LEDランプに基づく光拡散剤の設計と選択方法とは？

社会の進歩に伴い、人々のより良い生活への要求は向上している。照明分野でのLEDランプの革命的な導入は、今後の長期的な照明需要であり、省エネの要求はますます高くなる。世界業界の有名なDLCとEnergy star協会は毎年発光効率基準をアップグレードし、LED技術と省エネ要求の発展を促進している[1]。

例えば、DLCは2020年にエネルギー効率基準を5.0に引き上げ、世界のランプとランタンの光効率要求を新たなレベルに引き上げる。

光拡散剤は、特殊な加工と表面処理を施した有機・無機化学製品で、図1に示すように、粒径1～10μm、平均粒径1～4μmの球状の化学製品である[2]。

光拡散剤には主に無機拡散剤と有機拡散剤の2種類がある。本稿では、有機光拡散剤の用途に焦点を当てる。有機光拡散剤には、主にアクリル系、フェニルエチレン系、アクリル樹脂系がある[3]。樹脂自体は透明または半透明であり、ほとんどの光は透過する。これらの光拡散材の屈折率と基材の屈折率の差を利用し、基材を通過した光は何度も屈折して明るく柔らかくなり、材料の光透過率にはほとんど影響を与えない。本実験では、押出しランプシェードと押出しレンズの応用タイプのシミュレーションテストと分析を中心に行う。

1 ランプシェードの試験方法および試験スキーム。

1.1 試験方法
当社の光拡散剤WD-102を例にとると、低電圧ランプを使用し、同じ技術パラメーターと電気パラメーターを使用して、光拡散剤の割合を変えてランプシェードをテストします。

1.2 テストスキーム
低電圧ランプ製品で、ランプシェードの最大直径は20mm、厚さは1mm、構造と形状は図2と図3に示す。拡散板の添加量は基材（PC1250Z）1kg当たりのグラム数で、0.3g、0.6g、0.9g、1.2g、1.5gの積分回数を添加する。試験には、リモートブランドのGO-2000A分布光度計装置を使用する。

1.3 試験結果

テスト結果を表1に示す。

表1からわかるように、ランプシェード製品では、ディフューザー比が0から1.5gまで変化しても光線透過率は変化しない。

光学レンズの試験方法とスキーム

2.1 試験方法
同じ技術的、電気的パラメータを使用し、厚さの異なる2種類の光学レンズを使用した2種類の低電圧ランプとランタンを、同じ比率の光拡散板の下でテストし、異なるレンズと同じ比率の光学レンズの光損失と角度変化を求めた。

2.2 テストスキーム。
当社の光拡散剤WD-102を例にとります。レンズ1の最厚部は5.6mm、レンズ2の最厚部は2.8mmです。その構造形態を図4、5、6、7に示す。4、5、6、7に示す。拡散板の添加量はPC1250Zで添加した拡散板の重量を基準とし、0.3g、0.6g、0.9g、1.2g、1.5gの積分回数を添加する。遠ブランドGO-2000A分布光度計装置を試験に使用する。

2.3 テスト結果

テスト結果を表1に示す。
表2から結論が出る：
主な結果は以下の通りである：(1)レンズ1の拡散板比率が0(透明)から1.5gまで増加すると、光損失が増加し、光効率が低下し、発光角度が増加する。最低と最高を足すと、光線透過率の差は6.5%となり、発光角は3.5倍になる。色差の問題と合わせて、光拡散剤の添加量比は0.3～0.6gが望ましいことが示唆された。

(2)レンズ2の拡散比が0から1.5gまで増加すると、光損失が増加し、光効率が低下し、発光角度が増加する。添加比が最も小さいときと最も大きいときでは、光線透過率の差は3.5%となり、発光角は2倍になる。色差の問題と合わせて、光拡散剤の添加比率は0.6～0.9gが望ましいと考えられる。

3 光学原理モデル。

図8は、入射光が耐擦傷層と拡散層を通過する際の拡散粒子の散乱を示す。物体を通過する入射光が光拡散板を有するレンズ材料であると仮定すると、レンズを通過する光ビームのビーム角は、光拡散板の添加比によって変化する。比率が高いほど散乱光は多くなり、角度は大きくなります。光透過の原理[4]を図9に示す。

図9 光透過の模式図（写真a、b、cに示す）

4 結論

この実験では、シミュレーション測定法を用いて、LEDランプシェードとレンズ追加光拡散器の実際のテストと分析を比較・分析し、テストによって検証した結果、次のように結論づけることができる：

主な結果は以下の通り：

(1)光拡散板は、均一な厚さのランプシェードの光効率にほとんど影響せず、設計上の実際の需要に応じて拡散板の割合を選択することができる。

(2)レンズ製品への影響、拡散板比率の増加に伴い、レンズの厚さが発光角に大きな影響を与えるため、レンズの厚さが発光角に与える影響を十分に考慮して設計する必要がある。本論文では、シミュレーションと測定方法を用いて、ランプシェード、レンズとレンズを比較し、LEDランプとランタンの二次配光設計に一定の基準基礎を提供し、製品開発の進捗を短縮し、試行錯誤のコストを節約し、類似のLEDランプとランタンの設計に有効な設計参考資料を提供する。