CN108627908A - 模组化导光板 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种模组化导光板，包含导光板和反射片，导光板包含侧壁、上表面和下表面，所述导光板的侧壁用于入光，将LED发出的光线耦合进入导光板内部，所述反射片设置于导光板的下表面下方，所述反射片的上表面对LED发出的光线具有高反射率，所述导光板的下表面设置有凸起的网点，所述网点之间有空气气隙，所述网点上端部与导光板的下表面粘合，所述网点的下端部与反射片的上表面粘合，所述网点主体材料为透明光学材料，所述网点内均匀分散有光学颗粒，具有取光效率高、生产简便的优点。

Description

模组化导光板
技术领域
本发明属于半导体照明领域，具体涉及一种模组化导光板。
背景技术
LED面板灯是半导体照明领域的创新产品，可以替代传统的格栅灯，具有节能、环保、无眩光、长寿命、外观美观等显著优势。LED面板灯的主要工作原理，与液晶电视的LED背光源相类似，LED安装在导光板的侧面，光线从导光板侧壁入射，然后在导光板内借助全反射原理向前传播，光线在向前传播过程中遇到导光板表面的微结构破坏全反射时，部分光线就会改变传播方向，从导光板的上下表面出射，为了更有效地利用光线，需要在导光板的下表面设置反射片，将从下表面出射的光线反射回导光板上表面方向。因此，反射片与导光板是LED面板灯的核心部件。LED面板灯的主要技术发展趋势为薄型化、组装简单等。如何将反射片与导光板的功能进行整合，形成一体化的模组，是LED面板灯领域的重要课题。
中国专利CN201510923952.5公开了一种光源模组，其包括一导光板、至少一个发光元件、一反射片以及多个间隙单元。导光板具有一第一表面、一相对于第一表面的第二表面、连接第一表面与第二表面的一入光面以及多个光学微结构。发光元件位于入光面旁。反射片经由一黏着胶体贴附于第二表面上。间隙单元配置于导光板与反射片之间，且这些间隙单元的尺寸大于等于1微米。黏着胶体包括一第一黏着胶体以及一第二黏着胶体。第一黏着胶体位于这些间隙单元与导光板之间，且第二黏着胶体位于这些间隙单元与反射片之间，间隙单元透明。其缺点在于，第一黏着胶体和第二黏着胶体会形成光波导层，造成两方面的光线损失：(1)原本应该在导光板内传播的光线会被导入第一黏着胶体层内，并经过透明间隙单元导入至第二黏着胶体层内，然后上述光线在第一黏着胶体层或第二黏着胶体层内以全反射形式向前传播，无法从导光板正面出射；(2)从导光板的下表面出射的光线，斜向入射进入第一黏着胶体层或第二黏着胶体层后，会在其中以全反射形式向前传播，无法从导光板正面出射。此外，间隙单元对应位置的光线向下表面泄露损失会造成从导光板正面看该位置形成暗影，面板灯整体光学品质变差。美国专利US20120320628公开了一种在导光板侧壁用透明胶层粘结反射片或者光学元件，从而在发射片与导光板出光侧壁之间设置低折射率透明层或者空气层，保障光在侧壁的全反射效果。其缺点同样在于，透明胶层会形成光波导效应，将原本应该在导光板内传播的光线传导至透明胶层，并在其内部以全反射形式向前传播，无法从导光板正面出射，造成光效损失。鉴于此，有必要提供一种取光效率高、生产简便的模组化导光板方案，实现反射片与导光板的功能整合。
发明内容
本发明针对上述现有技术存在的问题做出改进，即本发明所要解决的技术问题是提供一种模组化导光板。
为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是：一种模组化导光板，包含导光板和反射片，导光板包含侧壁、上表面和下表面，所述导光板的侧壁用于入光将LED发出的光线耦合进入导光板内部，所述反射片设置于导光板的下表面下方，所述反射片的上表面对LED发出的光线具有高反射率，所述导光板的下表面设置有凸起的网点，所述网点之间有空气气隙，所述网点上端部与导光板的下表面粘合，所述网点的下端部与反射片的上表面粘合，所述网点主体材料为透明光学材料，所述网点内均匀分散有光学颗粒。
模组化导光板的作用在于，将LED光源发出的光线，传导至模组化导光板上表面均匀出射，从而实现均匀的面光源。作为光源的LED，可以是点光源，也可以是长条形状的面光源。
点光源形式的LED，其某一个侧面发射光线，与该侧面相邻或者相对的另一个侧面设置有焊接引脚，发射光线的侧面为平面。由于导光板的侧面具有一定的长度，需要使用多颗点光源LED组合成一个光源模组，使得导光板的整个入光侧壁都有光线能够耦合入射。所述光源模组由点光源LED和线路板组成，所述线路板表面设置有焊盘，点光源LED的焊接引脚焊接在线路板的焊盘上。所述线路板的非焊盘区域设置有光反射层，对LED发出的光线具有高的反射率，避免光线被吸收造成损失。
所述线路板上需要设置有定位安装结构，通常是定位螺丝孔，用于实现线路板安装固定。所述线路板需要具有导热的能力，将LED发出的热量传导出去，避免LED温度太高。光源模组上的多颗LED呈等间距排列。
长条形状的面光源LED，发光区域和焊接引脚设置于同一个面上的不同区域。长条形状的面光源是采用COB(Chip-on-Board)封装形式将多颗蓝光GaN LED芯片封装在同一光源的LED光源。
光源LED发出的光线为白光，在CIE1931的色坐标图上，其白光光谱对应的色坐标点位于黑体轨迹上，色温在1900K至10000K之间。光源LED发出的白光，显色指数Ra大于60。
导光板采用对LED所发出光线具有高透光率的光学高分子树脂材料，例如PMMA、PC、PET、有机硅等高分子树脂材料。这些材料的折射率都在1.4以上，大于空气的折射率(空气的折射率＝1.0)，光线在导光板内部传播时，会在导光板内表面发生全发射现象。
LED发出的光线，有一定空间指向分布，通常的光束角为120度，因此，LED发出的光线会以不同的角度从导光板的侧壁进入导光板内部。与导光板侧壁法线方向有一定夹角的光线都会斜向前传播，并以一定的入射角度到达导光板的上表面或者下表面，入射角度小于临界角度的光线会从表面出射，入射角度大于临界角度的光线发生全反射返回导光板内部。
网点的作用在于，破坏导光板下表面局部区域的全发射，将入射至导光板下表面网点位置的光线向导光板的上表面方向进行漫反射，使得这部分光线改变传播方向，从导光板上表面出射。网点以一定的阵列排布在导光板的下表面。
网点由主体材料和光学颗粒组成，光学颗粒均匀分散在主体材料内部，每个网点内的额光学颗粒数量在100颗以上，并且光学颗粒之间相互没有接触。主体材料固化之前为透明的光学胶水，具有触变流动性，从而使得网点可以经由印刷工艺印刷在导光板表面，并与导光板表面粘结实现位置固定，并利用液体的表面张力获得具有一定高度的立体形状。固化后的主体材料对导光板和反射片都有很高的粘结力。网点固化后，光学颗粒就被固定包覆在主体材料内部。
光学颗粒对LED发出的光线具有高的发射率，光线射入网点后，会在网点内的光学颗粒表面发生反射，改变传播方向；部分光线会在网点内的光学颗粒表面发生多次反射。从不同角度入射到网点的光线，被反射返回导光板内的方向不确定，从而使得网点对于入射光线起到具有漫反射的效果。原本在导光板下表面要进行全发射的光线，如果入射到了网点位置，全发射就会被破坏。
从导光板下表面非网点区域出射的光线，会被发射片的上表面反射，返回导光板内部；或者进入临近区域的网点内经受漫反射，并最终返回导光板内部。不会再导光板的下表面形成光波导效应，从而避免了不必要的光能浪费。
所述光学颗粒为高反射率的二氧化钛颗粒或者硫酸钡颗粒。
所述网点主体材料为环氧树脂或者硅胶。
所述网点呈半球形。
所述网点通过丝网印刷工艺印刷在导光板的下表面，在网点的树脂固化之前将反射片覆盖在网点上，并控制反射片上表面与导光板下表面之间的间隙恒定，然后通过烘干实现网点树脂的固化，从而实现网点两端分别与导光板和反射片粘合。
所述光学颗粒的粒径小于300纳米，优选小于150纳米，更优选为50～100纳米之间。
所述网点的高度不大于网点的直径。
所述网点的热膨胀系数与反射片的热膨胀系数相等。
优选的，所述导光板的上表面设置有凸起的扩散网点，用于实现上表面出射光线的均匀化，防止眩光，同时防止划伤和指纹印。
优选的，所述导光板的上表面设置有内凹的扩散网点，用于实现上表面出射光线的均匀化，防止眩光，同时防止划伤和指纹印。
一种模组化导光板，包含导光板和反射片，导光板包含侧壁、上表面和下表面，所述导光板的侧壁用于入光将LED发出的光线耦合进入导光板内部，所述反射片设置于导光板的下表面下方，所述反射片的上表面对LED发出的光线具有高反射率，所述导光板的下表面设置有内凹的网点，反射片粘结在导光板的下表面。
所述网点是通过热压工艺实现，在导光板板材热塑挤出成型加工过程中，板材未完全固化前，通过滚轮在导光板的下表面压出内凹的网点。
导光板采用对LED所发出光线具有高透光率的光学高分子树脂材料，具有热塑性，成型工艺主要包括热熔、挤出和冷却等步骤。在挤出后，未冷却成型前，导光板的高分子树脂材料依然有流动性，采用带有均匀分布凸点的滚轮压入其下表面，同时对导光板进行冷却，滚轮拔出后，实现在导光板的下表面留下内凹的网点。滚轮凸点的表面经化学蚀刻形成颗粒状粗糙纹理，从而使得导光板内凹网点的表面具有雾面效果，对光线具有漫反射作用。
反射片的上表面设置有一层透明的粘结层，该透明粘结层将反射片上表面与导光板下表面的非网点区域进行粘结，从而实现反射片与导光板的固定组合。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：导光板的光线能够有效地被反射回导光板上表面进行出射，LED面板灯整灯尺寸更薄，整灯组装更便利。
下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细的说明。
附图说明
图1为本发明实施例1的示意图。
图2为本发明实施例2的示意图。
图3为本发明实施例3的示意图。
具体实施方式
实施例一：请参考图1，一种模组化导光板，包含导光板1和反射片3，导光板1包含侧壁、上表面和下表面，所述导光板1的侧壁用于入光将LED 2发出的光线耦合进入导光板1内部，所述反射片3设置于导光板1的下表面下方，所述反射片3的上表面对LED 2发出的光线具有高反射率，所述导光板1的下表面设置有凸起的网点5，所述网点5上端部与导光板1的下表面粘合，所述网点5的下端部与反射片3的上表面粘合，所述网点5主体材料为透明光学材料，所述网点5内均匀分散有光学颗粒6，所述网点5之间有空气气隙4。
所述光学颗粒6为高反射率的二氧化钛颗粒或者硫酸钡颗粒。
所述网点5主体材料为环氧树脂或者硅胶。
所述网点5呈半球形。
所述网点5通过丝网印刷工艺印刷在导光板1的下表面，在网点5的树脂固化之前将反射片3覆盖在网点上，并控制反射片3上表面与导光板1下表面之间的间隙恒定，然后通过烘干实现网点5树脂的固化，从而实现网点5两端分别与导光板1和反射片3粘合。
所述光学颗粒6的粒径150纳米。
所述网点5的高度不大于网点5的直径。
所述网点5的热膨胀系数与反射片3的热膨胀系数相等。
实施例二：请参考图2，一种模组化导光板，包含导光板1和反射片3，导光板1包含侧壁、上表面和下表面，所述导光板1的侧壁用于入光将LED 2发出的光线耦合进入导光板1内部，所述反射片3设置于导光板1的下表面下方，所述反射片3的上表面对LED 2发出的光线具有高反射率，所述导光板1的下表面设置有凸起的网点5，所述网点5上端部与导光板1的下表面粘合，所述网点5的下端部与反射片3的上表面粘合，所述网点5主体材料为透明光学材料，所述网点5内均匀分散有光学颗粒6，所述网点5之间有空气气隙4。
所述光学颗粒6为高反射率的二氧化钛颗粒或者硫酸钡颗粒。
所述网点5主体材料为环氧树脂或者硅胶。
所述网点5呈半球形。
所述网点5通过丝网印刷工艺印刷在导光板1的下表面，在网点5的树脂固化之前将反射片3覆盖在网点上，并控制反射片3上表面与导光板1下表面之间的间隙恒定，然后通过烘干实现网点5树脂的固化，从而实现网点5两端分别与导光板1和反射片3粘合。
所述光学颗粒6的粒径100纳米。
所述网点5的高度不大于网点5的直径。
所述网点5的热膨胀系数与反射片3的热膨胀系数相等。
所述导光板1的上表面设置有凸起的扩散网点7，用于实现上表面出射光线的均匀化，防止眩光，同时防止划伤和指纹印。
实施例三：请参考图3，一种模组化导光板，包含导光板1和反射片3，导光板1包含侧壁、上表面和下表面，所述导光板1的侧壁用于入光将LED 2发出的光线耦合进入导光板1内部，所述反射片3设置于导光板1的下表面下方，所述反射片3的上表面对LED 2发出的光线具有高反射率，所述导光板1的下表面设置有凸起的网点5，所述网点5上端部与导光板1的下表面粘合，所述网点5的下端部与反射片3的上表面粘合，所述网点5主体材料为透明光学材料，所述网点5内均匀分散有光学颗粒6，所述网点5之间有空气气隙4。
所述光学颗粒6为高反射率的二氧化钛颗粒或者硫酸钡颗粒。
所述网点5主体材料为环氧树脂或者硅胶。
所述网点5呈半球形。
所述网点5通过丝网印刷工艺印刷在导光板1的下表面，在网点5的树脂固化之前将反射片3覆盖在网点上，并控制反射片3上表面与导光板1下表面之间的间隙恒定，然后通过烘干实现网点5树脂的固化，从而实现网点5两端分别与导光板1和反射片3粘合。
所述光学颗粒6的粒径50纳米。
所述网点5的高度不大于网点5的直径。
所述网点5的热膨胀系数与反射片3的热膨胀系数相等。
所述导光板1的上表面设置有内凹的扩散网点8，用于实现上表面出射光线的均匀化，防止眩光，同时防止划伤和指纹印。
实施例四：一种模组化导光板，包含导光板和反射片，导光板包含侧壁、上表面和下表面，所述导光板的侧壁用于入光将LED发出的光线耦合进入导光板内部，所述反射片设置于导光板的下表面下方，所述反射片的上表面对LED发出的光线具有高反射率，所述导光板的下表面设置有内凹的网点，反射片粘结在导光板的下表面。
所述网点是通过热压工艺实现，在导光板板材热塑挤出成型加工过程中，板材未完全固化前，通过滚轮在导光板的下表面压出内凹的网点。
导光板采用对LED所发出光线具有高透光率的光学高分子树脂材料，具有热塑性，成型工艺主要包括热熔、挤出和冷却等步骤。在挤出后，未冷却成型前，导光板的高分子树脂材料依然有流动性，通过滚轮在导光板的下表面压出内凹的网点。滚轮带有均匀分布凸点，滚轮压入导光板下表面，同时对导光板进行冷却，滚轮拔出后，实现在导光板的下表面留下内凹的网点。滚轮凸点的表面经化学蚀刻形成颗粒状粗糙纹理，从而使得导光板内凹网点的表面具有雾面效果，对光线具有漫反射作用。
反射片的上表面设置有一层透明的粘结层，该透明粘结层将反射片上表面与导光板下表面的非网点区域进行粘结，从而实现反射片与导光板的固定组合。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims (10)

1.一种模组化导光板，包含导光板和反射片，导光板包含侧壁、上表面和下表面，所述导光板的侧壁用于入光，将LED发出的光线耦合进入导光板内部，所述反射片设置于导光板的下表面下方，所述反射片的上表面对LED发出的光线具有高反射率，其特征在于：所述导光板的下表面设置有凸起的网点，所述网点之间有空气气隙，所述网点上端部与导光板的下表面粘合，所述网点的下端部与反射片的上表面粘合，所述网点主体材料为透明光学材料，所述网点内均匀分散有光学颗粒。
2.根据权利要求1所述的模组化导光板，其特征在于：所述光学颗粒为高反射率的二氧化钛颗粒或者硫酸钡颗粒。
3.根据权利要求1所述的模组化导光板，其特征在于：所述网点主体材料为环氧树脂或者硅胶，所述网点呈半球形。
4.根据权利要求1至3任一权利要求所述的模组化导光板，其特征在于：所述网点通过丝网印刷工艺印刷在导光板的下表面，在网点的树脂固化之前将反射片覆盖在网点上，并控制反射片上表面与导光板下表面之间的间隙恒定，然后通过烘干实现网点树脂的固化，从而实现网点两端分别与导光板和反射片粘合。
5.根据权利要求1至4任一权利要求所述的模组化导光板，其特征在于：所述光学颗粒的粒径小于100纳米，所述网点的高度不大于网点的直径。
6.根据权利要求1至5任一权利要求所述的模组化导光板，其特征在于：所述网点的热膨胀系数与反射片的热膨胀系数相等。
7.根据权利要求1至6任一权利要求所述的模组化导光板，其特征在于：所述导光板的上表面设置有凸起的扩散网点。
8.根据权利要求1至6任一权利要求所述的模组化导光板，其特征在于：所述导光板的上表面设置有内凹的扩散网点。
9.一种模组化导光板，包含导光板和反射片，导光板包含侧壁、上表面和下表面，所述导光板的侧壁用于入光，将LED发出的光线耦合进入导光板内部，所述反射片设置于导光板的下表面下方，所述反射片的上表面对LED发出的光线具有高反射率，其特征在于：所述导光板的下表面设置有内凹的网点，反射片粘结在导光板的下表面。反射片的上表面设置有一层透明的粘结层，该透明粘结层将反射片上表面与导光板下表面的非网点区域进行粘结，从而实现反射片与导光板的固定组合。
10.根据权利要求9所述的模组化导光板，其特征在于：所述网点是通过热压工艺实现，在导光板板材热塑挤出成型加工过程中，板材未完全固化前，通过滚轮在导光板的下表面压出内凹的网点。滚轮带有均匀分布凸点，滚轮压入导光板下表面，同时对导光板进行冷却，滚轮拔出后，实现在导光板的下表面留下内凹的网点。滚轮凸点的表面经化学蚀刻形成颗粒状粗糙纹理，从而使得导光板内凹网点的表面具有雾面效果，对光线具有漫反射作用。
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