專利名稱：一種基于led的面光源照明裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于半導(dǎo)體固態(tài)照明技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種采用發(fā)光二極管(light emitting diodes,簡(jiǎn)寫為L(zhǎng)ED)作為光源，利用光學(xué)反射原理對(duì)光源出光整形、 形成均勻發(fā)光面，并利用散光板實(shí)現(xiàn)角分布均勻的一種基于LED的面光源照明裝 置。該照明裝置包括LED光源、反射面板和散光板，具有節(jié)能、面內(nèi)均勻度高、 出光柔和等特點(diǎn)，并且制作簡(jiǎn)單，可以滿足包括室內(nèi)照明、戶外廣告燈箱照明、 液晶背光照明在內(nèi)的諸多應(yīng)用需求。
技術(shù)背景自20世紀(jì)90年代起，隨著氮化鎵(Gallium Nitride,簡(jiǎn)寫為GaN)基LED 在材料生長(zhǎng)、器件制作以及封裝技術(shù)的突破和發(fā)展，大功率、高亮度GaN基藍(lán)綠 光LED逐漸成熟并進(jìn)入市場(chǎng)，并使得紫外LED成為可能，彌補(bǔ)了以往半導(dǎo)體發(fā)光 二極管在包括藍(lán)、綠光在內(nèi)的短波長(zhǎng)發(fā)光性能上的不足，使得利用半導(dǎo)體發(fā)光二 極管作為白光照明光源成為可能。作為新興的照明光源，發(fā)光二極管相比于傳統(tǒng) 光源具有高效、節(jié)能、環(huán)保、體積小、壽命長(zhǎng)等諸多優(yōu)點(diǎn)。隨著功率型GaN基LED 器件性能的日漸提升，利用紅綠藍(lán)三色LED組合產(chǎn)生白光，尤其是采用大功率GaN 基藍(lán)光LED結(jié)合黃光熒光粉組合產(chǎn)生白光的技術(shù)路線日漸成熟，并具有了現(xiàn)實(shí)的 性能優(yōu)勢(shì)，使得半導(dǎo)體照明在包括城市景觀照明、道路照明、室內(nèi)照明、大尺寸 LCD背光源、大屏幕全彩顯示等諸多領(lǐng)域具有了廣闊的應(yīng)用前景發(fā)展趨勢(shì)。利用 半導(dǎo)體照明光源替代傳統(tǒng)照明光源被看作是照明業(yè)界的革命性變革。面光源是一種重要的光源形式，廣泛應(yīng)用于如室內(nèi)照明、室外廣告照明、液 晶背光源照明等方面。在實(shí)際應(yīng)用中，對(duì)于面光源通常要求發(fā)光面均勻發(fā)光，并 且在發(fā)光角度內(nèi)光強(qiáng)均勻分布以避免眩光等不利影響。與點(diǎn)光源相比，面光源的 大小在照明系統(tǒng)內(nèi)不能忽略，其發(fā)光面的長(zhǎng)、寬尺寸通常與發(fā)光面與照明區(qū)域之 間的距離可比擬甚至更大。如前所述，半導(dǎo)體固態(tài)照明光源具有許多優(yōu)點(diǎn)，利用LED制作面光源是固態(tài)照明實(shí)際應(yīng)用的重要內(nèi)容。然而傳統(tǒng)封裝的LED光源， 一方面，由于芯片尺寸小， 通常為點(diǎn)光源發(fā)光，容易造成眩光，對(duì)人眼健康產(chǎn)生不利影響；另一方面，其發(fā) 光角分布也不均勻，難以實(shí)現(xiàn)大面積均勻發(fā)光面。為利用LED制作面光源，已經(jīng) 有了一些設(shè)計(jì)方案。常見的方式是利用導(dǎo)光板(包括與反射結(jié)合導(dǎo)光板)如專利 CN1434336、 CN1403736、 W02005080862、 CN1512198，但由于導(dǎo)光板具有很強(qiáng)的 光損耗，LED作為光源最重要的節(jié)能效用會(huì)被極大地削弱；也有采用擴(kuò)大熒光粉 涂敷面、擴(kuò)大發(fā)光面的方案被提出，如專利CN1945099，但熒光粉應(yīng)用的特性決 定其難以實(shí)現(xiàn)大面積的均勻發(fā)光面；另外一類LED面光源采用單個(gè)LED結(jié)合封裝 透鏡形成一個(gè)光源模塊，直接在散光板上形成具有可拼接狀的均勻照度區(qū)域，再 通過多個(gè)模塊構(gòu)成擴(kuò)展模組，模塊的發(fā)光面互不重疊，直接拼接成大面積的均勻 面光源，如專利US6402347B1，這種方案克服了導(dǎo)光板光損大的缺點(diǎn)，具有高效 節(jié)能的優(yōu)點(diǎn)，但是一旦某模塊失效就會(huì)導(dǎo)致面光源出現(xiàn)暗斑，嚴(yán)重影響其整體性 能。最近，有專利US20070189032提出僅用反射與散光板實(shí)現(xiàn)面光源，以克服上 述問題，但其反射面至少需要兩部分反射板，其中一部分反射板將光源的光反射 到散光板，另一部分位于光源與散光板之間，將光源發(fā)出的光折回第一部分反射 板。但這種方案由于存在兩次反射，增加了光整形的困難，對(duì)實(shí)現(xiàn)面發(fā)光均勻帶 來困難；其次一部分反射板位于光源至散光板之間，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，容易發(fā)生遮光現(xiàn) 象。'本發(fā)明提出了一種新型的基于LED的面光源照明裝置，它克服了上述各種結(jié) 構(gòu)的缺點(diǎn)，首先，直接利用反射板實(shí)現(xiàn)LED模塊的光整形，克服了采用導(dǎo)光板導(dǎo) 致光能損失大的缺點(diǎn)，發(fā)揮了LED光源節(jié)能的突出優(yōu)勢(shì)；其次，整體結(jié)構(gòu)便于擴(kuò) 展，對(duì)于大面積均勻面光源的制作十分方便、有效；再次，LED模塊發(fā)出的光經(jīng) 反射面板的一次反射即可實(shí)現(xiàn)均勻面光源，即簡(jiǎn)化了設(shè)計(jì)復(fù)雜度和燈具結(jié)構(gòu)，又 最大程度保留了高的光能利用率；最后，LED模塊的光照區(qū)域互相重疊但不完全 相同，光源至散光板之間無遮擋物，減小了單個(gè)LED模塊損壞對(duì)面發(fā)光均勻性的 影響，克服了拼接方案中容易產(chǎn)生暗斑的缺點(diǎn)，提升了燈具性能的魯棒性。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種基于LED的面光源照明裝置，是一種不含導(dǎo)光板 的照明裝置，能夠?qū)崿F(xiàn)大尺寸、均勻發(fā)光面和均勻出光角的面光源，可以克服眩 光問題，同時(shí)最大限度發(fā)揮LED作為光源的節(jié)能優(yōu)勢(shì)，提升其在應(yīng)用中的魯棒性。 所述基于LED的面光源照明裝置，包括
(1) 光源由至少一個(gè)LED光源模塊構(gòu)成；
(2) 反射面板位于光源與出光面相反的一側(cè)，其作用為將LED光源模塊發(fā) 出的光反射至散光板，并在散光板上形成均勻照度；
(3) 散光板:位于出光面上，其作用為將經(jīng)過反射面整形后的光進(jìn)行散光， 使得燈具在各個(gè)方向上的出光均勻；
(4) 散熱板位于裝置的周邊，處于反射面板和散光板之間，由導(dǎo)熱材料制 成，用于固定光源并將光源產(chǎn)生的熱量散發(fā)出去；
(5) 支架用于固定上述部件，并構(gòu)成燈具整體。
所述LED光源模塊每個(gè)LED光源模塊內(nèi)封裝有一個(gè)或多個(gè)LED芯片、 一次 或二次透鏡；LED模塊排布在散熱板上，排布時(shí)可以采取發(fā)不同顏色光的LED 光源模塊單排或多排或者混合排布；LED模塊之間的間距可以相等或不相等。
所述反射面板在空間上不位于光源與散光板之間；反射面具有軸對(duì)稱性、中 心對(duì)稱性或平移擴(kuò)展性；反射面板的剖面是直線段、圓弧線或拋物線的組合。
所述反射面板采用鏡面反射方式；反射面板采用玻璃、金屬、陶瓷、塑料或 復(fù)合材料作為反射面或具有面反射鍍層的雙層或多層結(jié)構(gòu)材料，或由導(dǎo)熱材料制 成。
所述制作散熱板的導(dǎo)熱材料為鋁、銅或鋁合金。
所述支架，以螺釘固定、導(dǎo)熱膠粘合或部件直接咬合的固定方式固定散熱板、 散光板和反射板。
所述平移擴(kuò)展性為沿裝置的側(cè)面方向任意擴(kuò)展或縮放，或進(jìn)行拼接；裝置的 俯視外觀形狀為長(zhǎng)方形、正方形、三角形、六邊形或圓型。
本發(fā)明的有益結(jié)果是避免采用具有光損耗的導(dǎo)光板作為實(shí)現(xiàn)均勻光照度分布的手段，克服了由此引起的光能損耗問題，保留了LED作為節(jié)能光源的巨大優(yōu) 勢(shì)；便于實(shí)現(xiàn)大尺寸、均勻的面光源；提升了燈具在應(yīng)用中的魯棒性。實(shí)驗(yàn)證明， 本發(fā)明可以實(shí)現(xiàn)面積大、厚度小、具有均勻發(fā)光面和均勻出光角的面光源照明燈 具，具有極強(qiáng)的實(shí)用價(jià)值。
圖1為一種LED光源模塊采用兩側(cè)排布、出光全部反射的面光源結(jié)構(gòu)示意圖。 圖2為一種LED光源模塊采用兩側(cè)排布、出光部分反射的面光源結(jié)構(gòu)示意圖。 圖3為一種LED光源模塊采用單側(cè)排布、出光部分反射的面光源結(jié)構(gòu)示意圖。 圖4為一種具有波浪形背面板、LED光源模塊采用兩側(cè)排布、出光全部反射
的面光源結(jié)構(gòu)示意圖。
圖5為一種具有鋸齒狀背面板、LED光源模塊采用兩側(cè)排布、出光全部反射
的面光源結(jié)構(gòu)示意圖。
圖6為一種LED光源模塊兩側(cè)排布的面光源立^:結(jié)構(gòu)示意圖。
圖7為一種LED光源模塊單側(cè)排布的面光源立體結(jié)構(gòu)示意圖。
圖8為一種三角形外觀面光源示意圖。
圖9為一種六邊形外觀面光源示意圖。
圖IO為一種圓型外觀面光源示意圖。
圖11為一種六邊形外觀面光源拼接示意圖。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明提供一種基于LED的面光源照明裝置，整體結(jié)構(gòu)至少包括LED光源、 反射面板和散光板，不使用導(dǎo)光板。燈具出光面采用散光板實(shí)現(xiàn)角度均勻性；LED 光源模塊和散光板之間設(shè)有反射面板；通過反射面板將LED光源模塊發(fā)出的部分 光或全部光反射至散光板，并在散光版上形成均勻照度，實(shí)現(xiàn)光強(qiáng)的均勻性。通 過下面的具體實(shí)施示例，可以更好的了解本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和特點(diǎn)。
圖1給出了一種LED光源模塊采用兩側(cè)排布、出光全部反射的面光源結(jié)構(gòu)示 意圖。圖中白光光源的LED模塊1. 1排布在位于出光面兩側(cè)的附加導(dǎo)熱銅基板1. 5上；導(dǎo)熱銅基板1.5通過導(dǎo)熱膠1.8粘合在支架1.6上；LED光源模塊1.1帶有 二次透鏡，其出光角1.2內(nèi)的光全部照射到反射面板1.4，再反射到位于出光面 的散光板1.3，反射面板1.4為具有拋光內(nèi)表面1.4. 1的鋁合金構(gòu)成，反射板之 間通過咬合固定在一起1. 4. 2;散光板1. 3和反射板1. 4通過螺絲1. 7固定在支 架1.6上。
圖2給出了一種LED光源模塊采用兩側(cè)排布、出光部分反射的面光源結(jié)構(gòu) 示意圖。圖中紅光光源的LED光源模塊2.1通過導(dǎo)熱膠2.7粘合，直接排布在具 有導(dǎo)熱特性的鋁合金燈具整體支架2. 5的出光面兩側(cè)；LED光源模塊2. 1為一次 透鏡封裝，其出光角2.2內(nèi)的光一部分照射到位于出光面的散光板2.3上，其余 經(jīng)支架上反射涂層2. 4的反射后反射到散光板2. 3;散光板2. 3通過咬合2. 6固 定在燈具整體支架2. 5上；光源可以沿垂直與圖示方向平移擴(kuò)展。
圖3給出了一種LED光源模塊采用單側(cè)排布、出光部分反射的面光源結(jié)構(gòu) 示意圖。圖中藍(lán)光光源的LED光源模塊3. 1直接排布在鋁合金燈具整體支架3. 4 上，位于燈具出光面的一側(cè)；鋁合金燈具整體支架3.4同時(shí)具有反射、導(dǎo)熱功能； LED光源模塊3. 1出光角3. 2內(nèi)的光一部分照射到位于出光面的散光板3. 3上， 其余經(jīng)過支架3. 4的內(nèi)表面反射面反射到散光板3. 3;散光板3. 3通過螺絲3. 7 固定在燈具整體支架3. 4上；光源可以沿垂直與圖示方向平移擴(kuò)展。
圖4給出了一種具有波浪形背面板、LED光源模塊采用兩側(cè)排布、出光全部 反射的面光源結(jié)構(gòu)示意圖。圖中綠光LED光源模塊4. 1排布在位于燈具出光面兩 側(cè)的附加導(dǎo)熱基板4. 5上；LED光源模塊4. 1出光角4. 2內(nèi)的光全部照射到反射 面板4.4，再反射到位于出光面的散光版4.3;散光板4.3和反射板4.4固定在 支架4. 6上；反射面板4. 4背面具有波浪狀起伏結(jié)構(gòu)；散光板4. 3和反射面板4. 4 都通過咬合4. 7固定在支架4. 6上；光源可以沿垂直與圖示方向平移擴(kuò)展。
圖5給出了一種具有鋸齒狀背面板、LED光源模塊采用兩側(cè)排布、出光全部反 射的面光源結(jié)構(gòu)示意圖。圖中白光LED光源模塊5. 1通過導(dǎo)熱膠5. 6粘合直接排 布在燈具鋁合金整體支架5. 5上；LED光源模塊5. 1出光角5. 2內(nèi)的光一部分直接照射到為于出光面的散光板5. 3上，其余經(jīng)支架5. 5的反射涂層5. 4反射、照 射到散光板5.3;支架5.5背面具有鋸齒狀起伏結(jié)構(gòu)；散光板5. 3通過咬合5. 7 固定在支架5.5上；光源可以沿垂直與圖示方向平移擴(kuò)展。
圖6給出了一種LED光源模塊兩側(cè)排布的面光源立體結(jié)構(gòu)示意圖。圖中LED 光源模塊6. 1每組包括紅綠藍(lán)三種LED，按單排方式直接排布在支架6.4上，位 于支架兩側(cè)，模塊之間等距排列；支架6. 4內(nèi)表面6. 2為反射面，將光源模塊6. 1 發(fā)出的光反射到為于出光面的散光板6. 3上；燈具兩端為附加的具有反射內(nèi)表面 的端面反射面板6.5;燈具的俯視圖具有正方形外觀；可以沿端面方向平移擴(kuò)展。
圖7給出了一種LED光源模塊單側(cè)排布的面光源立體結(jié)構(gòu)示意圖。圖中白光 LED光源模塊7. 1排布按單排與多排混合排布的方式，排布在位于燈具出光面一 側(cè)的附加導(dǎo)熱鋁基板7.6上，模塊之間排列間距不完全相等；燈具支架7.4內(nèi)表 面具有反射涂層7.2，將光源發(fā)出的光反射到位于出光面的散光板7.3處；燈具 兩端為附加的具有反射內(nèi)表面的反射面板7. 5;燈具的俯視圖具有長(zhǎng)方形外觀。
圖8給出了一種三角形外觀面光源示意圖。燈具整體具有三角形俯視外觀 8.2; LED光源模塊8. l排布在燈具側(cè)面；燈具整體可以縮放，LED光源模塊數(shù)目 也可以相應(yīng)更改。
圖9給出了一種六邊形外觀面光源示意圖。燈具整體具有六邊形俯視外觀 9.2; LED光源模塊9. l排布在燈具側(cè)面；燈具整體可以縮放，LED模塊數(shù)目也可
以相應(yīng)更改。
圖10給出了一種圓型外觀面光源示意圖。燈具整體具有圓形俯視外觀10. 2; LED光源模塊IO. l排布在燈具側(cè)面；燈具整體可以縮放，LED光源模塊數(shù)目也可
以相應(yīng)更改。
圖11給出了一種六邊形外觀面光源拼接示意圖。多個(gè)六邊形面光源模塊11. 2 互相拼接構(gòu)成更大的面光源模塊11. 3;每個(gè)六邊形面光源模塊中的LED光源模塊 ll.l排布在側(cè)面。
上述技術(shù)方案的優(yōu)點(diǎn)在于1、 本發(fā)明采用的LED模塊光照區(qū)域互相重疊但不完全相同，減小了單個(gè)模塊 失效對(duì)整體性能的影響。
2、 本發(fā)明利用一次鏡面反射實(shí)現(xiàn)光源模塊光的整形，簡(jiǎn)化了設(shè)計(jì)復(fù)雜度和器 件結(jié)構(gòu)，同時(shí)克服了采用導(dǎo)光板帶來的光能損失。
3、 本發(fā)明設(shè)計(jì)方案設(shè)計(jì)的反射面具有擴(kuò)展性，便于制作各種大尺寸、均勻面 光源。.
權(quán)利要求
1.一種基于LED的面光源照明裝置，其特征在于，所述照明裝置，包括(1)光源由至少一個(gè)LED光源模塊構(gòu)成；(2)反射面板位于光源與出光面相反的一側(cè)，其作用為將LED光源模塊發(fā)出的光反射至散光板，并在散光板上形成均勻照度；(3)散光板位于出光面上，其作用為將經(jīng)過反射面整形后的光進(jìn)行散光，使得燈具在各個(gè)方向上的出光均勻；(4)散熱板位于裝置的周邊，處于反射面板和散光板之間，由導(dǎo)熱材料制成，用于固定光源并將光源產(chǎn)生的熱量散發(fā)出去；(5)支架用于固定上述部件，并構(gòu)成燈具整體。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述基于LED的面光源照明裝置，其特征在于，所述LED 光源模塊每個(gè)LED光源模塊內(nèi)封裝有一個(gè)或多個(gè)LED芯片、 一次或二次透鏡； LED模塊排布在散熱板上，排布時(shí)可以采取發(fā)不同顏色光的LED光源模塊單排或 多排或者混合排布；LED光源模塊之間的間距可以相等或不相等。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述基于LED的面光源照明裝置，其特征在于，所述反射 面板在空間上不位于光源與散光板之間；反射面具有軸對(duì)稱性、中心對(duì)稱性或平 移擴(kuò)展性；反射面板的剖面是直線段、圓弧線或拋物線的組合。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述基于LED的面光源照明裝置，其特征在于，所述反 射面板采用鏡面反射方式；反射面板采用玻璃、金屬、陶瓷、塑料或復(fù)合材料作 為反射面或具有面反射鍍層的雙層或多層結(jié)構(gòu)材料，或由導(dǎo)熱材料制成。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1或4所述基于LED的面光源照明裝置，其特征在于，所述 導(dǎo)熱材料為鋁、銅或鋁合金。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述基于LED的面光源照明裝置，其特征在于，所述支架， 以螺釘固定、導(dǎo)熱膠粘合或部件直接咬合的固定方式固定散熱板、散光板和反射 板。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述基于LED的面光源照明裝置，其特征在于，所述平移 擴(kuò)展性為沿裝置的側(cè)面方向任意擴(kuò)展或縮放，或進(jìn)行拼接；裝置的俯視外觀形狀 為長(zhǎng)方形、正方形、三角形、六邊形或圓型。
全文摘要
本發(fā)明公開了屬于半導(dǎo)體固態(tài)照明技術(shù)領(lǐng)域的涉及一種采用發(fā)光二極管作為光源，利用光學(xué)反射原理對(duì)光源出光整形、形成均勻發(fā)光面，并利用散光板實(shí)現(xiàn)角分布均勻的一種基于LED的面光源照明裝置。整體結(jié)構(gòu)至少包括LED光源模塊、反射面板和散光板，不使用導(dǎo)光板。燈具出光面采用散光板實(shí)現(xiàn)角度均勻性；LED光源模塊和散光板之間沒有反射面板；通過反射面板將LED光源模塊發(fā)出的部分光或全部光反射至散光板，并在散光版上形成均勻照度，實(shí)現(xiàn)光強(qiáng)的均勻性?？尚纬啥喾N結(jié)構(gòu)的LED面光源照明燈具，在盡可能發(fā)揮LED具有的巨大節(jié)能優(yōu)勢(shì)的同時(shí)，提高了燈具的穩(wěn)定性和安全可靠性。
文檔編號(hào)F21V29/00GK101270855SQ200810104199
公開日2008年9月24日 申請(qǐng)日期2008年4月16日 優(yōu)先權(quán)日2008年4月16日
發(fā)明者張賢鵬, 毅 羅, 錢可元, 韓彥軍 申請(qǐng)人:清華大學(xué)