全方向led灯的制作方法
【专利摘要】本实用新型涉及一种全方向LED灯，包括基板、设置于所述基板上的LED和连接到所述基板的壳体，所述壳体具有弧形导光结构，所述LED包括多个第一LED，所述第一LED设置于所述壳体与所述基板的连接处且所述第一LED的出光面被所述壳体的端面全部或部分覆盖，以使得所述第一LED发出的光能够从所述壳体的端面射入所述壳体。本实用新型通过将壳体直接用于导光，节省了透镜类元器件的使用，降低了成本且简化了工艺；通过在壳体内表面设置反射涂层或反射结构以及控制壳体内表面的形状和结构，能够获得需要的照度分布并达到较大的配光角度。
【专利说明】全方向LED灯
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种LED灯，特别是一种全方向LED灯。
【背景技术】
[0002]由于LED是定向发光器件，常规的LED灯出光角度较小，大约只有180度，无法达到白炽灯的发光角度。
[0003]为了达到大出光角度的目的，往往要使用透镜类元器件进行配光。但透镜类元器件配光极为复杂，很难达到出光均匀的目的，容易导致泡壳上近场区域甚至远场区域的照度分布不均匀，也容易出现配光不良造成的泡壳中部暗纹。
实用新型内容
[0004]为了解决现有技术中LED灯的出光角度小以及用透镜类元器件导光时配光复杂的问题，本实用新型提供了一种全方向LED灯，包括基板、设置于所述基板上的LED和连接到所述基板的壳体，所述壳体具有弧形导光结构，所述LED包括多个第一 LED，所述第一 LED设置于所述壳体与所述基板的连接处且所述第一 LED的出光面被所述壳体的端面全部或部分覆盖，以使得所述第一 LED发出的光能够从所述壳体的端面射入所述壳体。
[0005]进一步地，所述壳体的邻近所述第一 LED的第一部分的内表面上设置有反射涂层或反射结构，以使得所述第一 LED的从所述壳体的端面射入所述壳体的光能够经所述反射涂层或反射结构反射后从所述壳体的外表面射出。
[0006]优选地，所述反射涂层形成为导光网点，在所述壳体的除了所述第一部分以外的第二部分的内表面上设置有有光扩散涂层。
[0007]优选地，所述壳体的内表面上设置有能够控制光透过率的涂层。
[0008]进一步地，所述壳体的外表面由远离所述第一 LED并具有第一半径的第一球面部和邻近所述第一 LED并具有第二半径的第二球面部构成，所述第一半径大于所述第二半径；所述壳体的内表面由远离所述第一 LED并具有第三半径的第三球面部和邻近所述第一LED并具有第四半径的第四球面部构成，所述第三半径大于所述第四半径；其中，所述第三球面部的球心与所述第一球面部的球心大致重合。
[0009]优选地，将所述第三球面部和所述第四球面部之间的分界线上的点与所述第三球面部的球心相连的连线和水平面形成的夹角为30?60度。
[0010]优选地，所述第三半径比所述第一半径小I?1.7毫米。
[0011]进一步地，在所述第一 LED的出光面与所述壳体的端面之间的缝隙内填充有透明填充材料。
[0012]优选地，所述LED灯为球泡型LED灯，所述壳体的端面为所述壳体的底表面，所述LED还包括设置在所述基板的中央区域的多个第二 LED。
[0013]可选地，所述LED灯为直管型LED灯，所述LED灯为直管型LED灯，所述壳体的端面为所述壳体的底表面或所述壳体的底部内侧面。
[0014]本实用新型提供的全方向LED灯，将壳体直接用于导光，节省了透镜类元器件的使用，降低了成本且简化了工艺；通过在壳体内表面设置反射涂层或反射结构以及控制壳体内表面的形状和结构，能够获得需要的照度分布并达到较大的配光角度。
【专利附图】
【附图说明】
[0015]图1为本实用新型的全方向LED灯的第一实施例的结构示意图；
[0016]图2为图1中所示的全方向LED灯的壳体导光路线的一个示意图；
[0017]图3为图1中所示的全方向LED灯的壳体导光路线的另一个示意图；
[0018]图4为图1中所示的全方向LED灯的壳体导光路线的又一个示意图；
[0019]图5(a)为在图1中所示的全方向LED灯中设置反射涂层的示意图；
[0020]图5(b)为在图1中所示的全方向LED灯中设置反射结构的示意图；
[0021]图6为图1中所示的全方向LED灯的壳体结构示意图；
[0022]图7示出了图1中所示的全方向LED灯的壳体结构中Θ角为30度时的壳体导光示意图；
[0023]图8示出了图1中所示的全方向LED灯的壳体结构中Θ角为60度时的壳体导光示意图；
[0024]图9为现有技术中LED灯的LED的出光面与壳体的端面之间的缝隙内存在空气时的光路不意图；
[0025]图10为本实用新型的全方向LED灯的LED的出光面与壳体的端面之间的缝隙内填充有透明填充材料时的光路的示意图；
[0026]图11为本实用新型的全方向LED灯的第二实施例的示意性立体图；
[0027]图12为图11所示的全方向LED灯的C-C向示意性剖面图；
[0028]图13为图11所示的全方向LED灯的配光曲线图；
[0029]图14为本实用新型的全方向LED灯的第三实施例的示意性立体图；
[0030]图15为图14所示的全方向LED灯的D-D向示意性剖面图；
[0031]图16为图14所示的全方向LED灯的配光曲线图；
[0032]图17为本实用新型的全方向LED灯的第四实施例的示意性立体图；
[0033]图18为图17所示的全方向LED灯的E-E向示意性剖面图；
[0034]图19为图17所示的全方向LED灯的配光曲线图；
[0035]图20为本实用新型的全方向LED灯的第五实施例的示意性立体图；
[0036]图21为图20所示的全方向LED灯的F-F向示意性剖面图；
[0037]图22为图20所示的全方向LED灯的配光曲线图；
[0038]图23为本实用新型的全方向LED灯的第六实施例的示意性立体图；
[0039]图24为图23所示的全方向LED灯的G-G向示意性剖面图；
[0040]图25为图23所示的全方向LED灯的配光曲线图。
[0041]附图标记说明:
[0042]I 基板2 LED3 壳体
[0043]4 反射涂层 5 透明填充材料6 反射结构
[0044]30 端面31 内表面32 外表面
[0045]321 第一球面部322第二球面部
[0046]311 第三球面部312第四球面部
【具体实施方式】
[0047]下面结合附图和具体实施例对本实用新型的全方向LED灯作进一步的详细描述，但不作为对本实用新型的限定。
[0048]第一实施例
[0049]图1为本实用新型的全方向LED灯的第一实施例的结构示意图。如图1所示，本实用新型的全方向LED灯包括基板1、设置于基板I上的LED2、和连接到基板I的壳体3。壳体3具有内表面31和外表面32，壳体3还具有与基板I连接的端面30。LED2设置于壳体3与基板I的连接处，并且LED2的出光面被壳体3的端面30覆盖，以使得LED2发出的光能够从壳体3的端面30射入壳体3。本实用新型的全方向LED灯的关键特征在于，壳体3具备用于导光的弧形导光结构。
[0050]可以理解的是，虽然图1中示出的壳体的端面30完全覆盖了 LED2的出光面，但如果端面30只是部分地覆盖LED2的出光面，以使得LED2发出的光的一部分能够从端面30进入壳体3，也仍然属于本实用新型的可选实施例。
[0051]图2示出了图1中所示的全方向LED灯的壳体3的导光路线的一个示意图。光线100从LED2的出光面射出后经端面30进入壳体3的并射向内表面31，由于入射角大于临界角，因而光线100在内表面31处发生全反射。发生全反射后的光线100不会经内表面31而射入壳体3的内腔，而是经外表面32从壳体3中射出。图3示出了图1中所示的全方向LED灯的壳体3的导光路线的另一个示意图。从LED2出射的部分光线，如图3所示的光线200，经端面30进入壳体3并直接射向外表面32，在外表面32处发生全反射后再射向内表面31，在内表面31处再次发生全反射后经外表面32射出。图4示出了图1中所示的全方向LED灯的壳体3的导光路线的又一个示意图。从LED2出射的部分光线，如图4所示的光线300，经端面30进入壳体3后直接射向外表面32，但由于入射角没有超过临界角因此没有发生全反射，而是从外表面32直接射出壳体3。
[0052]虽然图2至图4示出了图1中所示的全方向LED灯的壳体3的多条导光路线的示意图，但可以理解的是，光线在壳体中的反射、折射情况有无数多种情况，不能全部列举。从图2至图4可以看出，将壳体3用于导光，通过壳体3的内表面31对光线的反射和壳体外表面32对光线的反射及折射作用，使得从LED2出射的部分光线能够向LED灯的口金方向射出，有效地增大了 LED灯的出光角度。
[0053]本实用新型的全方向LED灯，将LED灯本身的壳体作为导光元件，节省了透镜类元器件的使用，降低了成本；并且由于透镜类元器件的配光极为复杂，而用壳体导光的配光较为简单，因此本实用新型的方案极大地简化了制造工艺。
[0054]此外，如果只利用壳体内表面的全反射原理，则会有部分光线由于入射角未达到临界角而经壳体内表面射入壳体内部，从而造成向LED灯的口金方向射出的光线量较少，近场配光不均匀。因此，为了增强壳体内表面对光线的反射效果以达到近场配光均匀的目的，如图5所示，可在本实用新型的各实施例中的壳体3的邻近LED2的部分的内表面上设置反射涂层4或反射结构6，以使得从壳体的端面射入壳体的大部分光线都能够经反射涂层4或反射结构6的反射后从壳体外表面射出。
[0055]如图5(a)所示，反射涂层4可以是涂覆在壳体3的内表面31上的一层具有光反射作用的涂层。如图5(b)所示，反射结构6可以是壳体3的内表面31形成的凹凸结构或者微型凹凸结构，该反射结构6能够同时提高内表面31的反射性与散射性。设计时，可以通过控制凹凸结构的密度、尺寸、规则度等来控制该反射结构6的反射性与散射性。
[0056]优选地，反射涂层可以是导光网点。可根据配光的需要，即壳体的各个部分需要射出的光线的多少，来设计导光网点的密度。导光网点的密度越大，其反射的光线就越多。通过对导光网点的密度的控制，来控制向LED灯的口金方向出射的光线的多少。另一方面，优选地，可以在壳体内表面设置有导光网点的部分之外的部分上设置光扩散涂层，例如均匀涂布光学油墨或常规无机物等材料，以使得从壳体外部不会直接看见LED2及其直接射出的光线，从而提高美观感，同时能够减少眩光。
[0057]优选地，反射涂层还可以是能够控制光透过率的涂层。在壳体的整个内表面设置能够控制光透过率的涂层，通过控制涂层在壳体各部分的光透过率，可以达到使LED灯近场配光均匀的目的。
[0058]如图6所不,优选地,壳体3的外表面由远离LED2并具有第一半径R1的第一球面部321和邻近LED2并具有第二半径R2的第二球面部322构成，第一球面部321和第二球面部322之间的分界线记为第一分界线，其在图6的示意性剖面图中显示为两个分界点A和A’ ；壳体3的内表面由远离LED2并具有第三半径R3的第三球面部311和邻近LED2并具有第四半径R4的第四球面部312构成，第三球面部311和第四球面部312之间的分界线记为第二分界线，其在图6中显示为两个分界点B和B’。其中，第二分界线高于第一分界线，且第一半径R1大于第二半径R2，第三半径R3大于第四半径R4，从而使得壳体的厚度从第二分界线向基板的方向逐渐变化。其中，第一球面部321的球心与第三球面部311的球心大致重合，理想地重合在图6所示的点O处，且第三半径R3小于第一半径札。
[0059]第二分界线上的点，比如图6所示的点B和B’与球心O的连线和水平面形成的夹角为Θ。优选地，夹角Θ为30?60度。图7为夹角Θ为30度时的示意图，图8为夹角Θ为60度时的示意图。当壳体外表面的形状不变时，可以通过调整第二分界线的高度来调整夹角Θ。夹角Θ不同时，第四球面部312的形状不同，其对来自LED2的光线的反射角度也不同，从而整灯的配光角度也不同。
[0060]图7和图8分别示出了从LED2以相同出射角度射出的光线400和光线500经壳体内表面反射后再由壳体外表面射出的出光角度。可以看出，整灯的配光角度随着夹角Θ的增大而减小。因此，实际设计LED灯时，可以根据配光角度的需要，合理地设计夹角Θ。
[0061]因此，合理地设计壳体内表面的形状，几乎能够实现任意期望的整灯配光角度。同时配合反射涂层或反射结构的透光率或反射率的设计，能够达到全方向并均匀的整灯配光。
[0062]仿真结果表明，当夹角Θ为30度、反射涂层或反射结构的反射率较低时，整灯的配光角度可以达到160度。当夹角Θ为60度、反射涂层或反射结构的反射率较高时，整灯的配光角度可以达到260度。当夹角Θ为45度、反射涂层或反射结构的反射率较高时，整灯的配光角度可以达到300度。
[0063]优选地，为了增加对LED2的出射光的提取效率，可以在LED2的出光面与壳体3的端面30之间的缝隙处填充透明填充材料，例如透明环氧树脂、透明硅胶等。如图9所示，由于LED2的封装物质大多采用硅胶或者环氧树脂，其折射率比空气大得多，且由于光线从光密介质进入光疏介质的时候如果入射角度较大会产生全反射的现象，所以从LED和荧光粉发出的光线在LED2的封装表面进入空气时就会有部分光线被全反射而在封装内部被消耗。因此，常规地，LED灯的壳体3与LED2的硅胶封装之间存在空气层，无法处理其全反射现象，使得对LED2的出射光的提取效率较低。而如果在壳体3和LED2的硅胶之间填充透明填充材料5，使得去除壳体3和LED2之间的空气层，如图10所示，则因为LED2的硅胶、透明填充材料5、壳体3三者的折射率相差无几，因此，该情况下全反射现象会减轻很多，光提取效率就会大大增加。
[0064]第二实施例
[0065]优选地，本实用新型的全方向LED灯为球泡型LED灯。在如图11和12所示的第二实施例的LED灯中，壳体3的端面30为壳体3的底表面。在基板I的边缘区域与壳体3的连接处，设置有一圈LED2。优选地，为了补充整灯在壳体顶部方向上的光通量，在基板I的中央区域也设置有LED2。
[0066]球泡灯的壳体外表面的形状通常需要符合灯泡的既有规格，比如，在本实施例中，灯泡的规格为A60规格。其第一分界线的高度为11.6_，第一半径R1为30_，第二半径R2为14mm。壳体顶部的厚度优选为I?1.7mm。
[0067]图13为该第二实施例的LED灯的配光曲线图。由于球泡灯是轴对称配光，其在各个方向上的配光曲线近似，因此图13只示出了一条配光曲线。按照中心光强的50%计算，该第二实施例的LED灯可以达到300度的配光角度。
[0068]第三实施例
[0069]优选地，本实用新型的全方向LED灯为直管型LED灯。在如图14和15所示的第三实施例的LED灯中，壳体3的端面30为壳体3的底表面。在基板I的与壳体3连接的两个边部处，沿灯管的长度方向对称地设置有两排LED2。
[0070]图16为该第三实施例的LED灯的配光曲线图。其中，外圈的曲线(虚线)为与灯管垂直的平面上的配光曲线，内圈的曲线(实线)为与灯管平行的平面上的配光曲线。按照中心光强的50%计算，该第三实施例的LED灯在垂直于灯管的平面上可以达到280度的配光角度，在平行于灯管的平面上可以达到120度的配光角度。
[0071]第四实施例
[0072]优选地，本实用新型的全方向LED灯为直管型LED灯。在如图17和18所示的第四实施例的LED灯中，壳体3的端面30为壳体3的底表面。在基板I的与壳体3连接的中部处，沿灯管的长度方向设置有一排LED2。
[0073]图19为该第四实施例的LED灯的配光曲线图。其中，外圈的曲线(虚线)为与灯管垂直的平面上的配光曲线，内圈的曲线(实线)为与灯管平行的平面上的配光曲线。按照中心光强的50%计算，该第四实施例的LED灯在垂直于灯管的平面上可以达到260度的配光角度，在平行于灯管的平面上可以达到120度的配光角度。
[0074]第五实施例
[0075]可选地，本实用新型的全方向LED灯为直管型LED灯。在如图20和21所示的第五实施例的LED灯中，壳体3的端面30为壳体3的底部内侧面。在基板I的与壳体3连接的两个侧面处，各设置有一排LED2。可选地，两排LED2在对应位置上交错设置，如图21所
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[0076]图22为该第五实施例的LED灯的配光曲线图。由于侧入式直管灯只有正面发光，因此与灯管平行和垂直两个方向上的配光曲线近似，图22只示出了一条配光曲线。按照中心光强的50%计算，该第五实施例的LED灯可以达到120度的配光角度。
[0077]第六实施例
[0078]可选地，本实用新型的全方向LED灯为直管型LED灯。在如图23和24所示的第六实施例的LED灯中，壳体3的端面30为壳体3的底部内侧面。在基板I的与壳体3连接的一个侧面处，设置有一排LED2。
[0079]图25为该第六实施例的LED灯的配光曲线图。由于侧入式直管灯只有正面发光，因此与灯管平行和垂直两个方向上的配光曲线近似，图25只示出了一条配光曲线。按照中心光强的50%计算，该第六实施例的LED灯可以达到120度的配光角度。
[0080]以上具体实施例仅为本实用新型的示例性实施例，不能用于限定本实用新型，本实用新型的保护范围由权利要求书限定。本领域技术人员可以在本实用新型的实质和保护范围内，对本实用新型做出各种修改或等同替换，这些修改或等同替换也应视为落在本实用新型的保护范围内。
【权利要求】
1.一种全方向LED灯，包括基板、设置于所述基板上的LED和连接到所述基板的壳体，其特征在于，所述壳体具有弧形导光结构，所述LED包括多个第一 LED，所述第一 LED设置于所述壳体与所述基板的连接处且所述第一 LED的出光面被所述壳体的端面全部或部分覆盖，以使得所述第一 LED发出的光能够从所述壳体的端面射入所述壳体。
2.根据权利要求1所述的全方向LED灯，其特征在于，所述壳体的邻近所述第一LED的第一部分的内表面上设置有反射涂层或反射结构，以使得所述第一 LED的从所述壳体的端面射入所述壳体的光能够经所述反射涂层或反射结构反射后从所述壳体的外表面射出。
3.根据权利要求2所述的全方向LED灯，其特征在于，所述反射涂层形成为导光网点，在所述壳体的除了所述第一部分以外的第二部分的内表面上设置有光扩散涂层。
4.根据权利要求1所述的全方向LED灯，其特征在于，所述壳体的内表面上设置有能够控制光透过率的涂层。
5.根据权利要求1所述的全方向LED灯，其特征在于， 所述壳体的外表面由远离所述第一 LED并具有第一半径的第一球面部和邻近所述第一 LED并具有第二半径的第二球面部构成，所述第一半径大于所述第二半径； 所述壳体的内表面由远离所述第一 LED并具有第三半径的第三球面部和邻近所述第一LED并具有第四半径的第四球面部构成，所述第三半径大于所述第四半径；其中， 所述第三球面部的球心与所述第一球面部的球心大致重合。
6.根据权利要求5所述的全方向LED灯，其特征在于，将所述第三球面部和所述第四球面部之间的分界线上的点与所述第三球面部的球心相连的连线和水平面形成的夹角为30?60度。
7.根据权利要求5所述的全方向LED灯，其特征在于，所述第三半径比所述第一半径小I?1.7毫米。
8.根据权利要求1所述的全方向LED灯，其特征在于，在所述第一LED的出光面与所述壳体的端面之间的缝隙内填充有透明填充材料。
9.根据权利要求1所述的全方向LED灯，其特征在于，所述LED灯为球泡型LED灯，所述壳体的端面为所述壳体的底表面，所述LED还包括设置在所述基板的中央区域的多个第二LED。
10.根据权利要求1所述的全方向LED灯，其特征在于，所述LED灯为直管型LED灯，所述壳体的端面为所述壳体的底表面或所述壳体的底部内侧面。
【文档编号】F21Y101/02GK204042746SQ201420400643
【公开日】2014年12月24日 申请日期:2014年7月18日 优先权日:2014年7月18日
【发明者】王进 申请人:松下电器产业株式会社