专利名称：一种基于led的面光源照明装置的制作方法
技术领域：
本发明属于半导体固态照明技术领域，特别涉及一种采用发光二极管(light emitting diodes,简写为LED)作为光源，利用光学反射原理对光源出光整形、 形成均匀发光面，并利用散光板实现角分布均匀的一种基于LED的面光源照明装 置。该照明装置包括LED光源、反射面板和散光板，具有节能、面内均匀度高、 出光柔和等特点，并且制作简单，可以满足包括室内照明、户外广告灯箱照明、 液晶背光照明在内的诸多应用需求。
技术背景自20世纪90年代起，随着氮化镓(Gallium Nitride,简写为GaN)基LED 在材料生长、器件制作以及封装技术的突破和发展，大功率、高亮度GaN基蓝绿 光LED逐渐成熟并进入市场，并使得紫外LED成为可能，弥补了以往半导体发光 二极管在包括蓝、绿光在内的短波长发光性能上的不足，使得利用半导体发光二 极管作为白光照明光源成为可能。作为新兴的照明光源，发光二极管相比于传统 光源具有高效、节能、环保、体积小、寿命长等诸多优点。随着功率型GaN基LED 器件性能的日渐提升，利用红绿蓝三色LED组合产生白光，尤其是采用大功率GaN 基蓝光LED结合黄光荧光粉组合产生白光的技术路线日渐成熟，并具有了现实的 性能优势，使得半导体照明在包括城市景观照明、道路照明、室内照明、大尺寸 LCD背光源、大屏幕全彩显示等诸多领域具有了广阔的应用前景发展趋势。利用 半导体照明光源替代传统照明光源被看作是照明业界的革命性变革。面光源是一种重要的光源形式，广泛应用于如室内照明、室外广告照明、液 晶背光源照明等方面。在实际应用中，对于面光源通常要求发光面均匀发光，并 且在发光角度内光强均匀分布以避免眩光等不利影响。与点光源相比，面光源的 大小在照明系统内不能忽略，其发光面的长、宽尺寸通常与发光面与照明区域之 间的距离可比拟甚至更大。如前所述，半导体固态照明光源具有许多优点，利用LED制作面光源是固态照明实际应用的重要内容。然而传统封装的LED光源， 一方面，由于芯片尺寸小， 通常为点光源发光，容易造成眩光，对人眼健康产生不利影响；另一方面，其发 光角分布也不均匀，难以实现大面积均匀发光面。为利用LED制作面光源，已经 有了一些设计方案。常见的方式是利用导光板(包括与反射结合导光板)如专利 CN1434336、 CN1403736、 W02005080862、 CN1512198，但由于导光板具有很强的 光损耗，LED作为光源最重要的节能效用会被极大地削弱；也有采用扩大荧光粉 涂敷面、扩大发光面的方案被提出，如专利CN1945099，但荧光粉应用的特性决 定其难以实现大面积的均匀发光面；另外一类LED面光源采用单个LED结合封装 透镜形成一个光源模块，直接在散光板上形成具有可拼接状的均匀照度区域，再 通过多个模块构成扩展模组，模块的发光面互不重叠，直接拼接成大面积的均匀 面光源，如专利US6402347B1，这种方案克服了导光板光损大的缺点，具有高效 节能的优点，但是一旦某模块失效就会导致面光源出现暗斑，严重影响其整体性 能。最近，有专利US20070189032提出仅用反射与散光板实现面光源，以克服上 述问题，但其反射面至少需要两部分反射板，其中一部分反射板将光源的光反射 到散光板，另一部分位于光源与散光板之间，将光源发出的光折回第一部分反射 板。但这种方案由于存在两次反射，增加了光整形的困难，对实现面发光均匀带 来困难；其次一部分反射板位于光源至散光板之间，结构复杂，容易发生遮光现 象。'本发明提出了一种新型的基于LED的面光源照明装置，它克服了上述各种结 构的缺点，首先，直接利用反射板实现LED模块的光整形，克服了采用导光板导 致光能损失大的缺点，发挥了LED光源节能的突出优势；其次，整体结构便于扩 展，对于大面积均匀面光源的制作十分方便、有效；再次，LED模块发出的光经 反射面板的一次反射即可实现均匀面光源，即简化了设计复杂度和灯具结构，又 最大程度保留了高的光能利用率；最后，LED模块的光照区域互相重叠但不完全 相同，光源至散光板之间无遮挡物，减小了单个LED模块损坏对面发光均匀性的 影响，克服了拼接方案中容易产生暗斑的缺点，提升了灯具性能的鲁棒性。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于LED的面光源照明装置，是一种不含导光板 的照明装置，能够实现大尺寸、均匀发光面和均匀出光角的面光源，可以克服眩 光问题，同时最大限度发挥LED作为光源的节能优势，提升其在应用中的鲁棒性。 所述基于LED的面光源照明装置，包括
(1) 光源由至少一个LED光源模块构成；
(2) 反射面板位于光源与出光面相反的一侧，其作用为将LED光源模块发 出的光反射至散光板，并在散光板上形成均匀照度；
(3) 散光板:位于出光面上，其作用为将经过反射面整形后的光进行散光， 使得灯具在各个方向上的出光均匀；
(4) 散热板位于装置的周边，处于反射面板和散光板之间，由导热材料制 成，用于固定光源并将光源产生的热量散发出去；
(5) 支架用于固定上述部件，并构成灯具整体。
所述LED光源模块每个LED光源模块内封装有一个或多个LED芯片、 一次 或二次透镜；LED模块排布在散热板上，排布时可以采取发不同颜色光的LED 光源模块单排或多排或者混合排布；LED模块之间的间距可以相等或不相等。
所述反射面板在空间上不位于光源与散光板之间；反射面具有轴对称性、中 心对称性或平移扩展性；反射面板的剖面是直线段、圆弧线或抛物线的组合。
所述反射面板采用镜面反射方式；反射面板采用玻璃、金属、陶瓷、塑料或 复合材料作为反射面或具有面反射镀层的双层或多层结构材料，或由导热材料制 成。
所述制作散热板的导热材料为铝、铜或铝合金。
所述支架，以螺钉固定、导热胶粘合或部件直接咬合的固定方式固定散热板、 散光板和反射板。
所述平移扩展性为沿装置的侧面方向任意扩展或縮放，或进行拼接；装置的 俯视外观形状为长方形、正方形、三角形、六边形或圆型。
本发明的有益结果是避免采用具有光损耗的导光板作为实现均匀光照度分布的手段，克服了由此引起的光能损耗问题，保留了LED作为节能光源的巨大优 势；便于实现大尺寸、均匀的面光源；提升了灯具在应用中的鲁棒性。实验证明， 本发明可以实现面积大、厚度小、具有均匀发光面和均匀出光角的面光源照明灯 具，具有极强的实用价值。
图1为一种LED光源模块采用两侧排布、出光全部反射的面光源结构示意图。 图2为一种LED光源模块采用两侧排布、出光部分反射的面光源结构示意图。 图3为一种LED光源模块采用单侧排布、出光部分反射的面光源结构示意图。 图4为一种具有波浪形背面板、LED光源模块采用两侧排布、出光全部反射
的面光源结构示意图。
图5为一种具有锯齿状背面板、LED光源模块采用两侧排布、出光全部反射
的面光源结构示意图。
图6为一种LED光源模块两侧排布的面光源立^:结构示意图。
图7为一种LED光源模块单侧排布的面光源立体结构示意图。
图8为一种三角形外观面光源示意图。
图9为一种六边形外观面光源示意图。
图IO为一种圆型外观面光源示意图。
图11为一种六边形外观面光源拼接示意图。
具体实施例方式
本发明提供一种基于LED的面光源照明装置，整体结构至少包括LED光源、 反射面板和散光板，不使用导光板。灯具出光面采用散光板实现角度均匀性；LED 光源模块和散光板之间设有反射面板；通过反射面板将LED光源模块发出的部分 光或全部光反射至散光板，并在散光版上形成均匀照度，实现光强的均匀性。通 过下面的具体实施示例，可以更好的了解本发明的优点和特点。
图1给出了一种LED光源模块采用两侧排布、出光全部反射的面光源结构示 意图。图中白光光源的LED模块1. 1排布在位于出光面两侧的附加导热铜基板1. 5上；导热铜基板1.5通过导热胶1.8粘合在支架1.6上；LED光源模块1.1带有 二次透镜，其出光角1.2内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为具有抛光内表面1.4. 1的铝合金构成，反射板之 间通过咬合固定在一起1. 4. 2;散光板1. 3和反射板1. 4通过螺丝1. 7固定在支 架1.6上。
图2给出了一种LED光源模块采用两侧排布、出光部分反射的面光源结构 示意图。图中红光光源的LED光源模块2.1通过导热胶2.7粘合，直接排布在具 有导热特性的铝合金灯具整体支架2. 5的出光面两侧；LED光源模块2. 1为一次 透镜封装，其出光角2.2内的光一部分照射到位于出光面的散光板2.3上，其余 经支架上反射涂层2. 4的反射后反射到散光板2. 3;散光板2. 3通过咬合2. 6固 定在灯具整体支架2. 5上；光源可以沿垂直与图示方向平移扩展。
图3给出了一种LED光源模块采用单侧排布、出光部分反射的面光源结构 示意图。图中蓝光光源的LED光源模块3. 1直接排布在铝合金灯具整体支架3. 4 上，位于灯具出光面的一侧；铝合金灯具整体支架3.4同时具有反射、导热功能； LED光源模块3. 1出光角3. 2内的光一部分照射到位于出光面的散光板3. 3上， 其余经过支架3. 4的内表面反射面反射到散光板3. 3;散光板3. 3通过螺丝3. 7 固定在灯具整体支架3. 4上；光源可以沿垂直与图示方向平移扩展。
图4给出了一种具有波浪形背面板、LED光源模块采用两侧排布、出光全部 反射的面光源结构示意图。图中绿光LED光源模块4. 1排布在位于灯具出光面两 侧的附加导热基板4. 5上；LED光源模块4. 1出光角4. 2内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背面具有波浪状起伏结构；散光板4. 3和反射面板4. 4 都通过咬合4. 7固定在支架4. 6上；光源可以沿垂直与图示方向平移扩展。
图5给出了一种具有锯齿状背面板、LED光源模块采用两侧排布、出光全部反 射的面光源结构示意图。图中白光LED光源模块5. 1通过导热胶5. 6粘合直接排 布在灯具铝合金整体支架5. 5上；LED光源模块5. 1出光角5. 2内的光一部分直接照射到为于出光面的散光板5. 3上，其余经支架5. 5的反射涂层5. 4反射、照 射到散光板5.3;支架5.5背面具有锯齿状起伏结构；散光板5. 3通过咬合5. 7 固定在支架5.5上；光源可以沿垂直与图示方向平移扩展。
图6给出了一种LED光源模块两侧排布的面光源立体结构示意图。图中LED 光源模块6. 1每组包括红绿蓝三种LED，按单排方式直接排布在支架6.4上，位 于支架两侧，模块之间等距排列；支架6. 4内表面6. 2为反射面，将光源模块6. 1 发出的光反射到为于出光面的散光板6. 3上；灯具两端为附加的具有反射内表面 的端面反射面板6.5;灯具的俯视图具有正方形外观；可以沿端面方向平移扩展。
图7给出了一种LED光源模块单侧排布的面光源立体结构示意图。图中白光 LED光源模块7. 1排布按单排与多排混合排布的方式，排布在位于灯具出光面一 侧的附加导热铝基板7.6上，模块之间排列间距不完全相等；灯具支架7.4内表 面具有反射涂层7.2，将光源发出的光反射到位于出光面的散光板7.3处；灯具 两端为附加的具有反射内表面的反射面板7. 5;灯具的俯视图具有长方形外观。
图8给出了一种三角形外观面光源示意图。灯具整体具有三角形俯视外观 8.2; LED光源模块8. l排布在灯具侧面；灯具整体可以縮放，LED光源模块数目 也可以相应更改。
图9给出了一种六边形外观面光源示意图。灯具整体具有六边形俯视外观 9.2; LED光源模块9. l排布在灯具侧面；灯具整体可以縮放，LED模块数目也可
以相应更改。
图10给出了一种圆型外观面光源示意图。灯具整体具有圆形俯视外观10. 2; LED光源模块IO. l排布在灯具侧面；灯具整体可以縮放，LED光源模块数目也可
以相应更改。
图11给出了一种六边形外观面光源拼接示意图。多个六边形面光源模块11. 2 互相拼接构成更大的面光源模块11. 3;每个六边形面光源模块中的LED光源模块 ll.l排布在侧面。
上述技术方案的优点在于1、 本发明采用的LED模块光照区域互相重叠但不完全相同，减小了单个模块 失效对整体性能的影响。
2、 本发明利用一次镜面反射实现光源模块光的整形，简化了设计复杂度和器 件结构，同时克服了采用导光板带来的光能损失。
3、 本发明设计方案设计的反射面具有扩展性，便于制作各种大尺寸、均匀面 光源。.
权利要求
1.一种基于LED的面光源照明装置，其特征在于，所述照明装置，包括(1)光源由至少一个LED光源模块构成；(2)反射面板位于光源与出光面相反的一侧，其作用为将LED光源模块发出的光反射至散光板，并在散光板上形成均匀照度；(3)散光板位于出光面上，其作用为将经过反射面整形后的光进行散光，使得灯具在各个方向上的出光均匀；(4)散热板位于装置的周边，处于反射面板和散光板之间，由导热材料制成，用于固定光源并将光源产生的热量散发出去；(5)支架用于固定上述部件，并构成灯具整体。
2. 根据权利要求1所述基于LED的面光源照明装置，其特征在于，所述LED 光源模块每个LED光源模块内封装有一个或多个LED芯片、 一次或二次透镜； LED模块排布在散热板上，排布时可以采取发不同颜色光的LED光源模块单排或 多排或者混合排布；LED光源模块之间的间距可以相等或不相等。
3. 根据权利要求1所述基于LED的面光源照明装置，其特征在于，所述反射 面板在空间上不位于光源与散光板之间；反射面具有轴对称性、中心对称性或平 移扩展性；反射面板的剖面是直线段、圆弧线或抛物线的组合。
4.根据权利要求1所述基于LED的面光源照明装置，其特征在于，所述反 射面板采用镜面反射方式；反射面板采用玻璃、金属、陶瓷、塑料或复合材料作 为反射面或具有面反射镀层的双层或多层结构材料，或由导热材料制成。
5. 根据权利要求1或4所述基于LED的面光源照明装置，其特征在于，所述 导热材料为铝、铜或铝合金。
6. 根据权利要求1所述基于LED的面光源照明装置，其特征在于，所述支架， 以螺钉固定、导热胶粘合或部件直接咬合的固定方式固定散热板、散光板和反射 板。
7. 根据权利要求1所述基于LED的面光源照明装置，其特征在于，所述平移 扩展性为沿装置的侧面方向任意扩展或縮放，或进行拼接；装置的俯视外观形状 为长方形、正方形、三角形、六边形或圆型。
全文摘要
本发明公开了属于半导体固态照明技术领域的涉及一种采用发光二极管作为光源，利用光学反射原理对光源出光整形、形成均匀发光面，并利用散光板实现角分布均匀的一种基于LED的面光源照明装置。整体结构至少包括LED光源模块、反射面板和散光板，不使用导光板。灯具出光面采用散光板实现角度均匀性；LED光源模块和散光板之间没有反射面板；通过反射面板将LED光源模块发出的部分光或全部光反射至散光板，并在散光版上形成均匀照度，实现光强的均匀性。可形成多种结构的LED面光源照明灯具，在尽可能发挥LED具有的巨大节能优势的同时，提高了灯具的稳定性和安全可靠性。
文档编号F21V29/00GK101270855SQ200810104199
公开日2008年9月24日 申请日期2008年4月16日 优先权日2008年4月16日
发明者张贤鹏, 毅 罗, 钱可元, 韩彦军 申请人:清华大学