專利名稱：一種導光板和led光源組件的制作方法
技術領域：
本發(fā)明屬于照明領域，尤其涉及一種導光板和LED光源組件。
背景技術：
由于發(fā)光二極管(LED)具有壽命長、能耗低、啟動快等優(yōu)點，LED器件已被廣泛應用于信號燈、汽車燈、大屏幕顯示及照明等領域。目前最常用的白光LED是采用藍光LED光源與熒光粉組合的方式來獲取白光。典型的白光LED由藍光LED光源、熒光粉層和支架組成，熒光粉層位于藍光LED光源上方。白光LED的工作方式通常為藍光LED光源從熒光粉層背面激發(fā)熒光粉發(fā)光，熒光粉產(chǎn)生的受激輻射光線與藍光LED光源發(fā)出的未被熒光粉吸收的光線混合后得到白光。而目前，LED光源組件為單面發(fā)光。

發(fā)明內容
本發(fā)明實施例的目的在于提供一種導光板，旨在解決現(xiàn)有LED光源組件單面發(fā)光的問題。本發(fā)明實施例是這樣實現(xiàn)的，一種導光板，其包括在中心面處設置的一熒光粉層、與所述熒光粉層相對的兩個出光面以及位于所述熒光粉層的側面的入光面；所述出光面與所述熒光粉層之間各處位置的折射率，隨著與所述熒光粉層距離的增加而減小。本發(fā)明實施例的另一目的在于提供一種LED光源組件，所述LED光源組件包括LED 光源和與所述LED光源光學耦合的導光板，所述導光板包括在中心面處設置的一熒光粉層、與所述熒光粉層相對的兩個出光面以及位于所述熒光粉層的側面的入光面；所述出光面與所述熒光粉層之間各處位置的折射率，隨著與所述熒光粉層距離的增加而減?。凰?LED光源設置在所述入光面的位置，所述LED光源的光軸位于所述熒光粉層所在的平面內。本發(fā)明實施例于導光板的中心面處設置一熒光粉層，與熒光粉層相對的兩個表面為出光面；出光面與熒光粉層之間各處位置的折射率，隨著與熒光粉層距離的增加而減小； LED光源位于熒光粉層的側面，并使LED光源的光軸位于熒光粉層所在的平面；LED光源發(fā)出的光進入導光板，以近似余弦曲線的軌跡傳播至熒光粉層激發(fā)熒光粉發(fā)光；熒光粉發(fā)出的光與LED光源發(fā)出的光混合后得到所需顏色的光，所需顏色的光直接從導光板的兩個出光面提取出來，實現(xiàn)雙面發(fā)光。


圖1是本發(fā)明第一實施例提供的LED光源組件的結構示意圖；圖2是本發(fā)明第一實施例中導光板的折射率分布圖；圖3是本發(fā)明第二實施例提供的LED光源組件的結構示意圖；圖4是本發(fā)明第二實施例中導光板的折射率分布圖；圖5是本發(fā)明第二實施例中LED光源發(fā)出的光在導光板中的光路示意圖。
具體實施例方式為了使本發(fā)明的目的、技術方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本發(fā)明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。本發(fā)明實施例于導光板的中心面處設置一熒光粉層，與熒光粉層相對的兩個表面為出光面；出光面與熒光粉層之間各處位置的折射率，隨著與熒光粉層距離的增加而減小； LED光源位于熒光粉層的側面，并使LED光源的光軸位于熒光粉層所在的平面；LED光源發(fā)出的光進入導光板，以近似余弦曲線的軌跡傳播至熒光粉層激發(fā)熒光粉發(fā)光；熒光粉發(fā)出的光與LED光源發(fā)出的光混合后得到所需顏色的光，所需顏色的光直接從導光板的兩個出光面提取出來，實現(xiàn)雙面發(fā)光。本發(fā)明實施例提供的導光板包括在中心面處設置的一熒光粉層、與所述熒光粉層相對的兩個出光面以及位于所述熒光粉層的側面的入光面；所述出光面與所述熒光粉層之間各處位置的折射率，隨著與所述熒光粉層距離的增加而減小。本發(fā)明實施例提供的LED光源組件包括LED光源和與所述LED光源光學耦合的導光板，所述導光板包括在中心面處設置的一熒光粉層、與所述熒光粉層相對的兩個出光面以及位于所述熒光粉層的側面的入光面；所述出光面與所述熒光粉層之間各處位置的折射率，隨著與所述熒光粉層距離的增加而減??；所述LED光源設置在所述入光面的位置，所述 LED光源的光軸位于所述熒光粉層所在的平面內。以下列舉若干實施例對本發(fā)明的具體實現(xiàn)進行詳細描述。實施例一如圖1所示，本發(fā)明實施例提供的LED光源組件為白光LED光源組件。該白光LED 光源組件包括LED光源100和與該LED光源100光學耦合的導光板101。LED光源100為紫外光LED光源，其發(fā)光波長為360nm。導光板101的中心面處設置一熒光粉層104，該導光板101具有與熒光粉層104相對的兩個出光面103和位于熒光粉層的側面的入光面102。 LED光源100設于入光面102的位置，LED光源100的光軸位于熒光粉層104所在的平面。 出光面103與熒光粉層104之間各處位置的折射率，隨著與熒光粉層104距離的增加而減小。熒光粉層104采用適合紫外光激發(fā)的熒光粉，熒光粉層104的面積與導光板101的中心截面的面積相同。上述折射率隨著與熒光粉層104距離的增加而呈階梯式遞減。具體地，導光板101 由多層薄膜貼合而成，每一層薄膜具有一折射率參數(shù)；多層薄膜以熒光粉層104為中心對稱分布，且與熒光粉層104垂直距離相同的兩層薄膜具有相同的折射率；從熒光粉層104至出光面103之間各層薄膜的折射率呈階梯式遞減。本發(fā)明實施例中，導光板101呈薄板狀，厚度為10mm。導光板101由第一薄膜105、 第二薄膜106、第三薄膜107、第四薄膜108、第五薄膜109和第六薄膜110依次貼合而成，熒光粉層104設于第三薄膜107與第四薄膜108之間。第一薄膜105和第六薄膜110的厚度均為1. 5mm,且折射率均為1. 4 ；第二薄膜106和第五薄膜109的厚度均為2mm，且折射率均為1. 8 ；第三薄膜107和第四薄膜108的厚度均為1. 5mm，且折射率均為1. 9。圖2示出了導光板101的折射率分布情況，其折射率分布呈階梯式遞減，其包絡線近似余弦曲線狀。
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LED光源100發(fā)出的進入導光板101的光線在多層不同折射率薄膜的作用下沿近似余弦曲線的軌跡傳播，直達位于中心面處的熒光粉層104激發(fā)熒光粉發(fā)光。熒光粉發(fā)出的光與LED光源100發(fā)出的光混合得到白光，該白光直接從導光板101的兩個出光面103 提取出來，實現(xiàn)雙面發(fā)光。同時，避免了 LED光源100及封裝材料對白光的吸收，極大地提高了 LED光源組件的光取出效率。此外，LED光源100發(fā)出的激發(fā)光傳播至距LED光源100 較遠處的熒光粉無需經(jīng)過多次反射和散射，提高了 LED光源100的激發(fā)效率。當然，為增強本LED光源組件的光強，可在導光板101的入光面102設置多個LED 光源100。這種雙面發(fā)光的LED光源組件還可靈活設置出光面103的面積，防止眩光。如在滿足亮度要求的情況下，增大出光面103的面積，以減小眩光。實施例二如圖3所示，本發(fā)明實施例提供的LED光源組件為白光LED光源組件。該白光LED 光源組件包括LED光源300和與該LED光源300光學耦合的導光板301。LED光源300為藍光LED光源，其發(fā)光波長為450nm。導光板301的中心面處設置一熒光粉層304，該導光板301具有與熒光粉層304相對的兩個出光面306以及位于熒光粉層304的側面的入光面 305。LED光源100設于入光面305的位置，LED光源300的光軸位于熒光粉層304所在的平面內。出光面306與熒光粉層304之間各處位置的折射率，隨著與熒光粉層304距離的增加而減小。熒光粉層304采用適合藍光激發(fā)的熒光粉(如市售YAG:Ce黃色熒光粉)，該熒光粉與LED光源300匹配產(chǎn)生白光。熒光粉層304的面積與導光板301的中心截面的面積相同。具體地，上述導光板301由兩層導光層302以及位于兩層導光層302之間的熒光粉層304構成，兩層導光層302以熒光粉層304為軸對稱分布，且導光層302內部各處的折射率分布滿足以下公式nx (T1 ) = nu[\-(\-n^ Xr1 /J1 )°1],其中，Cl1為導光層302的厚度；Γι為導光層302內部某處與熒光粉層304的距離， 0 ^ T1 ^ Cl1 ；ηη為導光板301的中心面處的折射率，1. 4彡ηη彡1. 9 ;η2為導光板301的出光面306處的折射率，1. 2 ^ n12 < H1 ； α 為導光板301的折射率分布指數(shù)參數(shù)，1 ^ α ^ 8, η(Γι)表示距離熒光粉層304巧處的折射率。由此可知導光層302的折射率隨著與熒光粉層304距離的增加而逐漸減小，即導光層302中靠近熒光粉層304的折射率較高，遠離熒光粉層304的折射率較低。本發(fā)明實施例中，導光板301由玻璃或有機玻璃成型為長方體或圓柱體，導光層 302的厚度Cl1為2. 5mm, nn = 1. 85，n12 = 1. 5，α i = 2。相應地，導光層302的折射率分布滿足公式:η(Γι) = 1. 85 [1-0. 1892 (Γι/2. 5)2]，導光板301的折射率分布呈近似余弦曲線狀，如圖4所示。LED光源300發(fā)出的藍光從入光面305光學耦合進入導光板301，在導光板301沿徑向漸變折射率的作用下，直接以近似余弦曲線的軌跡傳播至熒光粉層304激發(fā)熒光粉發(fā)光，如圖5所示。藍光激發(fā)熒光粉發(fā)出的光與藍光混合得到白光，該白光從導光板301的兩個出光面303直接提取出來，實現(xiàn)雙面發(fā)光。同時，避免了 LED光源300及封裝材料對白光的吸收，極大地提高了 LED光源組件的光取出效率。此外，LED光源300發(fā)出的激發(fā)光線傳播至距LED光源300較遠處的熒光粉無需經(jīng)過多次反射和散射，提高了 LED光源300的激發(fā)效率。本發(fā)明實施例中，將上述出光面306處理成具有微觀上的凹凸不平結構，有助于進一步提高本LED光源組件的光取出效率，以及消除眩光。實施例三作為本發(fā)明的另一個實施例，于上述出光面303上增設曲面透鏡，使本LED光源組件成為雙面發(fā)光的曲面光源。曲面透鏡的折射率介于外界氣體的折射率與導光板的最小折射率之間。白光于導光板與曲面透鏡以及曲面透鏡與外界氣體之間的界面發(fā)生全反射的概率大大降低，極大提升了本LED光源組件的光取出效率。本發(fā)明實施例于導光板的中心面處設置一熒光粉層，與熒光粉層相對的兩個表面為出光面；出光面與熒光粉層之間各處位置的折射率，隨著與熒光粉層距離的增加而減?。?LED光源位于熒光粉層的側面，并使LED光源的光軸位于熒光粉層所在的平面；LED光源發(fā)出的光進入導光板，以近似余弦曲線的軌跡傳播至熒光粉層激發(fā)熒光粉發(fā)光；熒光粉發(fā)出的光與LED光源發(fā)出的光混合后得到所需顏色的光，所需顏色的光直接從導光板的兩個出光面提取出來，實現(xiàn)雙面發(fā)光。同時，于出光面設置微觀上的凹凸不平結構，有助于提高LED 光源組件的光取出效率。此外，導光板的折射率具有遞變和漸變兩種變化方式，利于產(chǎn)品設計，而漸變方式導光板的折射率分布滿足如下公式η (r) = Ii1 [1_ (Ii2Ai1) (r/d)a]，其中，d為所述導光板厚度的一半；r為所述導光板內某處與所述熒光粉層的距離，0彡r彡d叫為所述導光板的中心面處的折射率，1.4^11^1.9 ;n2為所述導光板的出光面處的折射率，1. 2 ^ n2 < H1 ； α為所述導光板的折射率分布指數(shù)參數(shù)，α
n(r)表示距離所述熒光粉層r處的折射率。以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內。
權利要求
1.一種導光板，其特征在于所述導光板包括在中心面處設置的一熒光粉層、與所述熒光粉層相對的兩個出光面以及位于所述熒光粉層的側面的入光面；所述出光面與所述熒光粉層之間各處位置的折射率，隨著與所述熒光粉層距離的增加而減小。
2.如權利要求1所述的導光板，其特征在于，所述折射率呈階梯式遞減。
3.如權利要求1所述的導光板，其特征在于，所述導光板的折射率分布滿足如下公式η(r) = II1 [I-(I-Ii2Ai1) (r/d)a],其中，d為所述導光板厚度的一半；r為所述導光板內某處與所述熒光粉層的距離， 0彡r彡d叫為所述導光板的中心面處的折射率，1. 4彡Ii1彡1. 9 ;n2為所述導光板的出光面處的折射率，1. 2 ^ n2 < H1 ； α為所述導光板的折射率分布指數(shù)參數(shù)，1 ^ α ^8, n(r) 表示距離所述熒光粉層r處的折射率。
4.如權利要求1所述的導光板，其特征在于，所述熒光粉層的面積與所述導光板的中心截面的面積相同。
5.一種LED光源組件，包括LED光源和與所述LED光源光學耦合的導光板，其特征在于，所述導光板包括在中心面處設置的一熒光粉層、與所述熒光粉層相對的兩個出光面以及位于所述熒光粉層的側面的入光面；所述出光面與所述熒光粉層之間各處位置的折射率，隨著與所述熒光粉層距離的增加而減??；所述LED光源設置在所述入光面的位置，所述 LED光源的光軸位于所述熒光粉層所在的平面。
6.如權利要求5所述的LED光源組件，其特征在于，所述折射率呈階梯式遞減。
7.如權利要求6所述的LED光源組件，其特征在于，所述導光板由多層薄膜貼合而成， 每一層薄膜具有一折射率參數(shù)；所述多層薄膜以所述熒光粉層為中心對稱分布，且與所述熒光粉層垂直距離相同的兩層薄膜具有相同的折射率；從所述熒光粉層至所述出光面之間各層薄膜的折射率呈階梯式遞減。
8.如權利要求5所述的LED光源組件，其特征在于，所述導光板由兩層導光層以及位于兩層導光層之間的熒光粉層構成，所述兩層導光層以所述熒光粉層為軸對稱分布，且所述導光層內部各處的折射率分布滿足以下公式其中，Cl1為所述導光層的厚度；Γι為所述導光層內某處與所述熒光粉層的距離， 0 ^ T1 ^ Cl1 ；ηη為所述導光板的中心面處的折射率，1. 4彡ηη彡1. 9 ;η2為所述導光板的出光面處的折射率，1. 2 ^ n12 < H1 ； α 為所述導光板的折射率分布指數(shù)參數(shù)，Q1^S, η(Γι)表示距離所述熒光粉層η處的折射率。
9.如權利要求1所述的LED光源組件，其特征在于，所述出光面上設置有曲面透鏡，所述曲面透鏡的折射率介于所述導光板的最小折射率與外界氣體的折射率之間。
10.如權利要求1所述的LED光源組件，其特征在于，所述出光面具有微觀上的凹凸不平結構。
全文摘要
本發(fā)明適用于照明領域，提供了一種導光板和LED光源組件，所述導光板包括在中心面處設置的一熒光粉層、與所述熒光粉層相對的兩個出光面以及位于所述熒光粉層的側面的入光面；所述出光面與所述熒光粉層之間各處位置的折射率，隨著與所述熒光粉層距離的增加而減小。本發(fā)明將LED光源置于熒光粉層的側面，并使LED光源的光軸位于熒光粉層所在的平面；LED光源發(fā)出的光進入導光板，以近似余弦曲線的軌跡傳播至熒光粉層激發(fā)熒光粉發(fā)光；熒光粉發(fā)出的光與LED光源發(fā)出的光混合后得到所需顏色的光，所需顏色的光直接從導光板的兩個出光面提取出來，實現(xiàn)雙面發(fā)光。
文檔編號F21S2/00GK102374497SQ20101025517
公開日2012年3月14日 申請日期2010年8月17日 優(yōu)先權日2010年8月17日
發(fā)明者劉玉剛, 周明杰, 馬文波 申請人:海洋王照明科技股份有限公司, 深圳市海洋王照明技術有限公司