本實(shí)用新型涉及LED照明領(lǐng)域，尤其涉及微結(jié)構(gòu)光學(xué)部件及具有微結(jié)構(gòu)光學(xué)部件的LED照明裝置。

背景技術(shù)：

半導(dǎo)體光電二極管(LED，Light Emitting Diode)，作為一種節(jié)能環(huán)保的新型光源，越來越廣泛地應(yīng)用于通用照明環(huán)境。現(xiàn)有的照明應(yīng)用LED，具有普通照明所需的亮度、效率、使用壽命、色溫以及白點(diǎn)穩(wěn)定性。因此，絕大多數(shù)普通照明應(yīng)用設(shè)計(jì)中都采用這類LED，包括路面、停車區(qū)以及室內(nèi)方向照明。在這些應(yīng)用中，由于無需維護(hù)(LED的使用壽命比傳統(tǒng)燈泡的要長(zhǎng)得多)且能耗低，所以基于LED的照明裝置降低了總體擁有成本(TCO)。照明級(jí)LED具有至少50,000小時(shí)的高效、方向性照明。利用照明級(jí)LED的優(yōu)點(diǎn)設(shè)計(jì)的照明系統(tǒng)功效超過所有白熾燈和鹵素?zé)艟撸瑝勖娱L(zhǎng)了5到50倍，降低了對(duì)環(huán)境的影響，不含汞、電站污染小、垃圾處理費(fèi)用低。從而，LED照明裝置正受到越來越廣泛的應(yīng)用。

為了適應(yīng)各種環(huán)境的不同照明需求，LED照明裝置中需要利用二次或者多次光學(xué)控制器件改變其光學(xué)輸出以滿足不同應(yīng)用場(chǎng)景的照明需求。例如，路燈由于燈桿間距大而對(duì)光學(xué)透鏡或光學(xué)反射器采用大角度照明設(shè)計(jì)，商場(chǎng)照明因?yàn)橐宫F(xiàn)商品而對(duì)光學(xué)透鏡或光學(xué)反射器采用小角度照明設(shè)計(jì)，辦公環(huán)境由于需要柔和均勻的光分布而對(duì)光學(xué)透鏡或光學(xué)反射器采用水滴型光學(xué)照明設(shè)計(jì)等。即，不同的光學(xué)照明環(huán)境需要設(shè)計(jì)不同形狀的光學(xué)控制器件。二次或者多次光學(xué)控制器件通常是各種光學(xué)透鏡和光學(xué)反射器等。如圖1所示的LED照明裝置，外殼1中設(shè)置印刷電路板3，印刷電路板3上設(shè)置至少一個(gè)LED芯片2，二次光學(xué)控制器件為光學(xué)透鏡10，位于LED芯片2上方，罩蓋4將LED芯片封在外殼1中。

另外，為了適應(yīng)不同的LED光源(即LED顆粒大小，封裝和LED出光特性均有差異)，還需要分別設(shè)計(jì)不同尺寸的光學(xué)透鏡或光學(xué)反射器以與對(duì)應(yīng)的LED光源匹配。因此，當(dāng)LED光源產(chǎn)生變化后，針對(duì)某一種LED設(shè)計(jì)的二次或者多次光學(xué)控制器件無法繼續(xù)使用，二次或者多次光學(xué)控制器件的通用性差，需要重新設(shè)計(jì)并制造二次或者多次光學(xué)控制器件，從而大大提高了LED照明裝置的成本，限制了LED的廣泛應(yīng)用。

此外，由于LED光源集中的光學(xué)輸出導(dǎo)致LED照明裝置的表面亮度非常高，使使用者感覺非常刺眼，眩光很強(qiáng)，這也制約了LED的廣泛應(yīng)用。

因此，亟需一種能夠適應(yīng)于不同LED光源及不同應(yīng)用場(chǎng)景的照明需求并能夠克服眩光問題的光學(xué)部件及LED照明裝置。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型的目的在于提供一種微結(jié)構(gòu)光學(xué)部件，所述微結(jié)構(gòu)光學(xué)部件(5)為微結(jié)構(gòu)光學(xué)薄膜或微結(jié)構(gòu)光學(xué)板材，其一面具有周期性排列的凹陷部(6)，所述凹陷部(6)的形狀為半球形、半橢球形、錐形、梯臺(tái)形、復(fù)合形狀中的一種或兩者以上的形狀，所述復(fù)合形狀是上部為球形下部為錐形或上部為錐形下部為球形的形狀。

本實(shí)用新型的另一目的在于提供一種具有微結(jié)構(gòu)光學(xué)部件的LED照明裝置，其包含：外殼，設(shè)置在外殼中的印刷電路板，設(shè)置在印刷電路板上的至少一個(gè)LED芯片，與所述至少一個(gè)LED芯片電連接的LED驅(qū)動(dòng)電源，以及將LED芯片封在外殼中的罩蓋，所述LED照明裝置還包括設(shè)置在所述罩蓋的上表面的微結(jié)構(gòu)光學(xué)部件，所述微結(jié)構(gòu)光學(xué)部件的一面具有周期性排列的凹陷部，以控制所述LED光源的光學(xué)輸出達(dá)到特定應(yīng)用場(chǎng)景的照明要求。通過改變或調(diào)整微結(jié)構(gòu)光學(xué)部件的凹陷部的組合或排列方式，能夠進(jìn)一步獲得多種滿足不同照明需求的應(yīng)用場(chǎng)景。

本實(shí)用新型提出的具有微結(jié)構(gòu)光學(xué)薄膜和板材的LED照明裝置中，利用微結(jié)構(gòu)光學(xué)部件對(duì)LED光源的集中光學(xué)輸出進(jìn)行調(diào)節(jié)，從而在滿足照明光分布的同時(shí)有效地改善了眩光的情況。

附圖說明

圖1是現(xiàn)有的LED照明裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是根據(jù)本實(shí)用新型一實(shí)例的具有微結(jié)構(gòu)光學(xué)部件的LED照明裝置的結(jié)構(gòu)示意圖，其中(a)為直下式，(b)為側(cè)發(fā)光式；

圖3是本實(shí)用新型的凹陷部的各種形狀的立體圖；

圖4是凹陷部為球形的微結(jié)構(gòu)光學(xué)部件的剖面示意圖；

圖5是凹陷部為錐形的微結(jié)構(gòu)光學(xué)部件的剖面示意圖；

圖6是凹陷部為橢球形的微結(jié)構(gòu)光學(xué)部件的剖面示意圖；

圖7是凹陷部?jī)煞N形狀的微結(jié)構(gòu)光學(xué)部件的剖面示意圖。

圖8是凹陷部為單一形狀的微結(jié)構(gòu)光學(xué)部件的光學(xué)輸出分布示意圖；

圖9是凹陷部為兩種形狀的微結(jié)構(gòu)光學(xué)部件的光學(xué)輸出分布示意圖。

具體實(shí)施方式

結(jié)合以下具體實(shí)施例和附圖，對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。

圖2中，1表示外殼，2表示LED芯片，3表示印刷電路板，4表示罩蓋，5表示微結(jié)構(gòu)光學(xué)薄膜或微結(jié)構(gòu)光學(xué)板材，6表示凹陷部，7表示反射光學(xué)薄膜/板材。

如圖2所示，本實(shí)用新型具有微結(jié)構(gòu)光學(xué)薄膜和板材的LED照明裝置包含：外殼1，設(shè)置在外殼1中的印刷電路板(PCB)3，與印刷電路板3連接的至少一個(gè)LED芯片2，與LED芯片2電連接以驅(qū)動(dòng)LED芯片發(fā)光的LED驅(qū)動(dòng)電源(圖未示)，以及設(shè)置在LED芯片上方的罩蓋4和微結(jié)構(gòu)光學(xué)薄膜/板材5，以控制LED芯片2的光學(xué)輸出達(dá)到特定應(yīng)用場(chǎng)景的照明要求。圖2中，(a)為直下式，即芯片2位于外殼1底部的PCB3上；(b)為側(cè)發(fā)光式，即芯片2位于外殼1的側(cè)面。

具體地，外殼1為高散熱壓鑄鋁材質(zhì)，壓鑄或擠出成型，具備良好的散熱性能。PCB板上設(shè)置的LED芯片2的數(shù)量可以為一個(gè)或多個(gè)。LED芯片2可以為大功率、中功率或小功率貼片芯片，并且可以采用串聯(lián)，并聯(lián)或者串并結(jié)合的方式貼片在印刷電路板3上。印刷電路板3與直流驅(qū)動(dòng)電源相配合，驅(qū)動(dòng)LED芯片發(fā)光達(dá)到照明效果。

本實(shí)用新型中微結(jié)構(gòu)光學(xué)薄膜/板材4的一個(gè)表面具有周期性排列的凹陷部6，凹陷部6的形狀如圖3所示，為半球形、半橢球形、錐形、梯臺(tái)形中一種或兩種以上的形狀。其中，這里所指的半球形、半橢球形也包括削去底部而成的半球形或半橢球形的一部分。這里的錐形包括圓錐形、三棱錐形、四棱錐形、五棱錐形、六棱錐形、七棱錐形、八棱錐形等。這里的梯臺(tái)形是指將半球形或半橢球形或錐形削去頂部而成的類似梯臺(tái)形狀。另外凹陷部6還可以是兼具前述兩種以上形狀的復(fù)合形狀。具體地，包括下部是錐形上部是球形的形狀，以及下部是球形上部是錐形的形狀。本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以理解，凹陷部6的形狀可以包括能夠?qū)崿F(xiàn)本實(shí)用新型目的的其它類似形狀。

圖4是凹陷部為球形的微結(jié)構(gòu)光學(xué)薄膜/板材的示意圖；圖5是凹陷部為四棱錐形的微結(jié)構(gòu)光學(xué)薄膜/板材的示意圖；圖6是凹陷部為橢球形的微結(jié)構(gòu)光學(xué)薄膜/板材的示意圖。圖4～6示出了凹陷部為單一形狀的情況。圖7是凹陷部為兩種形狀組合的微結(jié)構(gòu)光學(xué)薄膜/板材的示意圖。該組合形狀的情況是根據(jù)需要將球形和圓錐形進(jìn)行不規(guī)則排列，組合形狀可以產(chǎn)生非對(duì)稱的光學(xué)分布，以用于更多的照明應(yīng)用場(chǎng)景。

本實(shí)用新型的微結(jié)構(gòu)光學(xué)薄膜/板材5的較佳的厚度為10微米-5毫米。優(yōu)選地，厚度為50微米-3毫米；進(jìn)一步優(yōu)選地，厚度為100微米-2毫米。低于這個(gè)范圍或者高于這個(gè)范圍都會(huì)使得微結(jié)構(gòu)光學(xué)薄膜和板材的制作加工變得很困難。

該微結(jié)構(gòu)光學(xué)薄膜和板材5的周期性排列的凹陷部6較佳的高度是1微米-5毫米。這個(gè)范圍之外的加工會(huì)很困難，無法大規(guī)模生產(chǎn)。這里的高度是指凹陷部6的頂點(diǎn)至底面的距離。

微結(jié)構(gòu)光學(xué)薄膜和板材5的凹陷部6的高度與寬度的比例的范圍為0.1-5。這個(gè)范圍之外達(dá)不到很好的光學(xué)控制輸出。這里的寬度是指凹陷部底面圓形形狀的直徑或底面內(nèi)切圓的直徑。當(dāng)凹陷部為半球形、半橢球形、圓錐形時(shí)，底面形狀為圓形；當(dāng)凹陷部為棱錐形時(shí)，底面形狀為多角形，則凹陷部的寬度為多角形的內(nèi)切圓的直徑。

具體地，針對(duì)相同LED光源，通過改變或調(diào)整微結(jié)構(gòu)光學(xué)薄膜和板材5的凹陷部6的形狀、大小(高度、寬度等)、排列的重復(fù)周期及組合方式，能夠使得照明裝置滿足不同的照明需求。例如，球形和三角錐凹陷部適合辦公照明和商業(yè)照明，組合形狀及復(fù)合形狀凹陷部適合定向照明的廣場(chǎng)照明。這樣，通過在LED照明裝置的罩蓋4上附接不同的微結(jié)構(gòu)光學(xué)薄膜/板材，就可以滿足不同的照明需求，而不再需要設(shè)計(jì)傳統(tǒng)的二次或多次光學(xué)控制器件，減少了LED照明裝置內(nèi)部的光學(xué)元件，使得LED照明裝置的體積更小型、緊湊，同時(shí)降低了LED照明裝置的成本。另外，當(dāng)LED芯片本身發(fā)生變化，例如形狀、大小等改變時(shí)，不再需要像現(xiàn)有技術(shù)那樣重新設(shè)計(jì)二次或多次光學(xué)控制器件，原來的微結(jié)構(gòu)薄膜和板材同樣可以適用。因此，本實(shí)用新型的照明裝置提高了光學(xué)部件的通用性，拓寬了LED的應(yīng)用范圍并降低了LED照明裝置的成本。

圖8和和圖9是兩個(gè)微結(jié)構(gòu)光學(xué)設(shè)計(jì)的實(shí)例。其中圖8為一種凹陷部是單一形狀的微結(jié)構(gòu)光學(xué)薄膜/板材的光學(xué)輸出分布示意圖；圖9為一種凹陷部是組合形狀(兩種形狀根據(jù)需要進(jìn)行排列)的微結(jié)構(gòu)光學(xué)薄膜/板材的光學(xué)輸出分布示意圖。圖形中的深色實(shí)線為空間中0-180度剖面的光強(qiáng)分布圖，淺色實(shí)線為空間中90-270度剖面的光強(qiáng)分布圖。圓環(huán)為等光強(qiáng)分布圓環(huán)，光強(qiáng)單位是坎德拉(cd)。穿過圓環(huán)的射線為等角度線，角度的單位是度(degree)。0度是燈具正下方的位置。

具體地，圖8中，其微結(jié)構(gòu)光學(xué)薄膜/板材的凹陷部采用周期性排列的三角錐，周期排列的長(zhǎng)度為10微米到50微米。這里所指的周期排列的長(zhǎng)度(即周期長(zhǎng)度)表示沿排列方向兩個(gè)相鄰凹陷部的中心之間的間距(凹陷部的中心即凹陷部在薄膜或板材平面上的中心)。例如，圓錐形凹陷部的中心即圓錐形底面圓形的中心。根據(jù)圖8的光學(xué)輸出分布示意圖所示，這種光學(xué)分布適合應(yīng)用在辦公，超市，商場(chǎng)等場(chǎng)景，光線柔和，地面照度非常均勻。

具體地，圖9中，其微結(jié)構(gòu)的凹陷部采用周期性排列的組合形狀凹陷部，即該凹陷部由三角錐和半圓球兩種形狀組合排列而成(例如圖7所示)。周期排列的長(zhǎng)度為5微米到20微米，這種組合形狀可以產(chǎn)生非對(duì)稱的光學(xué)效果，能夠達(dá)到更好的定向照明的效果。根據(jù)圖9的光學(xué)輸出分布示意圖所示，這種光形適合應(yīng)用在樓宇亮化，廣場(chǎng)照明等需要定向照明的應(yīng)用場(chǎng)景，光能更多的投射到工作面，利用系數(shù)高。

本實(shí)用新型中，微結(jié)構(gòu)光學(xué)薄膜和板材的材料可以是各種光學(xué)透明的塑料聚合物材料，并加入添加劑以達(dá)到更好的材料特性。塑料聚合物材料包括PET(聚對(duì)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(聚醚亞酰胺)。還可以在微結(jié)構(gòu)光學(xué)薄膜和板材的材料中加入擴(kuò)散材料以滿足不同的光學(xué)需求。

本實(shí)用新型中，LED照明裝置還可以進(jìn)一步包括其他光學(xué)反射膜、反射器、反射涂層和反射腔體等，進(jìn)一步提高系統(tǒng)的光學(xué)效率。例如在印刷電路板3和/或外殼1的一部分上附接反射光學(xué)薄膜/板材7。

本實(shí)用新型中的微結(jié)構(gòu)光學(xué)薄膜/板材及其照明裝置不僅僅適應(yīng)于LED照明設(shè)計(jì)，也適用于其他各種光源，如熒光燈，高壓鈉燈或者其他類似的光學(xué)應(yīng)用。

本實(shí)用新型的保護(hù)內(nèi)容不局限于以上實(shí)施例。在不背離實(shí)用新型構(gòu)思的精神和范圍下，本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠想到的變化和優(yōu)點(diǎn)都被包括在本實(shí)用新型中，并且以所附的權(quán)利要求書為保護(hù)范圍。