CN104747920A - 便携式七彩led灯具 - Google Patents

Abstract

便携式七彩LED灯具，它是属于观赏性的LED灯具，可随身携带，能呈现出不同的颜色，且所呈现的颜色纯正、均匀、柔和，适合人眼近距离观赏。它是由底座和乳白色的半透明灯罩组成外壳，里面装置有各电路组件且由电池供电，电路中的LED包括有红色、绿色、蓝色和白色的LED，它们在集成电路的控制下发光混色，所发出的光线直接照射到灯罩或者在经过光扩散板之后再照射到灯罩，在灯罩上呈现出相应的颜色供人们观赏。本发明的主要用途是摆放在室内供人们观赏，也可以随身携带到任何地方供人们玩赏，从而给人们带来美好的感受。

Description

便携式七彩LED灯具

技术领域

本发明涉及一种观赏性的LED灯具，尤其是适合人眼近距离观赏的LED灯具。

背景技术

随着LED行业的发展，目前人们所公知的LED灯具主要有LED照明灯具和LED景观灯具，可是这些LED灯具都不适合人眼近距离观赏，理由如下：

LED景观灯具主要应用于建筑物的远景装饰，供人们在远处观赏，例如LED护栏管、LED洗墙灯、LED点光源等等，这些灯具一般只适合远距离观赏，却不适合人们近距离观赏。比如人们只可以在远处看到LED洗墙灯发光柔和，但是如果站在近处看它就会感到刺眼；再如人们在远处看到有些LED点光源能呈现均匀的颜色，可是如果站在在近处看它就会发现它的颜色很不均匀很难看了。把这个事实倒过来说即——LED景观灯具本来就是不需要发光均匀、柔和的，因为在被安装到大型建筑物上面之后，即使这些原本在近处看来明显发光不均匀和发光不柔和的灯具，人们在远处看起来它们也会显得发光均匀、柔和的了。而且LED景观灯具一般都是由市电供电，不能脱离电网工作，所以不可以随身携带，这不能满足人们贴身观赏的应用要求。

LED照明灯具的主要功能是照明，因此发光亮度较大，例如LED球泡灯、LED日光灯、LED手电筒、LED路灯等等，如果人眼直接对着这些灯具注视就会感到刺眼，会产生令人不适的眩光，因此不适合人眼直接观赏，而且LED照明灯具一般是单色的，不能自由呈现不同颜色，即使发光不刺眼，其观赏价值也不高。

现有技术中还有一些微型的LED玩具灯也能呈现不同颜色，但是这些LED玩具灯结构太简陋，只能呈现少数几种颜色，而且所呈现的颜色不均匀、所呈现的颜色不纯正，所以观赏价值不大，这些LED玩具灯目前主要用途只用以满足小孩子们的好奇心，而无法满足成年人的更高标准的观赏要求，因为在近距离观赏的情况下，特别是把灯具捧在手上仔细观看的情况下，灯具所呈现的颜色即使存在很细微的瑕疵（比如颜色亮度不均匀或色调不均匀）也会被人们清清楚楚地看在眼里，从而妨碍人们的观赏体验感受。

本文中所说的“近距离观赏”也叫做“贴身观赏”，指的是把灯具摆放在室内供人们观赏或者把灯具捧在手上进行观赏，这类灯具一般要求能够随身携带。LED 贴身观赏技术领域是区别于现有的LED照明技术和LED景观技术的一个新的LED应用技术领域。目前LED行业在LED照明技术领域和LED景观技术领域的发展已相当成熟，但是在LED贴身观赏的技术领域还存在空白，这是LED行业未来新的技术发展趋势。

发明内容

本发明所要解决的技术问题，就是要提供一种适合人眼近距离观赏的LED灯具，可随身携带，能呈现出不同的颜色，且所呈现的颜色纯正、均匀、柔和。这也是在LED贴身观赏的技术领域中具有代表性的技术问题，在此进一步阐释其中所包括的要点的具体含义：

能呈现出不同颜色，指的是灯具具有下列两种表现方式中的任一种方式或者兼具两种方式：第一种方式是灯具能持续地呈现某一种颜色且不变色，但人们可以通过手动操作控制灯具切换所呈现的颜色种类，例如当人想要欣赏红色的时候，就可以按下灯具上的按键让灯具持续地呈现红色，当人想要欣赏黄色的时候又可以控制灯具切换到黄色；第二种方式是在不需要人手动控制的情况下灯具能自动变色，即灯具自动地轮流呈现不同的颜色，但人可以通过手动操作控制灯具切换变色的具体模式，例如可以控制灯具以渐变的模式轮流变色，也可以控制灯具以跳变的模式轮流变色；

所呈现的颜色“柔和”指的是灯具在亮起的状态不会让人感到光线刺眼；

所呈现的颜色“均匀”指的是在灯具表面各部分的色调和亮度分布均匀，假如在某一时刻灯具表面有的地方呈现黄色、有的地方呈现绿色、有的地方呈现红色，那么就说明色调分布不匀，再如灯具在某一时刻在某些地方出现有阴影或亮斑，那么就说明亮度明暗不匀；

所呈现的颜色“纯正”指的是颜色中没有夹带其它杂色，比如呈现白色的时候，不应该在白色之中混杂红色或混杂有青色等颜色。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：由灯罩和底座组成灯具的外壳，里面装置有包括LED在内的各电路组件，灯罩采用乳白色的半透明灯罩，灯具里面还装置有电池且各电路由电池供电，电路中的LED包括有红色、绿色、蓝色和白色的LED，它们在集成电路的控制下发光混色，LED所发出的光线可以直接照射到灯罩，或者也可以在LED与灯罩之间装置光扩散板使LED所发出的光线在经过光扩散板之后再照射到灯罩，在灯罩上呈现出相应的颜色供人们观赏。下面进一步说明本发明技术方案中的几个技术措施是如何解决技术问题的，并给出一些具体实施的优选方案。

本发明的灯具由电池供电，因此灯具可以随身携带，在脱离电网的情况下能正常工作，即灯具在正常工作的状态下可以任人随身携带或者在被人随身携带到处走动的情况下灯具仍可以正常工作。本发明在具体实施的时候，灯具里面的电池优选使用可充电电池，因为当它电量耗尽时还可以充电，充电之后电池可继续为灯具供电，如此反复使用，所以不必频繁更换电池，这对用户来说使用起来也更方便。相比那些一次性电池没电了就被抛弃而污染环境，采用充电电池可以减少废旧电池垃圾，因此更环保。

乳白色的半透明灯罩用以呈现出各种颜色以及让发光变得柔和。当乳白色的半透明灯罩被某种颜色的光线照射的时候它就会呈现出相应的颜色，例如当有红光照射它的时候它就呈现出红色，当有绿光照射它的时候它就是呈现绿色的，当有白光照射它的时候它又变成白色的，等等。如果LED所发出的光线直接照射到人眼就会让人感到刺眼，可是如果光线从乳白色的半透明灯罩里面照射到灯罩，人在灯罩外面观看灯罩上所呈现的颜色，那么就不会再让人感到刺眼了，即乳白色的半透明灯罩能让光线变得更柔和。

当光线照射到灯罩的时候透射光通量与入射光通量之比就叫做“透光率”。需要强调的是本文所谓的“半透明”并非只是50%的透光率，而是透光率介于0%和100%之间（包括50%但不包括0%和100%）的所有的状态。也就是说，透光率为100%的灯罩是透明的，透光率为0%的灯罩是不透明的，而介于透明和不透明之间的灯罩就都属于半透明灯罩，比如透光率为10%、50%或70%的灯罩都是半透明灯罩。在具体实施中我们一般采用透光率大于70%的半透明灯罩用于生产本发明所述的灯具，但是在某些比较特殊的场合也可能采用透光率更低的灯罩。目前乳白色的半透明灯罩的制造方法有许多种，例如通过在原本透明的灯罩中添加白色的反光颜料颗粒或者添加光扩散粒子可以制得到乳白色的半透明灯罩。总之，凡是在常态下表现出乳白色外观的半透明灯罩，都可以用作本发明的灯罩，以达到在各种色光照射下呈现出相应颜色和让光线变得柔和的效果。

本发明在具体实施的时候，灯罩的外观形状可以选用动物造型、植物造型、建筑物造型、卡通造型、人物造型或者只是简单的几何造型。例如灯罩的外观形状可以是一只小白兔的造型，当灯具里面的LED发出红光的时候小白兔就变成红色的，当LED发出绿光的时候它又变成绿色的兔子，当LED发出蓝光的时候又让人看到一只蓝色的兔子；再如灯罩的外形也可以是一朵牡丹花的造型、或是一座皇宫的造型、或是一个穿连衣裙的小女孩的造型、或是一个正二十面体的立体几何造型等等。本发明的外壳造型的优选方案是：灯罩优选使用圆球形的灯罩，底座优选使用圆台形的底座，理由如下：

1.       其它造型的灯罩难免存在有棱角的地方，比如小白兔造型灯罩的兔耳朵和兔尾巴位置，灯罩上的这些角落位置所得到的光线照度比灯罩上的其它位置更少，在外面看上去这些角落位置就会显得更暗些，从而形成局部阴影，这种明暗不匀的瑕疵会妨碍人们的观赏感受。相比之下，因为圆球形的灯罩表面都是弧度均匀的曲面，不存在相对角落的位置，所以最有利于里面LED发出的光线均匀分布到整个灯罩；

2.       给圆球形灯罩选用圆台形的底座相配，不仅有利于整个灯具稳稳当当地摆放在桌面，而且使整个灯具的外形都成为一个相对于中央竖直线呈轴对称的旋转体，这种旋转体的整体造型能在视觉上给人带来更美好的感受；

3.       因为传统的水晶球一般都是将天然的半透明石头或玻璃加工成圆球形状之后放置在圆台形的底座上面，所以本发明的圆球形灯罩与圆台形底座相结合就使整个灯具的外型变得很像是一个水晶球的外型。众所周知，水晶球的球形体本身就是代表一种“圆满”的寓意，而“圆满”是所有宗教、灵修、科学、哲学及人生追求的终极目标，圆圆满满也象征着平安、无损的寓意，有些人也喜称水晶球为“有求（“球”字的谐音）必应”，目前许多人认为水晶球能给人带来好运，认为在家中摆放水晶球可以镇宅、避邪、聚财、祈福、招财除障、增智慧、助人缘。总之，水晶球是目前普遍受人喜爱的事物，只是天然水晶球价格昂贵，平民百姓人家买不起，所以在这种情况下，本发明作为一种贴身观赏的LED灯具，把外壳造型做成水晶球的造型，当然能得到更多人的喜爱。

传统的水晶球的球体直径大小不尽相同，如果本发明的外壳选用水晶球的外观造型，那么圆球形灯罩的球体直径也可能采用各种数值。可是如果灯罩尺寸太大，那么摆在室内就会太占空间，也不方便随身携带，而且灯罩里面的LED发出的光线被分散到太大的灯罩表面，灯罩上每个部分所得到的光线都很少，整个灯罩就会显得暗淡无光，会妨碍人们的观赏感受；又如果灯罩尺寸太小，那么给人带来的观赏感受也会变弱，而且里面的LED发出的光被集中在很窄的灯罩表面，灯罩上各个部分所得到的光线都很多，整个灯罩就会显得很亮很刺眼，也会妨碍人们的观赏感受；在具体实施中本发明优选使用直径为12厘米的圆球形灯罩，因为只要灯具里面的LED 灯数量适当，这个球体尺寸能确保它的发光柔和适中，不会太亮也不会太暗，另外，这个尺寸不但最接近于目前人们所熟知的传统水晶球的常规尺寸，而且恰好适合一个人用双手把它捧在手中，能够让人的两只张开的手掌完全贴在球形灯罩外面，这样给人的手掌带来一种充实丰满的触觉美感，因此本发明所述的灯具不仅具有观赏价值，而且还具有玩赏价值，即可供人用双手抚摸玩弄它，人们在视觉上观赏它所呈现美丽颜色的同时还能在触觉上体会到它的圆球造型给人带来的丰满感觉。

通过适当调整灯罩的外形尺寸大小和里面所有LED的发光强度，可以让灯具呈现出更柔和的颜色：如果灯罩越大且里面所有LED的发光强度越小那么灯具所呈现的颜色就越柔和，反之，如果灯罩越小且里面所有LED的发光越强那么灯具就越刺眼。因为考虑到随身携带的应用要求灯罩的体积不宜太大（假如灯罩太大那就很不方便随身携带），所以为了实现发光柔和，主要在于控制灯罩里面所有LED的发光强度。目前人们所公知的LED按工作电流划分为小功率LED和大功率LED，单个LED额定工作电流20mA的属于小功率LED，单个LED额定工作电流大于300mA的属于大功率LED。假如采用大功率LED，单个LED发光强度都很大！在灯罩体积不大的情况下，过多的光线集中在较小表面积的灯罩上，会让人感到刺眼，即太亮了，如果想让灯具呈现柔和颜色那只好改用大体积灯罩，可这样一来又不方便随身携带。所以本发明在具体实施中优选使用小功率LED，因为单个小功率LED发光强度都很小，光线分散到灯罩表面让人看上去很柔和，灯罩里面可以布置许多个小功率LED，根据灯罩体积实际大小程度，通过适当调整里面LED的数量以确保整个灯具所呈现的颜色既明亮又柔和。另外，本发明的电路中优选使用小功率LED还可以节约电能，众所周知，小功率LED比大功率LED的光效更好，举一个例子：虽然15颗小功率LED并联起来的总电流等于一颗大功率LED的工作电流，它们的工作电压也一样，但是15颗小功率LED的总的发光强度明显大于一颗大功率LED的。所以为了减小耗电功率，在达到同样发光效果的条件下，本发明优选使用小功率LED。本发明所述的灯具是由电池供电的，所以在确保实现产品功能的前提下要求整个电路的耗电功率越小越好，如果整个电路的耗电功率越小，那么电池每次用尽电量所能持续工作的时间就越长。

众所周知，LED所发出的光线在空间的分布情况并不是均匀的，一般在LED正上方位置（即法线方向）的光线最强，偏离该法线方向越远，光线就越弱。假如让某个LED所发出的光线都直接照射到灯罩，那么在灯罩上有的地方所得到的光线更多就显得更亮些，因此变成亮斑，有的地方所得到的光线更少就显得更暗些，因此变成阴影地带，最终导致灯罩上亮度明暗不匀现象；又由于灯罩里面有不同颜色的LED发光混色，灯罩上任一个位置跟不同LED之间的距离不同，也会造成灯罩色调分布不匀，比如在红色LED和绿色LED同时发光混合得到黄色的时候，如果灯罩上某个位置所得到的红光更多一些它就呈现偏红色，如果灯罩上某个位置所得到的绿光更多一些它就呈现偏绿色，如果灯罩上某个位置所得到的红光和绿光一样多它就更接近于黄色，最终导致灯罩上不同的地方呈现不同的颜色，即色调分布不匀。

为了让灯具呈现的颜色更均匀，本发明选用的技术措施是在LED与灯罩之间装置光扩散板，使LED所发出的光线在经过光扩散板之后再照射到灯罩。光扩散板是利用光线在行经途中遇到折射率相异的介质时，发生反射、折射与散射的物理想象，通过化学或物理的手段在PMMA、PC、PS、PP等基材板材基础中添加无机或有机光扩散剂(扩散粒子) 或者通过基材表面的微特征结构的阵列排列人为调整光线，使光线发生多角度、多方向的反射、折射与散射，从而改变光的行进路线，实现入射光充分散射以此产生光学扩散的效果。光扩散板目前主要应用于一些LED室内照明灯具以消除 LED所产生的眩光，即使灯具发光变得更柔和。

如果在LED与乳白色的半透明灯罩之间装置光扩散板，LED所发出的光线就要经过光扩散板之后才能照射到灯罩上，光线在经过光扩散板的时候发生反射、折射与散射，使原本规则的入射光线变成完全没有规则的出射光线，朝各个方向照射到灯罩上，这种出射方向完全没有规则的光线，能让灯罩上所有各个部分都得到更平均的光线照射，即实现在灯罩上呈现出更均匀颜色，让人在灯罩上看不到亮斑和阴影，也看不到同时呈现不同颜色的色调不匀现象。上述光扩散板的外形可以是平板状的，也可以是中间向上凸起的球冠形状的，还可以是其它形状。例如可以将光扩散板设计成半球罩的形状，那么光线在经过这个小球罩（光扩散板）之后再照射到外面的大灯罩，也一样能获得均匀的颜色。另外，在LED与乳白色的半透明灯罩之间还可以装置两个以上数量的光扩散板。本发明优选的实施方式是LED与乳白色的半透明灯罩之间只装置一个平板形状的光扩散板。

综上所述，光扩散板在本发明中的安装结构和所要解决的技术问题都区别于它在现有产品中的用法：现有产品中都是把光扩散板装置在LED光源与人眼之间， LED发出的光线在经过光扩散板之后就照射到人眼，所要解决的技术问题就是为了要隐蔽光源，让人觉得灯具发光柔和不会刺眼，而在灯具表面的亮度分布却仍然是不均匀的。本发明的安装结构则是把光扩散板装置在LED光源与乳白色的半透明灯罩之间，LED发出的光要先经过光扩散板，再经过半乳白色的半透明灯罩，最后才进入人眼，所要解决的技术问题是让灯具表面的亮度和色调分布均匀，而不是为了隐蔽光源，因为即使没有光扩散板，单凭乳白色的半透明灯罩已能够达到隐蔽光源、让灯具发光柔和的效果。

需要强调的是，在LED与灯罩之间装置光扩散板只是本发明在具体实施中的一个优选方案，而不是本发明的必要技术特征。如果电路中的各色LED数量较多且都在灯板上均匀分布成为一个比较理想的面光源，如果当各LED所发出的光线直接照射到灯罩也不会呈现出明显的亮度不均匀或色调不均匀的颜色，那么本发明的灯罩和LED之间也可以不装置光扩散板，也就是说在这种情况下，只要人眼看不到颜色明显不均匀，则光扩散板既可以安装上去也可以不安装上去。

虽然在实际应用中确实存在允许不装置光扩散板的情况并且这样还可以节省成本，但是本着尽量争取给人带来更佳观赏体验的愿望考虑，本发明仍然坚持优选方案是要在LED与灯罩之间装置光扩散板，也就是说，即使是在允许不装置光扩散板的情况下，本发明认为最好仍然是要在LED与灯罩之间装置光扩散板，因为这样能使灯罩上所呈现的颜色变得更进一步均匀，这种在原有均匀颜色的基础之上再更进一步均匀的颜色呈现，在贴身观赏的应用场合能够被人眼感受到，这种显色效果超越了原先的一般性均匀分布的颜色所能给人带来的视觉感受，而让人看到了更为细腻的颜色表现，从而给人带来更美好的观赏体验，所以在LED与灯罩之间装置光扩散板仍然是有意义的。

为了让灯具呈现出纯正的颜色，本发明所采用的技术措施是四基色LED混色法，即在本发明的技术方案中，并非只有红、绿、蓝三种颜色的LED参与混光，而是改用红、绿、蓝、白色这四种颜色的LED进行混光，也就是说在红、绿、蓝三色的LED的基础之上再增加一种白色的LED，这是为了确保得到纯正的颜色所必需的最关键技术特征。下面先介绍红、绿、蓝三色的LED难以混光得到纯正颜色的事实并分析其原因，然后再说明本发明的技术措施是怎样解决该技术问题的。

首先明确“纯白色”的概念：现实中其实并没有绝对纯正的白色，因为白色本身就是一个相对的概念，但是在LED贴身观赏的技术领域，对白色的纯洁度的要求，至少应达到让人眼看不到有其它颜色混杂在白色之中，符合该要求的白色就可以被认为是合格的纯白色。因为人们对于纯白色中夹带的杂色非常敏感、最容易察觉，尤其是在近距离观赏的用途场合，灯具所呈现的白色之中所夹带的少量杂色也会被人清清楚楚地看在眼里，所以判断一种灯具能否呈现纯正的颜色，主要就是看它能否呈现出合格的纯白色。本发明所要解决的其中一个技术问题就是要让灯具稳定地呈现出纯正的颜色，包括呈现出合格的纯白色。

虽然在理论上是可用红、绿、蓝混合得到所有的颜色，但在实践中将红色LED、绿色LED、蓝色LED发出的光照射到乳白色的半透明灯罩的时候，却难以得到合格的纯白色，而总在其中夹带有杂色，比如夹带有一点红色或者偏青色。通过适当调整三种颜色的LED的亮度的比率，虽然可以让它们最终混合得到合格的纯白色，但是不同灯具里的LED却要求亮度的比率值各不相同，因此难以批量生产。举一个例子：

假设我们现有同一个厂家生产的同一批次的红、绿、蓝色LED各1000个，先从中随机抽取红、绿、蓝色LED各10个，把它们均匀地布置在一块灯板上，且让它们发出的光都均匀地照射到乳白色的半透明灯罩，这时我们一般会看到灯罩上呈现出明显不纯的白色，然后我们再精确控制（利用计算机进行PWM脉宽调制）三种LED的发光亮度分别从0%到100%之间连续变化，通过不断调整三色LED的各自的亮度和观察灯罩上所呈现的白色的纯度，假设当红、绿、蓝色LED的亮度分别为78.7%、65.2%、100%的时候恰好可在灯罩上呈现合格的纯白色，然后就把这个能混光得到合格的纯白色的灯具作为样品，我们照着这个样品把余下的2970个LED制成99个复制品，每个产品里的红、绿、蓝色LED的亮度也都设置为78.7%、65.2%、100%，我们原以为这99个复制品也能得到样品一样的纯白色，可是结果出人意料的是：这99个复制品的灯罩上全都没能呈现纯白色，而是有的偏红色，有的偏青色，有的夹杂其它颜色，一眼看去各灯颜色是杂乱无章的。假如想要让这99个复制品都在灯罩上呈现出纯白色，我们只好对它们每一块灯板上的红、绿、蓝色LED的发光亮度分别进行调整，最后这100个能呈现纯白色的产品（包括样品在内）的红、绿、蓝色LED的发光亮度的比率各不相同，且是毫无规则的，就像是一棵树上的叶子找不到两片是完全一样的。这个例子说明，即使采用同一厂家出产的同一批次LED参与混光，在混光得到白色的时候，如果让红、绿、蓝色LED采用同一个亮度比率，那么大部分灯具都得不到纯白色；如果想要让每一个灯具都得到纯白色，那么就要对每一个灯具里的红、绿、蓝色LED亮度分别调光，这是一个很麻烦的费时费力的过程，在大批量生产灯具的场合不容易实现。

另外，在近距离观赏的LED灯具中，当红、绿、蓝三色的LED混光得到不饱和色的时候，也会遇到同样问题。比如在混光得到淡红色的时候，需要红、绿、蓝三色的LED同时亮起共同参与混光混色，如果红色LED的发光亮度多一点或少一点，最多只会轻微影响淡红色的浓淡程度，人眼看到的仍是纯正的淡红色；可是如果绿色或蓝色LED的发光亮度多一点点或少一点点，在灯罩上呈现的淡红色中就会明显地被掺入其它的杂色，会让人明显地看到淡红色不纯正。在大批量生产灯具的时候，假如不同灯具里红、绿、蓝色LED采用同一个亮度比率则混得的不饱和色不纯，如果要求各灯具都混得纯正的不饱和色则要求每一个产品的红、绿、蓝色LED分别采用各不相同的毫无规则的亮度比率。

可是，在近距离观赏的LED灯具中，当红、绿、蓝三色的LED混光得到饱和色的时候，人眼却觉察不出上述的混合颜色不纯的问题。例如在只有红色LED灯亮起的时候灯罩上呈现的就是是红色的，假如该LED发出的红光的波长偏长一点点或偏短一点点，人眼是看不出灯罩上呈现的红色有什么不一样的；再如只有红色和绿色LED同时发光混合得到黄色的时候，假如红光亮度更多一点点或者绿光更多一点点，人眼也觉察不到在灯罩上所呈现的黄色有什么不一样。

综上所述，红、绿、蓝三色的LED同时亮起以混合得到白色或不饱和色的时候，难以得到纯正的颜色，这在近距离观赏的LED灯具应用领域是一个很突出的问题。之所以会造成这个问题，其原因主要是因为任一色的LED个体之间在发光波长和发光强度方面都存在一定的差异，举个例子：假设将同一个厂家出产的同一批次的1000颗红色LED每一颗灯都提供同样大小的电流让它们全部正常亮起，再用精密的仪器逐个测量每一个LED所发光强度和波长，结果就会发现这1000个红色LED的发光强度和波长各不相同，即严格地说这1000个红色LED的发光颜色和亮度其实是各不相同的，就像是同一棵树上的叶子虽然相似但却各不相同。

LED个体间之所以会存在发光波长和光强的差异，是因为厂家在生产LED的后期要经过一道“分光分色”的工序，就是对LED的发光强度和波长进行最后的分检，经过分检之后的同一批次的成品LED的发光强度和波长都是在允许的误差范围内的。例如某个厂家出产的某个批次的小功率红、绿、蓝色LED的光强和光色的允许误差范围是：

红色LED的发光强度允许在100mcd至200mcd之间，光色波长允许在620nm至625nm之间；

绿色LED的发光强度允许在800mcd至1000mcd之间，光色波长允许在515nm至520nm之间；

蓝色LED的发光强度允许在300mcd至350mcd之间，光色波长允许在470nm至475nm之间；

其实，不同生产厂家对LED所允许的发光强度和波长的范围有不同的标准，即使同一个厂家，在不同的批次中所生产的产品，其允许取值的范围也可能不同。总之，LED在被生产出来的流程中的“分光分色”的工序，就是允许每一个LED的发光强度和波长就是各不相同的，只要是在允许的取值范围内就会被检定为合格品。

因为在近距离观赏的应用场合人们对于纯白色中夹带的杂色非常敏感，所以在红、绿、蓝色LED混光得到白色的时候，一定要求三种LED的亮度比率完美协调，否则假如任何一种颜色的亮度太多一点点或太少一点点，都会在灯罩上呈现出杂色且会被人清楚地看在眼里，从而妨碍人的观赏感受。由于红、绿、蓝色LED被生产出厂的时候就注定了个体之间存在光强和光色波长的差异，这种差异在红、绿、蓝色LED混光得到白色的时候会影响最终所得的白色的纯洁度，例如当红色LED的发光亮度过多一点则混光所得的白色会呈现偏红色，当红LED的发光亮度略少一点则混得的白色会呈现出偏青色，同理，绿色和蓝色LED的发光亮度过多一点或偏少一点也都会影响所混得的白色明显不纯正，另外红、绿、蓝色LED各自的光色波长的偏差也会影响混光所得的白色的纯洁度，在近距离观赏的领域，这是一个很突出的问题。如果为了红、绿、蓝色LED能更容易地混光得到纯白色，而刻意地要求LED生产厂家在进行分光分色的时候最大限度地缩小各色LED的光强和光色的取值范围，就会导致大量LED被淘汰成为不合格品，导致生产成本大幅上升，所以这也是不可行的。在实验室里我们可能花费大量时间之后最终实现把某个LED灯具里红、绿、蓝色LED的发光亮度调节到恰好能混合得到合格的纯白色，可是在生产线上大批量生产LED灯具的时候却绝对不可能也这样去调节每一个LED灯具里的三种LED的亮度，因为实在太麻烦了！所以在批量生产的时候，几乎可以认为红、绿、蓝色LED就是无法混光得到合格的纯白色。同理，红、绿、蓝色LED混光得到不饱和色的时候也是如此。

综上所述，红、绿、蓝色LED容易混光得到合格的饱和颜色，却难以混光得到合格的白色和不饱和颜色。现有技术中普遍存在一个技术偏见——用红、绿、蓝色LED混光得到所有的颜色，在LED贴身观赏灯具的技术领域，正是这个技术偏见阻碍了人们对LED贴身观赏领域的研究和开发，由于这个技术偏见，由于人们认为红、绿、蓝色LED已能混合得到白色因而舍弃采用白色LED参与混色，因此难以混光得到纯正的白色和不饱和颜色。本发明克服了这个技术偏见，淘汰“用红、绿、蓝色LED混光获得白色”的做法，在三基色LED的基础之上，再加入白色LED参与混光混色，改用白色LED单独发光获得纯白色，且继续采用红、绿、蓝色LED混光获得饱和颜色，淘汰“红、绿、蓝色LED同时发光混合获得不饱和颜色”的做法，改用红、绿、蓝色LED混光获得的饱和颜色之后再与白色LED一起混光得到不饱和颜色。实践证明，在LED贴身观赏的技术领域加入白色LED参与混光混色的技术手段，很好的解决了LED混光获得纯正白色和不饱和色的技术问题，而且在大批量生产的时候也不必再对每个灯具的LED分别调光也能确保每一个灯具都能稳定地呈现纯正的所有颜色。

该技术措施的可行性原理是：因为白色LED在被生产出厂之前需要历经严格的光色检验，只有那些能发出合格的纯白光的LED才准予出厂，所以我们所采购得到的每一颗白色LED所发出的光单独照射到灯罩上的时候一定能呈现出合格的纯白色，绝对不会让人看到有任何杂色。虽然白色LED出厂前也要历经“分光分色”的工序，同一批次的白色LED的发光强度和色温都是在某个允许的取值范围内，但是人眼对白色LED的亮度和色温偏差并不敏感，所以即使同一批次的白色LED有的发光亮一点或暗一点、有的色温高一点或低一点，人眼却看不出灯罩上所呈现的白色有什么不一样，因此可以忽略白色LED个体之间的发光强度和色温的偏差。

总之，本发明的“四基色LED混色法”可以很容易混光得到所有的纯正的饱和颜色、不饱和颜色和白色，与现有技术中“三基色LED混色法”相比在具体实现混色的方式上的最显著区别是——本发明的“四基色LED混色法”永远不会出现红、绿、蓝三色LED一起亮起的状态，比如在获得纯白色的时候红、绿、蓝三色LED都不亮起，在获得饱和颜色或不饱和颜色的时候红、绿、蓝三色LED都只有某一种或两种LED亮起参与混光，相比之下，现有技术中的“三基色LED混色法”在获得白色或不饱和颜色的时候却都要求红、绿、蓝三色LED一起亮起参与混光混色，这就是最显著区别。本发明的“四基色LED混色法”具体实现混色的方式是：

只红、绿、蓝色LED当中的某一种或两种LED亮起且白色LED不亮的时候，灯罩上呈现出相应的饱和颜色，例如当白色LED不亮且只有红色（或绿色或蓝色）LED单独亮起的时候，灯罩上分别呈现出饱和的红色（或绿色或蓝色），再如只有红色LED和绿色LED亮起的时候，灯罩上呈现出纯正的饱和的黄色；

只有白色LED亮起且红、绿、蓝色LED不亮的时候，灯罩上呈现出纯白色；

用红、绿、蓝色LED混光获得饱和颜色再与白色LED一起混光的时候，灯罩上呈现出相应的不饱和颜色。例如让红色LED、白色LED一起亮起混光得到淡红色，再如让红色LED、绿色LED和白色LED一起亮起混光得到淡黄色。

本发明的有益效果是：灯具可以随身携带，能呈现出不同的颜色，且所呈现的颜色纯正、均匀、柔和，符合人眼近距离观赏的应用要求，并且易于实现大批量生产。最后简单归纳本发明的各项技术措施与技术效果的因果对应关系：

因为灯具由电池供电，所以可随身携带；

因为采用乳白色的半透明灯罩，各色LED在集成电路的控制下发光混色，光线照射到灯罩，让人观赏灯罩上呈现出的颜色，所以灯具能呈现出不同的颜色，且所呈现的颜色柔和；

因为电路中的LED包括有红色、绿色、蓝色和白色的LED，所以灯具能施展“四基色LED混色法”以呈现出所有的纯正的颜色，且在大批量生产的时候不必对每一个灯具分别调光也能稳定地确保每一个灯具都能呈现纯正的颜色；

因为人们可以根据实际需要合理选择是否要装置光扩散板，所以能确保灯具呈现出均匀的颜色。

附图说明

图1是本发明第一个实施例的灯具纵剖面构造示意图。

图2是本发明第二个实施例的灯具纵剖面构造示意图。

图3是本发明的两个实施例的电路原理示意图。

在图1和图2中的各标号所示的零部件名称分别是：1.灯罩，2. 底座，3.系绳孔，4.光线，5.LED，6.电路板，7.导线，8.光线，9.光扩散板，JP.充电接口，BT.电池，SW1.电源开关，SW2.点触按键。

虽然在图1和图2中看上去电路板（6）悬在半空中，但是电路板其实是通过螺钉锁紧固定在底座的螺柱上的，只是为了避免螺柱和螺钉在附图中与其它各电路组件相互遮挡而影响阅图，因此在图1和图2中故意不画出在底座（2）里面用于支撑电路板（6）的螺柱和螺钉。为了简化附图，在图1和图2中只画出了4个LED（5）以代表电路板中所有LED，电路板上其它的LED、电阻、电容、三极管和集成电路等电子元器件都没有画出来。在图1和图2中位于LED（5）正上方的箭头（4）代表LED所发出的光线。充电接口（JP）与电池（BT）之间、电池（BT）与电源开关（SW1）与电路板（6）之间、点触按键（SW2）与电路板（6）之间通过导线（7）相连接。

图2与图1所示的构造大同小异，区别只在于图2的电路板（6）位置向下移了一点并且在电路板的上方装置有光扩散板（9），其它构造基本相同，所以为了简化附图，在图2中不再重复标注与图1相同的一些零部件，请参考图1。为了简化附图，在图2中也没有画出用于支撑固定光扩散板（9）的结构部件。在图2中可以看到，电路板（6）上面的LED（5）所发出的光线在经过光扩散板（9）之后，原本规则的入射光线（4）变成完全没有规则的出射光线（8），朝各个方向照射到灯罩上。

图3中，L1、L2、L3、L4、L5、L6是红色LED，L7、L8、L9、L10、L11、L12是绿色LED，L13、L14、L15、L16、L17、L18是蓝色LED，L19、L20、L21、L22是白色LED，因为白色LED的发光亮度相对较大，所以电路中白色LED的数量比其它颜色的LED更少些；JP是充电接口输入端，BT是可充电电池，SW1是电源开关，SW2是常开型自复位的点触按键，这种按键的两只引脚平时是处于断开的状态的，用手按下按键它的两只引脚之间就闭合导通，放开手之后它的两脚之间又自动恢复断开状态，当点触按键SW2没有被按下的时候P2.1引脚是处于高电平状态，当SW2被按下的时候，P2.1通过电阻R9与电源负极相连，所以P2.1就处于低电平状态； R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8、R9、R10、R11、R12、R13是电阻，这13个电阻在电路中的作用是限流；U2是单片机，为了简化附图，图3只画出了该单片机的5只输入输出引脚P1.1、P1.2、P1.3、P1.4、P2.1以及两只电源输入脚VCC、GND，该单片机的其它引脚以及单片机的外围电路都给予省略，即在图3中没有被画出来，但是在实际实施过程中，应该按照所选用单片机的的具体要求接好外围电路；U1是三端稳压集成电路，它在电路中的作用是把12V的电池电压转换成为5V的直流电压给单片机U2供电；C1、C2、C3、C4是电容，这4个电容在电路中的作用是滤波；Q1、Q2、Q3、Q4是三极管，单片机U2通过这4个三极管控制4种颜色的LED发光混色，例如P1.1脚是控制所有红色LED的亮起或熄灭，当P1.1输出高电平的时候所有红色的LED亮起，当P1.1输出低电平的时候则所有红色的LED熄灭，同理，P1.2、P1.3、P1.4引脚分别控制绿色的LED、蓝色的LED、白色的LED的亮起或熄灭。

具体实施方式

下面列出本发明的两个具体实施例，由于这两个实施例都采用圆球形灯罩且使用圆台形底座，具有人们所公知的水晶球的外观造型，又由于都是采用可充电电池供电，所以我给它们取了一个名字叫做“具有水晶球外观造型的可充电式便携式七彩LED灯具”，由于这名字太长了，为了简化表达，也为了便于本发明所述产品在社会上口碑流传，因此我将它的名字简称为“充电式LED水晶球”。这两个实施例的电路原理和单片机程序和产品使用方法完全相同，只是两个实施例的产品构造大同小异，下面先介绍两个实施例相同的地方，最后再介绍两个实施例相异的地方。

在图1和图2所示的两个实施例中，灯罩（1）选用透光率大约80%的、直径12厘米的、厚度1毫米的、正圆球形的、乳白色的半透明灯罩，灯罩的下方有一个直径65毫米大小的圆形开口并且与底座相连，底座（2）是用不透明的塑料材质制成的圆台形的旋转体，底座的侧面和底面涂覆银白色的漆，底座的上方开口与灯罩相连，灯罩下方开口的外侧有螺纹，底座上方开口的内壁也有相应的螺纹，将灯罩与底座的开口位置对齐，就可以把灯罩直接旋进底座上，之后还可以再在灯罩与底座之间的接缝位置涂抹胶水把它们更牢固地粘紧在一起，灯罩与底座围合形成一个内部空腔。在底座的下方边缘位置开一个直径2毫米的系绳孔（3），将一条腕绳的一端系在这个小孔，人们可以通过腕绳拎起整个灯具，以方便随身携带。充电接口（JP）装置在底座（2）的侧面并且局部露在外面，与里面的电池（BT）之间通过两条导线（7）相连，当外界的充电器插在该充电接口（JP）的时候就可以对灯具里面的电池（BT）进行充电。电压为12V的可充电电池（BT）放置在底座里面并且用胶水粘牢固定，电池（BT）的正极（+）通过一条导线连接在电源开关（SW1)的一只引脚，电源开关的另一引脚通过另一条导线接在电路板（6）的电源正极输入端，电池（BT）的负极（-）通过一条导线直接连接在电路板（6）的电源负极输入端。电源开关（SW1)采用红色的船形开关，用手按动开关可以控制开关的两只引脚在导通状态和断开状态之间切换。点触按键（SW2）采用常开式自复位按键，这种按键的两只引脚平时是处于断开状态的，用手按下按键它的两只引脚之间就闭合导通，放开手之后它的两脚之间又自动恢复断开状态，点触按键（SW2）的两只引脚通过两条导线（7）连接在电路板（6）上的相应位置。电源开关（SW1)和点触按键（SW2）都装置在底座的底面并且局部露在外面。

在两个实施例中，将图3所示的电路图中的全部LED布置在一块直径64毫米的圆形PCB电路板的正面，并且让每一种颜色的LED都在电路板上面尽量均匀地分布，图3所示的电路图中的其它电路器件（不包括SW1、SW2和BT）则布置在该电路板的背面，按照图3所示电路原理画出PCB电路板上各元件之间的电气连线并且完成PCB电路板的制造，将各电子元器件焊接在电路板上，其中所有的LED都采用额定工作电流为20毫安的小功率LED，其中L1、L2、L3、L4、L5、L6是红色LED，L7、L8、L9、L10、L11、L12是绿色LED，L13、L14、L15、L16、L17、L18是蓝色LED，L19、L20、L21、L22是白色LED，R1、R2、R7、R8选用阻值330欧的电阻，R3、R4、R5、R6选用阻值150欧的电阻，Q1、Q2、Q3、Q4选用型号为S8050的三极管，R9、R10、R11、R12、R13选用阻值2千欧的电阻，C1、C4选用容量0.1微法的瓷片电容，C2、C3选用容量100微法的电解电容，U1选用型号为7805的三端稳压集成电路，U2选用型号为AT89C51的单片微型计算机集成电路（以下简称为单片机），并且给该单片机连接好相关的复位电路和石英晶体振荡电路。

在两个实施例中，通过编程让单片机U2控制4种颜色的LED混光获得各种颜色，具体混色的实现方式是：

只红、绿、蓝色LED当中的某一种或两种LED亮起且白色LED不亮的时候，灯罩上呈现出相应的饱和颜色，例如当P1.1输出高电平且P1.2、P1.3、P1.4都输出低电平的时候，只有红色LED单独亮起，灯罩上就呈现饱和的红色，同理，当只有P1.2或者P1.3输出高电平的时候灯罩就呈现饱和的绿色或饱和的蓝色。再如当P1.1和P1.2输出高电平且P1.3和P1.4输出低电平的时候，只有红色LED和绿色LED亮起，灯罩上呈现出饱和的黄色；

只有白色LED亮起且红、绿、蓝色LED不亮的时候，灯罩上呈现出纯白色，即只有P1.4输出高电平且P1.1、P1.2和P1.3 都输出低电平的时候灯罩上呈现纯白色；

用红、绿、蓝色LED混光获得饱和颜色再与白色LED一起混光的时候，灯罩上呈现出相应的不饱和颜色。例如让P1.1和P1.4输出高电平且P1.2和P1.3输出低电平的时候，红色LED和白色LED一起亮起混光得到淡红色；再如让P1.1、P1.2和P1.4输出高电平且P1.3输出低电平的时候，红色LED、绿色LED和白色LED一起亮起混光得到淡黄色；

总之，单片机U2通过控制P1.1、P1.2、P1.3、P1.4这4只输出引脚的高低电平组合方式就可以控制4种颜色的LED按照“四基色LED混色法”混光得到所有的颜色，这里就不再一一列出其中所有可能混得的每一种颜色了。

在两个实施例中，通过编程让单片机U2检测P2.1引脚的电平变化以判断是否要切换颜色模式，当点触按键SW2没有被按下的时候悬空的P2.1引脚是处于高电平状态，当SW2被按下的时候，P2.1通过电阻R9与电源负极相连，所以P2.1就处于低电平状态，这就是要求单片机切换下一种的控制LED混光的颜色模式。例如，当在单片机控制下灯具呈现红色的时候，按一下点触按键SW2，单片机就控制灯具切换到黄色，再按一次SW2，则又控制灯具切换到下一种颜色——绿色，以此类推。通过编程让单片机根据输入脚的电平变化而改变输出脚的电平组合方式，这对本领域的技术人员来说是很容易做到的基本技能，这方面的内容就不再赘述。

下面介绍这两个实施例的产品使用方法：在使用之前，先拨动电源开关（SW1）给灯具通电让它亮起，然后通过按下点触按键（SW2）将灯具所呈现的颜色模式切换到所要观赏的颜色模式，再把灯具摆放在室内供人们观赏，或者把灯具捧在手上任意玩赏，也可以通过系在系绳孔（3）的腕绳把整个灯具拎起来，随身携带到任何地方供人们玩赏。暂不需要观赏的时候，可以拨动电源开关（SW1）给灯具切断电源让它熄灭即可。当灯具里面的电池电量快要耗尽的时候，可以把充电器连接在灯具侧面的充电接口（JP）进行充电，充电完成之后再把充电器从充电接口（JP）拔出来即可。

以上是本发明的两个具体实施例的相同内容，下面说明这两个实施例相异的内容：

在图1所示的第一个实施例中，把电路板（6）的位置固定在圆球形灯罩下方开口所在位置，让电路板上面的LED所发出的光线直接照射到灯罩，因为电路板上的LED数量较多，且每一种颜色的LED都在电路板上面尽量均匀地分布，所以整个电路板上的所有LED近似地成为一个面光源，各色LED照射到灯罩上的光线大致上均匀分布，人在灯罩外面看不到明显的亮度明暗不匀或色调分布不匀的现象；

在图2所示的第二个实施例中，把电路板（6）的固定在距离圆球形灯罩下方开口位置的下面大约6毫米的地方（即相当于是把图1所示的第一个实施例中的电路板位置向下移动大约6毫米距离），再在圆球形灯罩下方开口所在位置固定一块直径64毫米的厚度2毫米的圆形的光扩散板（即相当于是光扩散板位于电路板上方大约6毫米距离的位置），使电路板（6）上的LED（5）所发出的光线在经过光扩散板（9）之后再照射到灯罩。由图2可以看到，在经过光扩散板（9）之后，原本规则的入射光线（4）变成完全没有规则的出射光线（8），朝各个方向照射到灯罩（1）上，所以能在灯罩上呈现出更均匀的颜色分布。

Claims (7)

1.便携式七彩LED灯具，由灯罩和底座组成外壳，里面装置有包括LED在内的各电路组件，其特征是：灯罩采用乳白色的半透明灯罩，灯具里面的电路由电池供电，电路中的LED包括有红色、绿色、蓝色和白色的LED，它们在集成电路的控制下发光混色，LED所发出的光线可以直接照射到灯罩，或者也可以在LED与灯罩之间装置光扩散板使LED所发出的光线在经过光扩散板之后再照射到灯罩，在灯罩上呈现出相应的颜色供人们观赏。

2.根据权利要求1所述的便携式七彩LED灯具，其特征是：所述灯罩优选使用圆球形的灯罩，所述底座优选使用圆台形的底座。

3.根据权利要求2所述的便携式七彩LED灯具，其特征是：所述圆球形灯罩优选使用直径为12厘米的圆球形灯罩。

4.根据权利要求1所述的便携式七彩LED灯具，其特征是：所述电池优选使用可充电电池。

5.根据权利要求1所述的便携式七彩LED灯具，其特征是：所述LED优选使用小功率LED。

6.根据权利要求1所述的便携式七彩LED灯具，其特征是：在LED与灯罩之间装置有光扩散板使LED所发出的光线在经过光扩散板之后再照射到灯罩。

7.根据权利要求1所述的便携式七彩LED灯具，其特征是：电路中的LED在集成电路的控制下发光混色的具体实现方式是：只红、绿、蓝色LED当中的某一种或两种LED亮起且白色LED不亮的时候，灯罩上呈现出相应的饱和颜色；只有白色LED亮起且红、绿、蓝色LED不亮的时候，灯罩上呈现出纯白色；用红、绿、蓝色LED混光获得饱和颜色再与白色LED一起混光的时候，灯罩上呈现出相应的不饱和颜色。