CN203880439U - 具有多层微结构光学薄膜的led照明装置 - Google Patents

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Abstract

本实用新型提供了一种具有多层微结构光学薄膜的LED照明装置,包含:外壳(1),设置在外壳(1)中的印刷电路板(3),设置在印刷电路板(3)上的至少一个LED芯片(2),与所述至少一个LED芯片(2)电连接的LED驱动电源,以及将LED芯片封在外壳(1)中的罩盖(4),其特征在于,所述LED照明装置还包括设置在所述罩盖(4)的上表面的多层微结构光学薄膜(5),所述多层微结构光学薄膜(5)自所述罩盖(4)的上表面顺序堆叠而成,以控制所述LED光源的光学输出达到特定应用场景的照明要求。本实用新型利用各种微结构光学薄膜的合理搭配组合和堆叠,能够对LED光源的集中光学输出进行任意调节,在满足各种照明光分布需求的同时也有效地改善了眩光情况。

Description

具有多层微结构光学薄膜的LED照明装置
技术领域
本实用新型涉及LED照明装置,尤其涉及具有多层微结构光学薄膜的LED照明装置。
背景技术
半导体光电二极管(LED,Light Emitting Diode),作为一种节能环保的新型光源,越来越广泛地应用于通用照明环境。现有的照明应用LED,具有普通照明所需的亮度、效率、使用寿命、色温以及白点稳定性。因此,绝大多数普通照明应用设计中都采用这类LED,包括路面、停车区以及室内方向照明。在这些应用中,由于无需维护(LED的使用寿命比传统灯泡的要长得多)且能耗低,所以基于LED的照明装置降低了总体拥有成本(TCO)。照明级LED具有至少50,000小时的高效、方向性照明。利用照明级LED的优点设计的照明系统功效超过所有白炽灯和卤素灯具,寿命延长了5到50倍,降低了对环境的影响,不含汞、电站污染小、垃圾处理费用低。从而,LED照明装置正受到越来越广泛的应用。
为了适应各种环境的不同照明需求,LED照明装置中需要利用二次或者多次光学控制器件改变其光学输出以满足不同应用场景的照明需求。例如,路灯由于灯杆间距大而对光学透镜或光学反射器采用大角度照明设计,商场照明因为要凸现商品而对光学透镜或光学反射器采用小角度照明设计,办公环境由于需要柔和均匀的光分布而对光学透镜或光学反射器采用水滴型光学照明设计等。即,不同的光学照明环境需要设计不同形状的光学控制器件。二次或者多次光学控制器件通常是各种光学透镜和光学反射器等。如图1所示的LED照明装置,外壳1中设置印刷电路板3,印刷电路板3上设置至少一个LED芯片2,二次光学控制器件为光学透镜10,位于LED芯片2上方,罩盖4将LED芯片封在外壳1中。
另外,为了适应不同的LED光源(即LED颗粒大小,封装和LED出光特性均有差异),还需要分别设计不同尺寸的光学透镜或光学反射器以与对应的LED光源匹配。因此,当LED光源产生变化后,针对某一种LED设计的二次或者多次光学控制器件无法继续使用,二次或者多次光学控制器件的通用性差,需要重新设计并制造二次或者多次光学控制器件,从而大大提高了LED照明装置的成本,限制了LED的广泛应用。
此外,由于LED光源集中的光学输出导致LED照明装置的表面亮度非常高,使使用者感觉非常刺眼,眩光很强,这也制约了LED的广泛应用。
因此,亟需一种能够适应于不同LED光源及不同应用场景的照明需求、尤其是小角度照明需求并能够克服眩光问题的LED照明装置。
实用新型内容
本实用新型目的在于提供一种具有多层微结构光学薄膜的LED照明装置,其包含:外壳,设置在外壳中的印刷电路板,设置在印刷电路板上的至少一个LED芯片,与所述至少一个LED芯片电连接的LED驱动电源,以及将LED芯片封在外壳中的罩盖,所述LED照明装置还包括设置在所述罩盖的上表面的多层微结构光学薄膜,所述多层微结构光学薄膜自所述罩盖的上表面顺序堆叠而成,以控制所述LED光源的光学输出达到特定应用场景的照明要求。
优选地,其中每层所述微结构光学薄膜的一面具有周期性排列的凸起部,所述凸起部的形状包括半球形,半椭球形,三角锥,梯台,以及由前述形状中的两者或两者以上构成的复合形状,能够根据实际照明需求控制LED光源的光学输出从而实现理想的照明效果。
优选地,所述凸起部(6)的高度与宽度的比例范围为0.1-5。
优选地,所述周期性排列的凸起部(6)的周期长度为1微米-5毫米。
优选地,所述凸起部(6)的高度为1微米-5毫米。
优选地,所述多层微结构光学薄膜的层数为2-5层。
优选地,所述多层微结构光学薄膜包括自所述罩盖的上表面顺序堆叠的第一层以及第二层,所述第一层的所述凸起部为半球形,所述第二层的所述凸起部为梯台。
优选地,所述多层微结构光学薄膜包括自所述罩盖的上表面顺序堆叠的第一层、第二层以及第三层,所述第一层的所述凸起部为半球形,所述第二层和所述第三层的所述凸起部均为梯台。
优选地,所述多层微结构光学薄膜包括自所述罩盖的上表面顺序堆叠的第一层以及第二层,所述第一层和所述第二层的所述凸起部均为梯台。优选地,还包括附接在所述印刷电路板(3)和/或所述外壳(1)的一部分上的反射光学薄膜(7)。
优选地,所述多层微结构光学薄膜包括自所述罩盖(的上表面顺序堆叠的第一层、第二层以及第三层,所述第一层、第二层和第三层的所述凸起部均为梯台。
优选地,所述第二层和/或第三层微结构光学薄膜的凸起部可以为三角锥。
本实用新型通过多层微结构光学薄膜的合理搭配和堆叠,对LED光源的集中光学输出进行调节,实现了多个光学输出,非常方便实用地满足不同照明需求,同时更有效地改善了眩光。
附图说明
图1为现有的LED照明装置的结构示意图;
图2为根据本实用新型实施例的具有多层微结构光学薄膜的LED照明装置的结构示意图,其中,图2(a)为两层微结构光学薄膜堆叠的示意图,图2(b)为三层微结构光学薄膜堆叠的示意图;
图3为光学微结构的各种形状的突起部的立体图;
图4为球形微结构光学薄膜的示意图;
图5为锥形微结构光学薄膜的示意图;
图6为梯台微结构光学薄膜的示意图;
图7为复合形状微结构光学薄膜的示意图;
图8为单层微结构光学薄膜的光学输出分布示意图;
图9为两层微结构光学薄膜的光学输出分布示意图;
图10为三层微结构光学薄膜的光学输出分布示意图。
具体实施方式
结合以下具体实施例和附图,对本实用新型作进一步的详细说明。
图2中,1表示外壳,2表示LED芯片,3表示印刷电路板,4表示罩盖,5表示微结构光学薄膜,6表示凸起部,61表示半球形凸起部,62表示梯台凸起部。
如图2所示,本实用新型具有微结构光学薄膜的LED照明装置包含:外壳1,设置在外壳1中的印刷电路板(PCB)3,设置在印刷电路板3上的至少一个LED芯片2,与LED芯片2电连接以驱动LED芯片发光的LED驱动电源(图未示),以及设置在LED芯片上方的罩盖4和自所述罩盖4的上表面顺序堆叠而成的多层微结构光学薄膜5,以控制LED芯片2的光学输出达到特定应用场景的照明要求。
具体地,外壳1为高散热压铸铝材质,压铸或挤出成型,具备良好的散热性能。PCB板上设置的LED芯片2的数量可以为一个或多个。LED芯片2可以为大功率、中功率或小功率贴片芯片,并且可以采用串联,并联或者串并结合的方式贴片在印刷电路板3上。印刷电路板3与直流驱动电源相配合,驱动LED芯片发光达到照明效果。
本实用新型中每层微结构光学薄膜5的一个表面具有周期性排列的凸起部6,凸起部6的形状如图3所示。图3(a)为半球形,图3(b)为半椭球形,图3(c)为三角锥形,图3(d)为梯台。例如,图4为半球形微结构光学薄膜的示意图;图5为锥形微结构光学薄膜的示意图;图6为梯台微结构光学薄膜的示意图。微结构薄膜5的另一表面为抛光或具有一定的粗糙度。
这里图3-6只示出凸起部的部分较佳实施方式,凸起部6的形状还可以是兼具前述形状的两种或两种以上的复合形状。例如,图7为复合形状微结构光学薄膜的示意图。图7中,图7(a)为该复合形状微结构光学薄膜的正视图;图7(b)为该复合形状光学薄膜的右视图;图7(c)为该复合形状微结构光学薄膜的部分立体图(只示出一排凸起部)。该复合形状是将三角锥的三角形侧面进行斜切,使其矩形侧面形成梯形而构成的。复合形状可以产生非对称的光学分布,以用于更多的照明应用场景。另外,复合形状例如还可以是将半球形或半椭球形削去顶部形成类似梯台的形状。本领域的技术人员可以理解,凸起部6的形状可以包括能够实现本实用新型目的的其它类似形状。
微结构光学薄膜5的较佳的厚度为10微米-5毫米。优选地,厚度为50微米-2毫米;更优选地,厚度为100微米-0.5毫米。低于10微米或高于5毫米,都会使得微结构光学薄膜的制作加工变得很困难。
凸起部6的高度为1微米-5毫米。这个范围之外的微结构光学薄膜的加工会较困难,无法大规模生产。
上述凸起部6的高度与宽度的比例范围为0.1-5。这个范围之外达不到很好的光学控制输出。
周期性排列的凸起部6的周期长度为1微米-5毫米。这里所指的周期排列的长度(即周期长度)表示凸起部沿排列方向的长度与两个相邻凸起部之间的间距的和。这个范围之外的周期长度加工困难,无法大规模生产。
本实用新型中,多层微结构光学薄膜5的层数较佳地为2-5层。另外,为了达到预期的光学输出,多层光学薄膜之间的搭配组合变得尤其重要。因为不同的光学结构会对特定的光学输入产生控光效果,当多层堆叠使用时,合理的组合会产生符合要求的光学输出。相反,不合理的搭配会达到相反的效果。
具体地,图2(a)示出了2层微结构光学薄膜5,其具有自所述罩盖4的上表面顺序堆叠的第一层以及第二层,该第一层的凸起部61为半球形,第二层的凸起部62为梯台。
图2(b)示出了3层微结构光学薄膜5,其具有自所述罩盖4的上表面顺序堆叠的第一层、第二层以及第三层,该第一层的凸起部61为半球形,第二层和第三层的凸起部62均为梯台。
本实用新型通过多层光学薄膜的搭配堆叠,方便地实现了不同光学角度的输出,系统调整简单,实用性高。与一层半球形微结构光学薄膜相比,上述两层及三层的微结构光学薄膜的合理搭配和堆叠可以达到更小的光学输出角度,更适合小角度照明需求。
具体地,一层半球形微结构光学薄膜的光学输出为60度,图2(a)所示的两层(一层半球形+一层梯台)的微结构光学薄膜可以输出45度,图2(b)所示的三层(一层半球形+两层梯台)的光学薄膜可以输出30度。这里,较理想的,半球形的高度为50-500微米,周期长度为50-500微米,高宽比例为0.3-2。
在上述实施例(半球形+梯台)的变形例中,例如在2层微结构光学薄膜中,第二层凸起部62的梯台可以被替换为三角锥,能达到与梯台基本上同样的光学输出角度;例如在3层微结构光学薄膜中,第二层凸起部和/或第三层凸起部62的梯台可以被替换为三角锥,能达到与梯台基本上同样的光学输出角度。
下面结合图8-10来说明本实用新型其它实施例的有益效果。图8为单层微结构光学薄膜的光学输出分布示意图;图9为两层微结构光学薄膜的光学输出分布示意图;图10为三层微结构光学薄膜的光学输出分布示意图。图形中的方形点所在的实线为空间中0-180度剖面的光强分布图,圆形点所在的实线为空间中90-270度剖面的光强分布图。圆环为等光强分布圆环,光强单位是坎德拉(cd)。穿过圆环的射线为等角度线,角度的单位是度(degree)。0度是灯具正下方的位置。
图8中,一层微结构光学薄膜的凸起部采用周期性排列的梯台。根据图8的光学输出分布示意图所示,这种光学分布的角度为45度,适合应用在办公,超市,商场等场景,光线柔和,地面照度非常均匀。这里,较理想的,周期排列的梯台的高度为50-500微米,周期长度为50-500微米,高宽比例为0.2-1.5。
图9中,两层光学薄膜其微结构的凸起部均采用周期性排列的梯台。根据图9的光学输出分布示意图所示,这种光学分布的角度为30度,这种光形适合应用在商业照明等要求更小角度照明的场景。这里,较理想的,周期排列的梯台的高度为50-500微米,周期长度为50-500微米,高宽比例为0.2-1.5。
图10中,三层光学薄膜其微结构的凸起部均采用周期性排列的梯台。根据图10的光学输出分布示意图所示,这种光学分布的角度为25度,这种光形适合应用在角度要求更小的商业照明,广场照明等需要定向照明的应用场景,光可以更集中地投射到工作面,利用系数高。这里,较理想的,周期排列的梯台的高度为50-500微米,周期为50-500微米,高宽比例为0.2-1.5。
可见,本实用新型的照明装置利用多层微结构光学薄膜的合理搭配和堆叠就能满足更小角度的光学输出的需求,从而进一步提高了光学部件的通用性,拓宽了LED的应用范围并降低了LED照明装置的成本。
在上述实施例(2层梯台或3层梯台)的变形例中,例如在2层微结构光学薄膜中,第二层凸起部62的梯台可以被替换为三角锥,能达到与梯台基本上同样的光学输出角度;例如在3层微结构光学薄膜中,第二层凸起部和/或第三层凸起部62的梯台可以被替换为三角锥,能达到与梯台基本上同样的光学输出角度。也就是说,在较佳的实施例中,多层微结构光学薄膜5的远离罩盖4的最上层为梯台或三角锥的凸起部。
本实用新型中,微结构光学薄膜的材料可以是各种光学透明的塑料聚合物材料,并加入添加剂以达到更好的材料特性。塑料聚合物材料包括PET(聚对苯二甲酸乙二酯)、PC(聚碳酸酯)、PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯)、PS(聚苯乙烯)和PEI(聚醚亚酰胺)。还可以在微结构光学薄膜的材料中加入扩散材料以满足不同的光学需求。
本实用新型中,LED照明装置还可以进一步包括其他光学反射膜、反射器、反射涂层和反射腔体等,进一步提高系统的光学效率。例如在印刷电路板3和/或外壳1的一部分上附接反射光学薄膜(未图示)。
本实用新型中的微结构光学薄膜及其照明装置不仅仅适应于LED照明设计,也适用于其他各种光源,如荧光灯,高压钠灯或者其他类似的光学应用。
本实用新型的保护内容不局限于以上实施例。在不背离实用新型构思的精神和范围下,本领域技术人员能够想到的变化和优点都被包括在本实用新型中,并且以所附的权利要求书为保护范围。

Claims (11)

1.具有多层微结构光学薄膜的LED照明装置,包含:外壳(1),设置在外壳(1)中的印刷电路板(3),设置在印刷电路板(3)上的至少一个LED芯片(2),与所述至少一个LED芯片(2)电连接的LED驱动电源,以及将LED芯片封在外壳(1)中的罩盖(4),其特征在于,所述LED照明装置还包括设置在所述罩盖(4)的上表面的多层微结构光学薄膜(5),所述多层微结构光学薄膜(5)自所述罩盖(4)的上表面顺序堆叠而成,以控制LED光源的光学输出达到特定应用场景的照明要求。
2.根据权利要求1所述的具有多层微结构光学薄膜的LED照明装置,其特征在于,每层所述微结构光学薄膜(5)的一面具有周期性排列的凸起部(6),所述凸起部的形状包括半球形,半椭球形,三角锥,梯台,以及兼具前述形状中的两者或两者以上形状的复合形状。
3.根据权利要求2所述的具有多层微结构光学薄膜的LED照明装置,其特征在于,所述凸起部(6)的高度与宽度的比例范围为0.1-5。
4.如权利要求3所述的具有微结构光学薄膜的LED照明装置,其特征在于,所述周期性排列的凸起部(6)的周期长度为1微米-5毫米。
5.根据权利要求4所述的具有多层微结构光学薄膜的LED照明装置,其特征在于,所述凸起部(6)的高度为1微米-5毫米。
6.根据权利要求1-5中任一项所述的具有多层微结构光学薄膜的LED照明装置,其特征在于,所述多层微结构光学薄膜(5)的层数为2-5层。
7.根据权利要求6所述的具有多层微结构光学薄膜的LED照明装置,其特征在于,所述多层微结构光学薄膜(5)包括自所述罩盖(4)的上表面顺序堆叠的第一层以及第二层,所述第一层的所述凸起部(6)为半球形,所述第二层的所述凸起部(6)为梯台。
8.根据权利要求6所述的具有多层微结构光学薄膜的LED照明装置,其特征在于,所述多层微结构光学薄膜(5)包括自所述罩盖(4)的上表面顺序堆叠的第一层、第二层以及第三层,所述第一层的所述凸起部(6)为半球形,所述第二层和所述第三层的所述凸起部(6)均为梯台。
9.根据权利要求6所述的具有多层微结构光学薄膜的LED照明装置,其特征在于,所述多层微结构光学薄膜(5)包括自所述罩盖(4)的上表面顺序堆叠的第一层以及第二层,所述第一层和所述第二层的所述凸起部(6)均为梯台。
10.根据权利要求6所述的具有多层微结构光学薄膜的LED照明装置,其特征在于,所述多层微结构光学薄膜(5)包括自所述罩盖(4)的上表面顺序堆叠的第一层、第二层以及第三层,所述第一层、第二层和第三层的所述凸起部(6)均为梯台。
11.根据权利要求7-10中任一项所述的具有多层微结构光学薄膜的LED照明装置,其特征在于,所述第二层和/或第三层微结构光学薄膜的凸起部可以为三角锥。
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