CN105020609B - 一种新型结构led全方向球泡灯及其实现方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种新型结构LED全方向球泡灯，包括外壳，外壳底部连接灯头，散热件埋入外壳中，散热件内设置有PCB板，LED基板包含LED芯片，LED基板正负极通过锡膏经回流焊连接到PCB上；LED基板上圆周分部若干LED灯珠，LED基板外部为泡壳，泡壳材质为PC，泡壳内部均匀填充着扩散剂，扩散剂为一种散射粒子，其直径约2um‑10um各向同性的匀质小球。本发明还公开了一种新型结构LED全方向球泡灯的实现方法。本发明具有结构简单、造价便宜、生产效率高、劳动强度低、透光率高、节约能源及满足美国能源之星标准等特点。
Description
技术领域
本发明涉及LED灯技术，具体来说是一种新型结构LED全方向球泡灯及其实现方法。
背景技术
随着社会的发展，当今使用LED节能环保的光源应用越来越广，市场各种灯具厂家也发展越来越快，灯具外形各异。
传统的白炽灯已经逐步被LED全方向球泡灯取代，LED全方向球泡灯的外形与传统的白炽灯相仿，包括驱动电源盒多个发光二极管组成的LED光源，驱动电源驱动发光二极管发光进行照明。
但现有技术中LED全方向球泡灯会存在以下技术问题：
(1)、结构复杂、不易装配、生产效率低，成本高；
(2)、整灯整灯透光率偏低，一般在75％-86％，造成了LED光源成本极大的浪费；
(3)、整灯光学性能不能满足美国能源之星标准。
发明内容
本发明的目的在于克服以上现有技术存在的不足，提供了一种结构简单、造价便宜、生产效率高、劳动强度低、透光率高、节约能源及满足美国能源之星标准的新型结构LED全方向球泡灯的实现方法。
本发明另一目的在于提供一种新型结构LED全方向球泡灯。
为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案：一种新型结构LED全方向球泡灯的实现方法，包括以下步骤：
(1)、Mie散射：当入射到散射体粒子上的自然光与散射体粒子线度接近时，各项同性的球形散射体粒子对光波的散射作用，用Mie散射理论得出；
(2)、球泡的目标光分布确立：在0°到135°时光强90％以上的点不能偏离平均值的25％，其余不能低于50％，135°-180°光通量不能＜5％，以此作为球泡灯光分布设计的目标；
(3)、光源设置：LED光源距离泡壳2mm-10mm之间，环形排布在LED基板上；
(4)、3D模型建立：利用方程F(X,Y)＝0建立自由曲线，通过实体转换成泡壳模型，泡壳材质为PC，泡壳内部均匀填充着扩散剂，扩散剂为一种散射粒子，其直径约2um-10um各向同性的匀质小球，直径与LED发光波长处于同一个线度，用Mie散射方程描述，粒子对单位光强的入射光散射后的总的散射光强为：
所以得到在θ方向上的散射概率的密度分布函数为：
通过产生随机数random，得到对应随机数下，光子的散射方向角：
θ＝F-1(random)；
光子的自由程是蒙特卡罗模拟过程中的一个重要参数，它与体散射型光散射材料散射粒子的体积分数密切相关；在散射系统中，光子随机自由程取值的概率密度应满足光子的自由程抽样公式：
其中，r为散射粒子的半径1um-5um，σ为平均自由程，C为扩散剂的体积分数取值一般在5*105个/以上，s为散射系数；
(5)、根据步骤(4)计算，调整好泡壳自由曲面曲率，改变光线传播方向，使光分布满足步骤(2)的标准。
所述步骤(1)中的Mie散射，α＝πd/λ；其中，d为光扩散剂直径，λ入射光波长，当d和λ数量级相当时，产生Mie散射现象。
上述新型结构LED全方向球泡灯，包括外壳，外壳底部连接灯头，散热件埋入外壳中，散热件内设置有PCB板，LED基板包含LED芯片，LED基板正负极通过锡膏经回流焊连接到PCB上；LED基板上圆周分部若干LED灯珠，LED基板外部为泡壳，泡壳材质为PC，泡壳内部均匀填充着扩散剂，扩散剂为一种散射粒子，其直径约2um-10um各向同性的匀质小球。
所述外壳通过胶水与泡壳粘接在一起。
所述泡壳呈“U”形结构。
所述LED灯珠距离泡壳2mm-10mm之间。
所述LED灯珠设置一圈，相邻LED灯珠之间的距离为10～20mm。
为了大幅度提升光学透光率，减少LED光源颗数降低成本，采用了运用Mie散射技术和折射技术结合，创造性的使用，使得组装工序简单，且光学透光率高达96％，光源成本节省30％-50％，生产成本节省10％-30％；本发明实相对于现有技术：
1、PCB穿过LED基板限位槽，经回流焊连接到正负极，省去了导线或者端子。
2、LED基板上的LED芯片分布在外围，最大限度增加散热。
3、散热件为塑料或者金属，直接镶嵌在塑料外壳内；使得原先两件的结构变为1件，降低成本。
4、运用Mie散射技术和折射技术结合，直接通过泡壳实现能源之星标准中的Omni-directional Bulb光分布要求,且光学透光率＞96％，LED芯片成本降低30％-50％。
5、操作工艺简单，省去了传统反光杯、透镜的组装，生产成本降低10％-30％。
附图说明
图1为一种新型结构LED全方向球泡灯的爆炸结构示意图；
图2为本发明中泡壳的结构示意；
图3为本发明中LED基板处的结构示意图。
图中标号与名称如下：
| 1 | 外壳 | 2 | 灯头 |
| 3 | 散热件 | 4 | PCB板 |
| 5 | LED基板 | 6 | LED灯珠 |
| 7 | 泡壳 | 8 | 散射粒子 |
具体实施方式
为便于本领域技术人员理解，下面结合附图及实施例对本发明作进一步的详细说明。
实施例1：
如图1～3所示，一种新型结构LED全方向球泡灯的实现方法，包括以下步骤：
(1)、Mie散射：当入射到散射体粒子上的自然光与散射体粒子线度接近时，各项同性的球形散射体粒子对光波的散射作用，用Mie散射理论得出；
(2)、球泡的目标光分布确立：在0°到135°时光强90％以上的点不能偏离平均值的25％，其余不能低于50％，135°-180°光通量不能＜5％，以此作为球泡灯光分布设计的目标；
(3)、光源设置：LED光源距离泡壳2mm，环形排布在LED基板上；
(4)、3D模型建立：利用方程F(X,Y)＝0建立自由曲线，通过实体转换成泡壳模型，泡壳材质为PC，泡壳内部均匀填充着扩散剂，扩散剂为一种散射粒子，其直径约2um-10um各向同性的匀质小球，直径与LED发光波长处于同一个线度，用Mie散射方程描述，粒子对单位光强的入射光散射后的总的散射光强为：
所以得到在θ方向上的散射概率的密度分布函数为：
通过产生随机数random，得到对应随机数下，光子的散射方向角：
θ＝F-1(random)；
光子的自由程是蒙特卡罗模拟过程中的一个重要参数，它与体散射型光散射材料散射粒子的体积分数密切相关；在散射系统中，光子随机自由程取值的概率密度应满足光子的自由程抽样公式：
其中，r为散射粒子的半径1um，σ为平均自由程，C为扩散剂的体积分数取值一般在5*105个/以上，s为散射系数；
(5)、根据步骤(4)计算，调整好泡壳自由曲面曲率，改变光线传播方向，使光分布满足步骤(2)的标准。
所述步骤(1)中的Mie散射，α＝πd/λ；其中，d为光扩散剂直径，λ入射光波长，当d和λ数量级相当时，产生Mie散射现象。
上述新型结构LED全方向球泡灯，包括外壳，外壳底部连接灯头，散热件埋入外壳中，散热件内设置有PCB板，LED基板包含LED芯片，LED基板正负极通过锡膏经回流焊连接到PCB上；LED基板上圆周分部若干LED灯珠，LED基板外部为泡壳，泡壳材质为PC，泡壳内部均匀填充着扩散剂，扩散剂为一种散射粒子，其直径约2um-10um各向同性的匀质小球。本实施例中的光扩散剂为道康宁30-424，白色有机硅粉末，如图2所示，光线经过扩散剂后改变方向，经过上述方法计算，调整好泡壳自由曲面曲率，满足需求。
本实施例中的外壳通过胶水与泡壳粘接在一起；泡壳呈“U”形结构；LED灯珠距离泡壳2mm；LED灯珠设置一圈，相邻LED灯珠之间的距离为10mm。
采用上述结构和方法，大幅度提升光学透光率，减少LED光源颗数降低成本，采用了运用Mie散射技术和折射技术结合，创造性的使用，使得组装工序简单，且光学透光率高达96％，光源成本节省30％-50％，生产成本节省10％-30％。
实施例2：
本实施例与实施例1不同之处在于：本实施例中的LED灯珠距离泡壳10mm；LED灯珠设置一圈，相邻LED灯珠之间的距离为20mm；步骤(4)中散射粒子的半径5um。
对比实施例1
本实施例采用4种结构对比，1～3种结构为现有技术中的结构，大致结构如下：
(1)、LED基板+反光杯+扩散泡壳；光学透光率83％，光学效率偏低；
(2)、LED基板+凸台+扩散泡壳；光学透光率86％，光学效率偏低，且LED基板固定复杂，成本高，散热差；
(3)、LED基板+透镜+扩散泡壳；光学透光率86％，光学效率偏低，生产工序复杂，成本高。
第4种结构为实施例1中的结构，对比数据如下表：
| 实现方式 | 整灯尺寸 | 角度 | 光学透光率 | 整灯成本 | Energy Star |
| (1) | Φ60*117 | 300 | 83％ | 中 | OK |
| (2) | Φ60*117 | 296 | 86％ | 高 | OK |
| (3) | Φ60*117 | 310 | 86％ | 高 | OK |
| (4) | Φ60*117 | 300.4 | 96％ | 低 | OK |
上述具体实施方式为本发明的优选实施例，并不能对本发明进行限定，其他的任何未背离本发明的技术方案而所做的改变或其它等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种新型结构LED全方向球泡灯的实现方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)、Mie散射：当入射到散射体粒子上的自然光与散射体粒子线度接近时，各项同性的球形散射体粒子对光波的散射作用，用Mie散射理论得出；
(2)、球泡的目标光分布确立：在0°到135°时光强90％以上的点不能偏离平均值的25％，其余不能低于50％，135°-180°光通量不能＜5％，以此作为球泡灯光分布设计的目标；
(3)、光源设置：LED光源距离泡壳2mm-10mm之间，环形排布在LED基板上；
(4)、3D模型建立：利用方程F(X,Y)＝0建立自由曲线，通过实体转换成泡壳模型，泡壳材质为PC，泡壳内部均匀填充着扩散剂，扩散剂为一种散射粒子，其直径2um-10um各向同性的匀质小球，直径与LED发光波长处于同一个线度，用Mie散射方程描述，粒子对单位光强的入射光散射后的总的散射光强为：
所以得到在θ方向上的散射概率的密度分布函数为：
通过产生随机数random，得到对应随机数下，光子的散射方向角：
θ＝F-1(random)；
光子的自由程是蒙特卡罗模拟过程中的一个重要参数，它与体散射型光散射材料散射粒子的体积分数密切相关；在散射系统中，光子随机自由程取值的概率密度L应满足光子的自由程抽样公式：
其中，r为散射粒子的半径1um-5um，σ为平均自由程，C为扩散剂的体积分数取值一般在5*105个/以上，s为散射系数；
(5)、根据步骤(4)计算，调整好泡壳自由曲面曲率，改变光线传播方向，使光分布满足步骤(2)的标准。
2.根据权利要求1所述的新型结构LED全方向球泡灯的实现方法，其特征在于：所述步骤(1)中的Mie散射，α＝πd/λ；其中，α为无量纲尺度数，d为光扩散剂直径，λ入射光波长，当d和λ数量级相当时，产生Mie散射现象。
3.根据权利要求1或2所述的新型结构LED全方向球泡灯的实现方法制得的新型结构LED全方向球泡灯，其特征在于：包括外壳，外壳底部连接灯头，散热件埋入外壳中，散热件内设置有PCB板，LED基板包含LED芯片，LED基板正负极通过锡膏经回流焊连接到PCB上；LED基板上圆周分部若干LED灯珠，LED基板外部为泡壳，泡壳材质为PC，泡壳内部均匀填充着扩散剂，扩散剂为一种散射粒子，其直径2um-10um各向同性的匀质小球。
4.根据权利要求3所述的新型结构LED全方向球泡灯的实现方法制得的新型结构LED全方向球泡灯，其特征在于：所述外壳通过胶水与泡壳粘接在一起。
5.根据权利要求3所述的新型结构LED全方向球泡灯的实现方法制得的新型结构LED全方向球泡灯，其特征在于：所述泡壳呈“U”形结构。
6.根据权利要求3所述的新型结构LED全方向球泡灯的实现方法制得的新型结构LED全方向球泡灯，其特征在于：所述LED灯珠距离泡壳2mm-10mm之间。
7.根据权利要求3所述的新型结构LED全方向球泡灯的实现方法制得的新型结构LED全方向球泡灯，其特征在于：所述LED灯珠设置一圈，相邻LED灯珠之间的距离为10～20mm。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| PE01 | Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right |
Denomination of invention: A Novel Structure LED Omnidirectional Bulb Lamp and Its Implementation Method Effective date of registration: 20231111 Granted publication date: 20180713 Pledgee: Agricultural Bank of China Limited Dongyang sub branch Pledgor: HENGDIAN GROUP TOSPO LIGHTING Co.,Ltd. Registration number: Y2023330002597 |
|
| PE01 | Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right |