CN104748021A - 一种led照明装置 - Google Patents

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CN104748021A CN201310750787.9A CN201310750787A CN104748021A CN 104748021 A CN104748021 A CN 104748021A CN 201310750787 A CN201310750787 A CN 201310750787A CN 104748021 A CN104748021 A CN 104748021A
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Abstract

本发明提供一种LED照明装置，包括：至少一个LED光源，导光板。所述导光板有至少一个凹槽，所述凹槽的位置设于所述LED光源的出光口21。其中，所述LED照明装置还具有至少一个反射面。所述至少一个LED光源的出光口21、所述反射面、所述凹槽内壁及所述导光板的表面设置于同一条光路上，从而使本发明所述的LED照明装置的发光效率最大化。采用上述LED照明装置的结构，可以实现无边框、异形、大尺寸、超薄的结构设计。

Description

一种LED照明装置
技术领域
本发明涉及一种灯具，特别是一种LED照明装置。
背景技术
随着LED照明产品的普及，简单的基础照明已经不能满足人们的需求。发光均匀、造型独特、设计感强的超薄LED灯具越来越受到市场的青睐。为实现超薄的LED灯具设计，现有技术通常采用侧发光的方式，将LED侧贴在灯具内部的侧壁上。但这种结构的缺陷之一是灯具的尺寸受到限制，这是因为受限于LED光能量的传播距离，在远离侧壁的位置（例如灯具的中心）照度降低，使用者会观测到暗区，因此无法将灯具的尺寸做大。该技术的缺陷之二在于，LED需要均匀且对称地排布在灯具侧壁，这就限制了灯具的结构也必须为对称的结构，否则无法实现均匀发光，因此该技术无法应用于异形结构的灯具设计。
于是，需要设计一种既能实现均匀发光，又能使灯具尺寸、形状不受限制的LED灯具，以适应市场和用户的需求。
发明内容
为了克服上述技术缺陷，本发明的目的在于提供一种可实现均匀发光的超薄LED灯具。
为了实现上述目的，本发明提供一种LED照明装置，包括：至少一个LED光源，导光板；所述导光板有至少一个凹槽，所述凹槽的位置设于所述LED光源的出光口；其中，所述LED照明装置还具有至少一个反射面；所述至少一个LED光源的出光口、所述反射面、所述凹槽内壁及所述导光板的表面设置于同一条光路上。
本发明所述的LED照明装置，其中，所述反射面是从一组曲面中选出，该组曲面包括，(a)全反射面，(b)有高反射率膜的曲面。
本发明所述的LED照明装置，其中，所述凹槽中还放有透镜，所述透镜的底部与所述LED光源周缘连接固定，所述至少一个反射面设于所述透镜的顶部，为第一反射面，所述LED光源出光口、所述第一反射面、所述凹槽内壁及所述导光板的表面依次设置于同一条光路上。
本发明所述的LED照明装置，其中，所述透镜采用的材料是从一组材料中选出，该组材料为(a)聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)，(b)聚碳酸酯(PC)材质。
本发明所述的LED照明装置，其中，所述导光板顶部设有所述至少一个反射面，所述LED光源出光口、所述凹槽内壁、所述反射面及所述导光板的表面依次设置于同一条光路上。
本发明所述的LED照明装置，其中，所述反射面是全反射面。
本发明所述的LED照明装置，其中，所述第一反射面或所述反射面或所述全反射面为锥形曲面。
本发明所述的LED照明装置，其中，所述锥形曲面的顶点与所述LED光源出光口的距离小于所述锥形曲面的底面与所述LED光源出光口的距离。
本发明所述的LED照明装置，其中，所述锥形曲面的表面从一组处理方式中选出，该组处理方式包括，(a)磨砂处理，(b)镀膜处理。
本发明所述的LED照明装置，其中，所述导光板具有相对的顶面和底面，所述导光板的顶面和/或底面上均匀分布有多个网点。
本发明所述的LED照明装置，其中，所述导光板底面靠近所述LED光源出光口，所述导光板底面上分布有多个网点。
本发明所述的LED照明装置，其中，每一个所述网点均位于从所述LED光源射出的光线经反射后的光路上。
本发明所述的LED照明装置，其中，所述导光板的网点是磨砂网点。
本发明所述的LED照明装置，其中，所述LED照明装置还包括电路板，所述电路板与所述导光板结合，所述LED光源安装在所述电路板上。
本发明所述的LED照明装置，其中，所述LED光源是均匀排布的。
本发明所述的LED照明装置，其中，所述电路板紧贴所述导光板的一面镀有反射膜。
本发明所述的LED照明装置，其中，所述LED光源、所述反射面以及所述凹槽配套设置。
本发明所述的LED照明装置，其中，所述凹槽的结构形状从一组形状中选出，该组形状包括(a)无锥度的圆孔，(b)有锥度的圆孔，(c)阶梯状的开孔。
本发明所述的LED照明装置，其中，所述凹槽的内表面做抛光处理。
本发明所述的LED照明装置，其中，制作所述导光板的材料从一组材料中选出，该组材料为(a)聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)，(b)聚碳酸酯(PC)材质。
本发明所述的LED照明装置，其中，所述LED照明装置还包括一扩散板，所述扩散板设于所述导光板顶面，所述扩散板与所述导光板为分离式结构。
本发明所述的LED照明装置，其中，所述扩散板的材质从一组材质中选出，该组材质为(a)聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)，(b)聚碳酸酯(PC)材质。
本发明所述的LED照明装置，其中，所述扩散板是光滑或磨砂的平板。
本发明所述的LED照明装置，其中，所述扩散板是带有微结构的微棱镜板。
采用上述技术方案后，现有技术中LED照明装置无法在均匀发光的同时做成大尺寸或者异形结构的缺陷能被克服；在采用本发明所述的LED照明装置的结构后，可以实现无边框、异形、大尺寸、超薄的结构设计。
附图说明
图1为本发明LED照明装置的结构示意图；
图2a为本发明LED照明装置中使用的一种透镜的横截面示意图；
图2b为本发明LED照明装置中使用的一种透镜的横截面示意图；
图3a-图3c为本发明LED照明装置中导光板上的凹槽形状横截面示意图；
图4为本发明LED照明装置中的光路示意图及导光板磨砂网点分布示意图；
图5为本发明LED照明装置中导光板上设全反射面的示意图；
图6为本发明LED照明装置异形结构设计的简要示意图，其中导光板及扩散板未示出。
具体实施方式
下面将参考附图并结合具体实施例来详细说明本发明。
如图1、图4和图5所示，本发明提供的一种LED照明装置，其包括若干LED光源2、导光板4及电路板1。LED光源2均匀排布于电路板1上并由电路板1供电。导光板4设置于电路板1的上表面并将LED光源2收容其中。导光板4中具有若干凹槽8，每一凹槽8对应收容一个LED光源2于其内，且凹槽8设置于LED光源2的出光口21，用于接收并耦合从LED光源2出射的光线，使之射入导光板4中。本发明的LED照明装置中还具有至少一个反射面，LED光源2的出光口21、反射面、导光板4的凹槽8的内壁及导光板4的表面设置于同一条光路上。优选地，本发明的LED照明装置中的反射面，可以是全反射面，也可以是具有高反射率膜的表面，以保证高效率的分光。本发明的LED照明装置，能够改变LED光源2射出的光线，把一个个单独发射的点光源的光耦合成均匀柔和发光的面光源。
如图4所示的本发明的一种实施例中，本发明提供的一种LED照明装置，还包括透镜3，放置在导光板4的凹槽8内并组设于电路板1的上表面。该透镜3为侧发光透镜，其顶部设有至少一个反射面，为第一反射面，用于反射从LED光源2出射的光线到导光板4中。于本发明实施例中，该反射面为倒锥形，然而于其他优选实施方式中，也可以为其他形状。该反射面也可以为高反射率的反射面，而非全反射面。上述LED照明装置的内部结构布置为：LED光源2的出光口21、透镜3的反射面、导光板4的凹槽8的内壁及导光板4的表面依次设置于同一条光路上。
该从LED光源2的出光口21向上射出的光线，经由透镜3的反射面反射后，转变为向两侧传输的光线。此时的光线分为两部分，小于60°的光线被透镜3折射，大于60°的光线被透镜3的反射面反射后再经透镜3折射然后进入到导光板4内。当折射光线或反射光线投射到导光板4的凹槽8的内壁时发生光线耦合，射入导光板4中进行光线的均匀散化。导光板4的顶面提供全反射，底面设置若干网点6进行散化光线，让光线均匀。其中，在距离LED光源2近的地方，网点6分布没有距离LED光源2远的地方密集。有多个LED光源2均匀分布时，LED光源2的出射光在导光板4内散化均匀后互相叠加，能够更均匀地出射。以上所述即为本发明所述的LED照明装置带有透镜3的实施例的光路情形。
如图1所示，本发明提供一种LED照明装置，还包括了扩散板5。LED光源2与透镜3成组安装在电路板1上，并且均匀排布，导光板4的底面与电路板1固定连接并且紧密贴合，作为本发明所述灯具的底面。导光板4的凹槽8将透镜3和LED光源2的组合结构罩入于其中。优选地，LED光源2、透镜3以及凹槽8一一对应成套设置，使得所有从LED光源2出射的光线都能经过透镜3和凹槽8的分光和耦合，使点光源产生面光源的效果。在与导光板4有一定距离的位置还设有扩散板5，作为灯具的顶面。其中，透镜3优选一种侧发光透镜，能够大角度地改变光源所发出的光线的光路。
将本发明的LED光源2安装在电路板1上，并且均匀排布，这种组合方式的好处是，可以使灯具的底面通过把光源集成在电路板1上的方法缩小发光源的体积，使得整个灯具的结构形状不受限制。
如图2a和图2b所示的本发明采用的透镜3的结构：
图2a中所示的透镜，在其底部具有接收LED光源2所射出光线的入射面321，顶部具有反射入射光线的至少一个反射面311，侧壁具有透射反射光线和折射入射光线的出光面331，以及使其固定于电路板1上的定位柱34。当LED光源2所射出的光入射至透镜3的入射面321后，一部分光线投射至反射面311，经过反射从出光面331射出透镜，如光路71所示；一部分光线则直接投射至出光面331，经过折射射出透镜，如光路72所示。
图2b中所示的透镜，在其底部具有接收LED光源2所射出光线的入射面322，在其顶部以及与底部相连的侧壁部分分别具有反射入射光线的反射面3121及反射面3122，侧壁具有透射反射光线和折射入射光线出光面332。当LED光源2所射出的光入射至透镜3的入射面322后，一部分光线经过顶部反射面3121进行一次反射，从出光面332射出透镜，如光路73所示；一部分光线依次经过侧壁反射面3122和顶部反射面3121反射后，再从出光面332射出透镜，如光路74所示。
优选地，以上透镜3的两个实施例所采用聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)或者聚碳酸酯(PC)材质的光学透镜。其中，聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)材质的光学透镜，其可见光透过率较高，达到92%，比玻璃的透光度高；而聚碳酸酯(PC)材质的光学透镜，其透光率高、折射率高、抗冲性高、尺寸稳定及易加工成型，无论是之于本发明要求的高效率出光或者是之于本发明较大的需求数量，都是十分有用的。
如图5所示的本发明的另一种实施例中，本发明提供的一种LED照明装置，导光板4的顶部上设有至少一个反射面32，这样布置也能够改变LED光源2射出的光线，把一个个单独发射的点光源的光耦合成均匀柔和发光的面光源。导光板4的凹槽8与导光板4的反射面32进行一一配对设置与导光板4中。上述LED照明装置的内部结构布置为：LED光源2的出光口21、导光板4的凹槽8的内壁、反射面32及导光板4的表面依次设置于同一条光路上。
该从LED光源2的出光口21向上射出的光线，先经由导光板4的凹槽8的内壁耦合后，折射到导光板4中。此时的光线分为两部分，小于60度的光线从凹槽8直接投射到导光板4的顶面，大于60度的光线经过导光板4的反射面32反射后投射到导光板4的顶面或底面。导光板4的顶面提供全反射，底面设置有若干网点6进行散化光线，网点6的设置使得投射到导光板4底面的网点6上的光线均能得到漫反射，使光线均匀散化。多个LED光源2的出射光在导光板4内散化均匀后互相叠加。以上所述即为本发明所述的LED照明装置中一种在导光板4上设置反射面32的实施例的光路情形。优选地，将反射面32制作成全反射面，提高发光效率。
如图5所示的本发明的实施例中，电路板1、LED光源2及扩散板5的布置方式采用如图1所示的布置方式（未在图5中示出）。导光板4的凹槽8将LED光源2罩入于其中。优选地，LED光源2、导光板4中的反射面32以及凹槽8一一对应成套设置，使得所有从LED光源2出射的光线都能经过反射面32和凹槽8的分光和耦合，使点光源产生面光源的效果。
如图1、图4和图5所示的实施例中，优选地，以上所述的反射曲面311、3121以及32为锥形曲面，使得从LED光源2出射的光线经反射后的光能投射到导光板4的任何地方，使本发明的灯具出光更均匀、柔和。
更优选地，锥形曲面311、3121以及32的顶点与LED光源2的出光口21的距离小于其底面与LED光源2的出光口21的距离，保证所有从LED光源2射出的光线能够反射到导光板4中。若顶点与LED光源2的出光口21的距离大于或等于底面与LED光源2的出光口21的距离，会使得一部分反射光线从LED光源2与电路板1之间的缝隙中漏出，造成光能量的损失。
更优选地，锥形曲面311、3121以及32的底面是与导光板4的表面平行的，使得反射光线能高效率地进入导光板4，若该底面与导光板4的表面有一定的角度，则会造成分光不均匀，导致本发明的灯具发光不均匀。
更优选地，以上所述锥形曲面311、3121以及32为圆锥形曲面，使得经其反射的光线能更加准确地投射到导光板4中的漫反射网点6上（如图4和图5所示）。
为了使从图2a、图2b和图5所示的透镜3顶部及导光板4顶面的反射面311、3121及32直接向上出射的光能减少，即防止漏光现象，增加反射面的效率，对图2a、图2b和图5所示的反射曲面可镀膜或做磨砂处理。
图4和图5所示的导光板4的结构示意图以及本发明选用的几种实施例的光路图。在导光板4的顶面和/或底面采用激光打点技术布置均匀分布的多个网点6，可将射入导光板4的光线打散，形成漫反射，再从导光板上表面出射，再经扩散板5的作用使光均匀分布。
优选地，用于漫反射的导光板4的网点6，均匀布置在导光板4的底面（紧贴电路板的一面），网点排布方式及密度可根据不同的发光均匀度要求而改变。于其他优选实施方式中，网点6也可设置在导光板4的顶面。
优选地，每一个导光板4的网点6均分布于每一条进入导光板4的光线的光路上。
优选地，每一个导光板4的网点6都是磨砂网点，使投射到网点6上的光线得以均匀散化，保证照明装置均匀发光。
图3a-3c所示的是上述实施例中所述的导光板4中的凹槽8的结构。由于透镜3的结构形状多种多样，凹槽8就需要根据透镜3的不同结构可设计成如图所示的无锥度的圆孔（图3a）、有一定锥度的圆孔（图3b）或阶梯状的开孔（图3c），使从透镜3出射的光更有效率地进入导光板4。
优选地，在该导光板4的凹槽8的内表面做抛光处理，以提高光线耦合效率。
图1和图4中所示的电路板1，在其紧贴导光板4的表面可镀上反射膜，其中该反射膜具有高反射率，能将从导光板4向其射出的光线反射回到导光板4并最终射出，增加灯具的出光效率，增强灯具亮度，减少了能源损耗。
上述实施例中，制作本发明的导光板4的材料为透明聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)或者聚碳酸酯(PC)材料，其中，聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)材质的导光板，其透过率较高，且没有杂质，使光线传输的效率更高；而聚碳酸酯(PC)材质的导光板，其透光率高、折射率高、抗冲性高、尺寸稳定及易加工成型，尤其是其优良的宽工作温度范围内的机械强度和电绝缘性，使得其在与电路板固定工作时，不会受电路板因发光产生的热量的影响而影响其光学性能。
图1中所示的扩散板5，可使用聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)或者聚碳酸酯(PC)材质的光滑或磨砂平板，也可以是带有微结构的微棱镜板，使得光线经过导光板4的一次均匀分布后，进行均匀再分布，使得灯具的出射光更加均匀、柔和、有效率。
从以上的描述中，可以看出，本发明上述的实施例实现了如下技术效果：通过采用若干个反射面与LED光源组合形成光学器件的方式，将直下式LED光源所射出的光经过反射面的反射后改变光路，经过导光板的全反射和漫反射处理，实现点光源至面光源的转换，使得灯具的光更加均匀、柔和、高效率。采用本发明的LED照明装置，克服了LED灯具无法在均匀发光的同时做成大尺寸或者异形结构的缺陷。如图6所示，在采用本发明所述的LED照明装置的结构后，可以实现无边框、异形、大尺寸、超薄的结构设计。
应当注意的是，本发明的实施例有较佳的实施性，且并非对本发明作任何形式的限制，任何熟悉该领域的技术人员可能利用上述揭示的技术内容变更或修饰为等同的有效实施例，但凡未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何修改或等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (24)

1.一种LED照明装置，包括：
至少一个LED光源，导光板；
所述导光板有至少一个凹槽，所述凹槽的位置设于所述LED光源的出光口；
其特征在于：
所述LED照明装置还具有至少一个反射面；
所述至少一个LED光源的出光口、所述反射面、所述凹槽内壁及所述导光板的表面设置于同一条光路上。
2.如权利要求1所述的LED照明装置，其特征在于：所述反射面是从一组曲面中选出，该组曲面包括，(a)全反射面，(b)有高反射率膜的曲面。
3.如权利要求2所述的LED照明装置，其特征在于：所述凹槽中还放有透镜，所述至少一个反射面设于所述透镜的顶部，为第一反射面，所述LED光源出光口、所述第一反射面、所述凹槽内壁及所述导光板的表面依次设置于同一条光路上。
4.如权利要求3所述的LED照明装置，其特征在于：所述透镜采用的材料是从一组材料中选出，该组材料为(a)聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)，(b)聚碳酸酯(PC)材质。
5.如权利要求2所述的LED照明装置，其特征在于：所述导光板顶部设有所述至少一个反射面，所述LED光源出光口、所述凹槽内壁、所述反射面及所述导光板的表面依次设置于同一条光路上。
6.如权利要求5所述的LED照明装置，其特征在于：所述反射面是全反射面。
7.如权利要求3至6中任一项所述的LED照明装置，其特征在于：所述第一反射面或所述反射面或所述全反射面为锥形曲面。
8.如权利要求7所述的LED照明装置，其特征在于：所述锥形曲面的顶点与所述LED光源出光口的距离小于所述锥形曲面的底面与所述LED光源出光口的距离。
9.如权利要求7所述的LED照明装置，其特征在于：所述锥形曲面的表面从一组处理方式中选出，该组处理方式包括，(a)磨砂处理，(b)镀膜处理。
10.如权利要求1所述的LED照明装置，其特征在于：所述导光板具有相对的顶面和底面，所述导光板的顶面和/或底面上均匀分布有多个网点。
11.如权利要求10所述的LED照明装置，其特征在于：所述导光板底面靠近所述LED光源出光口，所述导光板底面上分布有多个网点。
12.如权利要求10所述的LED照明装置，其特征在于：每一个所述网点均位于从所述LED光源射出的光线经反射后的光路上。
13.如权利要求10所述的LED照明装置，其特征在于：所述导光板的网点是磨砂网点。
14.如权利要求1所述的LED照明装置，其特征在于：所述LED照明装置还包括电路板，所述电路板与所述导光板结合，所述LED光源安装在所述电路板上。
15.如权利要求14所述的LED照明装置，其特征在于：所述LED光源是均匀排布的。
16.如权利要求14所述的LED照明装置，其特征在于：所述电路板紧贴所述导光板的一面镀有反射膜。
17.如权利要求1所述的LED照明装置，其特征在于：所述LED光源、所述反射面以及所述凹槽配套设置。
18.如权利要求1所述的LED照明装置，其特征在于：所述凹槽的结构形状从一组形状中选出，该组形状包括(a)无锥度的圆孔，(b)有锥度的圆孔，(c)阶梯状的开孔。
19.如权利要求1所述的LED照明装置，其特征在于：所述凹槽的内表面做抛光处理。
20.如权利要求1所述的LED照明装置，其特征在于：制作所述导光板的材料从一组材料中选出，该组材料为(a)聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)，(b)聚碳酸酯(PC)材质。
21.如权利要求1所述的LED照明装置，其特征在于：所述LED照明装置还包括一扩散板，所述扩散板设于所述导光板顶面，所述扩散板与所述导光板为分离式结构。
22.如权利要求21所述的LED照明装置，其特征在于：所述扩散板的材质从一组材质中选出，该组材质为(a)聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)，(b)聚碳酸酯(PC)材质。
23.如权利要求21所述的LED照明装置，其特征在于：所述扩散板是光滑或磨砂的平板。
24.如权利要求21所述的LED照明装置，其特征在于：所述扩散板是带有微结构的微棱镜板。
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