CN101946118B - 发光模块和照明装置 - Google Patents

Abstract

本发明的一个目的是提供具有优良发光效率和优良光分布特性的发光模块，并且还提供使用该发光模块的照明装置。本发明是发光模块1，包括：衬底2，该衬底2包括前表面侧2a和后表面侧2b，前表面侧2a构成为组件安装面而后表面侧2b构成为平坦形状的散热面；多个发光元件3，这多个发光元件3以在衬底的组件安装面的中央部分凸出的方式排列，并且至少在上表面方向和沿组件安装面的方向上发射光；照明电路组件4，该照明电路组件4通过排列在衬底2上的布线图案电连接至发光元件3，并且在衬底2的组件安装面上排列成比发光元件3更靠近衬底2的周边侧；以及用于与电源连接的连接器5，该连接器5在衬底2的组件安装面上排列成比发光元件3更靠近衬底2的周边侧，并且与照明电路组件4电连接。

Description

发光模块和照明装置

技术领域

本发明涉及一种其中排列有诸如LED的发光元件的发光模块，并且还涉及设置有该发光模块的照明装置。

背景技术

常规地，已提供了包括LED模块和装置主体的照明装备，其中LED模块具有功率馈送端子并安装有设置于其上的LED芯片，而装置主体设置有用于可拆卸地支承LED模块的支承元件(参见专利文献1)。还提供了一种照明装备，其还包括用于将功率馈送线直接连接至LED模块以便于容易地调换该LED模块，或在各种装备中使用该LED模块(参见专利文献2)。

专利文献1：日本专利特许公开No.2003-68129

专利文献2：日本专利特许公开No.2003-59330

发明内容

然而，在专利文献1中公开的装备中，尽管未具体描述，在LED模块的表面上以混合方式设置有至少LED芯片和电路组件。因此，专利文献1未能揭示执行从LED芯片射出的光的优良分布的任何技术理念，并且LED模块的后表面并未被积极地用作散热表面。此外，根据功率馈送端子和支承元件的配置显而易见，所公开的LED模块具有需要特定适配器的供附连和连接用的特定结构，从而缺乏通用性。

在专利文献2中公开的装备中，在LED模块的表面上类似地以混合方式设置有LED芯片和电路组件。因此，专利文献2也不能揭示执行从LED芯片射出的光的优良分布的任何具体技术理念。

已鉴于以上情况作出本发明，并且所具有的一个目的是提供具有优良发光效率和优良光线分布特性的发光模块，并且还提供使用该发光模块的照明装置。

本发明的一种发光模块包括：衬底，该衬底具有前表面侧和后表面侧，其前表面侧构成为组件安装面而后表面侧构成为平坦形状的散热面；多个发光元件，这多个发光元件以从衬底的组件安装面凸出的方式安装在该组件安装面的中央部分上，并且至少在上表面方向和沿组件安装面的方向上发射光；照明电路组件，该照明电路组件通过排列在衬底上的布线图案电连接至发光元件，并且在衬底的组件安装面上排列成比发光元件更靠近衬底的周边侧；以及用于与电源连接的连接器，所述连接器在衬底的组件安装面上排列成比发光元件更靠近衬底的周边侧，并且与照明电路组件电连接。

根据本发明，可提供具有优良的光线分布特性以及广泛应用范围的发光模块并使其最优化。此外，散热效果可得到促进，并且衬底上的布线图案可被缩短和简化，由此变得有效。

此外，在本发明的以上方面中，可能需要除衬底的组件安装面的中央部分的中心点之外，旋转对称地以均匀间隔排列多个发光元件。根据此安排，因为排列了多个发光元件，所以从靠近衬底中心点的部分向衬底的后表面以集中方式执行散热变得可能，从而在水平方向上基本上实现均匀的光线分布特性。

此外，在本发明的以上方面中，可能需要当假设所排列的多个发光元件的发光部之间的最小距离为c，发光部在最小距离c的直线上的宽度为a，且从衬底的安装面到发光部的上表面的高度为b时，发光元件被排列成满足尺寸关系b＜c＜4a。根据此安排，可获得抑制辉度不规则性的发光模块，从而提供优良的发光效率。

另外，在本发明中的以上方面中，照明装置设置有装置主体以及根据权利要求1-3中的任一项所述的发光模块是合乎需要的。在此，“照明装置”可包括具有罩的光源以及室内或室外使用的照明装置。

根据以上结构，设置有发光模块的照明装置能实现通过发光模块可获得的效果。

附图简述

图1是示出根据本发明的发光模块的第一实施例的平面图。

图2是示出根据本发明的发光模块在放大比例尺下的部分侧视图。

图3是根据本发明的发光模块的电路图。

图4是示出根据本发明的照明装置的第一实施例的结构的示意图。

图5是示出根据本发明的照明装置的第二实施例的结构的示意图。

图6是示出根据本发明的照明装置的第三实施例的结构的示意图。

图7是示出根据第一实施例的发光模块的变体的平面图。

图8是示出根据发光模块的第一实施例的发光元件(LED封装)的平面图8(a)和侧视图8(b)。

图9是示出发光元件的反射光的方向图的示图。

图10是示出发光元件的排列的平面图。

图11是示出当发光模块被照亮时地面上的照度分布的示意图。

图12是示出相对于发光元件之间间隔的辉度不规则性和发光效率的曲线图。

图13是示出发光元件的另一应用的示例的说明性视图。

最佳实施方式

以下将参照图1-3描述本发明的第一实施例。图1是示出发光模块的平面图，图2是示出发光元件的部分放大侧视图，而图3是发光模块的电路图。参照图1，发光模块1包括盘片形衬底2、安装在该衬底2上的发光元件3、照明电路组件4、以及用于电源连接的连接器5。

衬底2由铝制成，其形成为盘片形状且厚度约为1.5mm、直径约为70mm。在衬底2中，前表面侧2a被用作组件安装面，而后表面侧2b被用作平坦形状的散热面。在组件安装面上，八个发光元件3以彼此分离开预定间隔的图案以集中于组件安装面的中央部分的方式安装。当衬底2由金属制成时，优选使用诸如铝或铜等导热性和散热性优良的材料。另一方面，当将绝缘材料用于衬底2时，可利用含有导热填料的合成树脂材料或陶瓷材料，其具有相对优良的散热特性和优良的耐久性。在使用合成树脂材料的情形中，衬底2可由玻璃环氧树脂等形成。此外，衬底2的形状不限于是圆形的，并且可以是四边形或多边形的。

发光元件3是表面安装LED封装，并且主要由陶瓷制成的主体3a、安装在主体上的LED芯片、以及密封该LED芯片的诸如环氧树脂或硅树脂的模压用半透明树脂3b构成(参照图2)。连接至LED芯片的一对导线端子(未示出)在水平方向上从主体3a中凸出。在LED封装中安装有四个LED芯片，这些LED芯片串联连接在封装的电极之间，并且相应地，因为排列有各自具有四个LED芯片的八个LED封装，所以总共排列有三十二(32)个LED芯片。毋庸赘言，还可使用其中装有单个LED芯片的LED封装。

该LED芯片是发出蓝光的蓝色LED芯片。模压用的半透明树脂3b包含吸收LED芯片所发射的光并产生黄色光的荧光材料。该LED芯片被模压在主体3a的上表面上以便于形成具有预定厚度的平板。因此，来自LED芯片的光从LED封装的半透明树脂3b的上表面和侧表面照射到外部，并且因此来自LED芯片的光具有诸如白色或电灯泡色彩的基于白色的发光色彩，并具有宽的光分布特性。也就是说，光从发光元件3以其上表面的方向和沿组件安装面的方向发射。此外，LED封装的幅度约为3.5mm，宽度为3.5mm且高度为1.5mm，并且具有基本上为长方体的形状。

绝缘层在衬底2的表面上形成，并且在该绝缘层上形成了连接至表面安装组件的导线端子和布线图案的连接盘(未示出)。在衬底2的除其中心点外的中央部分中，发光元件3沿衬底2的前表面的方向围绕中心点旋转对称地(在本实施例中是相对于发光元件3的发光中心的45°对称)以预定间隔(3mm～5mm，优选为5mm～10mm)排列。此外，照明电路组件4被排列和安装在衬底2的外周边侧中，并且在此情形中，照明电路组件4不再安装在发光元件3之间。照明电路组件4用于LED芯片的照明控制，并且包括熔丝F、电容器C、整流器REC、恒压二极管ZD、电阻器R1和R2、以及晶体管Q。用于与电源连接的连接器5类似地排列在发光元件3周围的位置中。连接器5被排列成使其连接开口5a面向衬底2的外周边，并且靠近该外周边设置。这是为了便于与商用电源的电源线连接。照明电路组件4和连接器5比发光元件3更靠近衬底2的外周边设置，并且不是以分散方式、而是以相对集中方式(在位于距离衬底2的外周边约1/3处的区域)排列以缩短衬底2的布线图案。在衬底2的安装面上，印刷有具有高反射率的白色抗蚀剂，并且在安装面上形成有三个螺丝通孔6以便安装到装置等上。

发光元件3在高度方向上从衬底2的安装面凸出，并且如图2箭头所示地从半透明树脂3b的凸出部分以径向模式发射光。因此，可使用不仅在垂直于安装面的方向(上表面方向)发射的光LV、而且沿组件安装面从LED封装的半透明树脂3b的侧表面发射的光LH。

参照图3的电路图，电容器C经由熔丝F跨商用电源AC连接。全波整流器REC跨接电容器C，并且在全波整流器REC的输出端子中，电阻器R1和恒压二极管ZD的串联电路与多个LED芯片LED、NPN晶体管Q、以及电阻器R2的串联电路并联连接。晶体管Q的基极连接至电阻器R1和恒压二极管ZD之间的连接点。在LED封装中，如上所述四个LED芯片串联连接，且因此可针对LED封装的每一个LED封装构建晶体管Q和电阻器R2的串联电路，然后将这些串联电路彼此并联连接。

恒流电路由上述电路构成，且从商用电源AC提供的电流被转换成DC电流，且这种DC电流作为恒定电流IF在LED芯片LED、晶体管Q和电阻器R2的串联电路中流动。更具体地，晶体管Q的基极电压VB通过恒压二极管ZD保持恒定，从而流入晶体管Q的集电极的电流IC保持恒定，因此使得流入LED芯片的电流IF恒定。

根据上述本实施例，发光元件3排列在衬底2的组件安装面的中央部分中，并且照明电路组件4和用于与电源连接的连接器5排列在发光元件3周围。因此，可有效使用从发光元件3即LED封装的侧面发射的光LH，从而得到优良光分布并且还最优化光分布。也就是说，当发光元件3、照明电路组件4和用于与电源连接的连接器5以混合方式排列时，特别地，从LED封装的侧表面发射的光LH被照明电路组件4等遮断，由此降低了发射光的光提取因数，从而不允许有效使用发射光、降低了照明效率、并不利地影响了光分布的优化。

根据本实施例，减少了照明电路组件4等对发射光的光提取因数的降低，因此可有效使用从侧表面发出的光LH。例如，当使用反射器时，发射光LH可在要照射表面的方向上发射。此外，发光元件3、照明电路组件4和用于与电源连接的连接器5以集中方式排列，因此衬底2的布线图案被缩短和简化。

此外，因为作为热源的发光元件3不排列在衬底2的中央部分上，并且后表面侧形成为平坦散热面，所以当散热面与另一散热元件接触时，热从衬底2的中央部分有效传递至后表面侧，由此容易地实现改进散热效果的配置。

此外，因为实现了包括用于与电源连接的连接器5的模块化结构，所以可仅通过将衬底模块1纳入装置主体中、并且然后将商用电源连接至连接器5来提供照明装置。由此，发光模块1可作为具有广泛适用领域的单个通用部件来处理。此外，因为连接器5被排列成使其连接开口5a靠近衬底2的外周边设置，所以容易形成与商用电源的电源线的连接，且此外，因为白色抗蚀剂印刷在衬底2的安装面上，所以可提供优良的反射效率。

在下文中，将参照图4描述根据本发明的照明装置的第一实施例。

图4是示出照明装置的示意性结构的示图。参照图4，照明装置10是例如嵌顶灯，并且包括装置主体11。包括在装置主体11内的是具有散热片的由金属制成的散热元件12、附连至散热元件12的发光模块1、以及反射器13。发光模块1通过螺丝拧入散热元件12，从而衬底2的后表面侧2b上的散热表面通过硅橡胶片紧密附连至散热元件12。毋庸赘言，发光模块1的这种安装可通过焊接等而非螺丝紧固来进行。反射器13为碗状，该碗状具有柔和曲面且在其上端和下端具有开口。该上端构成安装开口13a，而下端构成照射开口13b。

就与发光模块的位置关系即与衬底2的组件安装面的位置关系而言，反射器13的安装开口被设置成使发光元件3与排列在发光元件3周围的照明电路组件4和用于与电源连接的连接器5分离开。也就是说，发光元件3通过反射器13与照明电路组件4等分开。因而，从发光元件3射出的光不被照明电路组件4等遮断，且反射在反射器13上并向下射出。此外，因为从反射器13的正表面侧看不到照明电路组件4，所以还可改进照明装置10的外观。

根据本实施例，提供了除上述发光模块1的效果外还能实现来自发光元件3的发射光的更有效分布的照明装置10。

照明装置不限于以上实施例，并且发光模块1可安装在具有罩的光源内，或者可被纳入室内或室外使用的照明装备中。

在下文中，将参照图5描述根据本发明的照明装置的第二实施例。

在此实施例中，示出使用电灯泡形LED灯作为光源的嵌顶灯型照明装置。

参照图5，装在天花板上的照明装置包括装置主体10和安装到装置主体10的具有电灯泡形状的光源20。

光源20包括：根据第一实施例的其上装有发光元件3的发光模块1；热耦合至发光模块1并用作散热元件的主体21；以及通过绝缘元件附连至主体21以便于覆盖例如E26的罩和发光模块1的套子22。

装置主体10包括由金属制成且具有其下表面形成有开口的箱型结构的外壳15，以及由装入外壳15的开口中的金属制成的反射器16。反射器16由例如金属铝板等形成，且装饰框16a被形成到反射器16的下表面的周边部分。光源20的罩通过螺丝拧入的牙槽17被安排在反射器16的上表面板的中央。牙槽17经由紧固至外壳15内侧的支承板18附连至外壳15。

根据本实施例，提供了具有电灯泡形LED灯的照明装置，其实现以上参照发光模块1所述的效果。

在下文中，将参照图6描述根据本发明的照明装置的第三实施例。相同的附图标记应用于与第二实施例的部件或元件相对应的部件或元件，且在本文中略去其重复说明。

在本实施例中，提供了示为嵌顶灯的照明装置，其将薄LED灯用作光源20且在高度方向上其厚度小于高度。第一实施例的发光模块1以相似方式安装在光源20中，且用作散热元件的主体21被热耦合到发光模块1。罩设置有形成为GX-53形的连接销25。牙槽17被安装至外壳15，且罩的连接销25被电气和机械地连接至牙槽17。

根据上述本实施例，提供了具有能够实现发光模块1的效果的薄型LED灯的照明装置。

在下文中将参照图7描述根据第一实施例的发光模块的变体。图7是示出发光模块的平面图。相同的附图标记被添加到与第一实施例的部件或元件相对应的部件或元件，且在本文中略去其重复说明。

照明电路组件4以集中在其中央部分的方式被安装在衬底2的组件安装面上。照明电路组件4包括熔丝F、电容器C、整流器REC、恒压二极管ZD、电阻器R1和R2、以及晶体管Q。

另一方面，发光元件3以彼此分隔开预定间隔的图案安装在照明电路组件4周围。用于电源连接的连接器5被排列成使其连接开口5a靠近衬底2的外周边设置。考虑到与电源线的连接，尽管优选用于电源连接的连接器5被设置到靠近衬底2的外周边的部分中，但该连接器可与照明电路组件4一起被安排在中央部分。

在此变体实施例中，第一实施例的发光元件3和照明电路组件4的位置排列被颠倒，并且因为发光元件3的安装间隔比第一实施例中大，所以从LED封装的侧表面射出的光LH可与第一实施例类似地有效利用，并且此外，通过增大发光元件3之间的间隔，发光元件3的热量可通过有效地利用衬底2的整体结构被传递并耗散到衬底2的后侧。

在下文中，将参照图8-13说明一实施例，其中参照根据第一实施例的发光模块1研究了安装在衬底2上的多个发光元件3之间的间隔、以及均取决于间隔的辉度不规则性和发光效率变化。

参照图8，发光元件3构成表面安装的LED封装，并且由主体3a、安装在主体3a上的LED芯片、以及用于密封LED芯片的半透明树脂3b构成，并且该半透明树脂3b用作发光单元L。

如图8(a)所示，发光单元L被形成为具有基本方形，其中边长(W)为2.8mm，而对角线(a)约为4mm。如图8(b)所示，安装在衬底2上的发光元件3从衬底2的安装面到发光单元L的上表面的高度(b)为1.5mm，而在发光单元L上的高度(h)为0.7mm。

图9是示出发光元件3的方向特性或图案的示图。发光元件3在垂直于上表面的方向，即出射角为0°的方向上具有最大辉度，并且对于侧表面的方向，在出射角为80°的方向上具有关于最大辉度的40％或以上辉度，在出射角为70°的方向上具有关于最大辉度的50％或以上辉度，从而在沿组件安装面的方向上射出给定量的光。

具有这种配置和特性的发光元件3以如图10所示的彼此分隔开预定间隔的图案排列。然后，通过改变间隔来测量和评估辉度不规则性和发光效率。

在此假设，如图10所示，字符c表示发光单元L1和L2之间的最小距离，而字符a表示发光单元L1和L2在最小距离线c上的宽度。进行评估辉度不规则性的方法以使发光模块1在离地面2.5m高处发光以照射地面，并且观察地面上的照明状态以执行视觉评估。如图11所示，该视觉评估通过观察地面上的辉度分布来执行。此外，图11是用实线示意性地示出照度差异出现的边界线，更具体地示出发光元件3的发光图案的图像(发光元件3的安装图案图像)。由此，评估排列如下。在图案A中根本注意不到辉度不规则性，在图案B中很难注意到辉度不规则性，在图案C中注意到了辉度不规则性，而在图案D中能清晰观察到辉度不规则性。简言之，当发光元件3的发光单元L之间的间隔小时，可消除辉度不规则性，相邻的发光元件3遮断照射光，由此降低发光效率。另一方面，当发光单元L之间的间隔宽时，发光效率变高，但辉度不规则性倾向于出现。

作为以上评估和测量的结果，获得如图12所示的评估和测量值。参照图12，横坐标指示发光元件3的发光单元L之间的间隔c，并且坐标指示发光效率的辉度不规则性评估和测量值。此外，发现当间隔c超过4mm时辉度不规则性逐步降低并削弱，并且当间隔c增大时发光效率提高。然而，当间隔c超过8mm时发现发光效率饱和。

考虑到以上结果，确认辉度不规则性的可允许范围位于类C附近，并且考虑到发光效率，还可确认发光元件3之间的间隔c优选大于b且小于4a(b＜c＜4a)。此外，结论是以上范围中用于进一步增强辉度不规则性评估并改进发光效率的最佳范围为2b≤c≤3a的范围。另外，为便于抑制因发光元件3之间发热引起的抑制效果，最佳排列模式为a＜c。在a＜c的情形中，发光元件3在发光期间的温度的上升可得到抑制。以上间隔c的下限值也可由发光单元L的高度h表示，且当使用该高度h时，将获得约2h＜c、优选4h≤c的关系。

在以上描述中，通过考虑图10所示的发光元件3的发光单元L1和L2之间的关系，本实施例作为示例进行描述。然而，例如发光单元L2和L3中间隔c的尺寸关系与发光单元L1和L2的尺寸关系相似。发光元件3的尺寸、方向特性等不限于参照本实施例所述的尺寸和特性。发光元件3的安装模式不限于如图10所示的元件3排列在周边上的模式，并且发光元件3之间的最小距离c落入以上的指定范围内可能就足够了。例如，发光元件3可排列成矩阵模式。

如图13所示的发光元件30也可被用作发光元件。此发光元件30是表面安装的LED封装，且此LED封装由陶瓷形成的主体30a、排列在主体30a上的反射器30d、安装在由主体30a和反射器30d限定的凹部中的LED芯片30c、以及用于密封LED芯片30c的硅树脂30e构成。该硅树脂30e用作发光单元L，且光以径向模式从发光单元L中射出，该径向模式整体地类似于图9所示的方向特性，包括上表面方向和沿组件安装面的方向。

工业实用性

根据本发明，提供了具有宽泛使用范围并改进和优化了从发光元件射出的光的分布的一种发光模块。此外，可增强散热效果，并且还可实现缩短和简化衬底上的布线图案的效果。

Claims (4)

1.一种发光模块，包括：

衬底，所述衬底具有前表面侧和后表面侧，所述前表面侧构成为组件安装面而所述后表面侧构成为平坦形状的散热面；

发光元件，多个所述发光元件以从所述衬底的组件安装面凸出的方式安装在所述组件安装面的圆形的中央区域上，并且至少在上表面方向和沿所述组件安装面的方向上发射光；

照明电路组件，所述照明电路组件通过排列在所述衬底上的布线图案电连接至所述发光元件，并且被集中地设置在包围所述衬底的所述组件安装面的所述中央区域的周边区域上，且所述照明电路组件具备包含电容器在内的多个组件；

用于与电源连接的连接器，所述连接器与所述照明电路组件电连接，并且在所述衬底的所述组件安装面上与照明电路组件一起被集中地设置在所述周边区域；以及

一个反射体，所述反射体为碗状，该碗状具有柔和曲面且在其上端和下端具有开口，该上端构成安装开口，而下端构成照射开口，

所述一个反射体的所述安装开口通过将多个所述发光元件全部包围起来，使设置在所述圆形的所述中央区域的多个所述发光元件与集中地设置在所述周边区域的所述照明电路组件及所述连接器分离开。

2.如权利要求1所述的发光模块，其特征在于，除了在所述衬底的所述组件安装面的中央部分的中心点处，所述多个发光元件旋转对称地以均匀间隔排列。

3.如权利要求1所述的发光模块，其特征在于，当确定所排列的所述多个发光元件的发光部之间的最小距离为c，所述发光部在最小距离c的直线上的宽度为a，且从所述衬底的安装面到所述发光部的上表面的高度为b时，所述发光元件被排列成满足尺寸关系b<c<4a。

4.一种照明装置，包括：

装置主体；以及

纳入所述装置主体的如权利要求1所述的发光模块。