本發(fā)明屬于LED照明設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種LED漫反射反光杯及加工方法。

背景技術(shù)：

LED照明產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于室內(nèi)照明和景觀照明等領(lǐng)域，對于一些大型市政室外照明工程，采用LED燈照明有利于提升夜晚城市景觀品質(zhì)，使夜晚的城市顯得更加明亮與絢麗多彩，給市民增添更加豐富多彩的夜晚生活元素。LED芯片為優(yōu)質(zhì)的照明設(shè)備，跟普通照明設(shè)備相比，具有壽命長、高效節(jié)能、綠色環(huán)保、市場潛力大等優(yōu)勢，我國已經(jīng)將LED照明列為國家長期規(guī)劃的重點(diǎn)發(fā)展領(lǐng)域。

LED照明設(shè)備中，保持較高光通量以及光源質(zhì)量和光源穩(wěn)定性十分重要。目前研究提高光源質(zhì)量和光源穩(wěn)定性，主要從三個方向進(jìn)行：1、研究不同材料的熒光粉或量子點(diǎn)，提高光轉(zhuǎn)換材料自身的發(fā)光性能；2、選擇合適的熒光粉包覆載體，將熒光粉放入有機(jī)玻璃、鈉硼硅玻璃或氯化鈉晶體等介質(zhì)中；3、改變器件結(jié)構(gòu)，例如使用遠(yuǎn)程熒光粉技術(shù)、多芯片嵌入技術(shù)、引進(jìn)新型材料導(dǎo)熱板等。然而為了利用有限的光能保持較高的光通量，人們通常使用反光杯來控制LED光的光照距離和光照面積。

市場上反光杯的材質(zhì)主要是不銹鋼或鋁合金，其內(nèi)表面光滑。這種看似光滑的表面其實(shí)對光的反射率不足80%，且會使很大一部分光被反光杯內(nèi)壁吸收。市面上的反光杯不僅減少了反光杯的出光率，還增大芯片受反射光照射范圍，增加了芯片的發(fā)熱量；另外對LED顯色性能提升和改善炫光效果不明顯。

在納米技術(shù)日趨發(fā)展的當(dāng)今，已經(jīng)有使用納米噴涂技術(shù)在LED反光杯內(nèi)表面噴涂納米材料形成漫反射反光涂層，用以增加LED芯片出光的均勻性和改善眩光以及提高LED器件的壽命并減少發(fā)熱量。對于漫反射材料中納米尺寸的調(diào)控和應(yīng)用的研究相對較少，使用納米噴涂技術(shù)在LED反光杯表面加工的漫反射反光涂層，是在LED反光杯表面形成了納米微結(jié)構(gòu)，納米微結(jié)構(gòu)主要由納米顆粒組成。納米噴涂技術(shù)在實(shí)施過程中很可能會隨著反光杯溫度的升高，而使納米微結(jié)構(gòu)可能發(fā)生剝離或脫落。目前噴涂的納米顆粒的尺寸大小和均勻性均不佳，噴涂后也會有部分粘結(jié)成更大尺寸，從而造成反光杯反射率依然低下。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種LED漫反射反光杯及加工方法，以解決反光杯的反光層表面因納米顆粒的均勻性不佳，造成反射率不高，器件的出光的光通量和出光率低的問題。本發(fā)明的另一目的是提供上述LED漫反射反光杯的加工方法。

為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明的基礎(chǔ)方案為：LED漫反射反光杯，包括金屬材質(zhì)的反光杯本體，所述反光杯本體的內(nèi)部為圓臺形的中空腔，所述反光杯本體的內(nèi)表面設(shè)有激光加工的納米反光層，所述中空腔內(nèi)填充滿透明的硅膠樹脂。

本基礎(chǔ)方案的工作原理在于：需要裝配LED照明設(shè)備時，可使用本反光杯，將本反光杯的小徑端覆蓋于LED發(fā)光燈上，并進(jìn)行封裝，其他配套設(shè)備裝好之后即可使用。

本基礎(chǔ)方案的有益效果在于：金屬材質(zhì)的反光杯本體適于使用激光加工，反光杯本體的內(nèi)表面使用激光加工出納米反光層，由于激光加工的精密性，加工出來的納米反光層的納米顆粒均勻性和尺寸大小都極佳；納米反光層可使得LED發(fā)射出及折射回的光能進(jìn)一步反射出去形成漫反射，增加了反光面積和散熱面積，因而增加了出光的光通量和出光率，有效降低了LED內(nèi)部溫度，延長LED照明設(shè)備的使用壽命。納米反光層還可將入射反光杯內(nèi)表面的光漫反射出去，從而使LED出光的光強(qiáng)分布更加均勻，減少了眩光和斑馬紋，提高LED的出光性能。硅膠樹脂吸附性能好，無需特殊固定即可將硅膠樹脂填充至反光杯內(nèi)。硅膠樹脂的熱穩(wěn)定性強(qiáng)、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，隨反光杯一起用于封裝LED芯片，可延長本反光杯的使用壽命。硅膠樹脂填充滿中空腔，能起到將空氣和納米反光層隔絕的作用，防止納米反光層被空氣氧化，使反光杯性能下降。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本反光杯有效提高了LED芯片出光的光通量和出光率，通過激光加工反光杯內(nèi)表面的納米反光層，使納米反光層的均勻性和納米尺寸良好，LED芯片反射率明顯提升。

方案二：作為基礎(chǔ)方案的優(yōu)選，所述反光杯本體大徑端處的硅膠樹脂為凸起的半球形結(jié)構(gòu)。LED芯片的光通過本反光杯小徑端經(jīng)中空腔從大徑端射出，半球形結(jié)構(gòu)可在本反光杯使用時，增加光的折射角度，進(jìn)一步改善炫光現(xiàn)象。

方案三：作為基礎(chǔ)方案中LED漫反射反光杯的加工方法，制造該反光杯包括以下步驟 ：

（1）準(zhǔn)備步驟，預(yù)先制作完成金屬材質(zhì)的內(nèi)部設(shè)有中空腔的反光杯本體；

（2）預(yù)處理步驟，使用拋光機(jī)對反光杯本體的內(nèi)表面進(jìn)行拋光處理，使其粗糙度達(dá)到0.005mm，然后使用去離子水進(jìn)行超聲清洗，洗掉表面的雜垢；

（3）裝夾步驟，使用反光杯夾具夾持反光杯本體，并進(jìn)行固定；

（4）通氣步驟，向反光杯本體的內(nèi)表面通入氮?dú)?，防止了雜質(zhì)吸附在反光杯本體的內(nèi)表面上；

（5）激光加工步驟，在激光加工頭的通氣管內(nèi)通入氮?dú)?；設(shè)計激光加工的工藝路線，并進(jìn)行激光布線；調(diào)節(jié)好激光加工的焦距，設(shè)定好掃描速度和激光波長的參數(shù)；使用激光在反光杯本體的內(nèi)表面加工出一層納米微結(jié)構(gòu)的納米反光層；

（6）退火步驟，對激光加工后的反光杯本體進(jìn)行退火處理，將反光杯本體加熱到600℃-640℃范圍內(nèi)，保溫80-100分鐘后冷卻；

（7）填充步驟，反光杯本體退火處理完全冷卻后，在中空腔內(nèi)填滿透明的硅膠樹脂。

本方案三的有益效果在于：本加工方法中，拋光處理是為了除去反光杯本體內(nèi)表面的氧化物雜質(zhì)，若內(nèi)表面有其他氧化物雜質(zhì)就會造成反光杯對光波的吸收增加，減少出光量；由于拋光過程可能帶來的廢屑、殘渣，將拋光后的反光杯使用去離子水進(jìn)行超聲清洗。對反光杯本體進(jìn)行裝夾，為了便于對反光杯本體的內(nèi)表面進(jìn)行激光加工。向反光杯本體的內(nèi)表面通入氮?dú)庖皇菍⒎垂獗倔w的內(nèi)表面吹干；二是防止空氣中的粉塵等雜物吸附在反光杯本體的內(nèi)表面上，影響加工效果。

通過激光在反光杯本體的內(nèi)表面加工出一層納米微結(jié)構(gòu)的納米反光層，實(shí)則是將反光杯本體的內(nèi)表面進(jìn)行激光處理，納米反光層就是反光杯本體的表層在激光的作用下形成的納米微結(jié)構(gòu)，有效杜絕了納米噴涂技術(shù)造成的反光層可能會隨著反光杯溫度的升高而發(fā)生剝離或脫落的問題。目前激光在曲面上進(jìn)行加工的技術(shù)已經(jīng)比較成熟，在調(diào)節(jié)好激光加工的掃描速度、激光脈沖能量、掃描線距等參數(shù)后，可以使加工出來的納米反光層的納米顆粒尺寸大小均勻、密度分布均勻，在反光杯內(nèi)表面形成漫反射層，從而增加出光光通量，提高出光率，降低LED內(nèi)部溫度，延長使用壽命。

激光加工會在反光杯本體上產(chǎn)生殘余應(yīng)力，為此對反光杯本體進(jìn)行退火處理，退火同時也會使反光杯本體內(nèi)表面強(qiáng)度分布更加均勻。硅膠樹脂能起到隔絕空氣、匹配折射系數(shù)的作用。同時硅膠樹脂與納米反光層配合作用，在LED照明設(shè)備使用過程中，可有效減少LED芯片出光的炫光和斑馬紋。

方案四：作為方案三的優(yōu)選，所述預(yù)處理步驟中，超聲清洗保持在8-12分鐘內(nèi)。依照常用反光杯的大小，8-12分鐘足夠?qū)伖膺^程可能帶來的廢屑、殘渣清洗干凈。

方案五：作為方案三的優(yōu)選，氮?dú)獾耐ㄈ霑r間保持在15-25分鐘內(nèi)。足以將反光杯的內(nèi)表面吹干，也充分的防止了粉塵等雜質(zhì)吸附在反光杯本體的內(nèi)表面上。

方案六：作為方案三的優(yōu)選，所述激光加工步驟中，使用超快激光加工反光杯內(nèi)表面。超快激光能夠聚焦到超細(xì)微空間區(qū)域，同時具有極高峰值功率和極短的激光脈沖，加工時加工處無毛刺、無熱擴(kuò)散、無微裂紋及冶金缺陷，加工過程中不會對所涉及的空間范圍的周圍材料造成影響，從而做到了加工的超精細(xì)。使用超快激光加工的納米反光層的密度和納米顆粒更均勻，出光的光通量和出光率更高，使得本反光杯的反光性能更好。

方案七：作為方案六的優(yōu)選，所述激光加工步驟中，掃描振鏡環(huán)繞反光杯的中軸線按照設(shè)定的速度進(jìn)行環(huán)形掃描。環(huán)形掃描加工出來的納米發(fā)光層均勻性更好。

方案八：作為方案三至方案六任一項(xiàng)的優(yōu)選，所述準(zhǔn)備步驟中，準(zhǔn)備的反光杯本體為不銹鋼反光杯本體。不銹鋼可以延長本反光杯的使用壽命，不銹鋼的反光杯可用于室外環(huán)境中，使得本反光杯適用范圍更廣。目前激光加工不銹鋼的技術(shù)更為成熟，使用不銹鋼的反光杯本體能更好的使用本方法加工出更理想的反光杯。

方案九：作為方案八的優(yōu)選，所述激光加工過程中，激光加工的掃描速度為0.1-15mm/s，超快激光的脈沖能量設(shè)定范圍為0.10mJ-0.30 mJ，納米顆粒尺寸的間距設(shè)定為300-1000nm。根據(jù)不銹鋼的特性和已有的使用激光加工不銹鋼的具體加工的情況，將掃描速度、脈沖能量、納米顆粒尺寸的間距設(shè)定上述范圍，具體參數(shù)值需根據(jù)反光杯大小，以及具體設(shè)備等來設(shè)定。

方案十：作為方案九的優(yōu)選，退火步驟中，反光杯本體在爐膛350℃時入爐，爐膛內(nèi)溫度以260℃/h升溫至620℃，保溫90分鐘；然后以260℃/h降溫至400℃出爐，室溫冷卻至常溫。根據(jù)不銹鋼材料的特性和已有不銹鋼退火技術(shù)，使用以上方法和參數(shù)進(jìn)行退火處理，可使得反光杯本體更好的釋放應(yīng)力，使得反光杯本體的內(nèi)表面產(chǎn)生更為理想的納米微結(jié)構(gòu)。

附圖說明

圖1是本發(fā)明LED漫反射反光杯實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是圖1的安裝使用示意圖；

圖3是本反光杯加工方法的工藝流程圖；

圖4是圖3中裝夾固定步驟中，LED漫反射反光杯夾持時的俯視圖；

圖5是圖3中激光加工步驟中，對LED漫反射反光杯進(jìn)行激光布線的示意圖；

圖6是圖3中激光加工步驟的加工示意圖。

具體實(shí)施方式

下面通過具體實(shí)施方式對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明：

說明書附圖中的附圖標(biāo)記包括：反光杯本體10、納米反光層11、硅膠樹脂12、LED芯片20、基板30、夾具40、加工臺50、激光60。

如圖1所示，LED漫反射反光杯，包括金屬材質(zhì)的反光杯本體10，反光杯本體10為中空的圓臺形，反光杯本體10的內(nèi)部為圓臺形的中空腔，其內(nèi)表面通過激光加工了納米反光層11。反光杯本體10的中空腔填充滿透明的硅膠樹脂12，硅膠樹脂12內(nèi)含有作為白光LED光轉(zhuǎn)化材料的高穩(wěn)定性熒光粉，從而提高LED芯片20的發(fā)光性能。處于反光杯大徑端處的硅膠樹脂12做成凸起的半球形結(jié)構(gòu)，用以增加光的折射角度，進(jìn)一步改善炫光現(xiàn)象。

安裝使用時，如圖2所示，準(zhǔn)備一塊基板30，基板30上設(shè)置了與LED漫反射反光杯小徑端固定配合的盲孔，盲孔底部的基板30上通過銀膠固定有LED芯片20。將LED漫反射反光杯的小徑端嵌入基板30的盲孔內(nèi)，并通過膠水將反光杯外表面與基板30的盲孔內(nèi)壁固定，即可完成LED芯片20的封裝。

加工上述LED漫反射反光杯的流程如圖3所示，首先準(zhǔn)備好不銹鋼材質(zhì)的反光杯本體10，反光杯本體10呈中空的圓臺形。金屬的導(dǎo)熱能力強(qiáng)，選用不銹鋼的LED反光杯，能夠加快LED芯片20照射在反光杯上熱量的擴(kuò)散和傳導(dǎo)。為了減輕LED漫反射反光杯的重量，反光杯本體10的盡可能薄。為增加LED芯片20的出光，需要將LED芯片20發(fā)出的光進(jìn)行定向“集中”，若反光杯的表面有其他氧化物雜質(zhì)就會造成反光杯對光波的吸收增加，減弱出光量，故本發(fā)明使用拋光機(jī)對反光杯本體10的內(nèi)表面進(jìn)行拋光處理。為了去除由于拋光過程可能帶來的廢屑、殘渣，將拋光后的反光杯本體10的內(nèi)表面用超聲清洗十分鐘。

對反光杯本體10進(jìn)行裝夾固定，由于反光杯本體10比較薄，容易受到夾具的傷害而發(fā)生變形或損壞，因此使用與反光杯外表面貼合的專用夾具40，從反光杯本體10的外表面將反光杯本體10進(jìn)行裝夾固定，如圖4所示。然后向反光杯本體10的內(nèi)表面通入氮?dú)舛昼姡苑乐箍諝庵械姆蹓m等雜物吸附在反光杯上，影響加工效果。

專用夾具40的內(nèi)表面具有與反光杯本體10外表面一致的形狀，在裝夾過程中使兩者間緊密貼合，激光加工過程中反光杯本體10表面的受力分布將更加均勻，為了提高加工的自動化程度，使用楔形塊將專用夾具40焊接在機(jī)床的三爪卡盤上，在機(jī)床上控制卡盤的松緊就可實(shí)現(xiàn)加工過程中對反光杯本體10的“抓緊”和“松開”。

將夾緊的反光杯本體10放置于激光加工設(shè)備的加工臺50上，對反光杯本體10進(jìn)行如圖6所示的激光加工。進(jìn)行激光加工前，先在在激光加工頭的通氣管內(nèi)通入氮?dú)庾霰Ｗo(hù)氣，設(shè)計激光加工的工藝路線，調(diào)節(jié)激光加工的焦距、掃描速度、激光波長等參數(shù)，通過激光60在反光杯本體10的內(nèi)表面加工出納米反光層11。激光60加工反光杯本體10的內(nèi)表面時，主要是將反光杯本體10的內(nèi)表面加工出納米顆粒，納米顆粒形成漫反射納米反光層11。本方法中的的激光加工采用超快激光加工，掃描振鏡環(huán)繞反光杯的中軸線按照設(shè)定的速度進(jìn)行環(huán)形掃描。因?yàn)樽饔糜诓讳P鋼反光杯本體10的內(nèi)表面，所以本方法中設(shè)定激光加工的掃描速度為10mm/s，超快激光的脈沖能量設(shè)定范圍為0.10mJ-0.30 mJ，納米顆粒尺寸的間距設(shè)定為500nm。對于不同材料，不同大小的反光杯，其激光加工過程中的參數(shù)各不相同，需要按照具體操作進(jìn)行調(diào)整。

激光布線呈環(huán)形，由于激光將反光杯本體10的內(nèi)表面加工出由納米顆粒形成的納米微結(jié)構(gòu)，在已知微型結(jié)構(gòu)數(shù)學(xué)模型基礎(chǔ)的情況下，是需要確定每個納米顆粒的中心點(diǎn)位置，然后根據(jù)此中心點(diǎn)建立坐標(biāo)系進(jìn)而達(dá)到加工的目的。因此，問題實(shí)際轉(zhuǎn)化為找出錐形截面上所有待加工納米顆粒的中心點(diǎn)。由于圓錐面是一個參數(shù)化的曲面，因而可以分成以下幾個步驟找出所有的中心點(diǎn)。

如圖5所示，設(shè)反光杯本體10的小徑端半徑為r1，大徑端半徑為r2，母線長為L，母線與豎直方向夾角為?，兩個納米顆粒間間隔為rc。

1.先以圓錐體的下底面的中心建立一個坐標(biāo)系，即下底面圓的坐標(biāo)為（0,0,0）由母線長L和中心點(diǎn)間隔為rc，將整個錐形面的中心點(diǎn)分為n層。

2.對于第一層，總共有個中心點(diǎn)，令其等于m1。所有的中心點(diǎn)的坐標(biāo)的.同時，以x軸坐標(biāo)上的點(diǎn)為第一個中心點(diǎn)，向逆時針方向去尋找第二個點(diǎn)，可得在第二個中心點(diǎn)較第一個中心點(diǎn)旋轉(zhuǎn)的弧度為（弧長/半徑）。以此類推，第三個中心點(diǎn)較第二個中心點(diǎn)旋轉(zhuǎn)弧度也為因此，在指定第一個點(diǎn)后可得第一層上所有點(diǎn)的中心點(diǎn)坐標(biāo)為 。

3.同理可得，第二層上的中心點(diǎn)間的間隔弧度為，共有個中心點(diǎn)。其所有中心點(diǎn)坐標(biāo)為。

4.以此類推，可得出第n層上所有的中心點(diǎn)坐標(biāo)為。

5.找出中心點(diǎn)后，以此中心點(diǎn)建立微結(jié)構(gòu)的局部坐標(biāo)系，即可達(dá)到加工目的。

激光加工會在反光杯本體10上產(chǎn)生殘余應(yīng)力，在反光杯本體10完成激光加工步驟后需進(jìn)行退火處理，退火同時也會使反光杯本體10內(nèi)表面強(qiáng)度分布更加均勻。由于反光杯本體10為不銹鋼材質(zhì)，本反光杯的退火過程為：將反光杯本體10在爐膛350℃時入爐，爐膛內(nèi)溫度以260℃/h升溫至620℃，保溫90分鐘；然后以260℃/h降溫至400℃出爐，然后空冷至常溫。最后將含有熒光粉的硅膠樹脂12填充蠻到反光杯內(nèi)部，將位于反光杯大徑端的硅膠樹脂12做成向外凸起的半球形。硅膠樹脂12的能起到隔絕空氣、匹配折射系數(shù)的作用。同時硅膠樹脂12與納米反光層11配合作用，在LED照明設(shè)備使用過程中，可有效減少LED芯片20出光的炫光和斑馬紋。

以上所述的僅是本發(fā)明的實(shí)施例，方案中公知的具體結(jié)構(gòu)和具體方法及特性等常識在此未作過多描述。應(yīng)當(dāng)指出，對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明結(jié)構(gòu)和方法的前提下，還可以作出若干變形和改進(jìn)，這些也應(yīng)該視為本發(fā)明的保護(hù)范圍，這些都不會影響本發(fā)明實(shí)施的效果和專利的實(shí)用性。本申請要求的保護(hù)范圍應(yīng)當(dāng)以其權(quán)利要求的內(nèi)容為準(zhǔn)，說明書中的具體實(shí)施方式等記載可以用于解釋權(quán)利要求的內(nèi)容。