RU2550740C1

RU2550740C1 - Wide beam pattern led lamp (versions)

Info

Publication number: RU2550740C1
Application number: RU2014120690/07A
Authority: RU
Inventors: Валерий Анатольевич Буробин; Андрей Владимирович Зверев; Николай Валентинович Щербаков
Original assignee: Открытое Акционерное Общество "Государственный завод "Пульсар"
Priority date: 2014-05-22
Filing date: 2014-05-22
Publication date: 2015-05-10

Abstract

FIELD: physics.

SUBSTANCE: LED lamp comprises a LED module made either in the form of a COB (chip-on-board) module, comprising compound-sealed LED chips mounted on a printed-circuit board and having electrical connection with the printed-circuit board, or in the form of a printed-circuit board having surface-mounted lumped LEDs, having electrical connection with the printed-circuit board. The LED module is placed over a heatsink, inside of which there is a voltage converter, electrically connected to the LED module and the lamp base. The optical system of the LED module is based on a truncated toric lens matrix attached to the printed-circuit board and having an undercut in which a compound-sealed LED chip or lumped LEDs are placed. The lens matrix can have additional structurally integrated optical elements in the form of a light-refracting sector of the lower part of the toric lens, as well as in the form of an element in the undercut region, which provides total internal reflection of incident lateral LED radiation. The material of the lens matrix can contain a light-scattering material (dispersant). The design of the LED lamp enables to generate a wide-angle beam pattern.

EFFECT: improved optical characteristics and high efficiency of illumination owing to creation of an optimum heat removal system and improved protection from negative environmental factors.

21 cl, 12 dwg

Description

Изобретение относится к области электронной техники и технике освещения на основе полупроводниковых светоизлучающих диодов (СИД).The invention relates to the field of electronic and lighting technology based on semiconductor light emitting diodes (LEDs).

Полупроводниковые приборы на основе СИД, например, гетероструктуры из нитридов индия-галлия, получили очень большое распространение в технике освещения и информатике. На их основе созданы мощные устройства освещения на транспорте, эффективные осточники освещения жилых помещений и т.д. По своим светотехническим параметрам светодиодные лампы уже во многом превышают традиционные накальные источники света и, безусловно, будут усовершенствоваться в будущем.Semiconductor devices based on LEDs, for example, heterostructures made of indium gallium nitrides, have become very widespread in lighting technology and computer science. On their basis, powerful lighting devices for transport, effective lighting fixtures for residential premises, etc. were created. In terms of their lighting parameters, LED lamps already far exceed traditional incandescent light sources and will certainly be improved in the future.

Использование светоизлучающих диодов вместо ламп накаливания значительно повышает надежность и снижает энергопотребление. При этом во многих случаях требуются светодиодные устройства с широкой гаммой цветов и оттенков светового потока, разными мощностями излучения и угловым распределением силы света.The use of light-emitting diodes instead of incandescent lamps significantly increases reliability and reduces power consumption. Moreover, in many cases, LED devices with a wide range of colors and shades of the light flux, different radiation powers and angular distribution of light intensity are required.

Известны светодиодные устройства, например, светодиодная лампа по патенту RU 2508498, которая содержит источник излучения света, состоящий из множество СИД, установленных на печатной плате. Источник света установлен внутри колбы, которая помещена на цоколь. Колба сформирована как пропускающая свет поверхность с вставленными элементами средств охлаждения. Эта лампа позиционируется как обладающая улучшенным пространственным распределением света. Данная лампа предполагает использование дискретных светодиодов, что усложняет отвод тепла от источника света - светодиодного кристалла. Использование колбы сложной конструкции делает лампу объемной и затрудняет герметизацию внутреннего объема лампы с целью защиты СИД от бездействия внешних факторов. К тому же наличие колбы способствует наличию дополнительных световых потерь.Known LED devices, for example, the LED lamp according to the patent RU 2508498, which contains a light emission source consisting of a plurality of LEDs mounted on a printed circuit board. The light source is installed inside the bulb, which is placed on the base. The bulb is shaped as a light-transmitting surface with inserted cooling means. This lamp is positioned as having an improved spatial distribution of light. This lamp involves the use of discrete LEDs, which complicates the removal of heat from the light source - LED crystal. The use of a bulb of complex design makes the lamp bulky and makes it difficult to seal the internal volume of the lamp in order to protect the LED from inactivity of external factors. In addition, the presence of the bulb contributes to the presence of additional light losses.

Известна светодиодная лампа по патенту RU 2465688 (см. Фиг.1), содержащая светодиодный модуль, выполненный в виде основания с закрепленными на нем единичными светодиодами, радиатор, поверх которого размещено основание светодиодного модуля, преобразователь напряжения, электрически соединенный со светодиодным модулем, а также выполненное в виде цоколя средство токоподвода, электрически соединенное с преобразователем напряжения. В качестве единичных светодиодов использованы светодиоды, каждый из которых содержит группу последовательно соединенных полупроводниковых светоизлучающих кристаллов. Данное устройство применимо только для маломощных светодиодных кристаллов, поскольку использование дискретных светодиодов не обеспечивает необходимый отвод тепла. Лампа также предусматривает использование колпака, что способствует увеличению размера лампы и обуславливает дополнительные потери света. Конструкция лампы не позволяет получить источник света с широким углом свечения, близким к классическим лампам накаливания.Known LED lamp according to patent RU 2465688 (see Figure 1), containing a LED module made in the form of a base with single LEDs mounted on it, a radiator, on top of which there is a base of the LED module, a voltage converter, electrically connected to the LED module, and made in the form of a cap means of current supply, electrically connected to a voltage Converter. As single LEDs, LEDs are used, each of which contains a group of series-connected semiconductor light-emitting crystals. This device is applicable only for low-power LED crystals, since the use of discrete LEDs does not provide the necessary heat dissipation. The lamp also provides for the use of a cap, which increases the size of the lamp and causes additional light loss. The design of the lamp does not allow to obtain a light source with a wide angle of illumination close to classic incandescent lamps.

Известна светодиодная лампа по заявке US 2012/0307492 A1 (см. Фиг.2), выбранная авторами в качестве ближайшего аналога. Устройство содержит светоизлучающий элемент, выполненный на дискретных светодиодах, отражающие элементы, которые могут быть выполнены из фольги, диффузионный колпак, теплоотводящий элемент и др. Данное устройство не позволяет пропускать через светодиоды повышенные величины тока, конструкция системы отражения довольно сложная. Лампа требует эффективной защиты (в виде колпака) от воздействия внешних факторов, что приводит к усложнению лампы, увеличению ее габаритов и способствует дополнительным световым потерям на колпаке.Known LED lamp according to the application US 2012/0307492 A1 (see Figure 2), selected by the authors as the closest analogue. The device contains a light emitting element made on discrete LEDs, reflecting elements that can be made of foil, a diffusion hood, a heat sink element, etc. This device does not allow high currents to pass through the LEDs, the design of the reflection system is rather complicated. The lamp requires effective protection (in the form of a cap) from the influence of external factors, which leads to a complication of the lamp, an increase in its size and contributes to additional light losses on the cap.

Таким образом, имеющиеся светодиодные системы (лампы) на основе СИД обычно требуют решения следующих технических вопросов:Thus, existing LED systems (lamps) based on LEDs usually require the solution of the following technical issues:

- обеспечение защиты печатной платы и светодиодов от воздействия внешней среды: воды, повышенной влажности, пыли, ультрафиолетового излучения и др.;- ensuring the protection of the printed circuit board and LEDs from the effects of the external environment: water, high humidity, dust, ultraviolet radiation, etc .;

- достижение требуемого углового распределения света и высокой эффективности светодиодной системы;- achieving the required angular distribution of light and high efficiency LED system;

- решение вопроса отвода выделяющегося тепла.- solving the issue of heat removal.

Задачей настоящего изобретения является устранение недостатков известных светодиодных систем путем решения вышеуказанных проблем, при этом технический результат, достигаемый при решении поставленной задачи, состоит в улучшении оптических характеристик светодиодной лампы в широком спектральном диапазоне, обусловленном использованием специальной оптики; повышением эффективности светоизлучающего элемента, как следствие оптимизации системы теплоотвода, а также повышении уровня защиты конструкции от влияния негативных факторов окружающей среды.The objective of the present invention is to eliminate the disadvantages of known LED systems by solving the above problems, while the technical result achieved by solving the problem is to improve the optical characteristics of the LED lamp in a wide spectral range due to the use of special optics; increasing the efficiency of the light-emitting element, as a result of optimization of the heat sink system, as well as increasing the level of protection of the structure from the influence of negative environmental factors.

Поставленная задача решена за счет того, что в светодиодной лампе, состоящей из светодиодного модуля, выполненного в виде либо СОВ (chip-on-board) модуля, содержащего герметизированные компаундом светодиодные кристаллы, посаженные на печатную плату и имеющий электрическое соединение с печатной платой, либо в виде светодионого светодиодного модуля, выполненного в виде печатной платы с установленными на ней методом поверхностного монтажа дискретными светодиодами, имеющими электрическое соединение с печатной платой. Светодиодный модуль установлен поверх радиатора, внутри которого размещен преобразователь напряжения, электрически соединенный со светодиодным модулем и с цоколем лампы. При этом оптика светодиодного модуля выполнена на основе усеченной торической линзовой матрицы, прикрепленной к печатной плате. Линзовая матрица имеет поднутрения, в которых располагаются либо герметизированные компаундом светодиодные кристаллы, либо дискретные светодиоды. Линзовая матрица также может иметь дополнительные конструктивно интегрированные оптические элементы, выполненные в виде либо светопреломляющего сектора нижней части торической линзы, либо в виде элемента в области поднутрения, обеспечивающего полное внутреннее отражение падающего на него бокового излучения светодиода. Материал линзовой матрицы может содержать светорассеивающий материал (диспергатор). Конструкция светодиодной лампы способствует формированию широкоугольной диаграммы излучения, высокой эффективности излучения и отсутствию дополнительных световых потерь, связанных с использованием защитного колпака.The problem is solved due to the fact that in an LED lamp consisting of an LED module made in the form of either a COB (chip-on-board) module containing compound-sealed LED crystals mounted on a printed circuit board and having an electrical connection to the printed circuit board, or in the form of a light-emitting diode LED module, made in the form of a printed circuit board with discrete LEDs installed on it by surface mounting, having an electrical connection to the printed circuit board. The LED module is mounted on top of the radiator, inside of which there is a voltage converter electrically connected to the LED module and to the lamp base. In this case, the optics of the LED module is based on a truncated toric lens matrix attached to a printed circuit board. The lens matrix has undercuts in which either LED crystals or discrete LEDs are sealed with a compound. The lens matrix may also have additional structurally integrated optical elements made in the form of either a light-refracting sector of the lower part of the toric lens or as an element in the undercut region, providing full internal reflection of the incident lateral light of the LED. The material of the lens matrix may contain light-scattering material (dispersant). The design of the LED lamp contributes to the formation of a wide-angle radiation pattern, high radiation efficiency and the absence of additional light losses associated with the use of a protective cap.

В частном случае усеченная торическая линза имеет диаметр больше диаметра печатной платы и радиатора лампы.In a particular case, a truncated toric lens has a diameter greater than the diameter of the printed circuit board and the lamp radiator.

В частном случае усеченная торическая линза имеет конструктивно интегрированный светопреломляющего элемент, выполненный в виде сектора нижней части торической линзы.In a particular case, a truncated toric lens has a structurally integrated light-refracting element made in the form of a sector of the lower part of a toric lens.

В частном случае первичная оптика имеет дополнительные конструктивно интегрированные оптические элементы в области поднутрения, обеспечивающие полное внутреннее отражение падающего на него бокового излучения светодиодов.In a particular case, the primary optics has additional structurally integrated optical elements in the undercut region, which provide full internal reflection of the incident lateral radiation of the LEDs.

В частном случае первичная оптика содержит диффузионно-рассеивающий материал (диспергатор).In a particular case, the primary optics contains diffusion-scattering material (dispersant).

Предпочтительно, чтобы первичная оптика содержала средства крепления к плате.It is preferred that the primary optics comprise means for attaching to the board.

Предпочтительно, чтобы средства крепления были выполнены в виде пинов, которые одновременно служат котировочными элементами.Preferably, the fastening means are made in the form of pins, which simultaneously serve as quotation elements.

Предпочтительно, чтобы упомянутая печатная плата содержала теплоотводящую основу с размещенными на ней последовательно слоями из диэлектрического и токопроводящего материала. На одном или нескольких слоях из токопроводящего материала выполняется топология/трассировка печатной платы.Preferably, said printed circuit board contains a heat sink with successive layers of dielectric and conductive material placed on it. On one or more layers of conductive material, the topology / tracing of the printed circuit board is performed.

Заявленные варианты поясняются следующими чертежами:The claimed options are illustrated by the following drawings:

Фиг.1 и Фиг.2 - ранее известные светодиодные лампы, описанные в публикации RU 2465688 и US 2013/0307492 A1, соответственно;Figure 1 and Figure 2 - previously known LED lamps described in publication RU 2465688 and US 2013/0307492 A1, respectively;

Фиг.3 - вертикальное сечение варианта осуществления светодиодного СОВ модуля с первичной оптикой;Figure 3 is a vertical section of an embodiment of an LED COB module with primary optics;

Фиг.4 - чертежи линзовой матрицы, выполненной в виде усеченного тора;Figure 4 - drawings of a lens matrix made in the form of a truncated torus;

Фиг.5 - вертикальное сечение варианта осуществления светодиодной лампы с первичной оптикой в виде усеченного тора;Figure 5 is a vertical section of an embodiment of an LED lamp with primary optics in the form of a truncated torus;

Фиг.6 - вид А на фиг.5;6 is a view a in figure 5;

Фиг.7 - вид А на фиг.5 с показанной трассировкой световых лучей для прозрачного материала линзы;FIG. 7 is a view A in FIG. 5 with a tracing of light rays for a transparent lens material;

Фиг.8 - вид А на фиг.5 с показанной трассировкой световых лучей для диффузионно-рассеивающего материала линзы;Fig. 8 is a view A in Fig. 5 with a light ray tracing for diffusion-scattering lens material;

Фиг.9 - общий вида светодиодной лампы в разных проекциях;Fig.9 is a General view of the LED lamp in different projections;

Фиг.10 - опытный образец светодиодной лампы;Figure 10 is a prototype LED lamp;

Фиг.11 - диаграмма направленности излучения светодиодной лампы;11 is a radiation pattern of the LED lamp;

Фиг.12 - вид А на фиг.5 для варианта лампы на основе поверхностного монтажа готовых дискретных светодиодов.12 is a view A in FIG. 5 for a lamp variant based on surface mounting of finished discrete LEDs.

В основу достижения поставленного результата в заявленных вариантах положена известная технология посадки светодиодного кристалла непосредственно на печатную плату, называемая Chip-on-Board (СОВ)-технология, позволяющая обеспечивать улучшенный отвод тепла и создавать световые системы повышенной яркости. Данная технология наиболее перспективна с точки зрения создания эффективных светодиодных модулей, кластеров. Такой подход к технологии корпусирования светодиодов с использованием специальной оптики позволяет формировать протяженные светодиодные модули с хорошей первичной оптикой. Для формирования требуемого спектра излучения светодиодного модуля допускается, чтобы герметизирующий компаунд содержал смесь светопрозрачного полимерного материала с по крайней мере одним люминофором. Возможно добавление в упомянутый светопрозрачный герметизирующий компаунд светорассеивающего материала. Светоизлучающие кристаллы могут быть разного типа, разного размера и имеющие различный спектр излучения.The claimed result is based on the well-known technology of landing an LED crystal directly on a printed circuit board, called the Chip-on-Board (SOV) technology, which allows for improved heat dissipation and the creation of high-brightness lighting systems. This technology is the most promising in terms of creating effective LED modules, clusters. Such an approach to LED packaging technology using special optics allows the formation of extended LED modules with good primary optics. To form the required emission spectrum of the LED module, it is allowed that the sealing compound contain a mixture of translucent polymeric material with at least one phosphor. It is possible to add light-scattering material to said translucent sealing compound. Light-emitting crystals can be of different types, of different sizes and having a different emission spectrum.

На Фиг.3 показан принципиальный вариант выполнения заявленного светодиодного модуля на основе СОВ-технологии, содержащего печатную плату, имеющую теплоотводящую основу 1, выполненную из металла и/или теплопроводящей керамики, электроизолирующий слой (препрег) 8 (в случае использования керамической теплоотводящей основы этот слой может не использоваться) и металлический слой с выполненной на нем топологией/трассировкой печатной платы 2. Светодиодный модуль также содержит по крайней мере один светоизлучающий кристалл 3 с электрическими контактами, соединенный электрическими проводами 4 с металлическим слоем 2 и защищенный светопрозрачным герметизирующим компаундом 5, в качестве которого может быть использован инкапсулирующий материал, например, оптически прозрачный силикон. Область светоизлучающего кристалла 3 покрыта оптической линзой 6 с заданными характеристиками, выполненной с поднутрением, в котором заключен упомянутый светопрозрачный герметизирующий компаунд 5, формируя, тем самым, единую оптическую систему со светоизлучающим кристаллом 3. Линза 6 имеет крепежные пины 7, с помощью которых она закреплена и выровнена на печатной плате. Введение различных люминофоров в компаунд 5 позволяет получать различные спектры излучения светодиода. Также в компаунд 5 могут добавляться различные светорассеивающие материалы, что способствует формированию желаемого углового распределения света. Линза 6 крепится к печатной плате посредством развальцовки пинов 7 (например, терморазвальцовка поликарбоната), которые также выполняют функцию пространственной юстировки линзы, что способствует ее правильной установке.Figure 3 shows a fundamental embodiment of the inventive LED module based on COB technology, containing a printed circuit board having a heat sink 1 made of metal and / or heat conducting ceramic, an insulating layer (prepreg) 8 (in the case of a ceramic heat sink, this layer may not be used) and a metal layer with the topology / tracing of the printed circuit board 2. The LED module also contains at least one light-emitting crystal 3 with electric ontacts, connected by electric wires 4 to the metal layer 2 and protected by a translucent sealing compound 5, which can be used as an encapsulating material, for example, optically transparent silicone. The region of the light-emitting crystal 3 is covered with an optical lens 6 with desired characteristics, made with an undercut, in which the said translucent sealing compound 5 is enclosed, thereby forming a single optical system with a light-emitting crystal 3. The lens 6 has fixing pins 7 with which it is fixed and aligned on the circuit board. The introduction of various phosphors into compound 5 allows one to obtain various emission spectra of the LED. Also, various light-scattering materials can be added to compound 5, which contributes to the formation of the desired angular distribution of light. The lens 6 is attached to the printed circuit board by expanding the pins 7 (for example, thermal expansion of polycarbonate), which also perform the function of spatial alignment of the lens, which contributes to its correct installation.

При приложении напряжения к светодиодному кристаллу 3 через проводник 4 и трассировку слоя 2 печатной платы кристалл 3 начинает излучать свет с определенной длиной волны. Оптическая согласованная система, состоящая из линзы 6 и компаунда 5, обеспечивает вывод излучения от светодиодного кристалла и формирование определенного углового распределения света. Тепло, выделяемое в светодиодном кристалле 3, отводится на основание 1 платы и далее на радиатор светодиодного устройства, что способствует эффективному рассеиванию тепла. Улучшенный теплоотвод позволяет значительно поднять по сравнению со стандартным дискретным светодиодом максимальный ток, проходящий через светодиодный кристалл (по крайней мере на 50%), что, соответственно, позволяет увеличить интенсивность светового излучения кристалла. Для обеспечения лучшего теплоотвода от светодиодных модулей возможно использование печатных плат с металлической (например, Al или Cu) или керамической (например, нитридная керамика) основой. В настоящее время разработано большое количество композиционных керамических материалов, которые имеют высокую теплопроводность, сохраняя электроизоляционные свойства. Использование этих материалов в качестве теплоотводящей основы платы позволяет существенно упростить конструкцию платы. В случае использования печатной платы на теплоотводящей основе, являющейся электрическим изолятором, топология печатной платы, например медная трассировка, располагается непосредственно на основании платы.When voltage is applied to the LED chip 3 through the conductor 4 and the trace of the layer 2 of the printed circuit board, the crystal 3 begins to emit light with a certain wavelength. An optical coordinated system consisting of lens 6 and compound 5 provides the output of radiation from the LED crystal and the formation of a certain angular distribution of light. The heat generated in the LED chip 3, is transferred to the base 1 of the board and then to the radiator of the LED device, which contributes to the effective dissipation of heat. Improved heat sink can significantly increase compared with a standard discrete LED maximum current passing through the LED crystal (at least 50%), which, accordingly, allows to increase the intensity of light radiation of the crystal. To ensure better heat dissipation from LED modules, it is possible to use printed circuit boards with a metal (for example, Al or Cu) or ceramic (for example, nitride ceramic) base. Currently, a large number of composite ceramic materials have been developed that have high thermal conductivity, while maintaining electrical insulation properties. The use of these materials as the heat sink base of the board can significantly simplify the design of the board. In the case of a printed circuit board based on a heat sink, which is an electrical insulator, the topology of the printed circuit board, such as copper tracing, is located directly on the base of the board.

На основе вышеуказанного подхода можно формировать светодиодные модули любого размера и геометрии, которые могут содержать любое количество светодиодных кристаллов.Based on the above approach, it is possible to form LED modules of any size and geometry, which can contain any number of LED crystals.

На фиг.4 показан вариант оптики светодиодного модуля, выполненной на основе усеченной тороидальной линзовой матрицы 6 (второй из заявленных вариантов). Данная линза имеет отверстие 8 для крепления светодиодного модуля к радиатору лампы. Линзовая матрица имеет поднутрения 9, в которых располагаются светодиодные кристаллы или светодиоды. Для юстировки и крепления линзы к печатной плате светодиодного модуля оптика снабжена пинами 7, которые развальцовываются в печатной плате (см. также Фиг.3). Количество пинов выбирается из соображения достижения наиболее надежного крепления линзы на печатной плате, а также с учетом конструктивных особенностей печатной платы с установленными на ней электронными компонентами. Линзовая матрица может содержать дополнительный конструктивно интергрированный в конструкцию матрицы светопреломляющий элемент 10, выполненный в виде сектора нижней части усеченной торической линзы 1. Также линзовая матрица может содержать дополнительные конструктивно итегрированные оптические элементы 11, которые располагаются в области поднутрения 9 и сформированы по принципу полного внутреннего отражения излучения, идущего от светодиодных кристаллов, размещенных в поднутрении 9. Линзовая матрица со всеми дополнительными элементами может, например, изготавливаться методом литья под давлением из различных светопрозрачных материалов, например, поликарбоната или различных сополимеров. При необходимости иметь первичную оптику, устойчивую к воздействию внешних негативных факторов, например ультрафиолетового (УФ) излучения (в этом случае первичную оптику можно изготавливать из, например, поликарбоната «Макролон 7ХХ», устойчивого к воздействию УФ-излучения).Figure 4 shows a variant of the optics of an LED module based on a truncated toroidal lens matrix 6 (the second of the claimed options). This lens has a hole 8 for attaching the LED module to the lamp radiator. The lens matrix has undercuts 9 in which the LED crystals or LEDs are located. For alignment and attachment of the lens to the printed circuit board of the LED module, the optics is equipped with pins 7, which are expanded in the printed circuit board (see also Figure 3). The number of pins is selected in order to achieve the most reliable mounting of the lens on the circuit board, as well as taking into account the design features of the circuit board with electronic components mounted on it. The lens matrix may contain additional structurally integrated into the matrix structure light-reflecting element 10, made in the form of a sector of the lower part of the truncated toric lens 1. Also, the lens matrix may contain additional structurally integrated optical elements 11, which are located in the undercut region 9 and are formed according to the principle of total internal reflection radiation coming from LED crystals placed in the undercut 9. Lens array with all additional elements for example, it can be made by injection molding from various translucent materials, for example, polycarbonate or various copolymers. If necessary, have primary optics that are resistant to external negative factors, such as ultraviolet (UV) radiation (in this case, primary optics can be made from, for example, Macrolon 7XX polycarbonate resistant to UV radiation).

На Фиг.5 представлен еще один вариант воплощения конструкции согласно второму из предлагаемых вариантов светодиодной лампы. Светодиодный модуль лампы сформирован на основе печатной платы 2, на которую посажены светодиодные кристаллы 3, которые, в свою очередь, закрыты первичной оптикой 6, выполненной в виде усеченной торической линзовой матрицы. Для обеспечения герметизации светодиодного модуля при креплении первичной оптики 6 к печатной плате 2 могут использоваться различные герметизирующие компаунды, например силикон, которые могут наноситься на некоторые области нижней части усеченной тороидальной линзовой матрицы 6 перед ее установкой на печатную плату 2. Светодиодный модуль установлен на радиаторе 12, который может иметь различную конструкцию и дизайн. Светодиодный модуль крепится к радиатору посредством массивного винта 13, который играет роль дополнительного теплоотводящего элемента. Для улучшения отвода тепла от светодиодного модуля могут использоваться различные методы, в том числе, например, использование теплопроводящей пасты при присоедини светодиодного модуля к радиатору 12. Первичная оптика в виде линзовой матрицы 6 светодиодного модуля может иметь наружний диаметр, превышающий диаметр печатной платы 2 и радиатора 12. Внутри радиатора 12 установлен преобразователь напряжения (источник тока) 14, который обеспечивает электрическое питание светодиодного модуля. Преобразователь напряжения электрически соединен с цоколем лампы 15 и светодиодным модулем. Пространство между внутренней поверхностью радиатора 12 и преобразователем напряжения 14 может быть заполнено теплопроводящим герметиком, который обеспечит защиту преобразователя напряжения от воздействия внешних негативных факторов, а также способствует лучшему отводу тепла от источника тока.Figure 5 presents another embodiment of the design according to the second of the proposed variants of the LED lamp. The LED lamp module is formed on the basis of a printed circuit board 2 on which LED crystals 3 are mounted, which, in turn, are covered by primary optics 6, made in the form of a truncated toric lens matrix. To ensure the sealing of the LED module when attaching the primary optics 6 to the circuit board 2, various sealing compounds can be used, for example silicone, which can be applied to some areas of the lower part of the truncated toroidal lens matrix 6 before installing it on the circuit board 2. The LED module is mounted on the radiator 12 which may have a different construction and design. The LED module is attached to the radiator by means of a massive screw 13, which plays the role of an additional heat sink element. Various methods can be used to improve heat dissipation from the LED module, including, for example, using heat-conducting paste when connecting the LED module to the radiator 12. The primary optics in the form of a lens matrix 6 of the LED module can have an outer diameter larger than the diameter of the circuit board 2 and the radiator 12. Inside the radiator 12, a voltage converter (current source) 14 is installed, which provides electrical power to the LED module. The voltage converter is electrically connected to the lamp base 15 and the LED module. The space between the inner surface of the radiator 12 and the voltage transducer 14 can be filled with a heat-conducting sealant, which will protect the voltage transducer from external negative factors, and also contributes to better heat removal from the current source.

На Фиг.6 более детально показан вид А согласно фиг.5. Усеченная торическая линзовая матрица 1 установлена на печатной плате 2, на которой посажены светодиодные кристаллы 3, имеющие электрическое соединение с печатной платой 2. Кристаллы 3 размещены внутри поднутрений 9, сформированных в усеченной торической линзовой матрице. Объем поднутрения 9 заполнен оптически прозрачным компаундом 5, который обеспечивает оптическое согласование в системе: светодиодный кристалл 3 - компаунд 5 - линзовая матрица 6. В качестве светодиодного кристалла может использоваться любой тип светодиодного кристалла с любым спектром излучения, а компаунд также может быть выполнен на основе любого типа светопрозрачного полимерного материала. Также компаунд может содержать следующие добавки:Figure 6 shows in more detail a view A according to figure 5. A truncated toric lens matrix 1 is mounted on a printed circuit board 2 on which LED crystals 3 are mounted, having an electrical connection to the printed circuit board 2. The crystals 3 are placed inside the undercuts 9 formed in the truncated toric lens matrix. The undercut volume 9 is filled with an optically transparent compound 5, which provides optical matching in the system: LED crystal 3 — compound 5 — lens matrix 6. Any type of LED crystal with any emission spectrum can be used as a LED crystal, and the compound can also be based on any type of translucent polymer material. The compound may also contain the following additives:

- в виде одного люминофора или смеси различных типов люминофоров, например, алюмо-иттриевого граната, силикатных люминофоров, теогалатов и др.;- in the form of a single phosphor or a mixture of various types of phosphors, for example, aluminum-yttrium garnet, silicate phosphors, theogalates, etc .;

- в виде различных светопреломляющих и светорассеивающих материалов (диспергаторов), например, частиц двуокиси кремния, двуокиси титана, сульфата бария, окиси алюминия и др;- in the form of various light-refracting and light-scattering materials (dispersants), for example, particles of silicon dioxide, titanium dioxide, barium sulfate, aluminum oxide, etc.

- в виде смеси люминофоров и светорассеивающих материалов. При этом могут использоваться компаунды с различным процентным содержанием добавок и дисперсным распределением размера частиц добавок.- in the form of a mixture of phosphors and light-scattering materials. In this case, compounds with various percentages of additives and dispersed particle size distribution of additives can be used.

Линзовая матрица 6 также может содержать светоотражающий элемент 16, имеющий угол наклона, обеспечивающий полное внутреннее отражение на границе раздела между материалом линзовой матрицы 6 и воздухом. Внешний диаметр линзовой матрицы, а также форма кривой поверхности торической линзовой матрицы может меняться в зависимости от необходимости получить желаемое угловое распределение светового излучения от светодиодной лампы. При наружном диаметре линзовой матрицы 6, превышающем диаметры печатной платы 2 и радиатора светодиодной лампы, формируется дополнительный конструктивно интегрированный светопреломляющий элемент 16, который является определенным сектором нижней части торрической линзы. Меняя наружний диаметр, а также форму кривой поверхности торической линзовой матрицы 1, можно менять форму и размеры элемента 17.The lens matrix 6 may also include a reflective element 16 having an angle of inclination, providing full internal reflection at the interface between the material of the lens matrix 6 and air. The outer diameter of the lens matrix, as well as the shape of the curved surface of the toric lens matrix, can vary depending on the need to obtain the desired angular distribution of light radiation from the LED lamp. When the outer diameter of the lens matrix 6 is greater than the diameters of the circuit board 2 and the radiator of the LED lamp, an additional structurally integrated light-reflecting element 16 is formed, which is a certain sector of the lower part of the toric lens. Changing the outer diameter, as well as the shape of the curved surface of the toric lens matrix 1, you can change the shape and size of the element 17.

Для уменьшения потерь света на печатной плате 2 ее поверхность можно покрыть светоотражающим материалом, например серебром, белым лаком, сульфатом бария, окисью алюминия и т.д. С целью повышения эффективности светодиодного модуля и улучшения вывода излучения из светодиодного кристалла 3, область посадки светодиодного кристалла также может быть хотя бы частично покрыта слоем светоотражающего материала, таким как серебро, окись алюминия, сульфат бария, двуокись титана и т.д.To reduce light loss on the printed circuit board 2, its surface can be coated with reflective material, for example silver, white varnish, barium sulfate, aluminum oxide, etc. In order to increase the efficiency of the LED module and improve the output of radiation from the LED crystal 3, the landing area of the LED crystal can also be at least partially covered with a layer of reflective material such as silver, aluminum oxide, barium sulfate, titanium dioxide, etc.

На Фиг.7 показан принцип работы линзовой матрицы 6, выполненной из оптически прозрачного материала. Излучение (см. стрелки, выполненные сплошными линиями) от светодиодного кристалла 3, посаженного на печатную плату 2, доходя до границы раздела «полимерный материал - воздух», преломляясь, частично выходит наружу и частично отражается обратно. Этот процесс определяется значением коэффициента преломления материала и формой поверхности линзовой матрицы. Меняя форму поверхности торической линзовой матрицы, а также материал, из которого изготовлена линзовая матрица, можно подобрать желаемое соотношение интенсивности выходящего и отраженного излучений. Излучение светодиодного кристалла, выходящее наружу линзовой матрицы, способствует засветке пространства перед светодиодной лампой. Отраженное излучение светодиодного кристалла, проходя через элемент линзы 16 (см. Фиг.6) и преломляясь на границе линзы с воздушной средой, формирует световой поток, способствующий засветке пространства позади лампы. Таким образом формируется источник света с широкой диаграммой направленности излучения. Также соотношение интенсивности выходящего и отраженного излучений определяется положением светодиодного кристалла на печатной плате относительно линзовой матрицы. Изменяя пространственное положение светодиодного кристалла на плате, т.е. сдвигая его вправо или влево, можно менять соотношение интенсивности выходящего и отраженного излучений. Следует отметить, что многие светодиодные кристаллы имеют значительную составляющую излучения в виде бокового излучения, идущего от кристалла, что объясняется конструктивными особенностями светодиодных кристаллов. Зачастую данное излучение просто теряется в светодиодных устройствах. Во избежание таких потерь, в предлагаемой светодиодной лампе возможно использование дополнительного интегрированного оптического элемента 15 (см. Фиг.6), расположенного в области поднутрения линзовой матрицы и обеспечивающего полное внутреннее отражение излучения светодиодного кристалла на границе раздела «полимер - воздух». Данный эффект продемонстрирован на фиг.7 в виде стрелок, выполненных пунктирными линиями. Подобная конструкция линзовой матрицы обеспечивает большую эффективность светодиодной лампы, поскольку боковое излучение в некоторых кристаллах составляет до 15% от общего светового потока, а предлагаемая конструкция светодиодной лампы позволяет эффективно использовать данное излучение.7 shows the principle of operation of the lens matrix 6, made of optically transparent material. The radiation (see arrows, made in solid lines) from the LED crystal 3, mounted on the circuit board 2, reaching the interface of the "polymer material - air", refracting, partially comes out and partially reflects back. This process is determined by the value of the refractive index of the material and the surface shape of the lens matrix. By changing the surface shape of the toric lens matrix, as well as the material from which the lens matrix is made, it is possible to select the desired ratio of the intensity of the output and reflected radiation. The radiation of the LED crystal, which goes outside the lens matrix, contributes to the illumination of the space in front of the LED lamp. The reflected radiation of the LED crystal, passing through the element of the lens 16 (see Fig.6) and refracting at the boundary of the lens with the air, forms a luminous flux, contributing to the illumination of the space behind the lamp. Thus, a light source with a wide radiation pattern is formed. Also, the ratio of the intensity of the output and reflected radiation is determined by the position of the LED crystal on the printed circuit board relative to the lens matrix. By changing the spatial position of the LED crystal on the board, i.e. shifting it to the right or left, you can change the ratio of the intensity of the output and reflected radiation. It should be noted that many LED crystals have a significant component of radiation in the form of side radiation coming from the crystal, which is explained by the design features of LED crystals. Often this radiation is simply lost in LED devices. In order to avoid such losses, it is possible to use an additional integrated optical element 15 (see FIG. 6) located in the undercut area of the lens matrix and providing complete internal reflection of the LED crystal radiation at the polymer-air interface in the proposed LED lamp. This effect is shown in Fig. 7 in the form of arrows made with dashed lines. Such a design of the lens matrix provides greater efficiency of the LED lamp, since the lateral radiation in some crystals is up to 15% of the total light flux, and the proposed design of the LED lamp allows the efficient use of this radiation.

На фиг.8 поясняется принцип работы линзовой матрицы 1, выполненной из оптически прозрачного материала с добавлением светорассеивающих материалов (диспергаторов). В роли таких материалов могут выступать, например, частицы (мкм) двуокиси кремния, окиси алюминия, двуокиси титана, сульфата бария и др. Пузырьки воздуха микронного размера, сформированные внутри полимерного материала, также могут эффективно исполнять роль центров, рассеивающих свет. В некоторых случаях в состав материала линзовой крышки могут добавляться и оптически активные светорассеивающие материалы, например, люминофоры. В этом случае они могут как обеспечивать рассеивание света, так и способствовать формированию нового, дополнительного спектра излучения.On Fig explains the principle of operation of the lens matrix 1, made of optically transparent material with the addition of light-scattering materials (dispersants). Such materials can be, for example, particles (microns) of silicon dioxide, aluminum oxide, titanium dioxide, barium sulfate, etc. Micron-sized air bubbles formed inside the polymeric material can also effectively act as light scattering centers. In some cases, optically active light-scattering materials, such as phosphors, may also be added to the lens cap material. In this case, they can both provide light scattering and contribute to the formation of a new, additional radiation spectrum.

Излучение (показано стрелками, выполненными сплошными линиями) от светодиодного кристалла 3, посаженного на печатной плате 2, попадает на частицу светорассеивающего материала 18 (показана условно, масштаб не соблюден). Свет рассеивается на светорассеивающем материале по разным направлениям. На границе «линза - воздух» свет также претерпевает рассеивание на светорассеивающих частицах, расположенных в этой области линзовой матрицы, что способствует формированию излучения с широким угловым распределением. Размеры светорассеивающих частиц должны быть сравнимы с длиной волны излучения и, как следствие, частицы имеют размеры, лежащие в интервале от 0.5 мкм до 10 мкм, что определяется спектром излучения лампы и желаемой угловой диаграммой свечения лампы. Концентрация частиц диспергатора в материале линзы может варьироваться в диапазоне от 0.1 до 2% весовых частей, что также определяется спектром излучения лампы, материалами и размером светорассеивающих частиц, а также желаемой диаграммой светового излучения светодиодной лампы.The radiation (shown by arrows made in solid lines) from the LED chip 3, mounted on the printed circuit board 2, falls on a particle of light-scattering material 18 (shown conditionally, the scale is not respected). Light is scattered on the diffusing material in different directions. At the lens-air interface, light also undergoes scattering by light-scattering particles located in this region of the lens matrix, which contributes to the formation of radiation with a wide angular distribution. The sizes of light-scattering particles should be comparable with the radiation wavelength and, as a result, the particles have sizes lying in the range from 0.5 μm to 10 μm, which is determined by the emission spectrum of the lamp and the desired angular diagram of the lamp glow. The concentration of dispersant particles in the lens material can vary from 0.1 to 2% by weight, which is also determined by the emission spectrum of the lamp, the materials and size of the light scattering particles, and the desired light emission pattern of the LED lamp.

На Фиг.9 показан пример выполнения конструкции светодиодной лампы с широкой кривой силы света в различных проекциях. Видны основные элементы лампы: светодиодный модуль с усеченной торической линзовой матрицей 6, закрепленный на радиаторе 12 светодиодной лампы посредством винта 13. Радиатор 2 лампы соединен с цоколем лампы 15, который ввинчивается непосредственно в патрон светильника и через который осуществляется электрическое питание лампы. Цоколь лампы может быть различных стандартов, например, Е14, Е27, Е26, G10 и др. Хорошая защищенность светодиодного модуля 6 от воздействия внешних факторов обуславливает отсутствие необходимости использовать защитный светопропускающий колпак, характерный для многих ламп. Это обеспечивает упрощение конструкции светодиодной лампы и уменьшает световые потери, связанные с оптическими потерями на защитном колпаке.Figure 9 shows an example of the design of the LED lamp with a wide curve of light intensity in various projections. The main elements of the lamp are visible: an LED module with a truncated toric lens matrix 6 mounted on the radiator 12 of the LED lamp by means of a screw 13. The radiator 2 of the lamp is connected to the lamp base 15, which is screwed directly into the lamp holder and through which the lamp is electrically powered. The lamp base can be of various standards, for example, E14, E27, E26, G10, etc. The good protection of the LED module 6 from external factors makes it unnecessary to use a protective light-transmitting cap, which is typical for many lamps. This simplifies the design of the LED lamp and reduces light losses associated with optical losses on the protective cap.

На фиг.10 продемонстрирован опытный образец лампы, содержащей светодиодный модуль 6, в котором первичная оптика выполнена в виде усеченной торической линзовой матрицы с наружным диаметром, большим диаметра печатной платы и радиатора, с дополнительным конструктивно интегрированным светопреломляющим элементом в виде сектора нижней части торической линзы. Материал линзовой матрицы - поликарбонат «Макролон». Линза выполнена методом литья под давлением. Материал линзовой матрицы содержит светорассеивающий материал (диспергатор) в виде частиц двуокиси кремния (кварц). Размеры частиц кварца лежат в интервале 1-3 мкм, весовая доля диспергатора составляет 0.5%. В качестве светоизлучающих кристаллов использованы «белые» InGaN кристаллы размером 1×1 мм фирмы «Semileds», изначально покрытые слоем гранатового люминофора, что обеспечивает формирование излучения белого цвета с цветовой температурой 3000К. Светодиодный модуль содержит шесть светодиодных кристаллов, посаженных на печатную плату с алюминиевым основанием. Модуль закреплен на радиаторе 12 посредством винта. Радиатор выполнен из алюминия и покрыт декоративной белой эмалью. Внутри радиатора установлен источник тока, работающий от сети переменного тока 220 В и обеспечивающий работу шестиваттного светодиодного модуля. В качестве цоколя 15 использован цоколь стандарта Е14. Угловая диаграмма излучения светодиодной лампы показана на фиг.11 и демонстрирует, что предложенная конструкция лампы обеспечивает широкую диаграмму излучения.Figure 10 shows a prototype lamp containing LED module 6, in which the primary optics is made in the form of a truncated toric lens matrix with an outer diameter, a larger diameter of the circuit board and radiator, with an additional structurally integrated light-refracting element in the form of a sector of the lower part of the toric lens. The material of the lens matrix is Macrolon polycarbonate. The lens is injection molded. The material of the lens matrix contains light-scattering material (dispersant) in the form of particles of silicon dioxide (quartz). The particle sizes of quartz lie in the range of 1-3 μm, the weight fraction of the dispersant is 0.5%. As light-emitting crystals, “white” InGaN crystals with a size of 1 × 1 mm manufactured by Semileds were used, initially coated with a layer of garnet phosphor, which ensures the formation of white radiation with a color temperature of 3000K. The LED module contains six LED crystals mounted on a printed circuit board with an aluminum base. The module is mounted on the radiator 12 by means of a screw. The radiator is made of aluminum and coated with decorative white enamel. Inside the radiator, a current source is installed, operating from an alternating current network of 220 V and ensuring the operation of a six-watt LED module. As a base 15, a standard E14 base is used. The angular radiation pattern of the LED lamp is shown in FIG. 11 and demonstrates that the proposed lamp design provides a wide radiation pattern.

Похожую конструкцию светодиодной лампы можно использовать и в случае применения готовых дискретных светодиодов, имеющих свою первичную оптику (а также и не имеющих ее). В этом случае готовые светодиоды устанавливаются на печатную плату методом поверхностного монтажа (первый из заявленных вариантов). На Фиг.12 показан пример такой конструкции светодиодного модуля (для упрощения использован вид А на Фиг.5). Усеченная торическая линзовая матрица 6 установлена на печатной плате 2, на которой методом поверхностного монтажа установлены дискретные светодиоды 3, имеющие электрическое соединение с печатной платой 2. Светодиоды 3 размещены внутри поднутрений 9, сформированных в усеченной торической линзовой матрице. Светодиоды могут иметь свою первичную оптику 6′. В этом случае линзовая матрица 6 выполняет функции вторичной оптики. В качестве светодиодов может быть использован любой тип светодиода, любой конструкции с любым спектром излучения.A similar design of the LED lamp can be used in the case of the use of off-the-shelf discrete LEDs that have their primary optics (and also do not have it). In this case, the finished LEDs are mounted on a printed circuit board by surface mounting (the first of the claimed options). On Fig shows an example of such a design of the LED module (for simplicity, type A is used in Figure 5). A truncated toric lens matrix 6 is mounted on a printed circuit board 2, on which discrete LEDs 3 are mounted by surface mounting, electrically connected to a printed circuit board 2. LEDs 3 are placed inside the undercuts 9 formed in the truncated toric lens matrix. LEDs can have their primary optics 6 ′. In this case, the lens matrix 6 performs the functions of secondary optics. As LEDs, any type of LED can be used, of any design with any emission spectrum.

Линзовая матрица 6 также может иметь светоотражающий элемент 16, имеющий угол наклона, обеспечивающий полное внутреннее отражение на границе раздела между материалом линзовой матрицы 6 и воздухом. Внешний диаметр линзовой матрицы и форма кривой поверхности торической линзовой матрицы также может меняться в зависимости от необходимости получить желаемое угловое распределение светового излучения от светодиодной лампы. При наружнем диаметре линзовой матрицы 6, превышающем диаметры печатной платы 2 и радиатора светодиодной лампы, также формируется дополнительный конструктивно интегрированный светопреломляющий элемент 17, который является определенным сектором нижней части торической линзы. Меняя наружний диаметр, а также форму кривой поверхности торической линзовой матрицы 6, можно менять форму и размеры элемента 17. Для уменьшения потерь света на печатной плате 2 поверхность печатной платы также может быть покрыта светоотражающим материалом, например серебром, белым лаком, сульфатом бария, окисью алюминия и т.д.The lens matrix 6 may also have a retroreflective element 16 having an angle of inclination, providing full internal reflection at the interface between the material of the lens matrix 6 and air. The outer diameter of the lens matrix and the shape of the curved surface of the toric lens matrix can also vary depending on the need to obtain the desired angular distribution of light radiation from the LED lamp. With the outer diameter of the lens matrix 6 exceeding the diameters of the printed circuit board 2 and the radiator of the LED lamp, an additional structurally integrated light-reflecting element 17 is also formed, which is a certain sector of the lower part of the toric lens. By changing the outer diameter and the shape of the curved surface of the toric lens matrix 6, you can change the shape and dimensions of element 17. To reduce light loss on the circuit board 2, the surface of the circuit board can also be coated with reflective material, such as silver, white varnish, barium sulfate, oxide aluminum etc.

Claims

1. An LED lamp comprising an LED module in the form of a chip-on-board module comprising at least one LED chip sealed with a compound mounted on a printed circuit board and electrically connected to the printed circuit board; the LED module is mounted on top of the radiator, inside of which there is a voltage converter, electrically connected to the LED module and the lamp base, characterized in that the primary optics of the LED module is based on a truncated toric lens matrix attached to the printed circuit board and having at least one undercut, in which the LED crystal sealed by the compound is located.

2. The LED lamp according to claim 1, characterized in that the primary optics made on the basis of a truncated toric lens matrix has an outer diameter exceeding the diameters of the printed circuit board and the radiator.

3. The LED lamp according to claim 2, characterized in that the primary optics made on the basis of a truncated toric lens matrix has an additional structurally integrated light-reflecting element made in the form of a sector of the lower part of the toric lens.

4. LED lamp according to any paragraph. 1-3, characterized in that the primary optics, made on the basis of a truncated toric lens matrix, has guide pins.

5. LED lamp according to any one of paragraphs. 1-3, characterized in that the primary optics, made on the basis of a truncated toric lens matrix, has an additional structurally integrated optical element in the undercut region, providing complete internal reflection of the incident radiation of the LED crystal.

6. The LED lamp according to claim 4, characterized in that the primary optics, made on the basis of a truncated toric lens matrix, has an additional structurally integrated optical element in the undercut region, providing full internal reflection of the incident light of the LED crystal.

7. LED lamp according to any paragraph. 1-3, 6, characterized in that the primary optics, made on the basis of a truncated toric lens matrix, contains a light-scattering material - dispersant.

8. The LED lamp according to claim 4, characterized in that the primary optics, made on the basis of a truncated toric lens matrix, contains a light-scattering material - a dispersant.

9. The LED lamp according to claim 5, characterized in that the primary optics, made on the basis of a truncated toric lens matrix, contains a light-scattering material - a dispersant.

10. The LED lamp according to claim 7, characterized in that the dispersant particles have a size of 0.5 ÷ 10 μm.

11. The LED lamp according to claim 8 or 9, characterized in that the dispersant particles have a size of 0.5 ÷ 10 μm.

12. The LED lamp according to claim 10, characterized in that the concentration of dispersant particles is 0.1 ÷ 2% by weight.

13. The LED lamp according to claim 11, characterized in that the concentration of dispersant particles is 0.1 ÷ 2% by weight.

14. An LED lamp comprising: an LED module made in the form of a printed circuit board with electronic components mounted on it by surface mounting and containing at least one LED having an electrical connection to the printed circuit board; the LED module is mounted on top of the radiator, inside of which there is a voltage converter, electrically connected to the LED module and the lamp base, characterized in that the secondary optics of the LED module is based on a truncated toric lens matrix attached to the circuit board and having at least one undercut, in which the LED is located.

15. The LED lamp according to claim 14, characterized in that the secondary optics made on the basis of a truncated toric lens matrix has an outer diameter exceeding the diameters of the printed circuit board and the radiator.

16. The LED lamp according to claim 15, characterized in that the secondary optics made on the basis of a truncated toric lens matrix has an additional structurally integrated light-refracting element made in the form of a sector of the lower part of the toric lens.

17. The LED lamp according to claim 14, characterized in that the secondary optics, made on the basis of a truncated toric lens, has guide pins.

18. LED lamp according to any one of paragraphs. 14-17, characterized in that the secondary optics, made on the basis of a truncated toric lens matrix, has an additional structurally integrated optical element in the undercut region, providing full internal reflection of the incident lateral radiation of the LED.

19. The LED lamp according to any one of paragraphs. 14-17, characterized in that the secondary optics, made on the basis of a truncated toric lens matrix, contains a light-scattering material - dispersant.

20. The LED lamp according to claim 19, characterized in that the dispersant particles have a size of 0.5 ÷ 10 μm.

21. The LED lamp according to claim 20, characterized in that the concentration of dispersant particles is 0.1 ÷ 2% by weight.