CN101806404A - 一种高效率柔性面光源 - Google Patents

Abstract

本发明涉及半导体照明技术，尤其涉及一种柔性面光源，包括基板，基板正面面设置LED芯片，基板反面连接散热装置，基板的正面还设有反光杯，LED芯片位于反光杯的底面；其特征在于：每个LED芯片还具有一个匀光透镜，LED芯片被匀光透镜包覆；反光杯的顶面还具有一层状出光面，按由外向内的顺序层状出光面包括一散射层、一荧光粉层、一透明隔离层。本发明提供一种高效率的柔性面光源，本发明同时提供一种能够高效取光的柔性光源的取光方法。

Description

一种高效率柔性面光源

技术领域

本发明涉及半导体照明技术，尤其涉及一种柔性面光源。

背景技术

LED灯具有寿命长、省电力的特点，越来越广泛地应用于照明领域。传统的光源，为提高显色性，一般在LED芯片表面涂覆荧光粉或粘贴荧光胶片，以点光源形式发光，如中国专利文献CN201204213公开的芯片型LED，该芯片型LED包括芯片、芯片设置在陶瓷支架上表面，并且芯片位于陶瓷支架、胶壳、透镜的封闭空间内，芯片的电极通过电极引线引出至封闭空间外部，芯片的发光表面设置荧光胶片。但点光源容易产生刺眼的眩光并且LED点光源的荧光粉直接与LED芯片及基板相接触，受高温影响，荧光粉易老化变色及挥发，而影响发光强度及使用寿命。为解决上述问题，早在2007年4月11日就有人提出了面光源解决方案，如中国专利文献CN1945099公开的LED面光源，其包括LED基板和安装在LED基板上的若干个LED，LED基板上设置一围绕所述LED的荧光粉板支架，所述荧光粉板支架具有一向外开口的内锥型反射面，反射面上具有反光材料，所述荧光粉板支架上安装一覆盖所述LED并与所述LED有一定间隔的荧光粉板，荧光粉板朝向所述LED的一面涂敷荧光粉。荧光粉板采用透光材料制成。LED基板采用导热材料制成；LED基板借助于导热材料固定于壳体上。勤上和邦贝尔的解决方案在一定程度上解决了上述问题，但仍有不足之处。前一方案不足之处是很明显的，荧光层向后散射的光线又聚集回LED芯片中，一方面取光效率不高，另一方面也是引起LED芯片温升的主要因素，芯片工作一段时间后过早地产生光衰。后一方案是一种面光源，但荧光粉与空气接触会产生氧化，取光效率逐渐降低，并且LED未经处理光斑直接打在荧光粉层，光斑严重不均匀，荧光粉激发出光的效率不高，光线不够均匀和柔和。前述二种解决方案均存在取光效率不高的不足。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的不足之处而提供一种高效率的柔性面光源，本发明同时提供一种能够高效取光的柔性光源的取光方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

一种高效率柔性面光源，包括基板，基板正面面设置LED芯片，基板反面连接散热装置，基板的正面还设有反光杯，LED芯片位于反光杯的底面；其特征在于：每个LED芯片还具有一个匀光透镜，LED芯片被匀光透镜包覆；反光杯的顶面还具有一层状出光面，按由外向内的顺序层状出光面包括一散射层、一荧光粉层、一透明隔离层。

高效率柔性面光源，其特征在于：所述基板的正面和所述反光杯的内壁均具有反射层。

高效率柔性面光源，其特征在于：所述反射层是通过真空溅射方式设置的Ag构成的镜面反射层。

高效率柔性面光源，其特征在于：所述反射层是漫反射层。

高效率柔性面光源，其特征在于：所述散射层是散光膜或磨砂玻璃，所述透明隔离层是玻璃、或PET薄膜、或PVC薄膜、或尼龙薄膜。

高效率柔性面光源，其特征在于：各匀光透镜的设置方式为，各匀光透镜之出光在层状出光面均匀叠加，使层状出光面均匀取光。

高效率柔性面光源，其特征在于：所述反光杯的内壁截面为垂直于基板的直线、或与基板具有倾角的直线、或弧线、或抛物线。

本发明的目的还可以通过以下技术方案实现：

一种柔性光源的取光方法，其特征在于LED芯片发出的光线通过以下光路被提取：第一步，LED芯片出光；第二步，第一步产生的光线经过匀光透镜匀光处理，叠加于层状出光面；第三步，光线在层状出光面激发荧光粉层，分化为二部分，第一部分光线转化为高显色性的光线经层状出光面射出被提取利用；第二部分光线向后散射；第四步，第三步所述的第二部分光线经基板表面的反射层或反射杯侧壁的反射层反射回层状出光面被重新利用。

一种柔性光源的取光方法，其特征在于：所述LED芯片有多个，构成一组，一组LED芯片的出光经匀光透镜处理后均匀地叠加于层状出光面。

本发明的高效率柔性面光源，通过匀光透镜对LED芯片出光进行匀光处理，荧光粉层被匀光处理后的光线均匀激发，光源出光更柔和，取光效率更高；荧光粉层向后散射的光线经基板或反光杯侧壁之反射面反射后，又射向荧光粉层得以充分利用，与现有技术相比，提高了取光效率；本发明的高效率柔性面光源荧光粉层设置于散光层和隔离层之间，可以长期工作而不被氧化，与现有技术相比，出光效率相对稳定。本发明的柔性光源的取光方法，用匀光处理后的光线激发荧光粉层，并将荧光粉层反射回的光线通过反射层反射回荧光粉层，与现有技术相比，出光效率高。

附图说明

图1是本发明第一个实施例的示意图。

图2是本发明第一个实施例的一种匀光透镜示意图。

图3是图2所示透镜得到的光斑示意图。

图4是本发明第一个实施例的第二种匀光透镜示意图。

图5是图4所示透镜得到的光斑示意图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明作进一步详述。参考图1，本发明第一个实施例是一种高效率柔性面光源，包括基板108，基板108正面面设置LED芯片101，基板108反面连接散热装置104，基板108的正面还设有反光杯103，LED芯片101位于反光杯103的底面；每个LED芯片101还具有一个匀光透镜102，LED芯片101被匀光透镜102包覆；反光杯103的顶面还具有一层状出光面(105、106、107)，按由外向内的顺序层状出光面(105、106、107)包括一散射层105、一荧光粉层106、一透明隔离层107。本实施例中，所述基板108的正面1081和所述反光杯103的内壁1031均具有反射层，所述反射层是通过真空溅射方式设置Ag构成的镜面反射层，Ag的设置方式也可以采用真空蒸镀。当然，为了减化工艺也可以用电镀或涂敷方式设置其它反光材料，如Cu、Au、Cr、或合金等。本实施例中，所述反射层是镜面反射层，当然，作为本实施例的一个替代方案，也可以采用漫反射层，以强调平面光源出光的均匀度和显色性。本实施例中，所述散射层105是磨砂玻璃，真对具体应用场合的不同，也可以采用散光膜代替磨砂玻璃，本实施例中，所述透明隔离层107是PET薄膜，当然也可以用其它抗氧化隔离材料代替。本实施例中，LED芯片101有多个，构成一组LED阵列，每个LED芯片101均具有一个匀光透镜102，各匀光透镜102的设置方式为，各匀光透镜102之出光在层状出光面均匀叠加，使层状出光面均匀取光。本实施例中，所述反光杯103的内壁1031截面为弧线，作为本实施例的替代方案，也可以采用垂直于基板的直线、或与基板具有倾角的直线、或抛物线代替。

本实施例中，所述LED芯片可以是蓝光LED芯片，其出光未经过荧光粉转换，就通过匀光透镜封装出射。匀光透镜一方面通过更高折射率介质材料提高芯片的光提取效率，另一方面将芯片发出的光线进行二次配光，和反光杯一起将芯片发出的蓝光在出光口形成均匀的照度分布，再激发荧光粉，有利于形成柔和的面发光光源。通过均匀照度分布的蓝光激发荧光粉，其目的是由荧光粉激发出均匀亮度的黄光，从而在出光口获得色度照度均匀的平面光源。反光杯使用高反射率的反射面，是将荧光粉层激发的向后散射的光线重新利用出射。荧光粉经过激发以后，会有一半以上被散射的蓝光和激发黄光会向后散射，而不能射出光系统。通过高反射率的反射面，可以将这部分光线进行重新利用，从而增加光出射度。荧光粉层上表面由一层磨砂玻璃或散射膜覆盖，下面一层夹一层荧光粉，其目的在于既将荧光粉与空气隔离防止荧光粉的吸潮气，又通过上面磨砂面增加亮度均匀度。粗糙的上表面出光面反而有助于提高荧光粉激发的黄色光线的出射几率提高光提取效率，而不会像没有荧光粉涂敷情况下大大降低光提取效率。这样，该方案可以获得光效很高的均匀出光面光源。匀光透镜是具有均光功能的透镜，可以将LED的光线均匀打散开，从而保证在荧光粉层的位置形成均匀照度分布。本实施例的透镜将芯片包覆住，其作用如下：保护芯片，提高LED的寿命和可靠性，使用胶体(树脂胶或硅胶)将芯片包覆，可以避免芯片直接裸露，不仅将芯片和空气隔离避免氧化等化学反应，又可以避免被震动、撞击等影响芯片焊接线，有助于提高LED的性能可靠性和使用寿命；提高光提取效率，由于LED芯片折射率高达2.4以上，从LED芯片到空气的出光立体角有限，致使大量光线不能从LED芯片表面出射。使用透镜封装LED芯片可以提高从LED芯片中提取光子的效率。经过折射率1.5的树脂材料封装的LED芯片光提取效率会增加50％以上。这些光线经过合理的透镜曲面设计之后，大部分能从透镜中出射。本发明使用的透镜是具有匀光功能的特殊设计的透镜，其作用是将LED芯片发出的光线均匀扩展到接收屏幕某一范围内；使用蓝光LED芯片和荧光粉隔离的技术获得均匀柔性面光源，其关键是要让蓝光在目标平面上形成均匀照度的能量分布，从而激发出均匀的黄光。现有技术中，LED芯片/透镜不具有匀光功能，发出的光强分布呈现中间亮两边暗的“琅勃分布”。这样排列成阵列后，如果LED间距相对距离平面的距离稍大，就会造成在目标平面上的照度分布不均匀。使用本发明的匀光透镜的LED阵列发出的光线在屏幕叠加，可以将LED芯片发出的光线均匀扩展到较大角度范围内，有效补充了距离LED法线方向角度较大的位置的能量。这样即使LED间距较大，在屏幕位置仍然能形成照度均匀性很高的能量分布。因此，本发明可以有效扩展LED排布间距，同时减小荧光粉涂敷位置与LED的距离，这样既提高了该发明的应用范围，又减小了光源体积。本发明中使用的匀光透镜有两种优选设计：一种是可以形成圆形光斑的匀光透镜，结构示意图如图2所示，其得到的光斑如图3所示；另外一种是可以形成近似正方形的矩形光斑的均光透镜，其结构示意图如图4所示，得到的光斑如图5所示。

本发明的第二个实施例是一种柔性光源的取光方法，本发明的第一个实施例即是实现该取光方法的一种优选装置。本实施例中，LED芯片发出的光线通过以下光路被提取：

第一步，LED芯片出光；

第二步，第一步产生的光线经过匀光透镜匀光处理，叠加于层状出光面；

第三步，光线在层状出光面激发荧光粉层，分化为二部分，第一部分光线转化为高显色性的光线经层状出光面射出被提取利用；第二部分光线向后散射；

第四步，第三步所述的第二部分光线经基板表面的反射层或反射杯侧壁的反射层反射回层状出光面被重新利用。

本实施例中，所述LED芯片有多个，构成一组LED阵列，一组LED芯片的出光经匀光透镜处理后均匀地叠加于层状出光面。

Claims (9)

1.一种高效率柔性面光源，包括基板，基板正面面设置LED芯片，基板反面连接散热装置，基板的正面还设有反光杯，LED芯片位于反光杯的底面；其特征在于：

每个LED芯片还具有一个匀光透镜，LED芯片被匀光透镜包覆；

反光杯的顶面还具有一层状出光面，按由外向内的顺序层状出光面包括一散射层、一荧光粉层、一透明隔离层。

2.根据权利要求1所述的高效率柔性面光源，其特征在于：所述基板的正面和所述反光杯的内壁均具有反射层。

3.根据权利要求2所述的高效率柔性面光源，其特征在于：所述反射层是通过真空溅射方式设置的Ag构成的镜面反射层。

4.根据权利要求2所述的高效率柔性面光源，其特征在于：所述反射层是漫反射层。

5.根据权利要求1所述的高效率柔性面光源，其特征在于：所述散射层是散光膜或磨砂玻璃，所述透明隔离层是玻璃、或PET薄膜、或PVC薄膜、或尼龙薄膜。

6.根据权利要求1所述的高效率柔性面光源，其特征在于：各匀光透镜的设置方式为，各匀光透镜之出光在层状出光面叠加，使层状出光面均匀取光。

7.根据权利要求1所述的高效率柔性面光源，其特征在于：所述反光杯的内壁截面为垂直于基板的直线、或与基板具有倾角的直线、或弧线、或抛物线。

8.一种柔性光源的取光方法，其特征在于LED芯片发出的光线通过以下光路被提取：

第一步，LED芯片出光；

第二步，第一步产生的光线经过匀光透镜匀光处理，叠加于层状出光面；

第三步，光线在层状出光面激发荧光粉层，分化为二部分，第一部分光线转化为高显色性的光线经层状出光面射出被提取利用；第二部分光线向后散射；

第四步，第三步所述的第二部分光线经基板表面的反射层或反射杯侧壁的反射层反射回层状出光面被重新利用。

9.根据权利要求1所述的一种柔性光源的取光方法，其特征在于：所述LED芯片有多个，构成一组，一组LED芯片的出光经匀光透镜处理后均匀地叠加于层状出光面。

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