CN110410720A - 一种基于漫反射纳米纺丝的反射式led灯具及其制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于漫反射纳米纺丝的反射式LED灯具及其制作方法，该灯具包括热管散热体、灯具外壳、具有漫反射效果的纳米纺丝反射面、LED光源与LED基板和含微孔柔光结构的出光面罩；所述灯具外壳内壁面贴合有具有漫反射效果的反射面，所述灯具外壳外壁面安装有热管散热体，所述灯具外壳底部设置开口，所述开口处安装出光面罩，所述灯具外壳开口凸缘内壁面安装有LED光源与LED基板，LED基板为圆台侧面的曲面结构，LED光源在LED基板的内侧呈环形阵列排布。根据本发明的LED灯具，LED光源发出的光经过反射面漫反射后从出光面罩射出，具有效率高、光源辐照均匀、目视光源柔和舒适等优点，很好地解决了高亮度LED点光源给室内照明带来的眩光问题。

Description

一种基于漫反射纳米纺丝的反射式LED灯具及其制作方法

技术领域

本发明涉及机械制造及光学元器件制造领域，具体涉及一种用于照明的基于漫反射纳米纺丝的反射式LED灯具及其制作方法。

技术背景

作为新一代固态光源，由于其节能环保、寿命长、抗振等众多优点，LED灯具已在各照明领域得到了广泛的应用。随着相关技术进步与LED光效的提高，LED灯具正在逐渐替代各类传统光源，预计2020年LED灯具在通用照明领域市场份额可达50%。然而由于LED光源为点状光源，出光面较小、方向性较强，使得LED灯具具有出光不均匀、存在一定暗角的缺点，导致了灯具在室内照明场景中亮度出现大幅度的明暗交替、光线直射容易使人眩目的问题。

为避免眩目，直射式照明灯具遮挡了光源，但同时扩大了暗角，限制了灯具本身的出光角度，而常见的使用导光板的反射式灯具在解决了眩目问题的同时又有着光源光效较低、等亮度面不具有截止形配光的缺点。

此外，大部分LED器件的光电转化效率在40%-70%之间，部分电能与光能转化为热量，而聚集在LED灯具内部的热量会使LED芯片升温，导致芯片不同层间出现裂纹或断裂，进而出现光衰失效现象。因此，散热问题也是LED灯具设计要考虑的重要方面。

发明内容

为了克服现有技术存在出光不均匀、存在一定暗角、散热处理不好容易导致光衰的缺点与不足，本发明提供了一种基于漫反射纳米纺丝的反射式LED灯具。

本发明的目的至少通过如下技术方案之一实现。

一种漫反射纳米纺丝的反射式LED灯具，包括热管散热体、灯具外壳、具有漫反射纳米纺丝的反射面、LED光源与LED基板、出光面罩；所述的灯具外壳顶部设有吊环，所述灯具外壳外壁面安装有热管散热体，所述灯具外壳内壁面贴合有具有漫反射微结构的反射面，所述灯具外壳开口凸缘内壁面安装有环形阵列的LED光源与LED基板，LED基板为圆台侧面的曲面构型，使得LED光源发出的光与水平面呈斜角经反射面漫反射后从出光面罩射出，所述灯具外壳开口安装并覆盖着出光面罩，所述灯具电路安装在LED基板外侧面，电源线在具有漫反射效果的纳米纺丝反射面与外壳之间埋藏，由灯具顶部附近开口引出。

进一步地，所述具有漫反射效果的纳米纺丝反射面由聚丙烯腈塑料（PAN）纺丝膜与聚对苯二甲酸类塑料（PET）膜压制而成。静电纺丝获得的聚丙烯腈塑料纺丝膜在380-800纳米波段反射率为80-98%，漫散射率为80-88%，静电纺丝纤维直径为80-200纳米。

进一步地，所述的弧形热管呈经线布局安装在灯具外壳上半球外表面上。

进一步地，所述灯具外壳呈球壳状，材料为铜或铝。

进一步地，所述LED器件呈环形阵列排布，数量为大于等于六颗，LED基板构型为圆台侧面的曲面，LED器件安装在曲面内侧面。

进一步地，所述LED器件照射仰角应设置为23±1°以获得最佳亮度均匀度73%-81.8%（与LED器件数量成一定正相关关系），系统效率60%。

进一步地，所述出光面罩具有粗糙表面与具有扩散效果的微孔结构，进一步产生柔光效果。当所述微孔结构为以1:4-4:1物料比的PMMA-PS相分离法结合化学蚀刻制得时，色温均匀性偏差为11-15%。

进一步地，所述的热管散热体与灯具外壳之间、LED基板与灯具外壳之间涂布有导热硅胶。

与现有技术相比，本发明具有如下优点和有益效果：

（1）本发明的基于漫反射纳米纺丝的反射式LED灯具，通过在灯壳内壁铺设具有漫反射效果的纳米纺丝反射面，使得反射光源发生拉曼散射后从出光面罩射出，进而出光柔和，方向性较强的LED光源被均匀分配出光，具有灯具效率高、光源辐照均匀、目视光源柔和舒适等优点，很好地解决了高亮度LED点光源给室内照明带来的LED灯具眩目、光强不均匀的问题；

（2）本发明的基于漫反射纳米纺丝的反射式LED灯具，通过把弧形热管呈经度布局安装在灯具外壳外表面，使得光源产生的热量可以快速向灯壳传递进而均匀地向环境散热，灯壳的金属选材与光源-LED基板-灯壳三部分之间的导热胶也强化了导热散热能力，避免了LED灯具因发热导致的光衰问题；

（3）本发明的基于漫反射纳米纺丝的反射式LED灯具，具有良好的反射效果，优化了整体光源的角度亮度均匀性。本发明的基于漫反射纳米纺丝的反射式LED灯具具有性能优异、制备方法简单快速等优点，适用于工业大规模生产。

附图说明

图1为基于漫反射纳米纺丝的反射式LED灯具的外观与结构示意图；

图2为静电纺丝制备聚丙烯腈塑料（PAN）纺丝膜的装置示意图；

图3为LED器件与形状为圆台侧面的LED基板的装配体示意图；

图4为实施例1中出光面罩表面相分离法结合化学蚀刻制得的微米尺寸微孔；

其中，吊环1、热管散热体2、灯具外壳3、具有漫反射效果的反射面4、LED光源5-1、LED基板5-2、出光面罩6。

具体实施方式

下面结合实施例及附图，对本发明作进一步地详细说明，但本发明的实施方式不限于此。

实施例1

一种基于漫反射纳米纺丝的反射式LED灯具，如图1所示，包括热管散热体2、灯具外壳3、具有漫反射效果的纳米纺丝反射面4、3535半球透镜封装白光器件与LED基板5、出光面罩6；所述的灯具外壳顶部设有吊环1，所述灯具外壳外壁面安装有热管散热体2，所述灯具外壳内壁面贴合有具有漫反射效果的纳米静电纺丝膜反射面4，所述灯具外壳开口凸缘内壁面安装有环形阵列的3535半球透镜封装白光器件与LED基板5，LED基板为圆台侧面的曲面构型，使得LED光源发出的光与水平面呈斜角经反射面漫反射后从出光面罩射出，所述灯具外壳开口凸缘外壁面黏合安装出光面罩6，所述灯具电路安装在LED基板外侧面，电源线在具有漫反射效果的纳米纺丝反射面与外壳之间埋藏，由灯具顶部附近开口引出。

所述具有漫反射效果的纳米纺丝反射面4由聚丙烯腈塑料（PAN）纺丝膜黏合在聚对苯二甲酸类塑料（PET）膜上并通过模压的方式压制合成。

所述出光面罩材料为聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)，具有磨砂粗糙表面与相分离法结合化学蚀刻制得的微米尺寸微孔，使得出光进一步产生柔光效果。

所述热管散热体与灯具外壳之间、LED基板与灯具外壳之间涂布有导热硅胶。

如图3所示，所述LED器件为3535半球透镜封装白光器件，呈环形阵列排布，数量为九颗，LED基板构型为圆台侧面的曲面，LED器件安装在曲面内侧面。

所述弧形热管散热体呈经度布局安装在灯具外壳的上半球外表面上。弧形热管共四根，以等间距方式每隔90°一根安装于球壳上半球外表面。弧形热管以导热硅胶粘结在灯具外壳上。

所述LED光源照射仰角设置为23°以获得最佳亮度均匀度81.8%。

所述灯具外壳呈球壳状。

实施例2

一种漫反射纳米纺丝的反射式LED灯具制造步骤如下：

以两块2毫米厚度的铝板各冲压成拼合后底部带开口的二分之一球壳，球壳外球面直径200毫米，球壳顶部钻孔；

将LED器件焊装在LED基板上，在基板背面用导热硅胶固定电路板；将LED基板整体用导热硅胶固定在一个二分之一球壳下部，将电源线用导热硅胶粘结在球壳内表面，从球壳顶部引出。

将PAN（摩尔质量80000 g/mol）以15%质量分数溶解在N，N-二甲基甲酰胺（DMF）中经6小时磁力搅拌配成溶液，并静置12小时脱去气泡。上述溶液注入连接注射泵的注射器中，放置铝箔作为静电纺丝附着的基板，设置喷嘴距离铝箔高度14厘米，如图2所示。注射泵505喷嘴与铝箔502之间接通15千伏高压电源501，并以0.4毫升/小时注射速度从喷嘴挤出上述溶液即PAN射流504，溶液附着在铝箔上成丝，PAN纺丝503转移到带黏合剂的PET薄膜经压制制成带漫反射效果的具有漫反射效果的纳米纺丝反射面4。将带漫反射效果的纳米静电纺丝膜黏合在球壳型灯具外壳内表面上。

将两个二分之一球壳拼合成完整球壳型灯具外壳，接合处使用导热硅胶黏合。在外壳顶部以螺纹连接的方式旋入吊环1。

用PMMA与聚苯乙烯（PS）以3:1质量比溶于甲苯配成饱和溶液，蒸发甲苯后获得PMMA-PS塑料。将PMMA-PS塑料注入模具，用柔性成形模具或吹塑使出光面罩成形，用砂轮机械磨砂或使模具内表面为带小颗粒的粗糙面，使出光面罩获得粗糙表面。使用四氢呋喃（THF）浸泡出光面罩，溶解PMMA-PS塑料中的PS成分，使出光面罩表面获得具有散射效果的2-15微米尺度的微孔结构，如图4所示。将出光面罩黏合在灯具外壳底部，覆盖住开口。且所述出光面罩安装所用的压边结构边缘与灯具外壳开口边缘齐平，避免遮挡出光，以保证出光角度不被限制。

弧形热管共四根，以等间距方式每隔90°一根按经度位置安装于球壳上半球外表面，以导热硅胶粘结在外表面。

以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非对本发明做任何形式上的限定。凡本领域的技术人员利用本发明的技术方案对上述实施例作出的任何等同的变动、修饰或演变等，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (10)

1.一种基于漫反射纳米纺丝的反射式LED灯具，其特征在于，包括热管散热体（2）、灯具外壳（3）、具有漫反射效果的纳米纺丝反射面（4）、LED光源与LED基板（5）和含微孔柔光结构的出光面罩（6）；所述灯具外壳（3）内壁面贴合有具有漫反射效果的纳米纺丝反射面（4），所述灯具外壳（3）外壁面安装有热管散热体（2），所述灯具外壳（3）底部设置开口，所述开口处安装含微孔柔光结构的出光面罩（6），所述灯具外壳（3）开口凸缘内壁面安装有LED器件与LED基板（5），LED基板为圆台侧面的曲面结构，LED器件在LED基板的内侧呈环形阵列排布，使得LED光源发出的光与水平面呈斜角经反射面漫反射后从含微孔柔光结构的出光面罩（6）射出。

2.根据权利要求1所述的反射式LED灯具，其特征在于，所述具有漫反射效果的纳米纺丝反射面（4）由聚丙烯腈塑料（PAN）纺丝黏合在聚对苯二甲酸类塑料（PET）薄膜上并压制而成，静电纺丝纤维直径为80-200纳米；所述含微孔柔光结构的出光面罩（6）表面粗糙，且具有扩散效果的微米尺寸的微孔。

3.根据权利要求1所述的反射式LED灯具，其特征在于，所述热管散热体（2）呈经度布局安装在球壳状的灯具外壳（3）外表面上，所述灯具外壳（3）呈球壳状，且灯具外壳（3）的材料为铜或铝。

4.根据权利要求1所述的反射式LED灯具，其特征在于，所述LED器件数量为6到20颗，所述LED光源照射仰角设置为23±1°，以获得最佳亮度均匀度。

5.根据权利要求1所述的反射式LED灯具，其特征在于，所述热管散热体（2）与灯具外壳（3）之间、LED基板（5）与灯具外壳（3）之间涂布有导热硅胶。

6.根据权利要求1所述的反射式LED灯具，其特征在于，所述灯具外壳（3）顶部设有吊环（1），所述灯具电路安装在LED基板外侧面，电源线在具有漫反射效果的纳米纺丝反射面（4）与外壳（3）之间埋藏，由灯具顶部附近开口引出。

7.权利要求1-6任一项所述反射式LED灯具的制作方法，其特征在于包括以下步骤：

1）以两块金属板各冲压成拼合后底部带开口的二分之一球壳；

2）将LED器件焊装在LED基板上，在LED基板背面用导热硅胶固定电路板；将LED基板和LED器件整体用导热硅胶固定在一个二分之一球壳下部；

3）将具有漫反射效果的纳米纺丝反射面（4）用导热硅胶黏合在两个球壳内表面上；

4）将两个二分之一球壳拼合成底部带开口的球壳型灯具外壳（3），接合处使用导热硅胶黏合；

5）将含微孔柔光结构的出光面罩（6）黏合在灯具外壳（3）底部，覆盖住开口；

6）弧形热管散热体（2）以导热硅胶粘结安装于灯具外壳（3）外表面。

8.根据权利要求7所述的制作方法，其特征在于，所述金属板为铜板或铝板，在冲压成球壳后，在球壳顶部钻孔，将LED器件的电源线用导热硅胶粘结在球壳内表面，从球壳顶部附近开口引出；两个二分之一球壳拼合成灯具外壳（3）后在外壳顶部以螺纹连接的方式旋入吊环（1）；热管散热体（2）共四根，以等间距方式按经度位置通过导热硅胶粘结在灯具外壳（3）的外表面。

9.根据权利要求7所述的制作方法，其特征在于，所述具有漫反射效果的反射面（4）的制备包括，将PAN以15%质量分数溶解在N，N-二甲基甲酰胺中经4-8小时磁力搅拌配成溶液，并静置10-12小时脱去气泡；上述溶液注入连接注射泵的注射器中，放置铝箔作为静电纺丝附着的基板，设置喷嘴距离铝箔高度10-15厘米；喷嘴与铝箔之间接通12-15千伏高压电，并以0.2-0.4毫升/小时注射速度从喷嘴挤出上述溶液，溶液附着在铝箔上成丝，PAN丝转移到带黏合剂的PET薄板经压制制成带漫反射效果的反射膜。

10.根据权利要求7所述的制作方法，其特征在于，所述含微孔柔光结构的出光面罩（6）的制备包括，用聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）与聚苯乙烯（PS）以1:4-4:1质量比溶于甲苯配成饱和溶液，蒸发甲苯后获得PMMA-PS塑料；将PMMA-PS塑料注入模具，用内表面为带小颗粒粗糙面的柔性成形模具使出光面罩成形并获得粗糙表面；使用四氢呋喃浸泡出光面罩，溶解PMMA-PS塑料中的PS成分，使出光面罩表面获得具有散射效果的2-15微米尺度的微孔结构。