CN102128377A - Led导光板灯具组件 - Google Patents

Abstract

LED导光板灯具组件，包括构架，至少一任意颜色并由构架固定的光源，一由构架固定的导光板，附着于导光板侧部对应光源的位置的荧光粉，接收来自光源的光线而跃迁至激发态，以使所述导光板接收仅来自光源与荧光粉的混合光线，以及设置于所述导光板背侧的反光板，朝向导光板反射光线。本发明的技术方案相比现有技术，无论是成本上、技术难度上还是从实际使用效果上看，都有着十分大的优势，在采用同样或是较低的材料，其技术性能都将大大超出现有的同类产品，因此可以预见其应用前景将十分巨大。

Description

LED导光板灯具组件

技术领域

本发明涉及一种灯具组件，尤其是一种LED导光板灯具组件。

背景技术

导光板可以将点、线光源转变为面光源，由于其超薄轻便、光线均匀、高效节能且稳定耐用，目前已越来越多的投入显示屏及装置、照明灯具领域。导光板灯具组件，通常以LED作为光源，由导光板引入光源的光线，在导光板内部传输，再最终透过高传导率的导光点，将光线从导光板的发光面到处；而由于导光板的特点及灯具组件的结构特性，灯具组件一般都很薄，且最终产生的光线都较为均匀并少暗区，通常能够满足大多数产品的日用要求。

然而，针对高端照明领域，尤其是对要求高精度、超薄、能量高效利用或是高光线均匀度、无暗区的显示器、照明领域，目前的LED导光板灯具组件仍存在一系列不足，主要体现在：

对于高端照明领域，导光板及LED光源通常有着更为严格的要求，选择时不但需要考虑LED色温及其它相关性能，需要分区块(bin)，还需要考虑导光板本身的颜色、抗变形能力、寿命等问题，为保证高精度，原材料将会有很大部分作为不良品淘汰，且工艺要求亦十分严格，可见双重的选择将带来成本的激增。

高端照明领域对于导光板灯具的色温、能量利用率都十分的关注，可以说任何一个细微的能量损失都是不利的，然而实际的导光板灯具结构中，色温的控制通常需要通过LED的混色来实现，这样在选择LED原材料时，对色温有着极高要求，成本及工艺不但较高，而且由于衍射性能问题，最终成品的色彩饱和度也不够理想；此外在能量效率上，LED所发出的光线从空气进入导光板，会存在这反射损失，如果降低这部分损失，将更有效的提升能量利用率。

目前对灯具色温的设置，是直接由LED与荧光粉一起封装，由LED光线激发荧光粉进行混光来实现的，而在LED工作过程中，尤其是长时间使用后，升温对荧光粉影响会产生色温偏移及亮度衰减，造成色温不稳定，这对于最终光线效果是极为不利的。

LED为点光源，在导光板灯具组件中通常均匀排布于导光板的一侧，相互之间仍存在暗带，而若为消除这部分暗带而缩小LED之间的距离，则相同长度需要采用更多LED，如此势必会增加成本，且对于各种便携设备，将增加电池负担；而若通过在导光板正面增加易吸收光线的黑色遮挡部分，将这部分暗带遮挡，则会造成光线能量的损失，这对于光线要求高的产品，是得不偿失的。

导光板为有效利用LED的能量，整体厚度需要做的比LED直径大很多，如此才能够有效利用LED侧向发光能量，防止LED侧向光能量损失，而这样一来 ，将不利于导光板厚度的控制，因此如何在将导光板做的较薄的同时，保证对LED的侧向光能量的有效利用，是一个技术重点。

在导光板内传导的光线能量是逐渐递减的，因此会造成导光板内光线不均匀，靠近光源部分较亮，远离光源部分较暗的问题，如何解决这些问题，亦是一个技术关键。

发明内容

本发明的目的在于提供一种LED导光板灯具组件，以解决目前产品所存在的高成本、能量损失、色温不稳定、色彩饱和度不足、厚度不能进一步减小、光线不够均匀等问题。

本发明为解决其技术问题所采用的技术方案是：

LED导光板灯具组件，其中包括：

一构架；

至少一任意颜色的光源，由所述构架固定；

一导光板，由所述构架固定；

荧光粉，附着于导光板侧部对应光源的位置，该荧光粉能够接收来自光源的光线而跃迁至激发态，以使所述导光板接收仅来自光源与荧光粉的混合光线；以及

一设置于所述导光板背侧的反光板，朝向导光板反射光线。

作为一种改进方案，光源为蓝光LED，荧光粉为黄色荧光粉，灯具组件可产生白光。

作为临一中改进方案，光源为紫光LED，荧光粉为红绿蓝三色荧光粉，灯具组件可产生白光。

上述导光板背面设置有由蚀刻、微沟切削、电铸、喷砂或丝印工艺所形成的网点。

作为上述方案的进一步改进，网点的尺寸或密度与网点距所述光源之距离成正比。

导光板可由多块区块组成，距离所述光源较近的区块，其上所设置网点的尺寸或密度较小，距离所述光源较远的区块，其上所设置网点的尺寸或密度较大。使得网点的尺寸或密度根据与光源的距离递增，以抵消光线在导光板内传导造成的明暗不均。

作为上述方案的另一种改进，网点的间距与网点距所述光源之距离成反比，同样可达到均匀光线的目的。

作为另一种改进方案，网点的尺寸或密度与网点距所述光源的向量大小成正比，亦可达到均匀光线的目的。

上述网点的结构，可呈锯齿状、圆柱面状或梯形条状依次排列或呈圆性、矩形或三角形数组，可根据需要达到之发光效果而设置。

进一步，导光板正面设有网点，可增加光线能量利用率。

进一步，导光板贴附荧光粉的侧部位置设有网点，同样可增加光线能量利用率。

最为上述方案的进一步改进，导光板正面贴附有光学膜片，接收来自导光板的混合光线并进行散射。

光学膜片可采用较常见的扩散片光学膜（film optical diffuser sheet），达到出光均匀的效果；还可以采用光学复合材料（Diffuser+BEF增光片），达到最优的增光与出光均匀化。

与现有技术相比，本发明具有着以下优势：

由于在光源的光线进入导光板的部分设置荧光粉，光源的侧向光线，可用于激发荧光粉，从而有效了用了侧向光线，并且不必考虑侧向光线是否进入导光板，如此可以尽量将导光板做的很薄，甚至与LED的直径一样，可见本发明能明显减小导光板的厚度，节省了材料成本，并使得结构更为轻便；

本发明可有效利用光源的侧向光线和正向光线激发荧光粉，增加导光板的能量，且能防止因侧向光线的照射角度过大及光线相互抵消而造成的光损；

由于最终色温决定于光源光线及导光板侧部的荧光粉所激发光线，在色温调整上，将技术重点转移到了LED本身颜色及荧光粉的选择上，因此一般只需要改变荧光粉颜色即可，而不需要对光源进行设置或分bin挑选，如此可大大简化制造工艺，且可不需要在光源封装荧光粉，降低了封装成本，甚至对导光板的选择，也可大大放宽要求，使得原材料及工艺成本更为低廉；

光源不必与荧光粉一起封装，因此在工作过程中，热量对荧光粉的影响将减小到最低程度，不会产生色温偏移及亮度衰减；而如果在光源再直接封装荧光粉，则很容易实现四色甚至更多色的混光，光线衍射性好，且色彩饱和度更为出色；

直接将荧光粉涂敷在导光板入光处，光源的光线进入导光板的角度，将会因为荧光粉的折射而扩大、反射或二次折射，且配合荧光粉的激发光线，使得最终进入导光板的混合光线更为均匀，不会在导光板侧边出现暗带，更不需再利用暗色遮挡部来遮挡导光板侧边，减小了能量损失，同时发光效果十分出色；

采用光源、荧光粉及导光板的不同颜色组合，如蓝色光源配合黄色荧光粉、配合偏红的导光板，将很容易达到更高的显色性；

采用网点及其不同的形状、组合、排列方式，将很容易解决导光板发光不均匀的问题；

可见，本发明的技术方案相比现有技术，无论是成本上、技术难度上还是从实际使用效果上看，都有着十分大的优势，在采用同样或是较低的材料，其技术性能都将大大超出现有的同类产品，因此可以预见其应用前景将十分巨大。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步说明：

图1为本发明一种实施例的结构示意图；

图2为光源的光线射入荧光粉激发光线的示意图；

图3为光源的光线射入荧光粉及导光板的示意图；

图4为导光板中网点大小与光线能量的线性关系图；

图5为导光板中网点密度与光线能量的线性关系图；

图6为导光板中网点距离与光线能量的线性关系图；

图7为一种实施例中导光板的结构示意图；

图8为一种实施例中导光板的网点分布示意图；

图9为一种实施例中导光板的网点区域划分示意图；

图10为另一种实施例中导光板的网点区域划分示意图；

图11为一种实施例中网点的形状示意图；

图12为一种实施例中网点的形状示意图；

图13为一种实施例中网点的形状示意图；

图14为一种实施例中网点的形状示意图；

图15为一种实施例中网点的形状示意图；

图16为一种实施例中网点的形状示意图；

图17为一种实施例中导光板的网点分布示意图；

图18为一种实施例中光板的网点分布示意图。

具体实施方式

如图1所示，本发明所提供的LED导光板灯具组件，结构主要由一构架1、光源2、导光板3、荧光粉4组成，构架1作为整体的定位结构，光源2可采用LED，通过线路板或支架固定在构架1内的侧部，导光板3通过构架1夹持固定，导光板3可以为平板或楔型板，根据实际使用不同，可进行调整，例如应用于装饰、照明灯具，可采用平板结构，而应用于笔记本计算机、手机的背光模块，则可采用楔型板结构；在导光板3一侧或多侧的入光部，则附着荧光粉4，以保证光源2朝向导光板3发射的光线，首先照射到荧光粉4，如此在荧光粉4接收来自光源2的光线后，将受激发跃迁至激发态，发出激发光线，并与光源2的光线混合，形成混合光线，而由于导光板3与光源2件隔有荧光粉4，使得导光板3最终仅会接收到混合光线；本发明中，还在导光板3的背侧设置反光板6，可由构架1固定或贴附于导光板3背侧，可用于反射灯具组件内部光线，提高效率。

在本发明出光的光学设计方案中，可采用以下选择：（1）在导光板3正面设置光学膜片5，导光板3接收的混合光线，将通过光学膜片5扩散，光学膜片5可采用Diffuser光学film材，可使出光均匀化；（2）还可以采用Diffuser与BEF增光片的光学复合材，达到增光与光线均匀化的最优效果；（3）当然还可不需要任何光学film材，节省成本，并且由本发明结构同样可达到光线均匀化。

本发明的实施例中，可尽量缩减光源2距离荧光粉4的距离，以减小光线能量的损失，以得到最好的光线效果。并且如图2所示，采用光源2激发设置于导光板3侧边的荧光粉4的方式，可有效利用光源2的侧向光来照射荧光粉4，不必考虑侧向光是否进入导光板3，即可达到侧向光线能量的有效利用，以增加导光板的能量，如此可以尽量将导光板3做的很薄，甚至与LED的直径一样，可见，本发明的技术有利于解决导光板厚度问题，适合于应用在对尺寸、光线能量有高精度要求的领域。此外如图3所示，对于入射角度大于导光板3全反射角的侧向光线，在反射回荧光粉4后，在荧光粉4内可进行二次反射或更多次反射，可用于激发荧光粉4，且能够再射入导光板3，因此有利于减小光损，且防止了因相邻两LED之间距离所产生的暗带，使得光线更为均匀的同时，减小了能量的损失。

本发明的光源2可采用各种颜色的LED，由于其不必与荧光粉封装，在光源2工作时产生的热量，不容易影响到荧光4，因此荧光粉4不会因发热而产生色温偏移或亮度衰减。而其本发明对照射出来光线的色温控制，从原来的由光源2中LED的色温调控，改为了光源2及荧光粉4的共同调控，这相当于将色温设置的技术重点，从光源2的细微、高精工艺上，转移到了光源2配合荧光粉4的简易工艺上，可见，采用本发明的技术，要达到需要的色温，基本只需要控制荧光粉4的技术参数即可，不论是从技术成本上看，还是从工艺难度上看，都十分有优势。

而其，本发明的技术方案中，对导光板3的原材料选择，也进一步降低了标准，因为在导光板技术中，最终光线的色温、能量，很大一部分将取决于导光板本身的质量，通常不能选择偏黄的质量较低的导光板，否则会影响最终光线效果，如此成本将居高不下；而本发明的技术，可将在混光效果中，很容易将导光板3的色温考虑在内，因此可采用比较便宜的导光板，如此可有利于节省成本。

本发明光线的良好性能，可以通过几种实施例体现，例如在本发明的一种实施例中，光源2为蓝光LED或紫光（UV）LED，荧光粉4为黄色可合成白光，另外为改善显色性能，还可以结合少量的红色系，因此导光板3可选择偏红颜色，如此基本可达到显色指数高于90的高显色性光线。

在另一种实施例中，光源2为蓝光LED或紫光（UV）LED，荧光粉4可采用红绿蓝（RGB）三色，两者发出光线合成白光，该实施例的显色性十分出色，并且应用在本发明中，密封固定在构架1内可解决紫光LED的光效率问题，且达到与上一实施例同样的亮度，本实施例仅需要更低的耗电量。

当然，除了上述实施例外，还可以延伸出更多的实施方案，例如在不考虑光源2本身的封装成本的情况下，可采用封装荧光粉材料的LED，配合荧光粉4，实现四色混光或更多颜色的混光，显色性能将十分突出。

作为本发明的优选实施方案，导光板3背面设置网点31，网点31可由蚀刻、微沟切削、电铸、喷砂或丝印工艺制备，目前以效果最好的丝印工艺制程的网点31进行说明。

导光板所传输的光线，能量会随着传输距离的递增而损失，这是无法避免的，这对于导光板3的发光均匀度极为不利，而由于导光板3的网点31的各种参数对导光板所传输光线的能量，会具有一定的关系，针对该问题，本发明进行了几种方案改进：如图4及图5所示，在理想状态下，网点的尺寸或密度将会与光线能量成线性的正比关系，且如图6所示，网点之间的距离与光线能量成线性的反比关系。基于该原理，本发明相应可通过以下方案实现光线的均匀布置：

第一种方案：导光板3上网点31的尺寸，与该网点距光源2的距离成正比，如图7所示，为便于制造可以设计多块区块30，各块区块30上之网点31大小、密度或距离互不相同，多块区块30依次拼接可组成导光板3，因为在制作导光板，尤其是对于较大块的导光板时，如果某一区块30上的网点制作失败，则仅需要对这一区块30重新制作即可，这样有利于节省成本；其中，网点31的尺寸或密度越小、或是距离越大的区块30，越靠近光源2，网点31的尺寸或密度最小、或是距离最大的区块30，则位于整个导光板31最边处，离光源2最近，其侧边为贴附荧光粉4的区域；网点31的尺寸或密度越大、或是距离越小的区块30，则越远离光源2；如此根据合理的设计，可基本均匀导光板3的光线，使得整个导光板3看上去亮度均匀。当然，也可以如图8所示，采用一整块导光板3，适合于较小面积的导光板，而在导光板3上大致呈递减或递增规律设置尺寸、密度或距离不同的网点，以获取均匀的光线效果。

第二种方案：根据向量来设计网点的分布，使得网点31的尺寸或密度与网点31距光源2的向量大小成正比，或是网点距离与网点31距光源2的向量大小成反比。该方案的实现方式，可如图9所示，例如光源2可位于导光板3的一个角落侧部，则以该光源2为中心，在导光板3上距光源不同距离为半径可分出若干区域，根据该区域距离光源2的远近，按照上述的规律设置网点31即可；此外，考虑到光源2的正向光线能量要大于其侧向光线，在导光板3距光源2的相同距离处，正向光线处的亮度将大于侧向光线的亮度，因此可如图10所示，根据导光板3上与光源2的角度区域不同，将正向光线集中的中线部位分为以一个区域，向两周依次对称分区，其中中线部位的网点31之尺寸或密度最小、或者距离最大，依次朝两侧的区域递增或递减。

根据上述的方案，本发明能够很方便的解决导光板光线不均匀的问题，效果十分理想。

对于应用在高端领域的导光板灯具组件，对光源2的能量利用率是评定技术好坏的关键，因此在上述方案的基础上，本发明还提供了几种较佳的实施方案，有利于尽量增加能量利用率。

例如，网点31的形状设计，可以采用如图11所示的锯齿状（V-CUT）呈条排列，或是如图12所示的圆柱面状（cylinder）呈条排列，亦或是如图13所示的梯形条状呈条排列，也可以采用如图14所示的类圆形的微透镜整列，或是如图15所示的类矩形微透镜数组，亦或是如图16所示的类三角形或菱形微透镜数组。上述几种方案，都有利于能量的有效利用，当然网点31形状并不局限于以上几种较为常见的形状。

在本发明的一种优选方案中，可在导光板3背面设有网点31，其结构如图17所示，其背面的网点31，可起到光线的反射及折射作用，实现二次或多次折射，将光线由导光板3正面射出，而配合光学膜片5，有利于光线的均匀扩散，且同类条件下可增加7~8%的能量利用率。

此外，如图18所示，在一种优选方案中，导光板3贴附荧光粉4的侧部位置可设有网点31，这部分网点31，可对进入导光板3时反射回的光线产生二次折射或多次折射，并避免了正射入导光板3的光线，因部分反射回而沿原路遇到方向相反的光线，相互抵消造成光损，因此在同类条件下，亦可增加能量利用率。

当然，上述仅仅只是公开了本发明最为常见的实施方案，应注意的是，上述只是阐述了本发明较优的实施方式，因此并不视为本发明唯一的保护范围，惟应了解的是在不脱离本发明的保护范围内，对于本发明所属技术领域中具有通常知识者而言，仍得有许多变化及修改。本发明并不限制于所揭露的实施例，而是以权利要求的保护范围记载为准，即不偏离本发明申请专利范围所为之均等变化与修饰，应仍属本发明之涵盖范围。

Claims (11)

1.LED导光板灯具组件，其中包括：

一构架；

至少一任意颜色的光源，由所述构架固定；

一导光板，由所述构架固定；

荧光粉，附着于导光板侧部对应光源的位置，该荧光粉能够接收来自光源的光线而跃迁至激发态，以使所述导光板接收仅来自光源与荧光粉的混合光线；以及

一设置于所述导光板背侧的反光板，朝向导光板反射光线。

2.根据权利要求1所述的LED导光板灯具组件，其中所述光源为蓝光LED或紫光LED。

3.根据权利要求1或2所述的LED导光板灯具组件，其中所述荧光粉为红绿蓝三色荧光粉或黄色荧光粉。

4.根据权利要求1所述的LED导光板灯具组件，其中所述导光板背面设置有网点。

5.根据权利要求4所述的LED导光板灯具组件，其中所述网点的尺寸或密度与网点距所述光源之距离成正比，距离所述光源较近的区块，其上所设置网点的尺寸或密度较小，距离所述光源较远的区块，其上所设置网点的尺寸或密度较大。

6.根据权利要求4所述的LED导光板灯具组件，其中所述网点的间距与网点距所述光源之距离成反比。

7.根据权利要求4所述的LED导光板灯具组件，其中所述网点的尺寸或密度与网点距所述光源的向量大小成正比。

8.根据权利要求4所述的LED导光板灯具组件，其中所述导光板正面设有网点。

9.根据权利要求4所述的LED导光板灯具组件，其中所述导光板贴附荧光粉的侧部位置设有网点。

10.根据权利要求4所述的LED导光板灯具组件，其中所述导光板正面贴附有光学膜片，该光学膜片为扩散片光学膜。

11.根据权利要求4所述的LED导光板灯具组件，其中所述导光板正面贴附有光学膜片，该光学膜片为扩散片与增光片的光学复合材料。

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