专利名称：使用包括半导体发光装置的光源模块的照明装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种使用多个光源模块的照明装置，每个光源模块均由半导体发光装 置组成。
背景技术：
近来，作为照明光源，发光二极管已经成为关注对象。这是因为，基于白光发光二 极管的光源能够提高发光效率，从而使得市场在能源效率和成本方面接受这样的发光二极 管。利用这种发光二极管的优点，已经开发并且实现了各种类型的室内使用和室外使用的 照明装置。因为基于白光发光二极管的光源相对于电子放电管具有完全不同的结构和驱动 系统，所以在照明装置中必须安装用于构成照明装置的专用装置。日本特开2006-114347号公报示出了这种专用装置的一个示例，如公开文本的图 8所示。所公开的照明装置使用多个发光单元，每个发光单元包括发光二极管元件和用于调 整发光二极管元件的光分布的形状的给定投影透镜，所述多个发光单元以预定方式排列， 从而可以实现作为照明装置的整体光分布。现有技术专利文献专利文献1日本特开2006-114347号公报和其中的图8
发明内容
本发明所要解决的技术问题所公开的照明装置包括多个发光单元，每个发光单元必须根据其位置而具有不同 的投影透镜以形成期望的光分布，即，取决于照明方向和要照明的区域。因此存在如下问 题必须设计多种类型的投影透镜并将它们提供给各个发光单元，从而生产成本不利地增 加。解决上述问题的技术方案设计了本发明以解决与现有技术相关联的上述问题。根据本发明，一种照明装置 可以包括多个光源模块，每个光源模块包括半导体发光装置、透镜、和光散射树脂部件，所 述光散射树脂部件由树脂和散布在其中的光散射材料构成，并且布置于所述半导体发光装 置和所述透镜之间。利用可以改变树脂中的光散射材料的浓度来控制光分布的特征，光源 模块可以包括根据该光源模块布置的角度位置而具有合适的光散射材料浓度的相应光散 射树脂部件。本发明的有利效果
根据本发明，可以用多个合适的光源模块来形成照明装置，这些光源模块具有单 一类型的透镜，这些透镜通过调整光散射树脂部件中的光散射材料的浓度而具有各不相同 的光分布。结果，本发明可以提供诸如降低制造成本等的有利效果。
图1为例示根据本发明的照明装置的示意性剖面图；图2为例示根据本发明的照明装置中使用的光源模块的示意性剖面图；以及图3为示出光分布特性或者照明强度与光源模块的布置角度的相关性的曲线图。
具体实施方式
在下文中，将参照附图来描述本发明的实施方式。必须注意的是，以下描述可能包 括表示方向的几个术语，例如基于沿着根据本发明的照明装置的光轴方向的“较下”方向或 “向下”而定义的“向上”、“较上”、“向下”、“较下”等。图1是例示本发明的实施方式的图。图1示出了利用三个光源模块1A、1B和IC(或 者统称为“1”)的照明装置。第一光源模块IA具有在图中朝向下方的光轴，并在三个光源 模块中具有最宽的光分布。邻近第一光源模块IA布置的第二光源模块IB具有按某角度设 置的光轴，并且第二光源模块IB的光分布窄于第一光源模块1A。第三光源模块IC的光轴 按照比第二光源模块IB的光轴倾斜更多的角度设置，并且第三光源模块IC具有三个光源 模块中最窄的光分布。此外，光源模块1A、1B和IC的光轴相对于被照明的表面按各自的预 定角度而倾斜。在如图1所示的实施例中，第一光源模块IA的光轴基本垂直于被照明的表 面。第二光源模块IB的光轴相对于被照明表面的角度小于直角。第三光源模块IC的光轴 相对于被照明表面的角度小于第二光源模块IB的光轴相对于被照明表面所形成的角度。应当注意到，光轴可以定义为穿过半导体发光装置2(稍后会描述)的中心和透镜 4(稍后会描述)的中心并从光源模块1沿着发光方向延伸的虚拟线。此外，应注意到，在本 申请的描述中，任一个光轴与被照明表面之间的角度应等于或小于90°。同样应注意到，光 源模块1A、1B或IC “接连或相邻布置”这样的用语表示在光源模块之间没有插入影响光分 布的任何元件，并且光源模块被布置得尽可能得相邻并不彼此交叠，以使得任一光源模块 不影响任一其他光源模块所形成的光分布。图2例示了个体光源模块1，光源模块1可以包括基板3、半导体发光装置2、光散 射树脂部件5和透镜4。半导体发光装置2可以由如下部件构成支承基板，其上形成有配线；壳体8，其设 置在基板上，并具有用于容纳所需要的部件的凹陷区域，半导体发光元件6，其设置在支承 基板上并被壳体8包围；以及密封树脂9，其填充在壳体8的凹陷区域内，用于密封半导体 发光元件6。半导体发光元件6具有导线7，导线7将该半导体发光元件6电连接到基板上 的配线。半导体发光装置2可以安装在基板3的表面上，使其电连接到形成在基板3上的 未示出的配线。半导体发光装置2被包含有光散射材料的光散射树脂部件5覆盖。透镜4 可以具有预定形状的凹内表面和凸外表面。透镜4的凹内表面可以覆盖半导体发光装置2 和光散射树脂部件5。图1所示的照明装置可以接合于支承体，例如包括电源线、电源电路和其他所需 部件的支承柱。当通过支承柱对照明装置供电时，可以向下投射具有预定光分布的光。可 以通过调整光散射树脂部件5中包含的光散射材料的浓度以及各个光轴的倾斜度来控制 光分布，从而基本实现被照明的物体上的照明均勻度。在这里，“基本实现被照明的物体上的照明均勻度”的用语表示，当照明装置的光轴垂直于被照明的物体(如路面)时，通过将 假设的照明区域中的最小照明度除以平均照明度而得到的值为至少0. 4。现在详细描述本实施方式中的部件和元件。 半导体发光元件6可以由具有化合物半导体单晶体层的传统层叠结构组成。该层 叠结构可以包括诸如GaAs、AlGaAs、InAlGaP、GaP、GaN、ZnO、ZnSe等的化合物半导体单晶体 层。例如，层叠结构可以包括η型层、ρ型、以及插在它们之间的发光层，例如多量子阱层。 在η型层和ρ型层中的每一个上，可以形成欧姆接触的电极层。电极层电连接到壳体8内 的配线。用于将电极层电连接到配线的手段的示例除了导线7以外，还可以包括导电粘合 齐U、共熔(eutectic)焊接材料等。在本实施方式中，半导体发光装置2可以是白色发光二极管装置。在这种情况下， 半导体发光元件6可以是由GaN基化合物半导体等形成的蓝色光发射二极管元件。应当注 意到，在半导体发光装置2中使用的半导体发光元件6的数量并不仅限于图2中所示的一 (1)个，也可以是两⑵个或更多个。密封树脂9可以是在半导体发光装置的技术领域中通常使用的传统的透明树脂， 例如硅树脂、环氧树脂等等。当半导体发光元件6是用于组成白色发光二极管装置的蓝色 发光元件时，密封树脂9中包含波长转换材料，例如磷。由此，从蓝色发光元件发出的蓝光 和由蓝光激发黄磷而产生的黄光可以混合在一起而形成伪白光。实现这种目的的波长转换 材料的示例包括YAG:Ce、(Ca，Sr，Ba)2Si04:Eu等等。壳体8可以具有将半导体发光元件6和密封树脂9保持在其内的功能和/或用作 反射器的功能。为了实现后一功能，壳体8的内表面优选地涂布有诸如银或铝沉积物的高 反射率材料、或白色涂层。更进一步说，壳体8内的配线(未示出)可以电连接到半导体发 光元件6。该配线可以电连接到形成在基板3表面上的配线，以向半导体光发射元件6提供 外部电力。应当注意到，壳体8不是必不可少的部件，如果不必机械地支持元件6，或者所需 要的光分布不需要反射器，则可以适当地省略壳体8。可以使用基板3来将半导体发光装置2安装于其上，并机械地支持透镜4和光散 射树脂部件5。在一些情况下，基板3可以具有散热功能将从半导体发光装置2产生的热 量传递到外部。当这样设置时，优选的是，由高导热材料形成基板3，例如金属基板(Cu、Al 等等)、氮化铝基板等等。更进一步说，可以在基板3的与安装有半导体发光装置2的表面 相对的表面上形成诸如热沉的辐射装置。光散射树脂部件5可以由像密封树脂9那样的传统透明树脂形成，例如硅树脂、环 氧树脂等。部件5中所包含的光散射材料可以具有3到30 μ m的平均颗粒尺寸，并且可以 由SiO2, TiO2, ZrO2或其他颗粒制成。可以基于由所使用的透镜4形成的光分布的宽度、光 源模块1相对于照明装置的主光轴的设置角度等等，来确定部件5中所含有的光散射材料 的量。光散射树脂部件5中的光散射材料的浓度越高，光源模块1形成的光分布就越宽。由 此，在如图1所示的示例性实施方式中，在这三个光源模块中，第一光源模块IA中使用的光 散射材料的浓度最高，第二光源模块IB中使用的光散射材料的浓度第二高，第三光源模块 IC中使用的光散射材料的浓度最低。可以使得透镜4的形状为具有用于容纳例如半导体发光装置2等的凹内表面、以 及在光轴方向的凸外表面。在图1的示例性实施方式中，在全部的第一到第三光源模块1A、IB和IC中，透镜4的形状可以相同。透镜4可以具有取决于照明装置的规格、预期的应用、 使用照明设备的环境等的适当焦距。透镜4可以由在半导体发光/受光装置、光学装置等 的技术领域中常用的传统材料形成，例如透明材料，该透明材料例如包括玻璃、丙烯酸树脂
寸。
实施例在下文中，将描述根据本发明的实施例。在所例示的实施例中，在所有的光源模块 IA至IC中都使用通用规格的透镜4由折射率为1. 49的透明丙烯酸树脂制成。透镜4的 形状如下在从顶端看的平面图中直径为2cm，高度为3cm。更进一步说，透镜4的面对半导 体发光装置2的内表面凸起为具有大约5mm的深度。透镜4接合到半导体发光装置2，而 没有介入光散射树脂部件5，按公知方式确定各种光学参数。通过在相对于光轴士90°地 变换测量点的同时利用成像球(Imaging Sphere) (RadiantImaging有限公司)来测量照明 强度，并且对半值宽度(角度范围，所谓的散射角，其中照明强度沿着它的光轴降低50%的 照明强度)进行比较，从而进行评估。在这种情况下，散射角从-12°至+12°，也就是总共 24°。在本实施例中，将白色发光二极管装置用作半导体发光装置2。具体来说，通过 在氮化铝基板上安装氮化镓基化合物半导体元件(Cree制造的EZ1000)，并用其中散布有 YAG:Ce磷的硅树脂(WackerAsahikaseiSilicone有限公司制造的SilGel612)覆盖其外周， 从而制备白色发光二极管装置。在本实施例中，通过将硅树脂(Wacker Asahikasei Silicone有限公司制造的 SilGel612)与平均颗粒尺寸为 8 μ m 的 SiO2颗粒(Nihon AblestikK. K.制造的Filler E-Z) 以不同的量混合，从而制备包含光散射材料的树脂以用于形成光散射树脂部件5。制备了三 种类型的树脂，包含10重量百分比(wt % )，30wt %和50wt %的光散射材料。50wt %的树脂 用来生产第一光源模块认，30衬％的树脂用来生产第二光源模块1B，IOwt %的树脂用来生 产第三光源模块1C。组合所制备的半导体发光装置2、用于部件5的树脂以及透镜4以形成第一至第 三光源模块IA至1C。这些光源模块的光分布特性如图3所示。第一光源模块IA沿其光 轴的照明强度为50cd(坎德拉)，散射角为60°。第二光源模块IB沿其光轴的照明强度 为156cd，散射角为47°。第三光源模块IC沿其光轴的照明强度为332cd，散射角为29°。 也就是说，随着部件5中的光散射材料的浓度增大，沿光轴的照明强度降低，同时散射角增 加。如此制备的光源模块IA至IC用来制造街道照明灯。具体来说，将第至第三光源 模块IA至IC接合到支承柱，以使得它们距离路面的高度为10m。此外，第一光源模块IA的 光轴垂直于路面。与第一光源模块IA接连设置的第二光源模块IB的光轴被设置为相对于 路面为55°。与第二光源模块IB接连设置的第三光源模块IC的光轴被设置为相对于路面 为47°。应当注意到，穿过这些光源模块1A、1B和IC的光轴的平面被设置为垂直于路面。对当所制备的示例性路灯照明路面时路面上的亮度进行测量，以确定路面上的均 勻度。于是，沿着在路面与穿过这些光源模块1A、1B和IC的光轴的平面之间形成的线，在 IOm的范围内均勻度至少为0. 4。应当注意到，当将照明装置放置成使得穿过这些光源模块1A、1B和IC的光轴的平面倾斜于路面时，在垂直于穿过这些光源模块1A、1B和IC的光轴的平面的方向上，光 分布可能变宽。椭圆形的透镜可以提供与前述情况相同的效果。通过这些措施，可以在超 过10mX20m的范围获得均勻照明。因此，如果将相同的两个路灯并排设置，则可以在超过 IOmX 35m的范围获得均勻照明。产业适用性本发明提供的照明 装置除了适用于路灯、花园灯等之外，还适用于对垂直放置的 广告牌进行照明的广告灯、或墙面灯、或用于从下面照射天花板的灯。标号的说明1光源模块IA第一光源模块IB第二光源模块IC第三光源模块2半导体发光装置3 基板4 透镜5光散射树脂部件6半导体发光元件7 配线8 壳体9密封树脂
权利要求
一种照明装置，该照明装置包括至少两个光源模块，所述至少两个光源模块包括第一光源模块、以及与所述第一光源模块相邻设置的第二光源模块，所述第一光源模块包括第一半导体发光装置；第一透镜，该第一透镜位于从所述第一半导体发光装置发出的光的第一光路上，并具有预定结构；以及第一树脂部分，该第一树脂部分位于所述第一光路上、在所述第一半导体发光装置与所述第一透镜之间，所述第一树脂部分包含第一浓度的光散射材料，所述第二光源模块包括第二半导体发光装置；第二透镜，该第二透镜位于从所述第二半导体发光装置发出的光的第二光路上，并具有与所述第一透镜相同的结构；以及第二树脂部分，该第二树脂部分位于所述第二光路上、在所述第二半导体发光装置与所述第二透镜之间，所述第二树脂部分包含不同于所述第一浓度的第二浓度的光散射材料，所述第一光源模块和所述第二光源模块被设置为使得所述第一光源模块的光轴与所述第二光源模块的光轴形成不为零的预定角度。
2.根据权利要求1所述的照明装置，其中，所述第一光源模块的光轴与被照明表面所 形成的角度大于所述第二光源模块的光轴与被照明表面所形成的角度，并且其中，所述第 一浓度大于所述第二浓度。
3.一种照明装置的制造方法，该制造方法包括以下步骤制备第一光源模块，该第一光源模块包括第一半导体发光装置；第一透镜，该第一透 镜位于从所述第一半导体发光装置发出的光的第一光路上，并具有预定结构；以及第一树 脂部分，该第一树脂部分位于所述第一光路上、在所述第一半导体发光装置与所述第一透 镜之间，所述第一树脂部分包含第一浓度的光散射材料；制备第二光源模块，该第二光源模块包括第二半导体发光装置；第二透镜，该第二透 镜位于从所述第二半导体发光装置发出的光的第二光路上，并具有与所述第一透镜相同的 结构；以及第二树脂部分，该第二树脂部分位于所述第二光路上、在所述第二半导体发光装 置与所述第二透镜之间，所述第二树脂部分包含不同于所述第一浓度的第二浓度的光散射 材料；将所述第一光源模块接合至支承体；以及将所述第二光源模块与所述第一光源模块相邻地接合至所述支承体，使得所述第一光 源模块的光轴与所述第二光源模块的光轴形成不为零的预定角度。
4.一种对平面进行照明的方法，该方法包括以下步骤制备第一光源模块，该第一光源模块包括第一半导体发光装置；第一透镜，该第一透 镜位于从所述第一半导体发光装置发出的光的第一光路上，并具有预定结构；以及第一树 脂部分，该第一树脂部分位于所述第一光路上、在所述第一半导体发光装置与所述第一透 镜之间，所述第一树脂部分包含第一浓度的光散射材料；制备第二光源模块，该第二光源模块包括第二半导体发光装置；第二透镜，该第二透 镜位于从所述第二半导体发光装置发出的光的第二光路上，并具有与所述第一透镜相同的 结构；以及第二树脂部分，该第二树脂部分位于所述第二光路上、在所述第二半导体发光装 置与所述第二透镜之间，所述第二树脂部分包含低于所述第一浓度的第二浓度的光散射材 料；设置所述第一光源模块和所述第二光源模块，使得所述第一光源模块的光轴与要由所述第一光源模块和所述第二光源模块照明的所述平面形成第一角度，所述第二光源模块的 光轴与所述平面形成第二角度，并且所述第一角度大于所述第二角度。
全文摘要
本发明涉及使用包括半导体发光装置的光源模块的照明装置。具有多个发光二极管光源的传统照明装置必须为各个光源使用多种类型的透镜，导致成本增加。根据本发明的照明装置包括多个光源模块，每个光源模块都包括半导体发光装置、透镜和树脂部件，所述树脂部件布置于所述半导体发光装置和所述透镜之间，并具有光散射材料。利用包含不同浓度的光散射材料的树脂可以形成不同的光分布的效果，对具有各自不同的角度位置的对应光源模块使用具有彼此不同的浓度的树脂元件。通过调整光散射材料的浓度，单个类型透镜足以形成不同的光分布，从而实现制造成本低并且结构简单的具有多个光源模块的照明装置。
文档编号F21V17/00GK101865381SQ20101018802
公开日2010年10月20日 申请日期2010年3月31日 优先权日2009年4月1日
发明者日比谷一亲, 梶田正喜, 番场正一 申请人:斯坦雷电气株式会社