[发明专利]一种LED平面光源结构的设计方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体照明装置的设计方法，具体的说是一种LED平面光源的设计方法。

背景技术

随着LED制造技术的不断进步，其光效不断攀升，截止目前大功率白光LED的光效已达到100lm/w，稳定的产品光效也有90lm/w以上。这一光效使得LED的应用越来越广泛，包括已经在广泛使用的背光源领域和即将大规模应用的普通照明领域，其中背光源领域和普通照明领域的吸顶灯可以泛称之为平面光源。

LED光源虽然使用寿命长、能耗低，但是LED是点光源，只向半空间发出光线，结果导致两方面的不利影响：一是光源发出的光线直接照到地面照度分布不均匀，中间亮四周暗，呈太阳效应；二是光源有强烈眩光，视觉舒适性很差。所以就需要在制作LED光源的过程中增加二次光学设计甚至多次光学设计步骤以提高LED光源的照度均匀性、亮度均匀性以及消除眩光，提高视觉舒适性，使之适用于平面光源的应用，这种方法不仅繁琐，而且还提高了光源的制作成本，但最后的照明效果却仍不理想。

发明内容

本发明所用解决的问题就是针对现有LED平面光源在设计方法上的缺点，提供一种LED平面光源结构的设计方法，能有效提高光源的利用率、光源亮度的均匀性。

为了解决上述问题，本发明采用如下技术方案：一种LED平面光源结构的设计方法，其特征在于：包括如下步骤：

光源设计步骤，建立光源能量分布与目标受照面能量分布间的关系方程式；

光线设计步骤，建立光源每个角度上的光线与受照面上每一点的光线间的关系方程式；

透光体自由曲面的实体模型设计步骤，将两个关系方程式进行计算，并将计算结果结合逆向工程建模得到透光体自由曲面的实体模型；

导光板设计步骤，将上述透光体自由曲面的实体模型通过多种排列方式组合为一体结构的导光板。

进一步的，所述的源能量分布与目标受照面能量分布间的关系方程式为：

所述的光源每个角度上的光线与受照面上每一点的光线间的关系方程式为：其中是光源的光线的角度，是入射到受照面x位置的光线角度，与光源角度的光线相对应，I₀是光源上中心光强，E₀是受照面上的照度，N_x为自由曲面法向矢量的x方向分量，n为介质折射率。

进一步的，所述透光体的自由曲面为二维旋转对称自由曲面。

进一步的，在透光体自由曲面的实体模型设计步骤中，将透光体自由曲面的实体模型的外形制作成方形或六边形。

进一步的，在导光板设计步骤中，将所述的透光体自由曲面的实体模型按照经纬方向纵横排列的方法组合成一体结构的导光板。

进一步的，在导光板设计步骤中，将所述的透光体自由曲面的实体模型按照蜂窝式交错排列的方法组合成一体结构的导光板。

作为优选的，在导光板设计步骤中，对导光板的出光面进行磨砂工艺处理，经过磨砂的出光面可以起到柔和光线的作用。

进一步的，所述的透光体自由曲面的实体模型采用光学树脂或工程塑料注塑制成。

经过上述步骤制作出来LED平面光源结构，光能量利用率高，有效降低眩光效果，平面光源的亮度均匀性及照射目标面的照度均匀性提高；导光板由单个透光体排列组成，排列方式多变，因此可根据实际需要扩展出多种类型的平面光源结构，不仅美观实用，而且节能。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步的说明：

图1为光源照射在本发明透光体后的光路图；

图2为本发明实施例一的导光板结构示意图；

图3为本发明实施例二的导光板结构示意图；

图4为本发明实施例三的导光板结构示意图；

图5为本发明实施例四的导光板结构示意图；

具体实施方式

实施例一：

一种LED平面光源结构的设计方法，具体步骤如下：