也就是说,LED元件12的形状从外面没有示为最初的发光元件,而是将反射器元件20的外部形状看成是闪光的。在通过LED元件12的相应地没有方向的辐射中实现了漫射器元件20上的相对均匀的亮度分布。
漫射器元件20的漫散射的特征在所示出的优选实施例中通过在壁上的体积散射来产生,也就是说漫射器元件20的材料具有在内部散射的颗粒(图13)。这种特性例如通过比如玻璃、塑料或者陶瓷的材料来获得,其中在材料内设有散射的颗粒。
可替代地还可能的是,漫射器元件20的体部自身由透明的材料(例如玻璃、塑料)制成并且漫散射通过形成表面结构来获得,例如在图14中所示。此外可能的是,透明的漫射器元件设有在内部或者外部设置的漫散射的表面涂层,例如漫散射箔,如在图15中所示。在所有的情形中可能的是,使用了有色的材料替代白色材料以便还例如通过白色LEDs来获得彩色效果。
灯10具有光射出区域,该光射出区域在所示的实施例中通过包围漫射器元件20的区域形成,也就是说灯10以大量转换的方式辐射光。然而,中心的光轴O能够限定为光辐射的中心轴,所述中心轴在示出的旋转对称的灯的实施例中与对称轴相一致。从所述轴线上的一点来看,灯10的光射出区域看起来是圆形的(图2)。
漫射器元件20具有特殊的外部形状,该外部形状特别适合于应用在发射器照明装置中,如接下来根据图16所示。如在图1的横截面中能够看出,漫射器元件20由两个相同的对称设置的且在横截面上为直的部分26和设在所述两个部分26之间的成圆形的过渡部分28形成。在此,决定性的是外部轮廓,其中在所示的优选实施例中漫射器元件具有基本上不变的壁厚,使得内部的形状相应于外部的形状。
在所示出的旋转对称的形状中,漫射器元件20的外部轮廓在直的部分26的区域中相应于截锥体,并且在成圆形的区域28上相应于圆锥体的成圆形的顶点,尤其是如图3所示。
直的部分26在所示的实施例中从底板22延伸,在所述底板22的平面内设置LED元件12。在直的部分26上,漫射器元件20的外部轮廓以直的方式延伸经过距离L。在此,直的区域26和成圆形的过渡区域28如此彼此相互匹配,使得直的部分26的长度L优选占大部分,也就是说占轮廓线的超过一半。所述比例还能够为更高的,例如在所示的实施例中超过60%或者多于80%。
直的部分26以彼此成角度β(漫射器-元件角度)的方式延伸,使得形成内部空间24的一定深度。
图16示意性地示出了照明装置30,在该照明装置30中安装上述的灯10。照明装置30包括在圆柱形照明装置外壳32中的旋转对称的反射器34。在反射器的封闭部上形成光射出平面36。灯10借助于安装角架18以机械的方式固定在外壳32内并且电连接于运行装置38,该运行装置38一方面将输入的电源电压转换成用于LED芯片12的运行所需的电流值和电压值并且另一方面进行控制功能,如接通/切断并且如有可能调光(例如通过相应的调制),颜色控制(例如通过相应地选择性地控制具有不同功率的不同颜色的LEDs)等。
在图16的横截面图中,在抛物面反射器34上分别在上发射器边缘和下反射器边缘之间标出中心交叉的线。该中心交叉线限定了灯保护角α,在该灯保护角内灯10的亮度从外边不能直接被看见并且因此为减弱的。在图16的实施例中,反射器34的轮廓为具有焦点F和顶点P(或者P′,彼此相对的)的抛物线,也就说抛物线轴相对于垂直轴线倾斜角度90°-α。在所述情况中可以使用由等腰三角形F、P、F′标出的圆锥形空间作为灯安装空间,其中所有从所述空间辐射出的光线由反射器34以大于α的角度辐射或者反射并且因此在所述遮光角α内在照明装置30外减弱。在所示出的几何关系中,灯光在仅一次反射后从照明装置射出,避免了多次反射。
如在图16中所示,灯10的漫射器20形成为使得漫射器20很好地利用可用的灯安装空间。直的部分26在交叉线上平行延伸,其中交叉线在所示的实施例中与底板22形成角度α。因此确保了,一方面灯10仅设置在灯安装空间内(三角形F、P、F′)并且另一方面很好地利用可用的空间以及由此将LED元件12的光分布在最大平面上。
在给出角度α的情况下在同时减小反射器宽度b或者照明装置体积的情况下减小了反射器高度或者照明装置安装深度h。通过很好地利用灯安装空间和一次反射的情况优化了照明装置的效率。
在所示的实施例中,由于制造技术的原因灯10具有成圆形的过渡部分28。可替代地,所述部分能够以更强烈的弯曲来延伸,直至形成顶点以使得漫射器元件20的外部轮廓则具有完全的圆锥表面形状。
漫射器元件20能够以不同的方式形成以用于不同的应用目的,即具有不同的漫射器-元件角度β。例如对于照明装置30能够提出,应当采用30°的保护角α。如从图16能够看出,在尽可能好地利用灯安装空间(直的部分26在交叉线上平行延伸)的情况下β+2α为180°。也就是说,为了获得30°的保护角α,具有120°的漫射器-元件角度β的灯为最优的。然而可替代的是——在可能更小的灯表面上——当然还可能的是,在给出保护角α的情况下使用采用更小倾斜的形状(也就是说更大的漫射器-元件角度β)。然后,尽管灯10位于灯安装空间,但是没有完全填满所述灯安装空间,使得直的部分26不再平行于交叉线延伸。
在实践中,对于照明装置优选30°或者40°的保护角α。在此,通过120°的漫射器-元件角度β(在α=30°的情况下)获得最优的利用。
以上根据紧凑型灯10所述的想法还能够转用在其它的灯类型上。因此,图4至图6示出旋转对称的紧凑型灯110的第二实施形式,该紧凑型灯110最大程度上与紧凑型灯10的第一实施形式相一致。然而不同之处为不是设有单个LED元件,而是设有LED簇112。LED簇112在所示的实施例中由3×3的LED元件组成。漫射器20还在所述情况下用作第二级的光源,该光源以尽可能均匀的方式有助于作为单一的LED光源。
在图7至图9中所示的第三实施形式中,尽管在那里示出的灯210在横截面上最大程度上与图1的紧凑型灯10相一致。不同于图1的紧凑型灯10的是,然而在这里没有涉及旋转对称的灯,而是涉及线型灯,该线型灯在纵轴线A的方向上以直的方式延伸。该线型灯具有长形的光源,该光源在所示的实施例中通过在纵轴线A的方向上彼此排成列的LED元件12形成。
灯210具有矩形的底板222和在从中心的光轴(图8)看的俯视图中为矩形的光射出区域。在线型灯210中在端侧上通过保持角架218进行机械固定。
漫射器220为圆柱形形状,也就是说漫射器220在纵轴线A的方向上具有在图7中示出的不变的横截面形状(该横截面形状相应于图1所示的旋转对称的变型方案中的横截面形状)。在这里,同样从底板222开始设置直的部分26和成圆形的过渡部分28。灯210在端侧上通过封闭板206封闭。带有冷却体和端侧的保持角架218的灯头***214同样构成为长形的。
线型灯210能够具有不同的构造长度。该线型灯210优选在轴线A的方向上为长形的,也就是说该线型灯210的纵向延伸部大于其横向延伸部。可能的构造形状例如为2至10cm的横向延伸部,优选5至8cm并且长度值优选大于10cm,例如30cm或者更大。
线型灯210能够应用在如图18、19所示的线型-反射器照明装置130中。除了纵向延伸的形状代替了旋转对称的形状,线型-反射器照明装置130相应于在上文中借助于图16、17所述的紧凑型-反射器照明装置30,使得在这里同样的几何形状的想法适用于灯安装空间及其利用。线型-反射器照明装置130具有圆柱形线型-反射器134,该线型-反射器134在横截面上同样具有在本文中已经借助于图16所述的抛物线形状。在所示的布置结构中可以确保灯光在最多仅一次在线型-反射器134上的反射后从照明装置130射出。线型-反射器照明装置能够如图19所示在其长度上具有相间隔的薄板140。
在图10至12中示出另一个线型灯310作为灯的另外的实施形式。所述线型灯310最大程度上相应于线型灯210的第三实施形式(图7至图9)并且不同之处仅在于,即作为光源不是设有单个列的LED元件,而是在所示的实施例中设有三列的LED元件簇312。
Claims (21)
1.一种灯,具有:
-一个或者多个LED元件(12),
-和带有电的和机械的连接机构的外壳,其中所述外壳具有带有透光的封闭元件(20、220)的光射出区域,
其特征在于,
-所述封闭元件为光学的漫射器元件(20、220),
-其中所述封闭元件具有以下形状,即在所述形状中所述封闭元件的壁在横截面上具有两个彼此相对的直的且朝彼此延伸的部分(26)。
2.根据权利要求1所述的灯,其中
-所述壁在横截面上至少超过一半的长度由所述直的部分(26)形成。
3.根据前述权利要求中任一项所述的灯,其中
-所述外壳具有底板(22、222),所述底板(22、222)与所述漫射器元件(20、222)一起封闭内部空间(24),
-其中所述壁的直的部分(26)在横截面上从所述底板以一定的角度延伸。
4.根据前述权利要求中任一项所述的灯,其中
-所述部分(26)彼此之间具有最大140°的角度(β),优选最大120°的角度(β)。
5.根据前述权利要求中任一项所述的灯,其中
-所述部分(26)彼此之间具有最小80°的角度(β),优选最小90°的角度(β)。
6.根据前述权利要求中任一项所述的灯,其中
-所述封闭元件(20)的壁在横截面上具有相对于中心轴线对称的形状。
7.根据前述权利要求中任一项所述的灯,其中
-所述LED元件(12)设置在冷却体(16)上。
8.根据前述权利要求中任一项所述的灯,其中
-所述外壳为封闭的并且所述封闭元件(20)以不能松开的方式设置在所述外壳上。
9.根据前述权利要求中任一项所述的灯,其中
-所述封闭元件(20)由漫散射的材料组成。
10.根据前述权利要求1至8中任一项所述的灯,其中
-所述封闭元件(20)由透光的材料组成,所述材料通过漫散射的材料涂层。
11.根据权利要求10所述的灯,其中
-所述层可以作为箔被粘上。
12.根据权利要求10至11中任一项所述的灯,其中
-所述涂层设置在封闭元件的内部,
-并且所述LED元件(12)辐射紫外线光,所述紫外线光激发涂层以便发出在可视范围内的光。
13.根据前述权利要求1至8中任一项所述的灯,其中
-所述封闭元件(20)由透光的材料组成,所述透光材料设有折射的表面结构。
14.根据前述权利要求中任一项所述的灯,其中
-所述封闭元件由有色的材料组成。
15.根据前述权利要求中任一项所述的灯,其中
-所述光射出区域至少基本上为长形的,
-并且所述封闭元件(20)构成为圆柱形。
16.根据权利要求15所述的灯,其中
-多个LED元件(12)或者LED元件组沿所述灯(10)的纵向连续地设置。
17.根据前述权利要求1至14中任一项所述的灯,其中
-所述光射出区域至少基本上为圆形的,
-并且所述封闭元件(20)至少在第一区域(26)中构成为圆锥表面的形状。
18.根据权利要求17所述的灯,其中
-所述封闭元件(20)在主辐射方向上关于中心的光射出轴线(O)为旋转对称的。
19.根据前述权利要求17至18中任一项所述的灯,其中
-多个LED元件(12)至少基本上绕所述圆形的光射出区域的中心对称地设置。
20.一种由反射器(34、134)和根据前述权利要求中任一项所述的灯组成的组件,
-其中所述反射器如此构成,并且所述灯(10、110、210、310)在所述反射器(34、134)内如此设置,使得由所述灯辐射出的光在仅一次反射后射出并且避免多次反射。
21.根据权利要求20所述的组件,其中
-所述反射器具有保护角(α),
-并且所述灯的漫射器元件(20、220)的壁的在横截面上为直的部分彼此之间形成漫射器-元件角(β),
-其中β≥180°-2α。
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