CN109541740B - 高光效圆形导光板及照明装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高光效圆形导光板，涉及光导元件领域，其技术方案要点是，包括透明的板状本体，其上具有第一导光面以及第二导光面，第一导光面和第二导光面之间的轴向距离沿光源入光面至圆心方向逐渐递减；第一导光面或第二导光面上设有沿经线路径的各向异性微结构，各向异性微结构包括为非旋转对称结构的第一导出面和第二导出面，技术效果是，使得光束分为两部分导出。光源布置在导光板的外圈，光束进入板状本体内部，一部分光束经过第二导出面导出，光的导出比例可以基于此进行调整。另一部分则通过第一导出面往导光板的中心处传输或导出，近光端的光束通过条形反射区可以减小在板状本体内部的传输损耗，提高导光板的中心亮度。

Description

高光效圆形导光板及照明装置

技术领域

本发明涉及光导元件领域，特别涉及一种高光效圆形导光板及照明装置。

背景技术

导光板是一种将点光源转化为平面光源的重要光传导介质。

现有的导光板多是设计成大小迥异、距离有别、数量众多的凸网状微粒(或凹微孔)，它将起着对光的散射和折射作用，把沿着平板传导光束散射、折射到平板表面，从而使整块光学导光板发出柔和、均匀的平面光。

导光板的形状样式有很多，包括整体呈矩形面，也有的整体呈圆面的，相应的导光板的形状不同，相应的结构原理也会有差异，公告号为CN204227325U公开了一种新型LED圆形导光板，其包括一透明或者半透明的板状本体，该板状本体的一侧边端面至少设有一LED灯组，所述板状本体表面或在层迭在板状本体上的光学片上形成凹凸V型槽,所述凹凸V型槽为圆形纹，环绕中心点，发射光源，减少光亮的流失。

该导光板为上下平行的板状本体，板状本体带有的凹凸V型呈圆形纹，环绕中心点，发射光源。中心点的光亮程度在光线的传输过程中损耗，圆形纹的导出结构越往圆环中心，导出比例越低，导致了导光板的中心的光导出效率低，中心亮度低，发光不均匀。

发明内容

本发明的目的一是提供一种高光效圆形导光板，其具有控制导光板中心亮度、提高导光板整体出光亮度的优点。

本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：

一种高光效圆形导光板，包括透明的板状本体，所述板状本体具有于轴向两侧方向上的第一导光面以及第二导光面，于圆周外侧的光源入光面，光源布置于圆形导光板的圆周外侧；

所述第一导光面和第二导光面之间的轴向距离沿光源入光面至圆心方向逐渐递减；

所述第一导光面或第二导光面上设有沿经线路径的各向异性微结构，各向异性微结构呈条形设置，所述各向异性微结构包括位于径线前后侧的第一导出面和位于经线左右侧的第二导出面，所述第一导出面之间的间距大于第二导出面之间的间距，使得第一导出面和第二导出面为非旋转对称结构；

所述各向异性微结构的第一导出面控制光源入光面射入的径向光线传导至圆心一端的传导效率，第二导出面控制非径向入射光线从板状本体内导出的导出比率。

进一步设置：所述的第一导出面与第二导出面之间设置为圆弧过渡，呈条形的各向异性微结构的底面与第一导出面和第二导出面均为圆弧过渡。

进一步设置：所述各向异性微结构(9)的条形长度方向与板状本体(1)的径线重合或与径线偏角度设置随机排列。

进一步设置：所述各向异性微结构(9)的条形长度随机排列过规律排列，规律排列时，呈条形的各向异性微结构(9)于沿板状本体(1)第一导光面(11)的圆周上均匀排列且径向长度相等，呈条形的各向异性微结构(9)于同一线条方向于径线上可布置一条或多条。

进一步设置：所述各向异性微结构呈凸起或凹陷设置，每一个各向异性微结构的凹陷深度或凸起高度沿光源入光面至圆心方向逐渐递减。

进一步设置：所述第一导光面或第二导光面上设有沿圆周路径布置的环形微结构，所述环形微结构包括有分别与光源入光面和第一导光面之间形成夹角的第三导出面，该第三导出面相对第一导光面呈倾斜设置，且光源的光束经过光源入光面射入经第三导出面折射导出或反射，多个第三导出面共同控制光源入光面射入的径向光线的导出比率。

进一步设置：所述环形微结构还包括与第三导出面相接的传导面，传导面近第二导光面一侧，且每一个所述传导面与第一导光面之间的轴向距离沿光源入光面至圆心方向逐渐递减，所述传导面任一点的切线与第一导光面形成的夹角小于第三导出面任一点的切线与第一导光面形成的夹角，光源的光束沿光源入光面至圆心方向，于传导面与第一导光面之间传导反射，其中，经传导面反射的光束与第一导光面形成α夹角，该α夹角随光线在传导面上的多次反射而逐渐增大。

进一步设置：所述第一导光面或第二导光面上设有普通微结构，所述普通微结构为旋转对称结构，位于第一导光面或第二导光面上呈凸起或凹陷设置。

进一步设置：所述第一导光面为平面时，第二导光面为凹面；所述第一导光面为凹面时，第二导光面为平面或凸面或凹面；所述第一导光面为凸面时，第二导光面为凹面；所述的凹面和凸面为公式曲面或函数曲面。

本发明的另一目的是提供一种照明装置，其具有控制导光板中心亮度、提高导光板整体出光亮度的优点。

本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：

一种照明装置，带有如上述的高光效圆形导光板。

综上所述，本发明具有以下有益效果： 物体内部存在无限多个对称轴时，任意方向上的性质均相同，在整个介质内部均不具有方向性，这样的性质称为各向同性，传统的光导出结构均为各向同性的结构。因为第一导出面和第二导出面为非旋转对称结构，使得物体内部没有对称轴，整个介质内部的方向性均不同，在条形形状和第一导出面之间的间距大于第二导出面之间的间距的情况下，使得光束分为两部分导出。光源布置在导光板的外圈，光束进入板状本体内部，一部分光束经过第二导出面导出，光的导出比例可以基于此进行调整。另一部分则通过第一导出面往导光板的中心处传输或导出，近光端的光束通过条形反射区可以减小在板状本体内部的传输损耗，提高导光板的中心亮度。

附图说明

图1是现有技术中等厚的圆形导光板的示意图；

图2是现有技术中等厚的圆形导光板的出光量示意图；

图3是本申请的高光效圆形导光板的示意图；

图4是本申请的高光效圆形导光板的俯视图；

图5是本申请的高光效圆形导光板的环形微结构的结构示意图；

图6是本申请的高光效圆形导光板的出光量示意；

图7是本申请的第一种各向异性微结构的结构示意图；

图8是本申请的第二种各向异性微结构的结构示意图；

图9是各向异性微结构的细节放大图；

图10是各向异性微结构的细节示意图；

图11是普通微结构的结构示意图。

图中， 1、板状本体；11、第一导光面；22、第二导光面；4、光源入光面；5、环形微结构；6、第三导出面；7、连接面；8、传导面；9、各向异性微结构；91、第一导出面；92、第二导出面；10、普通微结构。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步详细说明。

第一种优选实施方式：

一种高光效圆形导光板，如图3所示，包括透明的板状本体1，板状本体1的圆周外侧具有光源入光面4，光源布置于圆形导光板的圆周外侧，为板状本体1内部提供光源。板状本体1有于轴向两侧方向上的第一导光面11以及第二导光面22，第一导光面11第一导光面11第一导光面11和第二导光面22之间的轴向距离沿光源入光面4至圆心方向逐渐递减。

第一导光面11或第二导光面22上设有沿圆周路径布置的环形微结构5，因为环形微结构5是微小的结构，为了展示该结构，通过放大图图5作为展示环形微结构5的示意图，图5中的各个部件的大小比例仅供参考。

参考图5，每一个环形微结构5包括两个倾斜设置的第三导出面6，两个第三导出面6的倾斜方向相反，在理想状态下，两个第三导出面6可以相交于一点形成V型结构，如此可以让两个第三导出面6的作用最大。但是因为第三导出面6相交的V型结构在塑料成型时带有黏弹性，故，每一个环形微结构5的两第三导出面6之间还会设置有连接面7，连接面7与两第三导出面6之间构成一个倒梯形形状，上述的连接面7可以是弧面也可以是平面。

环形微结构5还包括与第三导出面6相接的传导面8，传导面8靠近第二导光面22一侧，且每一个传导面8与第一导光面11之间的轴向距离沿光源入光面4至圆心方向逐渐递减，传导面8任一点的切线与第一导光面11形成的夹角小于第三导出面6任一点的切线与第一导光面11形成的夹角。具体的说，传导面8任一点的切线与第一导光面11形成的夹角为0～15°，第三导出面6任一点的切线与第一导光面11形成的夹角为30～60°。上述的传导面8在第二导光面22上连续构成在同一路径上的曲面或球面或阶梯面。

基于上述设置，对圆形导光板的出光光量进行对比分析，如图2所示，图2为图1中现有技术的圆形导光板的布置凹凸V型槽后的出光光量的示意图，圆形导光板的侧边进光，以图2中的截面图为例，光源左侧进光，中部为圆形导光板的圆心位置的出光量，右侧为光源进光位置的最远端。光在导光板的侧向进光后，理论上每侧光源的出光到圆心位置处即可，布置在导光板圆周上的光源刚满足圆形导光板的整体光亮。由于光侧向的穿透性，光源过了圆心后仍有较大部分穿透过圆心位置，该部分的光的反射路径较长，甚至，有一部分的光束直接从另一端射出，不能有效利用导出，光的导出率很低。

如图6所示，传导面6的构成使得第二导光面22成凹陷状，具体的说，圆形导光板的外圈较厚，圆心位置较薄。结合图3，由于导光板的厚度从近光端朝向远光端渐减，光束通过传导面8的反射后，于传导面8与第一导光面11之间传导反射，反射路径变短，光束在导光板内部的传输路径变短，减小了光在导光板内部传输的损耗，提升了光的利用率。又因为传导面8的反射光束与第一导光面11的α夹角逐渐变大，更利于光的导出，提升了光的导出比例且提升了导出效率。最后，根据传导面8构成凹陷状，圆心位置的厚度较薄，光的导出效率与导光板的厚度成反比，圆心位置的厚度越薄，光导出效率越高，将厚度相等的导光板50％的导出效率至少提升至80％以上。

另外，光源的光束经过光源入光面4射入经第三导出面6折射导出或反射，具体的说，参考图5，光束经第三导出面6折射后导出，但仍有少量的光束被反射，由第一导光面11继续反射，第三导出面6对光进行导出，并通过多个第三导出面6共同控制光线的导出比率。

如果将第三导出面6和连接面7做成类似梯形的结构，那么连接面7与第一导光面11之间则为平行关系，在该种状态下，当光线从第一导光面11反射至连接面7上时，由于连接面7与第一导光面11之间不存在夹角，连接面7并不能对光束起到导出作用，所以为了提到光线的导出效率，所以将连接面7做呈圆弧状，连接面7与两个第三导出面6之间也形成圆弧过渡，将微小的连接面7的弧度下，起到了对光束的不规划发散，因为增加了光束的多次反射，更利于光束传导至圆形导光板的圆心位置处，而且，起到了匀光作用。

由于近光源出的光线强度比较大，而远光源处则较弱，传导面8的径向长度随着远离点光源而越来越小。换种说法，即靠近点光源处的第三导出面6排布疏于远离点光源处。如此，能够利用上述第三导出面6的比例与厚度相同的导光板要高的多。再者，因为第三导出面6呈疏密排布基础，将远光端的光束更高效的利用和导出。

进一步的，对于远离点光源处的第三导出面6，其每一个所述环形微结构5的连接面7与第三导出面6最高点之间的距离沿光源入光面4至圆心方向逐渐递增。这样的设计可以保证远光源处的连接面7与第一导光面11之间的距离小，进一步提高了导出效率。更为重要的是，光的反射和折射的次数增加，第三导出面6的利用率增加，提高了导出比例。

如图7所示，第一导光面11或第二导光面22上设有沿经线路径布置的各向异性微结构9，各向异性微结构9呈条形设置，各向异性微结构9的条形长度方向与板状本体1的径线重合或与径线偏角度设置。

各向异性微结构9无论在与板状本体1的径线重合还是与径线偏角度的情况下，可以是随机排列的，也可以是规律排列的。

以与径线重合为例，优选的一种规律组合为：呈条形的各向异性微结构9沿板状本体1的圆周均匀排列且径向长度相等，呈条形的各向异性微结构9于径线上可布置一条。

另一种参考的优选组合是，参考图8，呈条形的各向异性微结构9于板状本体1的圆周上均匀排列且径向长度相等，呈条形的各向异性微结构9于径线上可布置多条，同一径向方向上的相邻异形微结构的间距不宜过大，减小光速的传输损耗。

另外，各向异性微结构9的条形长度也可以是一条与多条的组合排列，排布的于各向异性微结构9需要沿板状本体1的圆周均匀布置，在组合状态下的同一各向异性微结构9仍保持径向长度相等。

因为各向异性微结构9是微小的结构，为了展示该结构，通过放大图图9和图10作为展示各向异性微结构9的示意图，图中的各个部件的大小比例仅供参考。如图9所示，各向异性微结构9包括位于径线前后侧的第一导出面91和位于经线左右侧的第二导出面92，第一导出面91之间的间距大于第二导出面92之间的间距，使得第一导出面91和第二导出面92为非旋转对称结构。

物体内部存在无限多个对称轴时，任意方向上的性质均相同，在整个介质内部均不具有方向性，这样的性质称为各向同性，传统的光导出结构均为各向同性的结构。因为第一导出面91和第二导出面92为非旋转对称结构，使得物体内部没有对称轴，整个介质内部的方向性均不同，在条形形状和第一导出面91之间的间距大于第二导出面92之间的间距的情况下，使得光束分为两部分导出。光源布置在导光板的外圈，光束进入板状本体1内部，一部分光束经过第二导出面92导出，光的导出比例可以基于此进行调整，所以，第二导出面92控制非径向入射光线从板状本体1内导出的导出比率。另一部分则通过第一导出面91往导光板的中心处传输或导出，近光端的光束通过条形反射区可以减小在板状本体1内部的传输损耗，提高导光板的中心亮度。所以，第一导出面91可以控制光源入光面4射入的径向光线传导至圆心一端的传导效率。

第一导光面11第一导光面11第一导光面11和第二导光面22之间的轴向距离沿光源入光面4至圆心方向逐渐递减，在此基础上，在其中任意一导光面增加环形微结构5的组合后，将厚度相等的导光板50％的导出效率至少提升至80％以上。通过增加各向异性微结构9后，光束传导至圆心处的效率更高，并在以上基础上，增加15％的光通量，更节能。

第一导出面91与第二导出面92之间设置为圆弧过渡，呈条形的各向异性微结构9的底面与第一导出面91和第二导出面92均为圆弧过渡。在圆弧过渡的作用下，圆弧面对光束的不规划发散，可将不规则因为增加了光束的多次反射，起到了匀光作用。

如图10所示，各向异性微结构9呈凸起或凹陷设置，每一个各向异性微结构9的凹陷深度或凸起高度沿光源入光面4至圆心方向逐渐递减。以图中呈凹陷设置为例，由于第一导光面11第一导光面11第一导光面11和第二导光面22之间的轴向距离沿光源入光面4至圆心方向逐渐递减，圆形导光板的外侧的较厚，圆心处较薄，各向异性微结构9的条形形状相当于条形槽，该条形槽的槽底可以很好的形成一个供光束传导的通道，该通道的光束传输路径上，尽可能的减少了导光板本体，减少传输损耗。

如图11所示，第一导光面11或第二导光面22上设有普通微结构10，普通微结构10为旋转对称结构，位于第一导光面11或第二导光面22上呈凸起或凹陷设置。普通微结构10相当于球形的凸起或凹槽，通过普通微结构10，将更多的光束进行折射导出或反射回导光板本体内再次传导，提高整体的光亮程度。

上述的各向异性微结构9、环形微结构5和普通微结构10布置在第一导光面11或第二导光面22上组合形式可以是任意组合，第一导光板至少布置各向异性微结构9时，第一导光面11上和第二导光面22上均可以再增加布置环形微结构5和普通微结构10。

因为第一导光面11第一导光面11第一导光面11和第二导光面22之间的轴向距离沿光源入光面4至圆心方向逐渐递减，第一导光面11和第二导光面22的结构形式具有多种，当第一导光面11为平面时，第二导光面22为凹面；第一导光面11为凹面时，第二导光面22为平面或凸面或凹面；第一导光面11为凸面时，第二导光面22为凹面；凹面和凸面为公式曲面或函数曲面。

一种照明装置，带有第一种优选实施方式下的高光效圆形导光板。

上述的实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。

Claims (7)

1.一种高光效圆形导光板，包括透明的板状本体(1)，所述板状本体(1)具有于轴向两侧方向上的第一导光面(11)以及第二导光面(22)，于圆周外侧的光源入光面(4)，光源布置于圆形导光板的圆周外侧；

其特征在于：所述第一导光面(11)和第二导光面(22)之间的轴向距离沿光源入光面(4)至圆心方向逐渐递减；

所述第一导光面(11)或第二导光面(22)上设有沿经线路径布置的各向异性微结构(9)，各向异性微结构(9)呈条形设置，所述各向异性微结构(9)包括位于径线前后侧的第一导出面(91)和位于经线左右侧的第二导出面(92)，所述第一导出面(91)之间的间距大于第二导出面(92)之间的间距，使得第一导出面(91)和第二导出面(92)为非旋转对称结构；所述各向异性微结构(9)的第一导出面(91)控制光源入光面(4)射入的径向光线传导至圆心一端的传导效率，第二导出面(92)控制非径向入射光线从板状本体(1)内导出的导出比率；

所述各向异性微结构(9)的条形长度方向与板状本体(1)的径线重合；

所述各向异性微结构(9)的条形长度规律排列，规律排列时，呈条形的各向异性微结构(9)沿板状本体(1)的圆周均匀排列且径向长度相等，呈条形的各向异性微结构(9)于同一线条方向上可布置一条或多条；

所述各向异性微结构(9)呈凸起或凹陷设置，每一个各向异性微结构(9)的凹陷深度或凸起高度沿光源入光面(4)至圆心方向逐渐递减。

2.根据权利要求1所述的高光效圆形导光板，其特征在于：所述的第一导出面(91)与第二导出面(92)之间设置为圆弧过渡，呈条形的各向异性微结构(9)的底面与第一导出面(91)和第二导出面(92)均为圆弧过渡。

3.根据权利要求1所述的高光效圆形导光板，其特征在于：所述第一导光面(11)或第二导光面(22)上设有沿圆周路径布置的环形微结构(5)，所述环形微结构(5)包括有分别与光源入光面(4)和第一导光面(11)之间形成夹角的第三导出面(6)，该第三导出面(6)相对第一导光面(11)呈倾斜设置，且光源的光束经过光源入光面(4)射入经第三导出面(6)折射导出或反射，多个第三导出面(6)共同控制光源入光面(4)射入的径向光线的导出比率。

4.根据权利要求3所述的高光效圆形导光板，其特征在于：所述环形微结构(5)还包括与第三导出面(6)相接的传导面(8)，传导面(8)近第二导光面(22)一侧，且每一个所述传导面(8)与第一导光面(11)之间的轴向距离沿光源入光面(4)至圆心方向逐渐递减，所述传导面(8)任一点的切线与第一导光面(11)形成的夹角小于第三导出面(6)任一点的切线与第一导光面(11)形成的夹角，光源的光束沿光源入光面(4)至圆心方向，于传导面(8)与第一导光面(11)之间传导反射，其中，经传导面(8)反射的光束与第一导光面(11)形成α夹角，该α夹角随光线在传导面(8)上的多次反射而逐渐增大。

5.根据权利要求1所述的高光效圆形导光板，其特征在于：所述第一导光面(11)或第二导光面(22)上设有普通微结构(10)，所述普通微结构(10)为旋转对称结构，位于第一导光面(11)或第二导光面(22)上呈凸起或凹陷设置。

6.根据权利要求1所述的高光效圆形导光板，其特征在于：所述第一导光面(11)为平面时，第二导光面(22)为凹面；所述第一导光面(11)为凹面时，第二导光面(22)为平面或凸面或凹面；所述第一导光面(11)为凸面时，第二导光面(22)为凹面；所述的凹面和凸面为公式曲面或函数曲面。

7.一种照明装置，其特征在于：带有如权利要求1～6任意一项所述的高光效圆形导光板。