微结构增强型光学薄膜/板材及LED照明装置的制作方法

本实用新型涉及LED照明领域，尤其涉及一种微结构增强型光学薄膜/板材及具有该光学薄膜/板材的LED照明装置。

背景技术：

LED，半导体光电二极管，作为一种节能环保的新型光源，越来越广泛的应用于通用照明环境。为了适应各种环境的不同照明需求，需要二次或者多次光学控制器件来满足不同的照明需求，例如道路照明，工业照明，办公室照明和商业照明。这种二次或者多次光学器件通常是各种光学透镜和光学反射器。为了适应不同的光学照明环境和不同的LED光源(LED颗粒大小，封装和LED出光特性均有差异)，这种光学透镜或光学反射器的类型会非常多变，通用型非常差，这会增加LED应用的成本，降低LED应用的通用型。另外，LED，因为其集中的光学输出，导致LED产品的表面亮度非常高，使用户感觉非常刺眼，眩光很强，这也会制约LED广泛应用。

因此，申请号为201310121672.3的发明专利提出了一种具有微结构薄膜的LED照明装置，通过新型的光学设计和部件来实现不同LED光源不同应用场景的照明需求，并解决这种眩光的问题。

但是，在达到防眩光的目的的情况下，在光学设计上还需要尽可能地增强薄膜和板材刚性，同时减少材料的使用量，降低LED灯的成本。

技术实现要素：

基于上述问题，本实用新型提出了一种微结构增强型光学薄膜/板材，其通过凹陷结构防眩光的同时能够增强光学薄膜和板材刚性，同时减小薄膜/板材的厚度以及降低成本。

本实用新型提出了一种微结构增强型光学薄膜/板材，所述微结构光学薄膜/板材的一面具有周期性排列的凹陷部，所述凹陷部的形状为半球形、半椭球形、锥形、梯台形、复合形状中的一种或两种以上的形状，所述微结构光学薄膜/板材的凹陷部的边缘形成网状结构，所述微结构光学薄膜/板材的另一面具有齿状结构。

本实用新型还提出了一种LED照明装置，包括：外壳，设置在外壳中的印刷电路板(PCB)，与印刷电路板连接的至少一个LED芯片，与LED芯片电连接以驱动LED芯片发光的LED驱动电源，设置在LED芯片上方的罩盖，和设置于罩盖上表面的微结构增强型光学薄膜/板材，以控制LED芯片的光学输出达到特定应用场景的照明要求。

本实用新型在微结构设计的光学薄膜或光学板材满足照明光分布及有效改善眩光的基础上，提高了材料刚度，在相同刚度需求的情况下，可以减少薄膜和板材材料的用量，降低照明装置的成本。

附图说明

图1为本实用新型的微结构增强型光学薄膜/板材的截面示意图；

图2为本实用新型的凹陷部的形状的示意图。

图3为本实用新型的较佳实施例的凹陷部的截面示意图。

图4为实用新型的具有微结构增强型光学薄膜/板材的LED照明装置的结构示意图。

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1为本实用新型的微结构增强型光学薄膜/板材的截面示意图。如图1所示，该微结构光学薄膜和板材的一面具有周期性排列的凹陷部10，该凹陷部10的截面形状为半圆形(立体形状为半球形)。在另外的实施例中，凹陷部1的形状还可以为半椭圆形、圆锥形、棱锥形、梯台形或复合形状，也可以是上述形状的两者以上。其中，所述锥形包括圆锥形、三棱锥形、四棱锥形、五棱锥形、六棱锥形、七棱锥形和八棱锥形等。所述梯台形为将半球形或半椭球形或锥形削去顶部而成的类似梯台的形状。所述复合形状为下部是锥形上部是球形的形状，或者下部是球形上部是锥形的形状，如图2所示。

该凹陷部10的深度与宽度的比例范围为0.1-5。该周期性排列的凹陷部的周期长度为1微米-5毫米。该凹陷部的深度为1微米-5毫米。这里的深度是指凹陷部的顶点至底面的距离。这里的宽度是指凹陷部底面圆形形状的直径或底面内切圆的直径。当凹陷部为半球形、半椭球形、圆锥形时，底面形状为圆形；当凹陷部为棱锥形时，底面形状为多角形，则凹陷部的宽度为多角形的内切圆的直径。这里所指的周期排列的长度(即周期长度)表示沿排列方向两个相邻凹陷部的中心之间的间距(凹陷部的中心即凹陷部在薄膜或板材平面上的中心)。例如，圆锥形凹陷部的中心即圆锥形底面圆形的中心。

如图3所示为本实用新型的较佳实施例的微结构增强型光学薄膜/板材的截面示意图。图3中(a)表示凹陷部为半球的一个实施例。该半球的底边圆形的直径长0.4mm，底边至顶点的高度为0.2mm。

以PC材料为薄膜和板材材料，弹性模量E均为2300MPa，泊松比为0.3，密度为1200kg/m³。考虑形成圆形的光学薄膜/板材，圆周上表面固定。圆板直径600mm，厚度1.5mm。在重力载荷作用下，可以得到未进行结构增强的薄膜/板材上表面中心点法向位移0.0134mm。

而将上述薄膜/板材材料制作成本实施例的结构增强型微结构光学薄膜/板材，即具有半球形凹陷部后，则在相同条件(重力载荷作用)下，中心点法向位移0.0034mm，表示刚度增加了4倍左右，而材料重量可以节省17％。

图3中(b)表示凹陷部为半椭球的另一个实施例。该半椭球的底边圆形的直径长0.6mm，底边至顶点的高度为0.5mm。将上述薄膜/板材材料制作成本实施例的结构增强型微结构光学薄膜/板材，即增加半椭球凹陷部结构后，则在相同条件(重力载荷作用)下，上表面中心点法向位移0.0022mm。可见，圆板中心的法相位移由0.0134mm降低至0.0022mm。刚度提高了5倍左右，而材料重量可以节省22％。

本实用新型中，可以使用塑料材料的挤出成型工艺制作薄膜/板材材料，在挤出过程中，板材材料的一个表面负载防眩光的微结构，即具有周期性排列的凹陷部，由于凹陷部的边缘11在薄膜/板材表面所在的平面形成了网络状结构，因此可同时提高薄膜/板材材料的刚度。另外，在薄膜/板材的另一面形成齿状结构20。该齿状结构20包括多个互相平行的齿条状凸起，每个齿条状凸起的横截面呈现为三角形，所述三角形的顶角为60度至90度。该齿状结构20可进一步增强薄膜/板材的刚度，以及可进一步节省材料。

本实用新型中，微结构光学薄膜/板材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)、PP(聚丙烯)、PMS(共聚甲基丙烯酸甲酯苯乙烯)和PEI(聚醚亚酰胺)。还可以在微结构光学薄膜和板材的材料中加入扩散材料以满足不同的光学需求。

图4为本实用新型的具有结构增强型微结构光学薄膜/板材的LED照明装置的结构示意图。

图4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表示微结构增强型光学薄膜/板材，6表示凹陷部，7表示反射光学薄膜/板材，8表示齿状结构。

如图4所示，本实用新型具有双面微结构增强型光学薄膜和板材的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，与印刷电路板3电气连接的至少一个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)，设置在LED芯片上方的罩盖4，和微结构增强型光学薄膜/板材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。微结构增强型光学薄膜/板材5的一面具有周期性排列的凹陷部6，另一面具有齿状结构8。

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。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，如图4中的(a)所示，或者设置于外壳1的侧面，如图4中的(b)所示。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。

LED照明系统可以采用多种对于该微结构光学薄膜/板材的使用方式，这种薄膜/板材可以单张使用，方向在水平方向可以是横向或纵向。这种薄膜/板材也可以和其他光学材料共同使用，例如透明光学薄膜/板材或者光学平板，带扩散的光学膜或板材，或者带形状的异性光学材料。

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。

本实用新型中的双面微结构增强型光学薄膜和板材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。