专利名称：覆盖有光学膜层的led面光源发光装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种LED光源，尤其是一种覆盖有光学膜层的LED面光源发光装置与 制作方法，可广泛应用于显示、照明、环保、医疗保健、背光源等与LED面光源相关的各技术 领域。
背景技术：
LED作为点光源发光体产生的直接眩光是一种严重的光污染源，为了克服点光源 发光体产生的直接眩光，各种技术方案的LED面光源逐步进入照明领域。如用添加扩散剂 技术制作的直下式LED面光源，用导光板技术(如用机械雕刻、印刷网点、激光雕刻、特殊导 光板结构)制作的面光源。本人在“一种高照度面光源”(专利授权号200620101666. 7)的 专利中提出的一种面光源也是一种简单的技术方案。正如中国发明专利CN100508222C披露的现在已经出现的基于发光二极管的面 光源器件的能量利用率仍然比较低。一方面是由于发光二极管制造技术本身还在不断发 展，其功率效率(Wall-Plug Efficiency)尚有很大的提升空间；另一方面将发光二极管封 装成实用的面光源器件的二次封装效率(简称二次效率)还比较低，而导光板的导光效率 低是一个重要原因。导光板的导光效率定义为从导光板出光主面出射的总有效光通量占 耦合进入导光板的总光通量的百分比。根据美国的Lumileds Lighting公司技术发布文档 TP^中披露的数据，该公司的一种基于大功率发光二极管的面光源设计的二次效率最好为 50%，其中导光板的导光效率约为60%。导光效率主要决定于导光板的总体结构和散射机制层的散射原理和构造，美国专 利U. S. Pat. No. 5396350中提到传统的导光板的导光效率只有10% -20%。在这份专利和 其他几份专利 U. S. Pat. No. 5461547, U. S. Pat. No. 5359691、U. S. Pat. No. 5854872 中，分别 提出了不同的导光板以及其散射机制层结构，并对导光板出射光的方向性和导光效率做出 了不同程度上的改进。然而，根据学术期刊APPLIED PHYSICS LETTERS上第83期的文献 ((Highly-efficient backlight for liquid crystal display having no optical films)) 现有的导光板的导光效率的最高水平只能够达到60%，其散射机制层为反射微棱镜阵列。 这种导光板的无效出光更少，而且对有效出光的出光角度实现了更好的控制；但是它仍存 在导光效率不高且制作困难、成本高等问题。现有的针对一次光源设计的导光板，都是在导 光板与出射主面相对的主面上排列某种散射机制层，利用光线入射到散射单元改变原有的 反射路径而从出射主面出射。尽管通过优化设计散射机制层和散射单元可以最大化导光效 率，但由于光线不可避免的会从与出射主面相对的主面透射出射而成为无效出射光，因此 其导光效率存在一个原理性的上限而不能达到更高。现在已经出现的基于发光二极管的面 光源装置，比如中国发明专利申请03101472. 0和中国实用新型专利01267387. 0中披露的 面光源结构，其原理也和上述原理相似，因此难以突破上述的原理性导光效率上限。而中国发明专利CN100508222C披露的面光源结构仍存在制作工艺复杂、成本高、 功能单一、性价比低。在显示、照明、环保、医疗保健、背光源等与LED光源相关的各技术领
4域还不能普遍推广使用。本发明针对以上不足，根据几何光学、物理光学的透射、折射、反射原理及新电子 薄膜材料及薄膜制备工艺技术的迅速发展，提出了一种实施方便、能较大幅度的提高照度 及显色性能，制作工艺简单、成本低、性价比高，且还具有环保、杀菌、医疗保健、抗静电、多 功能的覆盖有光学膜层的LED面光源装置与制作方法。
发明内容本发明是通过下述技术方案实施的一种覆盖有光学膜层的LED面光源发光装置，它包含LED点光源1、发光器2、散热 器3，其特征在于所述的发光器2，是指在外表面覆盖有光学膜层的透明实心几何体4 ；实心几何体 4指的是由实体所填充的空间是实的空间的立体物(许超、黄丹编著2002年08月第1版 《立体构成》PlO页)。所述实心几何体4 至少有一个外表面是入射面5，至少有一个外表面是出光面6 ； 入射面5指的是LED点光源1发光体的光线入射到实心几何体4内部的外表面。出光面6 指的是发光器2的光线从实心几何体4内部出射的外表面。所述发光器2的实心几何体4外表面上，至少含有一层亚微米或纳米颗粒的介质 膜材料光学膜层，膜层厚度在91nm-5mm ；所述的LED点光源1固定在散热器3上，与发光器 2的入射面5相匹配。所述光学膜层是指一种固态光学介质厚膜层或功能性光学介质薄膜层；由于任何 光学膜层对光都会产生损失，从而降低了出光面6的发光效率及显示性能。为了减小光学 膜层光的损失，特别是对光的吸收损失，按现有的公知技术已可制作吸收率很小数值的光 学膜层应用在光学器件上，如浙江大学学报(自然科学版)P536页(第23卷第4期1989 年7月，《光热偏转光谱技术检测光学膜层的吸收率及其定标》陈文斌、施柏煊、黄学波)披 露的光学薄膜吸收率的测试结果
权利要求1.一种覆盖有光学膜层的LED面光源发光装置，它包含LED点光源(1)、发光器O)、散 热器(3)，其特征在于所述的发光器O)，是指在外表面覆盖有光学膜层的光学透明实心几何体(4)；所述的实心几何体G)，至少有一个外表面是入射面(5)，至少有一个外表面是出光面(6)；所述发光器O)的实心几何体(4)外表面上，至少含有一层亚微米或纳米颗粒的介质 膜材料光学膜层，膜层厚度在91nm 5mm ；所述的LED点光源(1)固定在散热器C3)上，与发光器O)的入射面( 相匹配。
2.根据权利要求1所述的一种覆盖有光学膜层的LED面光源发光装置，其特征在于 所述的光学膜层是厚度在0. Olmm 5mm的固态光学介质厚膜层。
3.根据权利要求1所述的一种覆盖有光学膜层的LED面光源发光装置，其特征在于 所述的光学膜层是由一层以上的介质光学膜材料组成的功能性光学介质薄膜层。其膜层的 光学厚度为9Inm的奇数倍到195nm的奇数倍。
4.根据权利要求1所述的一种覆盖有光学膜层的LED面光源发光装置，其特征在于 所述的LED点光源(1)中含有365nm 410nm波长的LED芯片，所述的实心几何体的 出光面，覆盖的是膜层厚度在0. Imm 3mm的光触媒膜层(11)，或是膜层的光学厚度为 91. 25nm的奇数倍到102. 5nm的奇数倍的光触媒膜层(11)。
5.根据权利要求1所述的一种覆盖有光学膜层的LED面光源发光装置，其特征在于 所述实心几何体(4)侧入式发光器的出光面，覆盖的是高折射率膜层(9)，所述的高折射率 膜层(9)是膜层厚度在0.01mm 1mm、透光率>90%的光学固态介质厚膜层；或是折射率 大于实心几何体的折射率，膜层光学厚度是U6nm的奇数倍到139nm的奇数倍、透光率> 90%的功能性光学介质薄膜层；或是光学厚度是126nm的奇数倍到139nm的奇数倍、透光率 > 90%的纳米二氧化钛光学膜层。
6.根据权利要求1所述的一种覆盖有光学膜层的LED面光源发光装置，其特征在于 所述实心几何体(4)直下式发光器的出光面，覆盖的是扩散膜层(10)，所述的扩散膜层 (10)是膜层厚度在Imm 5mm、雾度> 80%、扩散率> 0.6、透光率> 80%的固态光学介 质厚膜层或是膜层厚度在0. Imm 3mm的荧光粉固态光学介质厚膜层；或是膜层厚度在 Imm 3mm的二氧化硅或轻质硫酸钡固态光学介质厚膜层。
7.根据权利要求1所述的一种覆盖有光学膜层的LED面光源发光装置，其特征在于 所述的入射面(5)，覆盖的是低折射率膜层(8)，所述的低折射率膜层(8)是折射率小于实 心几何体材料折射率的入射膜，其膜层光学厚度是126nm的奇数倍到139nm的奇数倍；或 是 MgF2、ZrO2、CeF3,膜的光学厚度分别为 126nm 到 139nm、253nm 到 277nm、U6nm 到 139nm 的 三层宽带增透膜。
8.根据权利要求1所述的一种覆盖有光学膜层的LED面光源发光装置，其特征在 于所述的实心几何体的反射面(7)，覆盖的是反射膜(12)，所述的反射膜(12)，是 Zr02+Si02多层反射膜系，其每层膜的光学厚度分别是U6nm的奇数倍到139nm的奇数倍； 或是每层光学厚度均为126nm 139nm的高、低折射率交替的介质材料多层反射膜；或是 棱镜反射膜；或是嵌入在反射面(7)内的反射率大于90%的反射膜片；或是粘贴在反射面 (7)上的反射率大于90%的反射膜片。
9.根据权利要求1所述的一种覆盖有光学膜层的LED面光源发光装置，其特征在于 所述的实心几何体(4)是实心多面体、实心旋转体或相互结合成的异型实心几何体。
10.根据权利要求1所述的一种覆盖有光学膜层的LED面光源发光装置，其特征在于 所述的LED点光源(1)是预制的光源模组或是直接将LED芯片集成绑定在散热器上的LED 线光源或扩展光源。
专利摘要一种覆盖有光学膜层的LED面光源发光装置，它包含LED点光源、发光器、散热器，其特征在于所述的发光器，是指在外表面覆盖有光学膜层的光学透明实心几何体；所述的实心几何体，至少有一个外表面是入射面，至少有一个外表面是出光面；所述的光学膜层是指一种光学固态介质膜层；所述的LED点光源固定在散热器上，与发光器的入射面相匹配。本实用新型覆盖光学膜层后，不仅能克服LED点光源产生的直接眩光，而且由于可以在发光器实心几何体外表面上直接生成光学膜层，极大的提高了面光源的发光强度，发光器导光效率可达到70％以上，而且拓展了LED面光源的功能。随着电子薄膜技术的发展，将会给LED面光源应用产品开拓更多的商机。
文档编号F21S2/00GK201866552SQ201020517689
公开日2011年6月15日 申请日期2010年9月2日 优先权日2010年9月2日
发明者吴明番, 柴永芳 申请人:吴明番