双面微结构增强型光学薄膜及LED照明装置的制作方法

本实用新型涉及LED照明领域，尤其涉及一种双面微结构增强型光学薄膜及具有该光学薄膜的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双面微结构增强型光学薄膜，其通过齿形结构能够增强光学薄膜刚性，同时减小厚度以及降低成本。

本实用新型的双面微结构增强型光学薄膜，所述微结构光学薄膜的一面具有周期性排列的凸起部，所述凸起部的截面形状为半圆形、半圆形的一部分、半椭圆形、半椭圆形的一部分、三角形、三角形的一部分、梯形或梯形的一部分，其特征在于，所述微结构光学薄膜的另一面具有齿状结构，所述齿状结构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。

优选地，所述三角形为等腰三角形。

优选地，所述齿状结构的截面三角形的底边宽度为所述光学薄膜厚度的0.15～0.4倍。

优选地，所述凸起部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的周期长度为1微米-5毫米。

优选地，所述凸起部的高度为1微米-5毫米。

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，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，其特征在于，其具有根据权利要求1～6中任一项所述的双面微结构增强型光学薄膜，所述光学薄膜设置在所述罩盖的上表面以控制LED光源的光学输出达到特定应用场景的照明要求，所述微结构光学薄膜的具有齿状结构的一面位于所述罩盖的上表面。

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，增加了提高薄膜强度的齿状结构，提高了材料刚度，在相同刚度需求的情况下，可以减少薄膜材料的用量，降低照明装置的成本。

附图说明

图1为本实用新型的双面微结构增强型光学薄膜的截面示意图；

图2为本实用新型的较佳实施例的双面微结构增强型光学薄膜的截面示意图，(a)表示齿状结构顶角为90度的一个实施例，(b)表示齿状结构顶角为60度的另一个实施例。

图3为本实用新型的具有双面微结构增强型光学薄膜的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为本实用新型的双面微结构增强型光学薄膜的截面示意图。如图所示，该微结构光学薄膜的一面具有周期性排列的凸起部10，该凸起部10的截面形状为半圆形。在另外的实施例中，凸起部1的截面形状还可以为半圆形的一部分、半椭圆形、半椭圆形的一部分、三角形、三角形的一部分、梯形或梯形的一部分。

该凸起部10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。该周期性排列的凸起部的周期长度为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。该凸起部的高度为1微米-5毫米。这个范围之外的加工会很困难，无法大规模生产。

该微结构光学薄膜的另一面具有齿状结构20，为多个互相平行的齿条状凸起(或脊状凸起)，每个齿条状凸起20的横截面呈现为三角形，三角形的顶角范围为60度至90度。顶角在该范围之外，薄膜的刚度和稳定性都不甚理想。在较佳的实施例中，顶角的角度为60度或90度。较佳地，顶角所在的两条边的长度相等，即形成等腰三角形。等腰三角形的结构可以进一步提高薄膜整体的刚度和稳定性，同时增加其抗变形和抗蠕变的能力。

该齿状结构20的截面三角形的底边宽度与光学薄膜的厚度有关。所述底边指薄膜平面所在的边。较佳地，该底边宽度为光学薄膜厚度的0.15～0.4倍。低于0.15倍或高于0.4倍，都无法获得较好的薄膜刚度和稳定性。

如图2所示为本实用新型的较佳实施例的双面微结构增强型光学薄膜的截面示意图。图2中(a)表示齿状结构顶角为90度的一个实施例。该齿状结构截面三角形的底边长0.4mm，底边至顶点的高度为0.2mm。

以PC材料为薄膜材料，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，圆周上表面固定。光学薄膜圆板直径600mm，薄膜厚度1.0mm。在重力载荷作用下，可以得到未进行结构增强的薄膜上表面中心点法向位移0.0134mm。

而将上述薄膜材料制作成本实施例的结构增强型微结构光学薄膜，即增加90°齿型结构后，则在相同条件(重力载荷作用)下，中心点法向位移由0.0134mm降低至0.0024mm，表示刚度提高了5倍左右。

图2中(b)表示齿状结构顶角为60度的另一个实施例。该齿状结构截面三角形的底边长0.6mm，底边至顶点的高度为0.5mm。

以PC材料为薄膜材料，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，圆周上表面固定。光学薄膜圆板直径600mm，薄膜厚度1.5mm。在重力载荷作用下，可以得到未进行结构增强的薄膜上表面中心点法向位移0.00863mm。而将上述薄膜材料制作成本实施例的结构增强型微结构光学薄膜，即增加60°齿型结构后，则在相同条件(重力载荷作用)下，中心点法向位移由0.00863mm降低至0.000688mm，同样刚度提高了5倍左右，而材料重量可以节省16.7％。

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材料，在挤出过程中，材料板材的一个表面负载防眩光的微结构，即具有周期性排列的凸起部，另一个表面负载不同角度的齿型结构以便提高材料的刚度。

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。

图3为本实用新型的具有结构增强型微结构光学薄膜的LED照明装置的结构示意图。

图3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表示双面微结构增强型光学薄膜，6表示凸起部，7表示反射光学薄膜，8表示齿状结构。

如图3所示，本实用新型具有双面微结构增强型光学薄膜的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和双面微结构增强型光学薄膜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。双面微结构增强型光学薄膜5的一面具有周期性排列的凸起部6，另一面具有齿状结构8。该微结构光学薄膜的具有齿状结构8的一面位于所述罩盖4的上表面。

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。

LED照明系统可以采用多种对于该微结构光学薄膜的使用方式，这种薄膜可以单张使用，方向在水平方向可以是横向或纵向。这种薄膜也可以和其他光学材料共同使用，例如透明光学薄膜或者光学平板，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。