可实现特定照明效果的微型防眩光LED照明系统的制作方法

本发明涉及半导体照明技术领域，具体地，涉及一种组合了曲面反射结构、微棱镜阵列结构和自由曲面透射结构的led照明系统。

背景技术：

与传统光源相较，led在光效、亮度、散热及使用寿命方面等方面具有突出的优点，被广泛应用在照明领域中，是公认的绿色环保光源。随着led的不断发展，led倒装封装新技术正日趋成熟，与传统正装封装技术相比，倒装式封装具有更简化的工艺流程、更大的发光面积和更高效的散热效果等显著的优势。将倒装形式的led芯片和可弯曲的高导热柔性基板结合使用，以满足多样化的led照明设计，如自由曲面照明设计。自由曲面照明设计可以最大化地控制照明系统中光束分布，以有效的实现复杂的照明。目前，led照明设计中仍存在的一些不可忽视问题，如无法满足特定的照明效果、眩光值高、结构不够紧凑、散热效果差等。

技术实现要素：

本发明的目的在于解决上述现有技术中存在的问题，提供一种可实现特定照明效果、防眩光、结构紧凑、散热效果好的led照明系统。

可实现特定照明效果的微型防眩光led照明系统，包括柔性基板上倒装形式的led光源组、镀铝层曲面反射结构、微棱镜阵列结构和可拆卸自由曲面透射结构。光源发出的光经镀铝层曲面反射形成斜入射平行光，光线再经微棱镜阵列结构形成准直的出射光，最后经可拆卸自由曲面透射，在照明面上形成预设的照明光斑。无需直视光源，起到了一定的防眩光的效果。

采用倒装形式的led光源芯片组关于y轴旋转对称，并呈环形均匀分布在柔性基板上，选择45×45mil大小、发散角为120度的大功率芯片。柔性基板呈圆台状，其母线长约1.6mm，与y轴正向呈60度角，散热效果好。

镀铝层曲面反射结构关于y轴旋转对称，光源发出的光经曲面反射结构反射，出射光为平行光，且与y轴正方向成60度角。该曲面是由xy平面内一段曲线绕y轴旋转所得，其直径约为28mm。

微棱镜阵列结构关于y轴旋转对称，与y轴成60度的斜入射光经微棱镜阵列，出射光为与y轴平行的准直光束。该微棱镜阵列由一组顶角为60度的等腰三角形绕y轴旋转所得，制作简单，其直径约为29mm。

可拆卸自由曲面透射结构，控制准直入射的光束，在照明区域形成特定的照明效果。需根据不同的照明要求单独设计，及需要实现不同的照明效果，只需转换不同的自由曲面透射结构，其直径约为3cm。

可实现特定照明效果的微型防眩光led照明系统，整体结构直径约为3cm，厚度约为1cm，结构紧凑。

本发明的有益效果：可通过更换可拆卸自由曲面透射结构实现不同的照明需求、结构紧凑、防眩光、散热效果好。

附图说明

图1可实现特定照明效果的微型防眩光led照明系统的三维结构示意图；

图2可实现特定照明效果的微型防眩光led照明系统的剖示图；

图3柔性基板、led光源组和镀铝层曲而反射结构的局部放大示意图；

图4微棱镜阵列结构的局部放大示意图；

图5可拆卸自由曲面透射结构的局部放大示意图；

图6呈“cjlu”字母光斑的照明效果。

具体实施方式

如图1所示，可实现特定照明效果的微型防眩光led照明系统，包括：柔性基板上倒装形式的led光源组1、镀铝层曲面反射结构2、微棱镜阵列结构3、可拆卸自由曲面透射结构4。

如图2所示，柔性基板上倒装形式的led光源1发出的光，经镀铝层自由曲面反射器2反射形成斜入射平行光，光线再经微棱镜阵列结构3，形成准直的出射光，最后经可拆卸自由曲面4透射，在照明面5上形成预设的照明光斑。

如图3所示，可实现特定照明效果的微型防眩光led照明系统中，光源1的大小为45×45mil，发散角为120度，光源1的中心位于点a处。柔性基板呈圆台状，其母线长约1.6mm。oa长为0.8mm，与x轴正方向成30度角，将曲线上任意一点设为m(i)，将光源1视作点光源处理，其发出的边缘光线分别为om(1)和om(n)，其中om(n)与x轴平行。经曲面反射，反射光线与y轴正方向成60度角。镀铝层曲面反射结构2是由曲线关于y轴旋转所形成的，用数学表达式表示该曲线，表达式为：

式中θ为x轴正方向，经逆时针旋转，与原点o与曲线上任意一点m(i)的连线的夹角，即x轴正方向，经逆时针旋转，与om(i)的夹角；ρ(θ)为om(i)的长度。计算(1)式可知，镀铝层曲面反射结构关于y轴旋转对称，其直径约为28mm。

如图4所示，微棱镜阵列的截面为顶角是60度的等腰三角形，经镀铝层曲面反射的光线在微棱镜的第一个面为垂直入射，在微棱镜的第二个面发生全反射，出射光平行于y轴，实现了光束的准直。微棱镜阵列关于y轴旋转对称，制作简单，其直径约为29mm。

如图5所示，可拆卸自由曲面透射结构控制准直入射的光束6，产生出射光束7，在照明区域形成特定的照明效果。需根据不同的照明要求单独设计。具体设计过程如下：

根据矢量形式的折射定律，有

noao＝niai+pn(2)

式中，ai、ao和n分别为沿入射光线、折射光线和法线的单位矢量；两介质的折射率分别为ni和no；p为待定常数，当光线的入射角为i时，p为

已知ai＝(0，1，0)平行于y轴，自由曲面上任意一点q的坐标为(x，y，z)，q点处的单位法矢p可化为

ao可表示为

目标照明面上的一点p的坐标为(px，py，pz)，py为常数，ao也可表示为

由目标照明面上的照明要求确定px和pz。最后根据能量守恒定律

等式左边表示照明面上总的光通量，等式右边表示光源发出的总的光通量，忽略能量的损耗。将(2)-(6)式代入到(7)式即可求出自由曲面上任意一点q的坐标为(x，y，z)，确定自由曲面的面型。

计算表明可实现特定照明效果的微型防眩光led照明系统，其整体结构直径约为3cm，厚度约为1cm，结构紧凑。

如图6所示，实现了“cjlu”字母式样的照明效果。

可实现特定照明效果的微型防眩光led照明系统，设计灵活，可通过设计并更换可拆卸自由曲面透射结构，实现不同的照明效果，如均匀的矩形光斑、花瓣形图案、字母式样等；且结构小巧紧凑；无需直视光源，在一定程度上起到了防眩光的作用；采用了倒装形式的led光源，提高了散热效果；可广泛应用于室内外照明。