一种led黑板灯的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及用于黑板照明的LED灯具装置，尤其涉及一种能实现聚光与偏光照明效果的LED黑板灯。
【背景技术】
[0002]黑板在教学过程中必不可少，在光线不佳的条件下，黑板照明用于提供良好的视觉环境，保证教师和学生在黑板上的书写与阅读。高质量的黑板照明要保证垂直面的照度合理，均匀度高，安放位置合适，并且不产生不舒适的眩光。多数教室并无专用于黑板照明的灯具，支架灯使用较为广泛，常见的问题包括:照度不够、亮度均匀性较差、反射眩光严重、能量利用率低，照明效果难以达到相关标准要求。
[0003]CN200710049769公开了一种双反射器的黑板灯，整个灯体包括两只荧光灯和两个抛物面反射器，光源的照射角度不同，两个反射器分别与黑板呈一定角度，负责照明黑板的不同区域。
[0004]CN201120205735公开了一种黑板灯，条形灯具在曲面反光槽的作用下，出光方向得到调整，照明装置投射到反光槽的光线被反射至黑板上，并令光线以由近到远的规律递减，达到改善黑板照度均匀度的作用。该实用新型要求的光源为日光灯管或者360°发光的LED灯管，光源的选择上具有局限性，同时曲面设计精细，设计难度较大且容余度较低。
[0005]CN201484750 U公开了一种格栅黑板灯，在灯管一侧布有反光板，灯罩开口部分由格栅板，用以提高光源的聚性、黑板面的照度以及照度均匀度，该使用新型也是针对灯管进行光学设计。
【实用新型内容】
[0006]本实用新型提供了一种高光效、低眩光、高均匀度的LED黑板灯。通过光学透镜对LED进行二次光学设计，实现符合黑板照明要求的配光，配合以反光纸进一步提高LED光效。
[0007]本实用新型提出的LED黑板灯，包括:玻璃面罩1、光学透镜2、反射纸3、铝质灯体外框4、PCB线路板5和LED光源6，其中:铝质灯体外框4内部设有凹槽结构，所述凹槽结构用于固定PCB线路板5与玻璃面罩1，所述LED光源6焊接于PCB线路板5上，光学透镜2罩于LED光源6上方；所述反射纸贴于PCB线路板5上方，且位于铝质灯体外框4凹槽结构的侧壁；所述光学透镜2为自由曲面透镜，包括内腔和外腔，所述内腔为旋转对称结构，包括与底面呈斜面的内腔侧壁，以及位于两个内腔侧壁之间的向下突出的内腔上曲面；所述外腔的出射面为旋转对称的自由曲面结构；LED光源6上的LED光源的出光口对准内腔上曲面，内腔上曲面覆盖了大部分LED光源光线聚集的角度，内腔侧壁采用磨砂结构；所述光学透镜的外腔采用自由曲面结构，内腔上曲面的出射口对准外腔上曲面。
[0008]本实用新型中，所述LED光源位于光学透镜内腔底面的中心位置，光学透镜内腔底面中心与光学透镜外腔底面中心不重合。
[0009]本实用新型中，所述光学透镜内腔侧壁采用磨砂面或光滑面。
[0010]本实用新型中，所述外腔上曲面的下部分202采用磨砂面。
[0011]本实用新型所述的光学透镜，通过针对性的光学设计，实现聚光偏光为一体的出光效果。针对现有技术，光学设计对象从整根灯管转变为单颗LED光源，设计过程更加灵活。将LED光源焊接在PCB线路板上，根据实际的照度需求，灵活选择LED光源的数目，同时光学透镜罩于LED光源上方，PCB线路板上方侧壁贴有反射纸，用于光学透镜侧面出射光线的二次校准。玻璃面罩位于整个光学系统之外，用于透光及保护灯内光学结构。
[0012]在本实用新型中，所述光学透镜采用特殊的内外腔曲面设计，对LED光源的光线进行二次配光设计。其中，透镜的内腔即光线入射面分为上曲面以及侧面，由LED的类朗伯发光形式，内腔上曲面覆盖了大部分LED光线聚集的角度，对这些主要光线进行初步的会聚处理。内腔侧壁采用磨砂结构，减小从透镜侧壁出射向大角度发散的光线。透镜的外曲面采用特殊的自由曲面设计，对经过内腔折射后的光线进行进一步分配，出射后的光线可以达到10° -20°的聚光效果。光学透镜的内腔与外腔的底面中心并不重合，以这种形式实现最后的偏光效果。
[0013]进一步的，所述反射纸位于PCB线路板上方的侧壁上，用于调整透镜侧面出射的大角度光线。
【附图说明】
[0014]图1为LED黑板灯的整灯结构图；
[0015]图2为光学透镜2的剖面图，其中外腔上曲面的下部分202与内腔侧壁205部分，在一些实施例中做磨砂处理。
[0016]图3为LED经过光学透镜后的光强分布。
[0017]图4为LED经过光学透镜与反射纸之后的剖面图。
[0018]图5为整灯的配光曲线。
[0019]图中标号:I为玻璃面罩，2为光学透镜，3为侧壁的反射纸，4为销质外框，5为PCB线路板，6为LED光源，201为外腔上曲面，202为外腔上曲面的下部分，203为光学透镜的底面，204为内腔上曲面，205为内腔侧壁。
【具体实施方式】
[0020]以下结合实例对本实用新型做详细说明，在此本实用新型的示意图以及说明用来解释本实用新型，但并不作为对本实用新型的限定。在阅读了本实用新型说明的照明装置后，对本实用新型进行改动，这些等价形式同样在本权利要求书说限定的范围之内。
[0021]实施例1:如图本实用新型公开的一种具有偏光设计的条形LED黑板灯，图1所示其结构包括玻璃面罩1、光学透镜2、反射纸3、铝质灯体外框4、PCB线路板5和LED光源6。铝质灯体外框4内部设有凹槽结构，用于固定PCB线路板5与玻璃面罩I ;LED光源6焊接于PCB线路板5上，光学透镜2为自由曲面透镜，罩在LED光源6上；反射纸3贴在PCB线路板5上方，且位于铝质灯体外框4内部凹槽结构的侧壁。
[0022]本实用新型所述的光学透镜的内腔为旋转对称结构，结构原理在于，根据LED的类朗伯发光原理，图2所示内腔上曲面202会聚LED光源光线大部分光线，使其射向光学透镜的外腔上曲面201，通过该特殊的光学设计，将光线聚集到灯具的正前方，实现聚光效果。内腔侧壁205使用磨砂处理，改变剩余的LED光源光线的入射方向。该光学透镜的外腔为自由出射曲面，对光线进行进一步会聚处理，实现光照的会聚效果。该外腔上曲面的设计遵循边缘光线原理，可根据需要，微调曲面的结构，从而改变单颗LED光源的会聚角度，将出光角度控制在10° -20°范围内。其中外腔上曲面的下部分202也可以做磨砂处理，改变光学透镜侧面的出射光线，减小侧面光线的损失。该光学透镜的内腔底面与外腔的-底面中心不重合，以实现一定程度的偏角。
[0023]每个LED光源光源经过所述的光学透镜，将光源发射的光进行约束引导，照射到指定的区域。单个光学系统可以实现10° -20°范围内的聚光效果。除聚光功能外，该光学透镜还带有偏光设计。当灯具以一定的倾角安装时，灯具的出光面与垂直的黑板面之间不再平行，在黑板上的光强分布也会因倾角发生改变。本实用新型中，在灯具层面上先行实现偏光设计，LED通过单颗光学透镜的光强分布如图3所示，光线斜照射至黑板面上实现较高均匀度，此为本实用新型的核心。
[0024]本实用新型所述的反射纸对透镜侧面出射的光线有进一步的会聚作用，如图4所示，可以减小侧面光线的损失。此外采用了铝质材料的灯体，配合以透光率好的玻璃面罩。本实用新型的LED黑板灯安装在距离黑板一定水平位置的上方，灯具选择适当的倾角，其独特的聚光及偏光设计，最终整灯的配光曲线如图5所示，提高光能利用率的同时，在灯具存在一定倾角的情况下保证了黑板面上的照度均匀性。
【主权项】
1.一种LED黑板灯，包括:玻璃面罩⑴、光学透镜(2)、反射纸(3)、铝质灯体外框⑷、PCB线路板(5)和LED光源(6)，其特征在于:铝质灯体外框⑷内部设有凹槽结构，所述凹槽结构用于固定PCB线路板(5)与玻璃面罩(I)，所述LED光源(6)焊接于PCB线路板(5)上，光学透镜(2)罩于LED光源(6)上方；所述反射纸贴于PCB线路板(5)上方，且位于铝质灯体外框⑷凹槽结构的侧壁；所述光学透镜⑵为自由曲面透镜，包括内腔和外腔，所述内腔为旋转对称结构，包括与底面呈斜面的内腔侧壁，以及位于两个内腔侧壁之间的向下突出的内腔上曲面；所述外腔的出射面为旋转对称的自由曲面结构；LED光源(6)的出光口对准内腔上曲面，内腔上曲面覆盖了 LED光源光线聚集的角度，内腔侧壁采用磨砂结构；所述光学透镜的外腔采用自由曲面结构，内腔上曲面的出射口对准外腔上曲面。
2.根据权利要求1所述的LED黑板灯，其特征在于所述LED光源位于光学透镜内腔底面的中心位置，光学透镜内腔底面中心与光学透镜外腔底面中心不重合。
3.根据权利要求1所述的LED黑板灯，其特征在于所述光学透镜内腔侧壁(205)采用磨砂面或光滑面。
4.根据权利要求1所述的LED黑板灯，其特征在于所述外腔上曲面的下部分(202)采用磨砂面。
【专利摘要】本实用新型公开一种LED黑板灯，其结构包括铝质外框架、LED光源、PCB线路板、光学透镜、反射纸、玻璃面罩。铝质外框内部设有凹槽，用于固定铝基板和玻璃面罩，LED光源焊接在PCB线路板上，所述光学透镜安装PCB线路板上，罩于LED光源上方，铝基板上方有反射纸贴于框架侧壁，玻璃外罩位于整个光学系统外并封住外框架。本实用新型提供了一种带偏光设计的LED黑板灯，针对黑板与灯具的位置特点，通过光学透镜对LED进行二次配光设计，实现聚光和偏光的照明效果，极大提高光能的利用率，同时保持黑板面上较高的均匀度。同时该黑板灯结构简单，具有较高的实用性。
【IPC分类】F21Y101-02, F21S2-00, F21V5-04
【公开号】CN204512999
【申请号】CN201520062726
【发明人】林燕丹, 孙耀杰, 周莉, 董孟迪, 邱婧婧
【申请人】复旦大学
【公开日】2015年7月29日
【申请日】2015年1月29日