一種同心圓弧曲線(xiàn)排列的微透鏡陣列均光板及其制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種側(cè)入光式LED平面燈均光板，屬于LED照明設(shè)計(jì)和精密光電零部件制造領(lǐng)域，具體涉及一種同心圓弧曲線(xiàn)排列的微透鏡陣列均光板及其制作方法。
【背景技術(shù)】
[0002]LED屬于全固體冷光源，具有高效節(jié)能、綠色環(huán)保、超長(zhǎng)壽命、光線(xiàn)健康、保護(hù)視力，安全系數(shù)高等優(yōu)點(diǎn)。按照入光方式的不同，LED導(dǎo)光板分為直下式和側(cè)入光式兩種。本發(fā)明主要涉及一種側(cè)入光式平面燈均光板的設(shè)計(jì)與制作方法。側(cè)入光式將LED放置于背光的上下兩邊，布局的調(diào)整大大減少LED的使用。側(cè)入式平面燈燈體輕薄，便于安裝，而且外形美觀，所以目前市場(chǎng)上側(cè)入式平面燈占主均地位。目前LED均光板的加工方法可分為絲印制作、化學(xué)蝕刻、激光加工和微切削加工。絲印制作方式技術(shù)成熟，成本低，適合加工大尺寸的均光板。但是絲印均光板的制作離不開(kāi)油墨，油墨易揮發(fā)，均光的穩(wěn)定性差，且環(huán)境污染嚴(yán)重，使用壽命短。化學(xué)蝕刻方式均光板可任意裁剪尺寸、拼接使用，光轉(zhuǎn)化效率高，可制成異型。但是其光學(xué)表面粗糙，其網(wǎng)點(diǎn)深度受網(wǎng)點(diǎn)橫向尺寸精度的限制，蝕刻成本高，環(huán)境污染嚴(yán)重。激光加工方式均光板使用壽命長(zhǎng)，均光均勻，穩(wěn)定性好。但是其生產(chǎn)效率低，很難大批量生產(chǎn)。微切削方式利用單點(diǎn)金剛石刀具在均光板基板上進(jìn)行成型切削，微細(xì)結(jié)構(gòu)成型效果好，光轉(zhuǎn)化效率高，穩(wěn)定性好。
[0003]為了解決現(xiàn)有主流技術(shù)的缺點(diǎn)，本發(fā)明設(shè)計(jì)出了一種同心圓弧曲面排列的微透鏡陣列結(jié)構(gòu)均光板，采用單個(gè)LED作為發(fā)光光源，與主流技術(shù)相比具有單側(cè)側(cè)入式發(fā)光，光源LED燈個(gè)數(shù)少，高效節(jié)能，成本低，導(dǎo)光效率高，發(fā)光均勻等特點(diǎn)；本發(fā)明設(shè)計(jì)的均光板使用微切削加工方法，微透鏡陣列的尺寸精度和形狀精度可以精確保證，導(dǎo)光穩(wěn)定性好。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于減少LED平面燈中LED發(fā)光光源的個(gè)數(shù)，減小背光模組的整體大小，并且保證出光的均勻性，解決現(xiàn)有技術(shù)中均光板制作精度低，導(dǎo)光穩(wěn)定性差，導(dǎo)光效率低，出光均勻度低等問(wèn)題。
[0005]因此，本發(fā)明一方面提供了一種同心圓弧曲線(xiàn)排列的微透鏡陣列均光板，包括單側(cè)側(cè)入式亞克力板，所述亞克力板的下表面為反光表面，上表面為出光表面，側(cè)面為用于放置LED光源的入光表面，所述出光表面上刻有若干呈同心圓弧曲線(xiàn)狀排布的V形溝槽，所述V形溝槽分布在以亞克力板出光表面與入光表面相交的棱線(xiàn)中心點(diǎn)為圓心的不等間距的同心圓弧曲線(xiàn)上，所述V形溝槽由入光表面一直延伸到亞克力板末端面，所述V形溝槽的深度h由入光表面到亞克力板末端面方向逐漸增大，相鄰兩個(gè)V形溝槽的間距L由入光表面到亞克力板端面方向逐漸減小。
[0006]進(jìn)一步地，所述V形溝槽兩側(cè)面采用非對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)，兩側(cè)面互成120~150度夾角，靠近入光表面的側(cè)面與法線(xiàn)夾角成60~75度，另一側(cè)面與法線(xiàn)夾角成75~60度，且靠近入光表面的側(cè)面與法線(xiàn)夾角大與另一側(cè)面與法線(xiàn)夾角。
[0007]進(jìn)一步地，所述V形溝槽的深度h由入光表面到亞克力板末端面方向逐漸增大，且取值為 100~600 μπι。
[0008]進(jìn)一步地，相鄰兩個(gè)V形溝槽的間距L從入光表面到亞克力板末端面方向依次遞減，間距L取值范圍為30~2000 μπι，間距L在100~2000 μπι范圍內(nèi)以100 μ m為間隔遞減，間距L在30~100 μπι范圍內(nèi)以10 μ m為間隔遞減。
[0009]進(jìn)一步地，所述亞克力板的反光表面上粘貼有鏡面反射貼紙。
[0010]根據(jù)光的傳輸散射理論，當(dāng)光從光密介質(zhì)射入光疏介質(zhì)時(shí)，光的入射角達(dá)到一定角度即臨界角時(shí)，不再有折射光線(xiàn)射出，此時(shí)光在光疏介質(zhì)和光密介質(zhì)交界面發(fā)生全反射。將光源安裝在亞克力平板單側(cè)時(shí)，只有靠近光源的一小塊區(qū)域沒(méi)有達(dá)到光的全反射條件而使光從板的頂面和底面折射出，大部分的光在在亞克力板內(nèi)發(fā)生全反射而向前傳播，所以亞克力板頂面只有靠近光源的很小的一部分區(qū)域發(fā)光，而大部分區(qū)域沒(méi)有光射出而呈現(xiàn)較暗的狀態(tài)，不能達(dá)到面光源的要求效果。為了打破這一規(guī)律，在亞克力板的頂面制作一種圓弧曲線(xiàn)排布的V形溝槽作為微透鏡結(jié)構(gòu)，保證和光源距離相等的地方，出光面亮度一致，表面的微透鏡兩側(cè)結(jié)構(gòu)，微透鏡的間距，微透鏡的深度按照嚴(yán)格的配光設(shè)計(jì)，微透鏡凹凸不平的結(jié)構(gòu)破壞了光在亞克力板內(nèi)部傳輸?shù)穆窂?，從而打破了光的全反射條件使光從亞克板的頂面射出，從而達(dá)到導(dǎo)光的效果。在亞克力板的底面粘貼反光貼紙，最大限度利用光源發(fā)射的光線(xiàn)，將光路向下的光線(xiàn)反射到微透鏡結(jié)構(gòu)上，進(jìn)而從亞克力板的頂面射出。
[0011]本發(fā)明另一方面提供了一種如所述的微透鏡陣列均光板的制作方法，包括步驟:
1)利用油石將金剛石砂輪的尖端精密修整成預(yù)定的V形，然后將金剛石砂輪安裝在機(jī)床主軸上；
2)使用夾具將高透光亞克力板水平安裝在精密微調(diào)旋轉(zhuǎn)盤(pán)上部的旋轉(zhuǎn)吸盤(pán)上，利用墊塊使亞克力板比夾具高l~2mm后夾緊，并使亞克力板的中心點(diǎn)與精密微調(diào)旋轉(zhuǎn)盤(pán)圓心重合；
3)啟動(dòng)精密微調(diào)旋轉(zhuǎn)盤(pán)做勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)啟動(dòng)金剛石砂輪向下做進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，進(jìn)給深度為100~600 μ m，每次進(jìn)給深度為1~5 μ m，依次將V形溝槽加工出來(lái)。
[0012]進(jìn)一步地，所述金剛石砂輪的轉(zhuǎn)速為2000~5000 r/min，進(jìn)給速度為0.1~0.2 m/min，使用水冷卻。
[0013]進(jìn)一步地，所述微調(diào)旋轉(zhuǎn)盤(pán)的轉(zhuǎn)速為100~300 r/min。
[0014]進(jìn)一步地，修整后的金剛石砂輪直徑為60~120mm，其V形尖端兩側(cè)面夾角為30~60度。
[0015]進(jìn)一步地，所述金剛石砂5由金剛石磨料和樹(shù)脂結(jié)合劑組成，金剛石磨料粒度為1500-4000 目。
[0016]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下優(yōu)點(diǎn):
(1)與絲印制作均光板和化學(xué)制作均光板相比，本發(fā)明設(shè)計(jì)的均光板采用微切削加工，使用壽命長(zhǎng)，綠色無(wú)污染，環(huán)境友好。
[0017](2)與絲印制作均光板、化學(xué)蝕刻均光板和激光加工均光板相比，本發(fā)明設(shè)計(jì)的均光板微透鏡陣列的尺寸精度和形狀精度可以精確保證，使均光板內(nèi)部光路嚴(yán)格可控。
[0018](3)與絲印制作均光板、化學(xué)蝕刻均光板和激光加工均光板相比，本發(fā)明設(shè)計(jì)的均光板導(dǎo)光效率高，出光均勻，亮度高。
【附圖說(shuō)明】
[0019]圖1為本發(fā)明設(shè)計(jì)的均光板三維形貌示意圖。
[0020]圖2為本發(fā)明設(shè)計(jì)的均光板截面形狀示意圖。
[0021]圖3為本發(fā)明設(shè)計(jì)的均光板導(dǎo)光原理示意圖。
[0022]圖4為本發(fā)明設(shè)計(jì)的均光板切削加工示意圖。
[0023]圖中所示為:1_亞克力板；2-V形溝槽；3-LED光源；4-夾具；5_金剛石砂輪；6-尖端；7_旋轉(zhuǎn)盤(pán)；8_精密微調(diào)旋轉(zhuǎn)盤(pán)；9_第一側(cè)面；10_第二側(cè)面；11_出光表面；12_反光表面；13_入光表面；14_亞克力板末端面；15_中心點(diǎn)。
【具體實(shí)施方式】
[0024]為了更好理解本發(fā)明，下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的說(shuō)明，但是本發(fā)明要求保護(hù)的范圍并不局限于實(shí)施例表示的范圍。
[0025]如圖1所示，一種同心圓弧曲線(xiàn)排列的微透鏡陣列均光板，包括單側(cè)側(cè)入式亞克力板1，所述亞克力板1的下表面為反光表面12，其上粘貼有鏡面反射貼紙，上表面為出光表面11，側(cè)面為用于放置LED光源3的入光表面13，單個(gè)LED光源3放置在亞克力板1的入光表面13中點(diǎn)位置，LED光源3正對(duì)于入光表面13，且與入光表面13距離為500~1000 μ m。所述出光表面11上刻有若干呈同心圓弧曲線(xiàn)狀排布的V形溝槽2，所述V形溝槽2分布在以亞克力板1出光表面11與入光表面13相交的棱線(xiàn)中心點(diǎn)15為圓心的不等間距的同心圓弧曲線(xiàn)上，所述V形溝槽2由入光表面13 —直延伸到亞克力板末端面14，所述V形溝槽2的深度h由入光表面13到亞克力板末端面14方向逐漸增大，相鄰兩個(gè)V形溝槽2的間距L由入光表面13到亞克力板端面14方向逐漸減小。<