雙面微結構增強型光學薄膜及LED照明裝置的制作方法

本實用新型涉及LED照明領域，尤其涉及一種雙面微結構增強型光學薄膜及具有該光學薄膜的LED照明裝置。

背景技術：

LED，半導體光電二極管，作為一種節能環保的新型光源，越來越廣泛的應用于通用照明環境。為了適應各種環境的不同照明需求，需要二次或者多次光學控制器件來滿足不同的照明需求，例如道路照明，工業照明，辦公室照明和商業照明。這種二次或者多次光學器件通常是各種光學透鏡和光學反射器。為了適應不同的光學照明環境和不同的LED光源(LED顆粒大小，封裝和LED出光特性均有差異)，這種光學透鏡或光學反射器的類型會非常多變，通用型非常差，這會增加LED應用的成本，降低LED應用的通用型。另外，LED，因為其集中的光學輸出，導致LED產品的表面亮度非常高，使用戶感覺非常刺眼，眩光很強，這也會制約LED廣泛應用。

因此，申請號為201310121672.3的發明專利提出了一種具有微結構薄膜的LED照明裝置，通過新型的光學設計和部件來實現不同LED光源不同應用場景的照明需求，并解決這種眩光的問題。

但是，在達到防眩光的目的的情況下，在光學設計上還需要盡可能地增強薄膜剛性，同時減少材料的使用量，降低LED燈的成本。

技術實現要素：

基于上述問題，本實用新型提出了一種雙面微結構增強型光學薄膜，其通過齒形結構能夠增強光學薄膜剛性，同時減小厚度以及降低成本。

本實用新型的雙面微結構增強型光學薄膜，所述微結構光學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狀為半圓形、半圓形的一部分、半橢圓形、半橢圓形的一部分、三角形、三角形的一部分、梯形或梯形的一部分，其特征在于，所述微結構光學薄膜的另一面具有齒狀結構，所述齒狀結構包括多個互相平行的齒條狀凸起，每個齒條狀凸起的橫截面呈現為三角形，所述三角形的頂角為60度至90度。

優選地，所述三角形為等腰三角形。

優選地，所述齒狀結構的截面三角形的底邊寬度為所述光學薄膜厚度的0.15～0.4倍。

優選地，所述凸起部的高度與寬度的比例范圍為0.1-5。

優選地，所述周期性排列的凸起部的周期長度為1微米-5毫米。

優選地，所述凸起部的高度為1微米-5毫米。

本實用新型還提出了一種LED照明裝置，包括：外殼，設置在外殼中的印刷電路板，設置在印刷電路板上的至少一個LED芯片，與所述至少一個LED芯片電連接的LED驅動電源，以及將LED芯片封在外殼中的罩蓋，其特征在于，其具有根據權利要求1～6中任一項所述的雙面微結構增強型光學薄膜，所述光學薄膜設置在所述罩蓋的上表面以控制LED光源的光學輸出達到特定應用場景的照明要求，所述微結構光學薄膜的具有齒狀結構的一面位于所述罩蓋的上表面。

本實用新型在微結構設計的光學薄膜或光學板材滿足照明光分布及有效改善眩光的基礎上，增加了提高薄膜強度的齒狀結構，提高了材料剛度，在相同剛度需求的情況下，可以減少薄膜材料的用量，降低照明裝置的成本。

附圖說明

圖1為本實用新型的雙面微結構增強型光學薄膜的截面示意圖；

圖2為本實用新型的較佳實施例的雙面微結構增強型光學薄膜的截面示意圖，(a)表示齒狀結構頂角為90度的一個實施例，(b)表示齒狀結構頂角為60度的另一個實施例。

圖3為本實用新型的具有雙面微結構增強型光學薄膜的LED照明裝置的結構示意圖。

具體實施方式

結合以下具體實施例和附圖，對本實用新型作進一步的詳細說明。

圖1為本實用新型的雙面微結構增強型光學薄膜的截面示意圖。如圖所示，該微結構光學薄膜的一面具有周期性排列的凸起部10，該凸起部10的截面形狀為半圓形。在另外的實施例中，凸起部1的截面形狀還可以為半圓形的一部分、半橢圓形、半橢圓形的一部分、三角形、三角形的一部分、梯形或梯形的一部分。

該凸起部10的高度與寬度的比例范圍為0.1-5。這個范圍之外達不到很好的光學控制輸出。該周期性排列的凸起部的周期長度為1微米-5毫米。這里所指的周期排列的長度(即周期長度)表示凸起部沿排列方向的長度與兩個相鄰凸起部之間的間距的和。該凸起部的高度為1微米-5毫米。這個范圍之外的加工會很困難，無法大規模生產。

該微結構光學薄膜的另一面具有齒狀結構20，為多個互相平行的齒條狀凸起(或脊狀凸起)，每個齒條狀凸起20的橫截面呈現為三角形，三角形的頂角范圍為60度至90度。頂角在該范圍之外，薄膜的剛度和穩定性都不甚理想。在較佳的實施例中，頂角的角度為60度或90度。較佳地，頂角所在的兩條邊的長度相等，即形成等腰三角形。等腰三角形的結構可以進一步提高薄膜整體的剛度和穩定性，同時增加其抗變形和抗蠕變的能力。

該齒狀結構20的截面三角形的底邊寬度與光學薄膜的厚度有關。所述底邊指薄膜平面所在的邊。較佳地，該底邊寬度為光學薄膜厚度的0.15～0.4倍。低于0.15倍或高于0.4倍，都無法獲得較好的薄膜剛度和穩定性。

如圖2所示為本實用新型的較佳實施例的雙面微結構增強型光學薄膜的截面示意圖。圖2中(a)表示齒狀結構頂角為90度的一個實施例。該齒狀結構截面三角形的底邊長0.4mm，底邊至頂點的高度為0.2mm。

以PC材料為薄膜材料，彈性模量E均為2300MPa，泊松比為0.3，密度為1200kg/m³。考慮形成圓形的光學薄膜板，圓周上表面固定。光學薄膜圓板直徑600mm，薄膜厚度1.0mm。在重力載荷作用下，可以得到未進行結構增強的薄膜上表面中心點法向位移0.0134mm。

而將上述薄膜材料制作成本實施例的結構增強型微結構光學薄膜，即增加90°齒型結構后，則在相同條件(重力載荷作用)下，中心點法向位移由0.0134mm降低至0.0024mm，表示剛度提高了5倍左右。

圖2中(b)表示齒狀結構頂角為60度的另一個實施例。該齒狀結構截面三角形的底邊長0.6mm，底邊至頂點的高度為0.5mm。

以PC材料為薄膜材料，彈性模量E均為2300MPa，泊松比為0.3，密度為1200kg/m³。考慮形成圓形的光學薄膜板，圓周上表面固定。光學薄膜圓板直徑600mm，薄膜厚度1.5mm。在重力載荷作用下，可以得到未進行結構增強的薄膜上表面中心點法向位移0.00863mm。而將上述薄膜材料制作成本實施例的結構增強型微結構光學薄膜，即增加60°齒型結構后，則在相同條件(重力載荷作用)下，中心點法向位移由0.00863mm降低至0.000688mm，同樣剛度提高了5倍左右，而材料重量可以節省16.7％。

本實用新型中，可以使用塑料材料的擠出成型工藝制作薄膜材料，在擠出過程中，材料板材的一個表面負載防眩光的微結構，即具有周期性排列的凸起部，另一個表面負載不同角度的齒型結構以便提高材料的剛度。

本實用新型中，微結構光學薄膜的材料可以是各種光學透明的塑料聚合物材料，并加入添加劑以達到更好的材料特性。塑料聚合物材料包括PET(聚對苯二甲酸乙二酯)、PC(聚碳酸酯)、PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯)、PS(聚苯乙烯)和PEI(聚醚亞酰胺)。還可以在微結構光學薄膜的材料中加入擴散材料以滿足不同的光學需求。

圖3為本實用新型的具有結構增強型微結構光學薄膜的LED照明裝置的結構示意圖。

圖3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表示雙面微結構增強型光學薄膜，6表示凸起部，7表示反射光學薄膜，8表示齒狀結構。

如圖3所示，本實用新型具有雙面微結構增強型光學薄膜的LED照明裝置包含：外殼1，設置在外殼1中的印刷電路板(PCB)3，設置在印刷電路板3上的至少一個LED芯片2，與LED芯片2電連接以驅動LED芯片發光的LED驅動電源(圖未示)，以及設置在LED芯片上方的罩蓋4和雙面微結構增強型光學薄膜5，以控制LED芯片2的光學輸出達到特定應用場景的照明要求。雙面微結構增強型光學薄膜5的一面具有周期性排列的凸起部6，另一面具有齒狀結構8。該微結構光學薄膜的具有齒狀結構8的一面位于所述罩蓋4的上表面。

具體地，外殼1為高散熱壓鑄鋁材質，壓鑄或擠出成型，具備良好的散熱性能。PCB板上設置的LED芯片2的數量可以為一個或多個。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，并聯或者串并結合的方式貼片在印刷電路板3上。印刷電路板3與直流驅動電源相配合，驅動LED芯片發光達到照明效果。

LED照明系統可以采用多種對于該微結構光學薄膜的使用方式，這種薄膜可以單張使用，方向在水平方向可以是橫向或縱向。這種薄膜也可以和其他光學材料共同使用，例如透明光學薄膜或者光學平板，帶擴散的光學膜或板材，或者帶形狀的異性光學材料。

本實用新型中，LED照明裝置還可以進一步包括其他光學反射膜、反射器、反射涂層和反射腔體等，進一步提高系統的光學效率。

本實用新型中的雙面微結構增強型光學薄膜及其照明裝置不僅僅適應于LED照明設計，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應用。

本實用新型的保護內容不局限于以上實施例。在不背離實用新型構思的精神和范圍下，本領域技術人員能夠想到的變化和優點都被包括在本實用新型中，并且以所附的權利要求書為保護范圍。