CN201788648U - 新型led背光源灯箱 - Google Patents

Abstract

本实用新型所述的LED背光源灯箱，由灯箱箱体和电源构成，灯箱箱体包括灯箱外框、基板、灯箱盖以及图案层，所述的基板上具有由多个LED发光单元，基板的背面设有热诚，所述的LED发光单元包括LED光源和位于LED光源前方的能够将LED光源固有的朗伯型配光分布改变为圆盘状广角配光分布的透镜。并由这样的LED发光单元构成稀疏阵列对图案层形成均匀照明，从而减少了灯箱发光单元的数量，提高了其寿命可靠性和亮度均匀性，另外当其中一个或多个非相连发光单元失效后，灯箱的图案层的表现效果也不会有影响。

Description

新型LED背光源灯箱 

技术领域

本实用新型涉及一种LED灯箱，特别是一种采用LED光源的广告灯箱或者指示灯箱，属于LED发光技术领域。 

背景技术

目前市场上的灯箱多数以日光灯管作为背光源，但是由于其单位功耗大、照射面不均匀、寿命短，这些弊端直接影响了其市场地位。由于LED的光效不断提高，而且其寿命远超过日光灯管，所以LED背光源灯箱是目前替代日光灯管的最佳选择。 

目前市场上的LED灯箱有两种，一种是以0.06W-0.5W的小功率LED作为照明光源，由于其LED颗数繁多，所以降低了整体灯箱寿命的可靠性，而且成本很高；另一种是以大功率LED作为照明光源，但是由于没有合理的配光设计，所以为了保证灯箱的均匀度而使得LED光源分布的间距过小，导致模块数量增加，降低了灯箱寿命的可靠性，且在图案层前必须加一个有光扩散作用的非透明板材，使得亮度均匀，但是降低了灯箱的系统光利用率，而且提高了灯箱成本。另外，上述两种方案中，当照明光源有一个模块或者多个模块死灯后，在照射表面会较明显的被人眼察觉出有暗区，直接影响了灯箱照明效果。 

常见的LED光源，其光强分布与出光角的余弦成正比，LED光源所发出的光线在被照表面上所形成的照度随出光角的增大而迅速衰减。LED光源可看作是一种180度角度出光的具有朗伯特性的光源，光强分布中心强、周边减弱。如果不对LED光源的特性进行二次光学设计，这样的光强分布很难满足功能照明用途的需求，大量无效光的存在不仅使光能损失大，也大大降低了照明效果。 

发明内容

本实用新型所述的LED背光源灯箱即是针对现有的LED灯箱存在的缺陷，提供一种新型LED背光源灯箱，在灯箱内增设能够将LED光源发出的光线进行二次分配的透镜，这样就大大减少了灯箱中LED光源的数量，使得所述的灯箱具有更低的能耗、更高的亮度均匀性、更高的系统可靠性，而且即使有一个或者多个非相连的发光单元失效，也不易被察觉出。 

所述的新型LED背光源灯箱，通过特殊设计的透镜，将LED光源固有的朗伯型配光分布改变为圆盘状广角配光分布，并由这样的LED发光单元构成稀疏阵列对图案层形成均匀照明。 

具体来说，本实用新型所述的LED背光源灯箱，由灯箱箱体和电源组成，灯箱箱体包括由灯箱背面和四个侧面组成的灯箱外框、位于灯箱箱体内部的基板、灯箱盖以及位于灯箱前面的图案层，其特征在于：所述的基板上具有多个LED发光单元，基板的背面设有热沉，所述的LED发光单元包括LED光源和位于LED光源前方的能够将LED光源固有的朗伯型配光分布改变为圆盘状广角配光分布的透镜，所述的电源和LED光源电连接。 

所述的LED背光源灯箱，其特征在于：所述的LED发光单元可以阵列排布构成LED发光模组。 

所述的LED背光源灯箱，其特征在于：所述的LED发光单元的数目为每平方米35-70个。单元数量越多，节能效果越好，均匀性越好，但成本会相应的增高。 

所述的LED背光源灯箱，其特征在于：所述的透镜为一旋转体，包括有一入射面及一出射面，所述的LED透镜入射面设置有一个凹坑，凹坑内曲面为一个由平滑曲线旋转构成的旋转面，曲面顶部平滑过渡，LED光源设置在凹坑内；所述的出射面为平滑过渡的旋转面，中心为一凹面，凹面向外过渡逐渐凸起后 在边沿向下弯曲。 

所述的透镜高为H，外曲面深度为t，内曲面高度为h，透镜底部直径为D，凹槽的底部直径为d；所述的各个数值关系为：d/2＜h＜d；D/5＜H＜D/2；H/10＜t＜H/4；2d＜D＜5D；所述的内、外曲面轮廓线为离散点拟合而成的3阶以上高次函数曲线。 

所述的LED背光源灯箱，其特征在于：所述的LED光源包括RGB三色光源和白光源。 

所述的LED背光源灯箱，其特征在于：所述的LED光源采用功率在0.3W以上的LED光源。 

所述的LED背光源灯箱，其特征在于：所述的图案层采用不完全透光的材料制成，尤其是透光率小于60％的材料，例如可以是由两层透明PC塑胶中间夹一层透光材料构成。 

所述的LED背光源灯箱，其特征在于：所述的图案层上印有各种图案。 

本发明通过全新的透镜设计，可将LED光源的朗伯配光分布转化成扁平盘状配光分布，使得光线倾向两侧分布，中心光强削弱，边缘光强增强，从而在受照平面形成大角度范围均匀光斑。 

广角配光透镜的设计步骤： 

1)确定经过透镜后的配光曲线； 

2)根据配光分布确定透镜结构：从配光曲线可以看出，透镜需要将中心光强减弱，边缘光强逐步增强，通过光学模拟软件我们可以分析出所需的透镜结构，可以将光线的中心光强减弱，并且逐步增强了大角度方向的光强，此透镜主要光学结构由两条样条曲线构成； 

3)我们将光源的光学模型在光学软件中建模，并且在光学软件中建立极坐标光 强探测器，通过软件不断优化透镜的两条样条曲线不同部位的斜率，使得极坐标光强探测器的极坐标配光曲线符合我们既定的配光曲线； 

4)验证设计：假设透镜离广告板的图案层距离为90mm，则我们在光学软件中设置一个离透镜90mm的照度探测器用于分析其照射面的照度均匀性，用于判断照射平面是否有影响视觉的暗区或者亮点；当然，以上举例只是为了更好的说明该广角配光透镜的设计步骤，事实上，透镜离广告板的图案层的距离根据需要采取不同的距离，并不仅限于90mm。 

采用上述技术方案，本实用新型具有以下优点： 

1)由于本实用新型采用长寿命高光通输出的光源，寿命和节能效果可以大大提高，大功率LED光源在正常使用情况下可以达到50000小时，与树脂封装的小功率LED相比，寿命提高一倍； 

2)本实用新型极大降低了普通灯箱采用的LED颗数，与其他LED灯箱相比，可靠性提高2倍，而且制造成本、安装成本、维护成本也相应降低； 

3)由于特殊的配光设计，在不需要额外的扩散塑料板的情况下，亮度均匀性大大提高，整体均匀性可以达到1.2，并且节约了成本； 

4)当其中一个发光单元或者多个非相邻的发光光源熄灭后，对图案层的亮度均匀性影响甚微，减少了对照明灯箱视觉效果的影响，从而提高了灯箱的可靠性，减少了维护费用。 

附图说明

图1是通常情况下LED光源的朗伯配光分布示意图； 

图2是本实用新型所述的LED背光源灯箱的二次配光效果示意图； 

图3是本实用新型所述的LED背光源灯箱的透镜光路示意图； 

图4是本实用新型所述的LED背光源灯箱的LED发光单元的结构示意图， 其中151为LED光源、152为位于LED光源151前方的能够将LED光源固有的朗伯型配光分布改变为圆盘状广角配光分布的透镜； 

图5是本实用新型所述的LED背光源灯箱的结构示意图，其中11为灯箱外框、12为基板、13为灯箱盖、14为图案层。 

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型所述的LED背光源灯箱进行详细的描述和说明，目的是为了公众更好的理解本实用新型所述的技术方案，而不是对本实用新型所述的技术方案的限制，事实上，在本实用新型所述的技术方案的发明精神之内所作的任何增减、替换和改进都在本实用新型所要求保护的技术方案之内。 

图1是通常情况下，LED光源的朗伯配光分布示意图，由图可见，通常情况下，LED光源所发出的光呈典型的朗伯分布，光强分布中心强、周边减弱。 

如图2所示，本实用新型的核心思想是，通过降低发光单元的中心光强，提高大角度方向的光强，且使得从中心光强到最大光强平滑过渡，从而将LED光源的朗伯配光分布改变为圆盘状广角配光分布，从图中我们可以明确看出中心光强A为峰值光强C的1/10左右；向上半峰值全角B处110°-140°；峰值C全角140°-160°；向下半峰值全角度D处150°-175°。 

图3是本实用新型所述的LED背光源灯箱的透镜光路示意图，由图可知，通过光学软件设计出来的透镜结构，将LED光源的朗伯配光分布改变为圆盘状广角配光分布。 

图4是本实用新型所述的LED背光源灯箱的LED发光单元的结构示意图，能够将LED光源固有的朗伯型配光分布改变为圆盘状广角配光分布的透镜152位于LED光源151的前方，二者组合为一个LED发光单元，透镜152具有两个 曲面，分别是位于外周的较大的曲面1和位于透镜内部较小的曲面2，其中内部的曲面定位于LED光源151，曲面1和曲面2轮廓线为离散点拟合而成的曲线。 

图5为本实用新型所述的LED背光源灯箱的结构示意图，LED发光单元组成模组后与热沉相结合(图中未标出)，固定在基板12上，然后与灯箱外框11固定安装好后，最后图案层14通过灯箱盖13与灯箱外框11固定，接通电源，灯箱工作。 

当图案层14离发光单元的距离H大于3厘米时，人眼看不到LED光源和不均匀的光斑，且光斑直径大于3倍H。所以LED发光单元在灯箱的排布间距可以大于从LED发光单元到被照射面的距离，另外由于LED发光单元照射到图案层的垂直光强相比图案层表面亮度小很多，所以当其中一个发光单元或者多颗非相连的发光单元熄灭后，图案层的均匀性不会有明显的变化，从而让人眼难以察觉。 

Claims (8)

1.一种LED背光源灯箱，由灯箱箱体和电源构成，灯箱箱体包括由灯箱背面和四个侧面组成的灯箱外框、位于灯箱箱体内部的基板、灯箱盖以及位于灯箱前面的图案层，其特征在于：所述的基板上具有多个LED发光单元，基板的背面设有热沉，所述的LED发光单元包括LED光源和位于LED光源前方的能够将LED光源固有的朗伯型配光分布改变为圆盘状广角配光分布的透镜，所述的电源和LED光源电连接。

2.根据权利要求1所述的LED背光源灯箱，其特征在于：所述的LED发光单元可以阵列排布构成LED发光模组。

3.根据权利要求1所述的LED背光源灯箱，其特征在于：所述的LED发光单元的数目为每平方米35-70个。

4.根据权利要求1所述的LED背光源灯箱，其特征在于：所述的透镜为一旋转体，包括有一入射面及一出射面，所述的LED透镜入射面设置有一个凹坑，凹坑内曲面为一个由平滑曲线旋转构成的旋转面，曲面顶部平滑过渡，LED光源设置在凹坑内，所述的出射面为平滑过渡的旋转面，中心为一凹面，凹面向外过渡逐渐凸起后在边沿向下弯曲。

5.根据权利要求1所述的LED背光源灯箱，其特征在于：所述的LED光源包括RGB三色光源和白光源。

6.根据权利要求1所述的LED背光源灯箱，其特征在于：所述的LED光源采用功率在0.3瓦以上的LED光源。

7.根据权利要求1所述的LED背光源灯箱，其特征在于：所述的图案层由不完全透光的材料制成。

8.根据权利要求7所述的LED背光源灯箱，其特征在于：所述的图案层由透光率小于60％的材料制成。 

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