CN216383982U - 一种led仿真火焰装置及led仿真蜡烛 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种LED仿真火焰装置及LED仿真蜡烛，技术要点为：包括烛焰形状的半透光扩散罩、发光灯板以及控制电路模块；发光灯板包括PCB基板，以及若干颗随机明暗渐变的LED芯片，LED芯片包括一颗位于PCB基板顶沿且向上出光的用于将光影投射在扩散罩中上部的上发光LED芯片、朝扩散罩正面出光的用于将光影投射在扩散罩中部位置的位于PCB基板正反两面的两颗中发光LED芯片、以及对应扩散罩底部位置且向上出光的用于补光的下发光LED芯片；PCB基板上对应中发光LED芯片的一段为窄边段。该仿真火焰装置可模拟出完整的火焰形态，以及接近真实火焰的光影层次效果及燃烧动态效果，成本低、能耗低、体积小。

Description

一种LED仿真火焰装置及LED仿真蜡烛

技术领域

本实用新型涉及仿真火焰技术领域，具体是指一种LED仿真火焰装置及LED仿真蜡烛。

背景技术

蜡烛、油灯、酒精灯等均是燃料通过灯芯燃烧形成火苗，兼具照明和装饰功能，其火焰形态忽明忽暗或摇曳不定，能够营造出舒缓温馨的氛围，被大量用于酒店、教堂及家庭等场景。而电子仿真火焰因具有较高的安全性，可替代真火用于仿真蜡烛、仿真马灯、仿真酒精灯炉等产品中。

现有技术中最常见一种形态的仿真火焰，是通过在晃动的火焰片上投射灯光来模拟火焰动态效果，如公告号为CN 106090819 B的中国发明专利，公开了一种火焰片摇摆机构及电子蜡烛，其核心结构原理是通过磁场产生机构驱动火焰片晃动，使火焰片在灯光的照射下形成逼真的烛火摇曳效果。这种电子蜡烛仅仅被灯光投射的火焰片正面的仿真效果较为逼真，其背面及侧面需要进行遮挡掩饰；通过火焰片反射出的光仅具有装饰效果而光照度非常低，几乎无照明功能；其结构因需要设置设置磁场产生机构并提供火焰片晃动空间，且还需要设置投射的灯光，导致其直径较大，适用产品受限，比如无法制作小直径仿真蜡烛等产品；另外，通过电磁控制方式控制火焰片晃动，能耗较高，使用时长有限，且产品成本较高。

现有技术中第二种形态的仿真火焰，则采用类似显示屏动态显示的方式，如公告号为CN 104279497 B的中国发明专利，公开了一种模拟真火发光的灯泡,其结构原理是在PCB基板上呈矩阵排列多颗LED芯片形成显示面，以模拟动态的火焰燃烧效果。虽然这种结构的仿真火焰具有较丰富的动态效果，但需要呈矩阵密集排列的多颗LED芯片来形成显示面，导致其空间尺寸较大，且成本及能耗较高，无法用于模拟空间十分有限的烛焰形态。

现有技术中第三种形态的仿真火焰，则是采用若干LED灯以闪烁的方式来模拟烛焰效果。如授权公告号为CN 210532281 U的中国实用新型专利，公开了一种仿真电子蜡烛，包括安装在仿真火焰头内的火焰LED光源，火焰LED光源包括透光基板(由环氧树脂制成的透明或半透明基板)，透光基板上设有一列LED灯组，LED灯组的上部和下部为不同颜色的LED，比如上部为4颗暖光LED用来模拟外焰，下部为1颗或2颗蓝光LED用于模拟焰心，暖光LED与蓝光LED的光线融合形成稍弱的内焰。这种仿真电子蜡烛可使得不同颜色的光线不时融合变化或者交叉闪现，颜色的变幻更为生动炫丽。然而，该电子蜡烛存在几个方面的问题：1、环氧树脂制成PCB基板时需要加入玻纤布等材料，理论上难以做成透光基板，位于透光基板上的一列LED灯组，出光位于透光基板的一侧，则另一侧的光影只能依靠光线的反射及折射，不仅导致透光基板一侧光线太强而另一侧光线较暗，而且较暗的一侧无法模拟出真实火焰的光影层次效果及燃烧动态效果；2、上部和下部采用多颗LED来模拟火焰效果，使不同颜色光线融合变化或者交叉闪现，由于LED数量较多，各LED闪烁时所模拟出的光影效果是杂乱的闪动效果，而无法模拟出真实烛焰燃烧时舒缓变化的形态，火焰燃烧的动态仿真效果差；3、一列LED灯组朝基板一侧出光，使得正面光线太强，需要涂覆荧光涂层来使光线变柔和，工艺复杂、成本高。综上所述，现有技术中采用若干LED灯以闪烁方式来模拟烛焰燃烧效果时，受烛焰内部空间限制，以及PCB基板的遮挡，仿真火焰难以模拟出360度完整的火焰形态，同时又接近真实烛焰燃烧时的光影层次效果及燃烧动态效果。

实用新型内容

针对现有技术中存在的不足，本申请的目的是提供一种能模拟出完整的烛焰形态、并具有烛焰燃烧时的光影层次效果及燃烧动态效果，且成本低、能耗低、尺寸小的LED仿真火焰装置，以及一种LED仿真蜡烛。

为实现上述目的，本实用新型所采用的技术方案为：

一种LED仿真火焰装置，包括烛焰形状且具有容置腔的半透光扩散罩、竖向插置于所述容置腔内的发光灯板、以及驱动所述发光灯板工作的控制电路模块；所述发光灯板包括PCB基板，以及设于所述PCB基板上的若干颗随机明暗渐变的LED芯片，具体地，所述LED芯片包括一颗位于所述PCB基板顶沿且向上出光的用于将光影投射在所述扩散罩中上部的上发光LED芯片、朝所述扩散罩正面出光的用于将光影投射在所述扩散罩中部位置的位于所述PCB基板正反两面的两颗中发光LED芯片、以及至少一颗对应所述扩散罩底部位置且向上出光的用于补光的下发光LED芯片；所述PCB基板上对应所述中发光LED芯片的一段为与所述扩散罩内壁具有间隙空间以减少遮光的窄边段。

一种LED仿真蜡烛，包括上述的LED仿真火焰装置，还包括中空的仿真蜡管，以及装于所述仿真蜡管上的用于安装电池的电池座，所述电池座与所述PCB基板电连接。

本方案的有益效果在于：1、上发光LED芯片的光影用于模拟火焰的外焰，设置在PCB基板顶沿并向上出光，仅通过一颗LED芯片即可照亮整个扩散罩的上部，相比现有技术中在PCB基板两侧各设置一颗正面出光的LED芯片方式，不仅减少了LED芯片数量，而且火焰顶部不会出现暗影，外焰的光线柔和不刺眼；两颗中发光LED芯片用于模拟内焰，分别设置在PCB基板正反两面并朝扩散罩的正面出光，不仅光影的投射面积较大，可避免扩散罩上出现明显的光影断层，而且能保证仿真火焰的照明度，使其兼具装饰和照明功能；而下发光LED芯片用于模拟焰心，其向上出光，不仅使焰心的光线柔和，而且可以弥补中发光LED芯片照射不到的区域的光影；另外，所述窄边段的PCB基板与扩散罩内壁之间具有间隙空间，不仅能避免PCB基板两侧遮挡下发光LED芯片的光影导致扩散罩两侧形成暗影，而且还能尽量减少PCB基板对扩散罩内漫反射光线的遮挡，使得扩散罩内部光线更均匀；该发光灯板使得绕扩散罩整周均能模拟出火焰的光影效果。2、中发光LED芯片的照明度与上发光LED芯片及下发光LED芯片存在差异，且各LED芯片随机明暗渐变，使得交界处的光影上下变化，从而模拟出内焰部分上下柔和波动的动态效果，而两颗中发光LED芯片之间也做异步明暗渐变，则还能模拟出内焰部分横向柔和波动的动态效果，从而可以模拟出蜡烛火焰燃烧时舒缓变化的动态效果，相比现有技术中闪烁式发光的方式，动态仿真效果更好。3、半透光的扩散罩能使内部光线散射雾化，不仅可使仿真火焰的光影更饱和均匀，光线柔和不刺眼，而且可避免各LED芯片位置出现明显亮点。4、通过少量LED芯片即可模拟出完整的火焰形态，以及接近真实火焰的光影层次效果及燃烧动态效果，还能兼具装饰性和照明功能，且成本低、能耗低，体积小，容置腔的宽度最小仅需容纳一颗横向的LED芯片即可，相比现有技术中晃动火焰片的结构，可以将仿真火焰的体积做到非常小，从而能适用于大多数具有仿真火焰的产品上，比如可制成细长的小支蜡烛。

附图说明

下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步详细的说明。

图1为实施例中LED仿真蜡烛的剖面结构示意图；

图2为实施例中LED仿真蜡烛的零件分解结构示意图；

图3为实施例中LED仿真蜡烛的整体外形结构示意图；

图4为实施例中LED仿真火焰装置的内部结构示意图；

图5为实施例中LED仿真火焰装置的整体结构示意图；

图6为实施例中控制电路模块的电路原理图；

图7为实施例中发光灯板的第一种结构立体示意图；

图8为实施例中发光灯板的第二种结构平面示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型进行进一步说明：

参考图1至图3所示，本实施例采用一种LED仿真蜡烛来进行说明，所述LED仿真蜡烛包括LED仿真火焰装置1，中空的仿真蜡管2，以及装于所述仿真蜡管2上的用于安装电池的电池座3，所述仿真火焰装置1嵌置固定于仿真蜡管2的顶端，电池座3则固定于仿真蜡管2的底端，所述电池座3与所述LED仿真火焰装置1电连接。在其它实施例中，仿真蜡管2可以替换成杯蜡、马灯、或酒精灯炉等外形，组成各种形态的具有仿真火焰的产品，但其仿真火焰装置1的基本结构原理相同。

参考图2、4、5所示，所述LED仿真火焰装置1包括烛焰形状且具有容置腔的半透光扩散罩11、竖向插置于所述容置腔内的发光灯板12、以及驱动所述发光灯板12工作的控制电路模块。所述发光灯板12包括PCB基板121，以及设于所述PCB基板121上的若干颗由所述控制电路模块驱动随机明暗渐变的LED芯片，具体地，所述LED芯片包括一颗位于所述PCB基板121顶沿且向上出光的用于将光影投射在所述扩散罩11中上部的上发光LED芯片122、朝所述扩散罩11正面出光的用于将光影投射在所述扩散罩11中部位置的位于所述PCB基板121正反两面的两颗中发光LED芯片123、以及至少一颗对应所述扩散罩11底部位置且向上出光的用于补光的下发光LED芯片124；所述PCB基板121上对应所述中发光LED芯片123的一段为与所述扩散罩11内壁具有间隙空间以减少遮光的窄边段1213。各LED芯片的随机明暗渐变是指：在控制电路模块的驱动下，各LED芯片根据设定做不规则的明暗渐变，具体地，各LED芯片之间相对独立且随机做同步或不同步的明暗渐变，而单颗LED芯片明暗变化的周期长短及每个变化周期内的明暗度上下限值也随机变化，但LED芯片明暗度的变化是渐变而非突变的。

所述扩散罩11的底端还具有同心的基座111，所述基座111具有与所述容置腔相通的空腔，所述PCB基板121还具有固定于所述基座111空腔内的延伸板1211，所述控制电路模块设于所述延伸板1211上。在其它实施例中，所述控制电路模块也可以设置在单独的PCB板上，且该PCB板位置可以与所述PCB基板121相邻，也可以设置在所述电池座3附近等方式。

参考图6所示的电路原理图，本实施例中，所述控制电路模块由电池座3内的电池供电，经升压电路升压到DC3.3V，为微处理器MCU及各LED芯片供电，通过微处理器MCU来控制各LED芯片做随机明暗渐变。各LED芯片的控制电路为现有技术，可以通过多种方案实现，此处不再赘述。

所述上发光LED芯片122的光影用于模拟火焰的外焰，设置在PCB基板121顶沿并向上出光，仅通过一颗LED芯片即可照亮整个扩散罩11的上部，相比现有技术中在PCB基板两侧各设置一颗正发光的LED芯片方式，不仅减少了LED芯片数量，而且火焰顶部不会出现暗影，外焰的光线柔和不刺眼。两颗中发光LED芯片123用于模拟内焰，分别设置在PCB基板121正反两面并朝扩散罩11的正面出光，不仅光影的投射面积较大，可避免扩散罩11上出现明显的光影断层，而且能保证仿真火焰的照明度，使其兼具装饰和照明功能。而下发光LED芯片124用于模拟焰心，其向上出光，不仅使焰心的光线柔和，而且可以弥补中发光LED芯片123照射不到的区域的光影，另外，所述窄边段1213的PCB基板121与扩散11罩内壁之间具有间隙空间，不仅能避免PCB基板121两侧遮挡下发光LED芯片124向上投射的光影导致扩散罩11两侧形成暗影，使下发光LED芯片124的补光效果更好，而且还能尽量减少PCB基板121对扩散罩11内漫反射光线的遮挡，使得扩散罩11内部光线更均匀；通常，两颗所述中发光LED芯片123均竖向设置，并以PCB基板121的竖向中轴线对称，此时可尽量减少窄边段1213的宽度，甚至可使正反面的两颗中发光LED芯片123位置完全对应，此时，窄边段1213的宽度可缩减到单颗LED芯片的宽度，最大限度地减少PCB基板121对光影的遮挡。该发光灯板12使得绕扩散罩11整周均能模拟出火焰的光影效果。

中发光LED芯片123的照明度与上发光LED芯片122及下发光LED芯片124存在差异，且各LED芯片随机明暗渐变，使得交界处的光影上下变化，从而模拟出内焰部分上下柔和波动的动态效果，而两颗中发光LED芯片123之间也做异步明暗渐变，则还能模拟出内焰部分横向柔和波动的动态效果，从而可以模拟出蜡烛火焰燃烧时舒缓变化的动态效果，相比现有技术中闪烁式发光的方式，动态仿真效果更好。

半透光的扩散罩11能使内部光线散射雾化，不仅可使仿真火焰的光影更饱和均匀，光线柔和不刺眼，而且可避免各LED芯片位置出现明显亮点光斑。

所述仿真火焰装置1通过少量LED芯片即可模拟出完整的火焰形态，以及接近真实火焰的光影层次效果及燃烧动态效果，兼具装饰性和照明功能，不仅成本低、能耗低，而且体积小，容置腔的宽度最小仅需容纳一颗横向的LED芯片即可，相比现有技术中晃动火焰片的结构，可以将仿真火焰装置1的体积做到非常小，从而能适用于大多数具有仿真火焰的产品上，比如可制成细长的小支蜡烛。

参考图4、7、8，所述下发光LED芯片124的一种优选实施结构，所述下发光LED芯片124仅为一颗，且所述PCB基板121对应所述下发光LED芯片124出光面上方的位置具有可使所述下发光LED芯片124的光影投射到所述PCB基板121另一面的缺口部1212。通过一颗所述下发光LED芯片124即可为扩散罩11的下部位置提供光影，并为扩散罩11中部的中发光LED芯片123照射不到的区域补充光影，所需的LED芯片数量少，成本低，能耗低，而且，相比采用两颗或多颗下发光LED芯片124而言，焰心部分无需同步变化即可使光影动态效果达到一致，焰心部分不会出现光影散乱，同时也保证了焰心部分较暗的效果。在其它实施例中，也可以在PCB基板121的正反面同时设置两颗或多颗下发光LED芯片124，但成本和能耗会增加，焰心部分的亮度也会增强。

参考图8，所述中发光LED芯片123的一种优选实施结构，两颗所述中发光LED芯片123均为竖向设置的侧发光的LED芯片，两颗所述中发光LED芯片123分别设置于所述窄边段1213的两侧边沿且出光面朝向所述PCB基板121的外侧。中发光LED芯片123位于PCB基板121的两侧边沿并朝PCB基板121的外侧出光，此时，PCB基板121的窄边段1213边沿不会遮挡中发光LED芯片123向背面出光，因此下发光LED芯片124只需对PCB基板121的正反两面的中间部分进行补光，同时，中发光LED芯片123竖向设置，能增大扩散罩11内焰部分的光影高度，使得仿真火焰动态效果更明显；但由于此时中发光LED芯片123采用侧发光的LED芯片，其出光面积及出光角度相比正发光的LED芯片小，会导致扩散罩11中部的照明度降低。

参考图4、7，所述中发光LED芯片123的另一种优选实施结构，两颗所述中发光LED芯片123均为竖向设置的正发光的LED芯片。由于中发光LED芯片123为正发光的LED芯片，出光面积及出光角度更大，能提高内焰部分的光影覆盖范围。同时，中发光LED芯片123竖向设置，不仅能增大内焰部分的光影高度，使得仿真火焰的光影层次效果及动态效果更明显，而且可使PCB基板121两侧做到更窄，减少对下发光LED芯片124补光的遮挡。

所述PCB基板121的一种优选实施结构，位于所述容置腔内的所述PCB基板121的正反两表面均为白色的反光面。白色的发光面能增强光线的反射效果，使扩散罩11内部光影更均匀。

一种优选实施结构，所述中发光LED芯片123的颜色与所述上发光LED芯片122及所述下发光LED芯片124均不同。比如中发光LED芯片123采用橙色LED芯片，而上发光LED芯片122及下发光LED芯片124采用金色LED芯片，则会使得扩散罩11中部的动态仿真效果更为明显，同时也使得外焰、内焰及焰心之间光影更有层次感，仿真效果更优。

参考图4，所述扩散罩11的一种优选实施结构，所述扩散罩11与所述中发光LED芯片123对应的中部位置为外凸的弧面112，且所述扩散罩11绕竖向中线呈旋转对称形状。扩散罩11使得仿真火焰装置1不仅在外形上更接近真火焰形状，而且弧面112使得中发光LED芯片123与扩散罩11的外表面距离较远，不仅能使中发光LED芯片123正面射出的光线被折射而分散开，不刺眼，而且外表面与中发光LED芯片123的距离更远，不容易产生光斑亮点。在其它实施例中，扩散罩11也可以为其它形状，比如尖端向一侧弯曲，亦或扩散罩11呈略扁的前后对称结构等。扩散罩11在模拟不同的火焰形状时，对整体的光影效果不产生明显影响。

更进一步地，所述扩散罩11的中下部位置的壁厚大于上部位置的壁厚。比如扩散罩11的中下部位置最大壁厚约为2.5mm，而上部位置的壁厚约为1.5mm。中下部位置壁厚更厚，不仅能进一步淡化光斑及亮点，使光线更均匀，而且能使中发光LED芯片123光线更柔和，避免刺眼。

以上所述并非对本实用新型的技术范围作任何限制，凡依据本实用新型技术实质对以上的实施例所作的任何修改、等同变化与修饰，均仍属于本实用新型的技术方案的范围内。

Claims (9)

1.一种LED仿真火焰装置，其特征在于：包括烛焰形状且具有容置腔的半透光扩散罩、竖向插置于所述容置腔内的发光灯板、以及驱动所述发光灯板工作的控制电路模块；所述发光灯板包括PCB基板，以及设于所述PCB基板上的若干颗随机明暗渐变的LED芯片，具体地，所述LED芯片包括一颗位于所述PCB基板顶沿且向上出光的用于将光影投射在所述扩散罩中上部的上发光LED芯片、朝所述扩散罩正面出光的用于将光影投射在所述扩散罩中部位置的位于所述PCB基板正反两面的两颗中发光LED芯片、以及至少一颗对应所述扩散罩底部位置且向上出光的用于补光的下发光LED芯片；所述PCB基板上对应所述中发光LED芯片的一段为与所述扩散罩内壁具有间隙空间以减少遮光的窄边段。

2.根据权利要求1所述的一种LED仿真火焰装置，其特征在于：所述下发光LED芯片仅为一颗，且所述PCB基板对应所述下发光LED芯片出光面上方的位置具有可使所述下发光LED芯片的光影投射到所述PCB基板另一面的缺口部。

3.根据权利要求1所述的一种LED仿真火焰装置，其特征在于：两颗所述中发光LED芯片均为竖向设置的侧发光的LED芯片，两颗所述中发光LED芯片分别设置于所述窄边段的两侧边沿且出光面朝向所述PCB基板的外侧。

4.根据权利要求1所述的一种LED仿真火焰装置，其特征在于：两颗所述中发光LED芯片均为竖向设置的正发光的LED芯片。

5.根据权利要求1所述的一种LED仿真火焰装置，其特征在于：位于所述容置腔内的所述PCB基板的正反两表面均为白色的反光面。

6.根据权利要求1所述的一种LED仿真火焰装置，其特征在于：所述中发光LED芯片的颜色与所述上发光LED芯片及所述下发光LED芯片均不同。

7.根据权利要求1所述的一种LED仿真火焰装置，其特征在于：所述扩散罩与所述中发光LED芯片对应的中部位置为外凸的弧面，且所述扩散罩绕竖向中线呈旋转对称形状。

8.根据权利要求7所述的一种LED仿真火焰装置，其特征在于：所述扩散罩的中下部位置的壁厚大于上部位置的壁厚。

9.一种LED仿真蜡烛，其特征在于：包括权利要求1-8任一项所述的LED仿真火焰装置，还包括中空的仿真蜡管，以及装于所述仿真蜡管上的用于安装电池的电池座，所述电池座与所述PCB基板电连接。

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