基于LED燈具的光擴散劑的設計選用

薛元芳，鄭兆勇，何祖平

（賽爾富電子有限公司，浙江 寧波 315103）

0 引 言

隨著社會的進步，人們對美好生活要求不斷提高。LED燈在照明領域革命性的引入，將是未來長期的一種照明需求，且在節能方面要求越來越高。全球行業內知名的DLC和Energy star協會每年都會升級光效準入標準，從而推動LED技術的發展和節能要求[1]。比如，DLC將在2020年將能效標準推進到5.0階段，將會對全球燈具產品的光效要求提升到一個新高度，此時對光擴散劑產品的應用要求也將大大提高。

光擴散劑是經過特殊加工和表面處理的有機類型和無機類型的化學產品，粒徑一般在1～10 μm，是平均粒徑為1～4 μm的類似球型的化學產品，見圖1[2]。

圖1 有機光擴散劑在電子顯微鏡下成像

光擴散劑主要有無機型擴散劑和有機型擴散劑兩種，本文將重點簡述有機型光擴散劑的應用。有機型光擴散劑主要包括亞克力型、苯乙烯型和丙烯酸樹脂型等[3]。這些樹脂本身透明或半透明，光線大部分可以通過。利用這些光擴散劑的折射率與基材的折射率差異，光線多次折射后，通過基材的光線變得光亮柔和，且對材質的透光率影響較小。文中重點模擬測試分析擠出燈罩和擠出透鏡應用類型。

1 燈罩試驗方法和試驗方案

1.1 試驗方法

以日本信越產KMP590擴散劑為例，用一款低壓燈具，采用相同的技術參數和電參數，燈罩取不同配比的光擴散劑進行測試。

1.2 試驗方案

一款低壓燈具產品，燈罩最大直徑20 mm，厚度1 mm，結構形式及見圖2、圖3。擴散劑的添加量為每千克基礎料（PC1250Z）中添加的擴散劑克數，添加規格為0.3的整數倍，如0.3 g、0.6 g、0.9 g、1.2 g和1.5 g。利用遠方牌GO-2000A分布光度計設備進行測試。

圖2 LED燈具物理模型

圖3 燈罩尺寸

1.3 試驗結果

試驗結果，如表1所示。

表1 試驗結果

由表1可知：對于燈罩類產品，擴散劑比例從0～1.5 g變化時，透光率基本無變化。

2 光學透鏡試驗方法和試驗方案

2.1 試驗方法

兩款低壓燈具，采用相同的技術參數和電參數，分別采用兩種不同厚度的光學透鏡，在相同配比的光擴散劑下進行測試，得出不同透鏡、相同配比下的光學透鏡的光損和角度變化。

2.2 試驗方案

以日本信越產KMP590擴散劑為例。透鏡1最厚處為5.6 mm，透鏡2最厚處為2.8 mm，結構形式分別見圖4、圖5、圖6和圖7。擴散劑添加量應為基礎（PC1250Z）中添加的擴散劑克重，添加規格為0.3的整數倍，如0.3 g、0.6 g、0.9 g、1.2 g和1.5 g。利用遠方牌GO-2000A分布光度計設備進行測試。

圖4 透鏡1物理模型

圖5 透鏡2物理模型

圖6 透鏡1尺寸

圖7 透鏡2尺寸

2.3 試驗結果

試驗結果，如表1所示。

由表2可得出：

（1）透鏡1擴散劑比例從0（透明）逐漸增大到1.5 g時，光的損耗逐漸提升，光效逐漸降低，發光角度逐漸增大。添加最低與最高時，透光率相差6.5%，發光角度增大3.5倍。結合色差問題，建議擴散劑配比選用為0.3～0.6 g。

表2 試驗結果

（2）透鏡2擴散劑比例從0逐漸增大到1.5 g時，光的損耗逐漸提升，光效逐漸降低，發光角度逐漸增大。添加比例最低與最高時，透光率相差3.5%，發光角度增大1倍。結合色差問題，建議擴散劑配比選用為0.6～ 0.9 g。

3 光原理模型

圖8為入射光線穿過抗刮傷層和擴散層時遇到擴散粒子發生散射現象。假設被入射光線穿過物體為添加了光擴散劑的透鏡材料，穿過透鏡的定向擴散一束光的光束角度將會隨著光擴散劑的添加配比而變化。配比越高，發生散射的光線越多，角度越大。光透射原理[4]，如圖9所示。

圖8 光散射原理圖

4 結 論

文中采用模擬實測方法對LED燈具燈罩和透鏡添加光擴散劑進行實際測試對比分析，并通過試驗進行了驗證，可以得出：

圖9 光透射原理圖

（1）光擴散劑對厚度均勻燈罩類產品的光效影響不大，設計時可根據實際需求選用擴散劑添加配比；

（2）對透鏡類產品的影響，隨著擴散劑配比的增加，透鏡的厚薄對發光角度的影響巨大，因此設計時需要充分考慮透鏡的厚度對發光角度的影響。

本文采用模擬實測方法對燈罩、透鏡與透鏡之間的對比，為LED燈具的二次配光設計提供了一定參考依據，可縮短產品開發進度，節省試錯成本，為同類LED燈具設計提供了一種有效的設計參考。