CN103234125B - 一种侧入式led曲面板灯结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种侧入式LED曲面板灯结构，包括带铝夹件的侧入式的LED、具有弯曲的凹凸面以及凸点的导光板，铝夹件可以把LED光束从120度压缩到40度；还公开了导光板曲率半径与厚度的关系式，在导光板设定凸点是根据光线追迹的结果，并且使用小角度的光线的在远处设点，大角度的光线在近处设点的方法而设定，确保光强分布的均匀以及光能量的最大程度的利用。

Description

一种侧入式LED曲面板灯结构

技术领域

本发明涉及LED发光面板技术，具体涉及一种侧入式LED曲面板灯的结构。

背景技术

LED具有体积小，低压直流，绿色环保，寿命长，显色性高等优点，在照明领域有着广宽的应用前景。近年来，LED固体灯照明相关技术得到了快速发展，特别是面板灯具，因为发光面积大，光线柔和，没有刺眼的眩光，正在迅速代替白炽灯在室内照明的应用。

面板灯需要LED模块作为光源，从LED光源导入方式上分，有直下式和侧入式两种，直下式面板灯从出光面板的弯曲程度又分有平面板灯和曲面板灯，直下式的平面板灯的俯视图如图1所示，外面看到的东西只有2铝板外壳和平的出光面板1。由于是直下式的，灯具比较厚，侧边看如图2所示，4为铝板外壳，3为出光面板。曲面板灯的出光面板是弯曲的，如图3弯曲面板灯剖面图所示，5是灯具铝基板，所有灯具零件均挂在上面，同时也可为灯具反光以及散热用，6为焊在铝基板上的LED灯珠，7是光束发散的空间，8半反射半透射的乳白灯罩，LED灯珠光束发散光斑充满整个灯罩，外面看不到里面的灯珠，看到的是灯罩发光体。直下式面板灯，不管是平板灯还是曲面灯，结构都比较简单，均匀地把LED灯珠焊接在铝基板上，铝基板连接电源，经过一定空间，到灯罩之前，一颗LED灯珠的光束光斑扩散到邻近LED灯珠的光束光斑上，再经过半反半透灯罩面板出射。

侧入式平板灯要比直下式平板灯薄得多，只需能装配各部件的厚度即可。侧入式平板灯的俯视图跟直下式平板灯是一样的，如图1所示，而侧视图则不一样，薄了许多，如图4所示，10是铝框架，用来安装平板灯各部件的，9是光出射面板。其结构分解如图5所示，其中，11是铝基板，可用于散热，12是反射纸，可以紧贴前面的导光板，13是铝框架，用于安装各个部件，14是导光板，平板灯的核心，灯的亮度及均匀性，主要看它的结构，15是散光板，是把从导光板反射上来的光线进一步均匀扩散，16是部分反射部分透射的出射灯罩，17是从侧面发射光束进入导光板的LED灯珠。

面板灯发射的光线方向主要是垂直于板面以及偏离垂直角度不大的方向，当角度稍大之后，照度将会迅速降低。上面说的平板灯，不管是直下式还是侧入式的，因为出光是平板，照明面积不会很大，如30×60cm的20W平板灯，一般只能对5平米面积空间做到有效照明；而直下式曲面灯，由于光束光斑扩散需要一定的空间，使得给与安装LED的面积很有限，往往是只能满足平面直下地安装LED，使得只能满足小面积内达到照明的要求。因此，目前的面板灯，它的工作方式以及几何结构决定着，获得有效照明的面积不大。

发明内容

本发明致力于克服现有面板灯技术中存在上述缺点与不足，本发明的目的在于提供一种侧入式LED曲面板灯的结构，通过此方法设计的曲面板灯可以对大面积空间进行有效照明。

实现本发明目的所采用的技术方案为：一种侧入式LED曲面板灯结构，包括底板、LED发光元件和导光板，LED发光元件具有多个并设于底板上，导光板覆于LED发光元件上方；导光板为曲形面板的结构；导光板具有覆于LED发光元件上方的侧边，LED发光元件发出的光从导光板的侧边射入导光板内；所述导光板的表面设有凸点。

优先的，所述导光板的凸面上设有凸点，凸面上的凸点朝向导光板外突出。

优先的，所述导光板的凹面上设有凸点，凹面上的凸点朝向导光板内突入。

优先的，所述凸点为半个亚克力球的结构，其直径为d；所述LED发光元件射入导光板侧边的光束角度为β，该光束的上边缘光线和下边缘光线打在导光板之间的弧线长度为L；对应入射角度间隔相等的n条光线，每条光线对应设一个凸点，其中n=L/d；入射角度相对较小的光线对应的凸点设在远处，入射角度相对较大的光线所对应的凸点设在近处。其中，远、近为相对而言。

优先的，所述LED发光元件倾斜安装于基板上；所述导光板的侧边与LED发光元件垂直光耦合。

优先的，所述导光板的凹、凸面上单位面积内的凸点数量之和相等。即指：导光板凹面上单位面积内的凸点数量相等，且，凸面上单位面积内凸点数量相等。

是在导光板各处单位面积内，凹面上凸点数量加上凸面上凸点数量之和，相等。（凹面上单位面积内的凸点数量不一定相等，只要满足凹面凸点数加上凸面凸点数，在各处单位面积内相等即可）

优先的，所述导光板具有均匀的厚度，以及一致的曲率半径；导光板的曲率半径r≥2.35H，其中H是导光板的厚度。

优先的，所述导光板的厚度为1.62mm至3mm。

优先的，所述外导光板朝向基板的一面设有反射纸，另一面设有散光板和/或灯罩。

优先的，所述基板上设有压缩光束的夹件，LED发光元件嵌套于夹件内。所述基板优选铝基板，夹件为铝夹件,LED发光元件优选LED灯珠。

优先的，所述夹件压缩光束的角度为20度至40度。

与现有技术相比，本发明具有以下优点和有益效果：

（1）本发明通过带有压缩光束大小的铝夹件使得LED光束在垂直于导光板面方向上压缩到原来的三分之一，提高耦合进导光板的效率。

（2）本发明提供的方法设计的导光板曲率，耦合进入的LED光线完全满足全反射条件，光线在导光板内可无损失地传播，也就是说导光板内的光强可以做到均匀分布。

（3）本发明提供的方法设计的导光板的凸点，是根据光线追迹确定下来的，光能量得到最大程度的利用，密度基本相等的凸点也保证了灯具的均匀出光。

（4）本发明是侧入式弯曲面板发光，灯具结构紧凑，空间尺寸小。

附图说明

图1为现有技术中LED平面灯的俯视图；

图2为现有技术中直下式LED平板灯的立体视图；

图3为现有技术中直下式LED曲面板灯的剖面示图；

图4为现有技术中侧入式LED平面板灯的立体视图；

图5为现有技术中侧入式LED平面板灯的结构分解示意图；

图6为本发明实施例一种侧入式LED半球形曲面灯的剖面示意图；

图7为本发明实施例一种小曲率面板灯的剖面示意图；

图8为本发明实施例中铝夹件的结构示意图；

图9为本发明实施例中导光板的光线全反射路线示意图；

图10为本发明实施例中导光板凸点设计的示意图；

图11为本发明实施例中导光板凸点设计的剖面图。

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。

实施例

本发明为一种侧入式LED曲面板灯结构，曲面可以是柱面，也可以是球面等，甚至可以是圆柱面加球面，面型可以根据照明面积、形状而特定设计。

其结构如图6所示，18是铝基板，可安装面板灯其它的零部件在其上面，19是LED灯珠，嵌套在压缩光束铝夹子里面，20是高反射纸，21是透光率很好的亚克力导光板，22是散光板和灯罩，23是全反射的光线。导光板的凹凸面上设计有向内的凸点，光线打到凸点上，光线的全反射条件受到破坏，部分光线透射出去，部分光线进入面板底部，底部的高反射纸或者是高反射膜把光线反射回去，减少光损耗。光线透过导光板，经过外面的散光板和部分反射部分透射的乳白灯罩后，实现均匀出射。

图7是另一种曲率较小的面板灯结构，其与图6的结构基本相同，区别在于发光LED灯珠25为了保证垂直于导光板的光耦合端面，倾斜地安装在铝基板24上。

下面说明本实施例的一种侧入式LED曲面板灯结构的几个关键部件的设计思路。

首先是压缩LED光束角度的铝夹件如图8所示，26为铝夹件的夹片，27为反射斜边，28为安装在夹件上面的LED灯珠，29为导光板。由于LED芯片一般都采用了ITO掩膜，表面颗粒化等技术处理，出射光束的角度大小约为120度。选用型号为3014的SMDLED灯珠，也就是说宽度是1.4毫米，那么铝夹件的底部开口就是1.4毫米，长度视安装几个LED灯珠和LED灯珠之间的间隔而定。夹件的两夹片的夹角为40度，夹片开口上端到开口下端的距离为0.3mm。这样，LED在导光板厚度方向的发光夹角从120度压缩到了40度。

再有就是说明一下导光板的厚度以及曲率的设计，导光板厚度只要大于1.62mm，就可以满足LED光耦合的要求，但是考虑到装配的精度，凸点设计等问题，厚度选择为3mm。

导光板的曲率设计如图9所示，30为弯曲的导光板剖面图，31为只经过导光板的凸面实现全反射的光线，32是经过导光板面凹凸面实现全反射的光线。如果曲率过大，全反射条件将不满足，光线将很快就泄漏出射，这将使得光强分布不均匀。这两种类型的光线的全反射条件是在设计导光板的厚度与曲率的时候必须考虑进去的因素。LED灯珠的120度发散光束是不满足导光板全反射条件的，解决办法是最大程度地压缩LED灯珠光束夹角，本实施例中把LED灯珠的120度光束压缩到40度。为了满足全反射条件，导光板的厚度、曲率还必须控制在一定参数之内，如导光板厚度为3mm的情况下，控制导光板的曲率半径大于7.1mm；如果导光板为4mm，曲率半径必须大于9.4mm；导光板的曲率半径要求r≥2.35H，其中H是导光板的厚度。

最后需要说明的是，导光板的凸点设计：所有的光线都在导光板内无损耗全反射传输，而它们的光锥是各不一样的，不同的光锥经过导光板面位置也不一样。角度为0～arccos(r/r+H)（其中H是导光板的厚度，r是导光板的曲率半径）的入射光锥，均有不经过凹面反射即完成全反射的光线。

如图9的光线31，对于这部分光线，需要在导光板的凸面上设凸点，凸点就是一个直径为1.4mm向外凸出的半个亚克力球。如果打算在凸面的剖面上设n个点，那么每间隔arccos(r/r+H)/n的角度追迹一条光线，每条光线只设一个凸点，光线打到凸面处均可设点。小角度的光线的选择在远处设点，大角度的选择在近处设点。

如果是LED对称侧入光的导光板，导光板中心距离附近就是最远点了。如图10所示，33是导光板，34是凸点。0度角的光线，在光线打在导光板的最远端的位置设点，然后再追迹下一条光线，光线将落在0度角光线前面，即次远端的位置，在上面设点。依次类推，直到把最大角度的光线在LED出光附近设点。

对于角度为0～20度的光线，均在导光板两个面上来回全反射传输的，如图9中的32光线，这部分的光线，可以在导光板的凹面设点来破坏其全反射条件的。凹面设点的方法跟在凸面设点的方法相同，但所设的点是向内凸的直径为1.4mm的半个空气球。

如果打算在凹面的剖面上设m个点，那么每隔20/m的角度追迹一条光线，每条光线只设定一个凸点，小角度的光线选择在远处设点，大角度的选择在近处设点。单位面积上的凹凸面上凸点数之和要求基本相等。导光板剖面的形状如图11所示。

上述为本实施例一种LED弯曲面板灯结构、，但本发明的实施方式并不受所述实施的限制，如弯曲面板的面型可以是柱面也可以是球面或者他们的组合；其作用是用于打散全反射光线，基于该考虑，导光板设置的凸点形状可以是半球也可以是长方体甚至是其他任意形状。其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种侧入式LED曲面板灯结构，包括底板、LED发光元件和导光板，LED发光元件具有多个并设于底板上，导光板覆于LED发光元件上方；其特征在于，导光板为曲形面板的结构；导光板具有覆于LED发光元件上方的侧边，LED发光元件发出的光从导光板的侧边射入导光板内；所述导光板的表面设有凸点；

所述导光板的凸面上设有凸点，凸面上的凸点朝向导光板外突出；

所述导光板的凹面上设有凸点，凹面上的凸点朝向导光板内突入；

所述凸点为半个亚克力球的结构，其直径为d；所述LED发光元件射入导光板侧边的光束角度为β，该光束的上边缘光线和下边缘光线打在导光板之间的弧线长度为L；对应入射角度间隔相等的n条光线，每条光线对应设一个凸点，其中：

$n=\frac{L}{d};$

入射角度相对较小的光线对应的凸点设在远处，入射角度相对较大的光线所对应的凸点设在近处。

2.根据权利要求1所述的侧入式LED曲面板灯结构，其特征在于，所述LED发光元件倾斜安装于基板上；所述导光板的侧边与LED发光元件垂直光耦合。

3.根据权利要求1所述的侧入式LED曲面板灯结构，其特征在于，所述导光板的凹、凸面上单位面积内的凸点数量之和相等。

4.根据权利要求1所述的侧入式LED曲面板灯结构，其特征在于，所述导光板具有均匀的厚度，以及一致的曲率半径；导光板的曲率半径r≥2.35H，其中H是导光板的厚度。

5.根据权利要求1所述的侧入式LED曲面板灯结构，其特征在于，所述导光板的厚度为1.62mm至3mm。

6.根据权利要求1所述的侧入式LED曲面板灯结构，其特征在于，所述导光板朝向基板的一面设有反射纸，另一面设有散光板和/或灯罩。

7.根据权利要求1所述的侧入式LED曲面板灯结构，其特征在于，所述底板上设有压缩光束的夹件，LED发光元件嵌套于夹件内；所述夹件压缩光束的角度为20度至40度。