CN101988655A - 高功率led单颗多晶芯片模组路灯 - Google Patents

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Abstract

一种高功率LED单颗多晶芯片模组路灯，包括：由背壳和面壳组成的壳体，面壳上设第一窗口；光场光罩，装于所述壳体的第一窗口处；高功率LED单颗多晶芯片模组；一散光透镜，是一以平底面作为光入射面的实心透镜，装于所述光场光罩内底口部，其平底面与所述高功率LED单颗多晶芯片模组表面的硅胶无空隙紧密贴合，能以一次光源形成蝙蝠翼矩形光场配光曲线；及，含弧形散热器和超导热管的散热装置，安装于所述背壳的拱起部。其采用高功率LED单颗多晶芯片模组做光源，与光场光罩和单个散光透镜配合即能达到一次光源配光曲线蝙蝠翼矩形光场路灯的要求，亮度均匀性提高，光照效果好；壳体采用抗紫外线耐老化增强韧塑料制作，重量大大减少，安装方便，使用安全。

Description

高功率LED单颗多晶芯片模组路灯
技术领域
本发明涉及照明用路灯，特别是一种照明用的高功率LED单颗多晶芯片模组路灯。
背景技术
传统的道路照明常使用高压钠灯，存在寿命短、能耗大的缺点，因此人们开发出的固态照明用LED路灯，现有的高功率LED路灯存在严重的散热问题，光效、光衰，一直无法解决。尤其高功率LED单颗多晶芯片模组更严重，还有配光曲线问题即蝙蝠翼的矩形光场，无法以一次光源来解决矩形光场，必须使用反射镜的三次光源才能稍有改善，因此而严重的降低其光效。
虽然目前有所谓的LED路灯照明示范道路，但都因为散热不好及配光曲线不佳，无法以芯片模组化去做路灯。现在的LED路灯是以一颗1瓦～5瓦的LED去排组成一百颗到二十颗100瓦或五十颗到十颗50瓦的超大散热片尺寸去做灯具。就以现在100瓦的LED路灯其散热器就用重达10Kg以上的铝块或并以铝合金外壳兼作散热作用，来解决散热问题。而以多个LED排列组成的LED路灯，聚光不好，纵然使用聚光反射镜来聚光，然而会使发光效率减弱约百分之二十左右。
目前，采用一次光源设计方案的高功率LED路灯，尤其是高功率LED单颗多晶芯片模组路灯未见有关文献披露。
发明内容
鉴于目前LED路灯技术存在的上述缺陷，本发明提供一种重量轻、占用空间小、散热效果好的大功率LED单颗多晶芯片模组路灯，并能以一次光源来实现蝙蝠翼矩形光场，并使其亮度的均匀性和光效提高。
为达上述目的，本发明高功率LED单颗多晶芯片模组路灯包括：
由背壳和面壳组成的壳体，该面壳上设置第一窗口，该背壳中部为向外突出的圆弧形拱起部，且于该拱起部上设置第二窗口；
一光场光罩，安装于所述壳体内的第一窗口处或通过注塑工艺与所述面壳直接形成一个塑胶构件，它包含一扇形本体，该扇形本体内有一两端开口的扁喇叭形腔体；
一高功率LED单颗多晶芯片模组；
一散光透镜，该散光透镜是一以平底面作为光入射面的实心透镜，安装于所述光场光罩内底口部，其平底面与所述高功率LED单颗多晶芯片模组表面的硅胶无空隙紧密贴合，能以一次光源形成蝙蝠翼矩形光场配光曲线；以及，
一散热装置，它包含
一外弧面上以发散状布满散热片的弧形散热器，安装于所述背壳的圆弧形拱起部上，
一导热件，与所述高功率LED单颗多晶芯片模组的背面紧密接触，和
至少一个超导热管，其位于所述壳体的第二窗口内，两端分别连接所述导热件和弧形散热器。
所述散热装置还可包括一个连接框，该连接框固装于所述弧形散热器的弧形板周围，连接框下端面间隔设置若干向下的第一销柱；所述背壳内于圆弧形拱起部的周围设置若干第一空心柱体，用于容纳、安装所述连接框上相应的第一销柱。装配时，所述连接框与所述背壳的拱起部紧密接触，连接框上的若干第一销柱对应***所述背壳的若干第一空心柱体中，并于第一空心柱体底端用螺丝拧入所述连接框的第一销柱中，实现对弧形散热器的固定，这样安装螺丝全部处于壳体内，不会因雨淋而生锈。
进一步，所述弧形散热器由至少一个散热器构件组成，每个散热器构件包括一个弧形板，弧形板的外弧面向外延伸出若干间隔的散热片，弧形板的一个纵向端面沿纵向设连接槽，另一个纵向端面沿纵向设连接突条，弧形板上沿纵向设至少一个导热管安装孔。如此，能够用一块或多块相同的散热器构件组合成适合不同功率LED路灯的散热器，使散热器模具单一化，不必为每种不同功率的LED路灯开发散热器模具，从而达到节省模具开发费的目的。
进一步可将散热片做成底部厚、顶部薄，并且在其表面布满突条。这样可以大大增大散热片的表面积，提高散热效率，并可增大相邻散热片之间的距离，增大散热片间空气的流通量，加快热量的散发。
所述光场光罩包括扇形本体，该扇形本体内有一扁喇叭形腔体。在光场光罩内的扁喇叭形腔体的外口部周边向外延伸出一个与所述面壳上第一窗口相适配的嵌合部，并于所述嵌合部外沿向外延伸出一环形挡板，环形挡板上设置若干朝向背壳的第二空心柱体，所述面壳内侧第一窗口的周边设置若干第二销柱，当光场光罩的嵌合部嵌于的第一窗口中后，所述若干第二突销柱应***所述若干第二空心柱体的中孔内。
所述光场光罩也可以通过注塑工艺和所述面壳直接形成一个塑胶构件。
本发明背壳、面壳最好是采用抗紫外线耐老化增强韧塑料制作的构件，所述光场光罩最好是采用不吸光的白色抗紫外线耐老化增强韧塑料制作的构件。
本发明由于采用了上述特殊结构的散热装置，散热效果好，而且大大减轻了重量，减小了占用空间。经试验，采用50瓦高功率LED单颗多晶模组时，本发明LED路灯只需1.8Kg以下散热器，采用100瓦高功率LED单颗多晶模组时，本发明LED路灯只需3.5Kg以下散热器，而现有的100瓦的LED路灯其散热器要用重达10Kg以上的铝块或铝合金壳体来散热。
其采用高功率LED单颗多晶芯片模组做光源，与光场光罩和单个散光透镜紧密无空隙配合即能达到一次光源配光曲线蝙蝠翼矩形光场路灯的要求，而且亮度的均匀性高于规范的要求值上限40％，光照效果好，避免了传统采取二次光源或三次光源的设计方式导致的光效损失问题。结构简单，将来维修也简单，如同传统的高压钠灯一样只需简单的维修即可。
其散热器采用模块化设计，使散热器模具单一化，不必为每种不同功率的LED路灯开发散热器模具，可节省模具开发费。其采用弧形散热器直接安装在壳体背面，占用空间小，外形美观。其散热装置和光场光罩的安装螺丝全部位于壳体内，不会因雨淋而锈蚀。
用抗紫外线耐老化增强韧塑料背壳和面壳组成的壳体，其整个灯头(不含安装板及恒流电源)重量可以大大降低，如100瓦高功率LED单颗多晶芯片模组路灯的重量低于5Kg以下，使路灯于台风或地震时达到更安全，不易摔落地面造成伤害。而通常采用铝合金壳体来散热的灯头很重，如100瓦LED路灯整灯重量高达10Kg以上。
附图说明
图1为典型实施例LED路灯的前视立体图；
图2为其后视立体图；
图3为其一***图；
图4为其中散热装置和背壳、LED模组结合的立体图；
图5为其超导热管的结构示意图；
图6、图7为其散热器构件的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步说明。
如图1-7所示，本LED路灯包括壳体1、光场光罩2、散光透镜3、高功率LED单颗多晶芯片模组4、具有连接框的散热装置6，图中，100表示路灯杆。
壳体1由背壳13和面壳12组成，所述面壳12上设置第一窗口11，所述背壳13中部为向外突出的圆弧形拱起部14，且于该圆弧形拱起部14上设置第二窗口15。背壳13一端设安装板16，通过安装板16和下卡箍17将本LED路灯固定在路灯杆100上，并于安装板16上安装一恒流电源7，供高功率LED单颗多晶芯片模组使用。背壳13上圆弧形拱起部14的两边设置两个加强突起部18、19，该加强突起部18、19截面呈倒V形或圆弧形，内腔设置若干加强板18’。
壳体1可采用塑料做成，重量经。为适应室外使用，防止因紫外线照射导致塑料壳体的降解与老化，上述背壳、面壳等最好采用抗紫外线耐老化增强韧塑料制作，其中紫外线吸收剂的添加量为零件制品总重量的3％左右，紫外线吸收剂可采用光稳定剂HPT(即六甲基磷酰三胺)、UV-9(即2-羟基-4-甲氧基二苯甲酮)等。
光场光罩2主要包括一扇形本体20，该扇形本体20内设两端开口的扁喇叭形内腔21，光场光罩2安装于所述壳体1的面壳12内第一窗口11处，其扁喇叭形腔体21底口部(也即光场光罩2底口部)安装散光透镜3。同样，为适应室外使用，防止塑料光场光罩的降解、老化，光场光罩优选采用不吸光的白色抗紫外线耐老化增强韧塑料制作。
散光透镜3是一以平底面作为光入射面的实心透镜体，安装于所述光场光罩2内底口部。散光透镜3包括：一基部30，该基部30的下底面为平面，作为光入射面；一凸出部分，该凸出部分位于所述基部30上，包含中间部32和对称设置于该中间部32两头的两个部分球体部31、37，该两个部分球体部的折射球面和该中间部的折射弧面平滑连接；及，两个反射平面34、35，两者对称设置于所述中间部32的上中部内，分别向相邻的部分球体部倾斜，用于将从所述下底面射入透镜的部分光反射到相邻的部分球体部的折射球面射出。在所述两个反射平面34、35的根部可以设置两个遮光平面。该散光透镜3能直接使LED单颗多晶芯片模组发出的光源形成路灯要求的蝙蝠翼矩形光场配光曲线。该散光透镜优选采用透光性能好的玻璃、PC及PMMA等透明材料制成。
高功率LED单颗多晶芯片模组4包含芯片组和固晶基板、荧光硅胶等。该模组4的表面通过硅胶无空隙紧密贴合于壳体内所述散光透镜3的平底面(即入光面)。本发明可以采用市售的各种路灯用LED模组，如深圳市蓝田伟光电子公司的WG-P100WLED模组、格天光电的型号为GT-P100WW6410001006A型的LED模组等，或自制的矩形高功率LED单颗多晶芯片模组等。
参照图3、4，散热装置6包含一个散热器61、一个导热件62和至少一个超导热管63。其中，散热器61是一个由铝材制成的弧形散热器，其外弧面上以发散状布满散热片613，散热器61设有导热管安装孔616，散热器61安装于所述背壳13中部的圆弧形拱起部14的第二窗口15上。由于散热器61采用弧形设计，一方面可以缩小散热器占用空间，另一方面在不增大散热器和不减少散热片数量的前提下增大了相邻散热片之间的距离，从而有利于热量的散发。导热件62是用高导热的金属(如铜或铝)制成的，其一侧设有导热管安装孔，导热件62与所述LED单颗多晶芯片模组4的背面紧密接触，并可在它们之间涂抹导热介质，如硅胶等。
超导热管63呈ㄈ字形，两端分别紧紧插装于导热件62上的导热管安装孔和弧形散热器61上的导热管安装孔616中并焊接，实现导热件62向弧形散热器61的热传导，若干超导热管63通过弧形散热器61置放于所述背壳13的第二窗口15内。
参照图5，超导热管63可采用下述结构的超导热管。该超导热管包括金属外管631；卷设于金属外管631内部的细金属网632；若干细金属球633，布设于上述外管631与细金属网632间，使若干细金属球633形成截面为圆环的桶形结构，该桶形结构的桶壁厚度为金属外管631内径的25-40％；以及，超导混合液体634。金属外管631、细金属网632及若干细金属球633经烧结及真空处理，形成真空、无重力及压力的导体管，并于导体管内部填注超导混合液体634，形成具真空及超导快速传递特性的超导热管。超导热管63中，由于设置了由大量的细金属球633形成了截面为圆环的厚壁桶形结构，由上述金属外管631、细金属网632间的空隙，以及细金属网632与若干细金属球633表面，形成了超导混合液体的分布表面膜635，利用该分布表面膜635的相互推挤移动，以及超导混合液体634在真空、无重力与无压力下，使热接合的一端热能能快速的往冷端传递；并且，使上述超导热管63可于任意角度、方向配置，避免了习知回流循环之热导管受到热气上升回流之角度限制(如加热端在上散热端在下的角度限制)，可适应多方向性的配置应用。其中，金属外管631、细金属网632、细金属球633采用铜或铝材料等制成。上述超导混合液体634可由多种不同的超导液体材料经比例调混构成，该超导液体材料最好采用由NaOH(氢氧化钠)、K2CrO4(铬酸钾)、乙醇(Ethanol)和水(H2O)按比例调混构成的超导混合液体，也可采用其它公知的超导液体材料。
在实际应用中，需要不同功率的LED路灯，而不同功率LED路灯所需散热器的大小不同，这样需要不同的模具来制作散热器，会增加开发成本。鉴于此，本发明的弧形散热器采用了模块化设计思路，设计出一种散热器构件，用一个或多个散热器构件组合成适合不同功率路灯使用的弧形散热器，这样可使散热器模具单一化，不必为每种不同功率的LED灯具开发散热器模具，可节省模具开发费。在上述实施例中，所述弧形散热器61由四个散热器构件611组成，参照图6，每个散热器构件611包括一个弧形板612，弧形板612的外弧面向外延伸出若干间隔的散热片613，弧形板612的一个纵向端面沿纵向设连接槽614，另一个纵向端面沿纵向设连接突条615，弧形板612上沿纵向设至少一个导热管安装孔616。图6中，弧形板612的连接突条615是截面呈梯形的突条，相应地弧形板612的连接槽614是梯形槽。还可以将弧形板612的连接突条615做成圆柱形的突条，而将弧形板612的连接槽614做成圆弧形槽。弧形板612的连接突条615和连接槽614还可以做成其它的形状，只要能将两散热器构件连接为一体即可。
图7中，散热片613底部厚、顶部薄、且表面布满突条613’。这样，大大增大了散热片的表面积，从而大大地提高了散热效率。而且散热片底部厚、顶部薄，可进一步增大相邻散热片之间的距离，增大散热片间空气的流通量，加快热量的散发。
参照图3、4，连接框65用于连接散热装置6和背壳13，该连接框65固装于弧形散热器61的弧形板周围，连接框65下端面间隔设置若干向下的第一销柱651。所述背壳13内于圆弧形拱起部14的周围设置若干第一空心柱体14′，用于容纳所述连接框的第一销柱651。装配时，所述连接框65与所述背壳13的圆弧形拱起部14紧密接触，连接框65上的若干第一销柱651对应***所述背壳13的若干第一空心柱体14′中，并于第一空心柱体14′底端用螺丝拧入所述连接框的第一销柱651的中孔内紧固，从而将弧形散热器61等固定在背壳13上，这样安装螺丝全部处于壳体1内，不会因雨淋而生锈。所述连接框65包括一个ㄩ字形框架和上弧形边框652，ㄩ字形框架是由两个直边框654、655和连接该两个直边框的一弧形边框653组成的一整件，该两个直边框分别通过连接槽或连接突条与弧形散热器61两个端面的连接突条或连接槽连接，上弧形边框652、弧形边框653分别螺接固定于所述弧形散热器61的两个弧形端面。
组装时，首先将弧形散热器61、超导热管63和导热件62组装好，然后将弧形散热器61滑进ㄩ字形框架，使直边框654通过其连接槽与弧形散热器61一个端面(即图3中，右边的一个散热器构件611右端面)上的连接突条615连接，直边框655通过其连接突条与弧形散热器61另一个端面(即图3中，左边的一个散热器构件611左端面)上的连接槽614连接；将弧形边框653与没有热导管这面的散热器构件611先锁螺丝固定。再将弧形边框652卡入，用螺丝拧入直边框654及655尾部固定，同时用螺丝固定该弧形端面652到所述弧形散热器61的上边的弧形端面，即完成弧形散热器等和连接框的组合。因为弧形边框652对应的热导管孔位是破沟的形状，才可以直接由上往下装入。连接框65同背壳、面壳一样，最好采用抗紫外线耐老化增强韧塑料制作。
上述光场光罩2内的扁喇叭形腔体21的外口部周边向外延伸出一个与所述第一窗口11相适配的嵌合部22，并于所述嵌合部22外沿向外延伸出一环形挡板23，环形挡板23上设置若干朝向背壳13的第二空心柱体24，所述面壳12内侧第一窗口11的周边设置若干第二销柱11’，当光场光罩2的嵌合部22嵌于面壳12的第一窗口11中后，所述若干第二销柱11’对应***所述若干第二空心柱体24的中孔内，可加用螺丝紧固，实现光场光罩和壳体的结合。采用此种结构，不会有螺丝外露于壳体外，可克服螺丝被雨淋后易锈蚀的缺陷。光场光罩2的嵌合部22和挡板23均为弧形或平面形。光场光罩2的扁喇叭形内腔11的外口的长宽比可为5∶1、4∶1或3∶1等，以符合路灯标准要求的矩形光场形状。光场光罩2也可以通过注塑工艺和面壳12直接形成一个塑胶构件。
经试验，本LED路灯在干空气、无风状态的25℃恒温环境下测出的LED基板温度在52℃左右，而此LED模组的光衰基板温度为82℃，温度比LED模组的光衰温度低30℃左右。
本发明的高功率LED单颗多晶芯片模组路灯用于50瓦只需配用1.8Kg以下重量的散热器，用于100瓦只需配用3.5Kg以下重量的散热器，而现有的100瓦的LED路灯其散热器要用重达10Kg以上的铝块或铝合金灯壳，散热器重量可减少三分之二左右。
可见，本发明高功率LED单颗多晶芯片模组路灯不仅能将LED路灯的发热温度(或LED基板温度)控制在光衰温度点以下，能有效延长LED路灯的寿命，而且能大大节省铝材，减轻重量以达到使用的安全性，降低成本，更能在维修时考虑到维修简单，不亚于传统高压钠灯路灯的维修方便。

Claims (10)

1.一种高功率LED单颗多晶芯片模组路灯，其特征在于包括：
由背壳和面壳组成的壳体，该面壳上设置第一窗口，该背壳中部为向外突出的圆弧形拱起部，且于该拱起部上设置第二窗口；
一光场光罩，安装于所述壳体内的第一窗口处或通过注塑工艺与所述面壳直接形成一个塑胶构件，它包含一扇形本体，该扇形本体内有一两端开口的扁喇叭形腔体；
一高功率LED单颗多晶芯片模组；
一散光透镜，该散光透镜是一以平底面作为光入射面的实心透镜，安装于所述光场光罩内底口部，其平底面与所述高功率LED单颗多晶芯片模组表面的硅胶无空隙紧密贴合，能以一次光源形成蝙蝠翼矩形光场配光曲线；以及，
一散热装置，它包含
一外弧面上以发散状布满散热片的弧形散热器，安装于所述背壳的圆弧形拱起部上，
一导热件，与所述高功率LED单颗多晶芯片模组的背面紧密接触，和
至少一个超导热管，其位于所述壳体的第二窗口内，两端分别连接所述导热件和弧形散热器。
2.如权利要求1所述的路灯，其特征在于：所述散热装置还包括一个连接框，该连接框固装于所述弧形散热器的弧形板周围，连接框下端面间隔设置若干向下的第一销柱；所述背壳内于圆弧形拱起部的周围设置若干第一空心柱体，用于容纳、安装所述连接框上相应的第一销柱。
3.如权利要求2所述的路灯，其特征在于：所述连接框包括一个ㄩ字形框架和上弧形边框，ㄩ字形框架是由两个直边框和连接该两个直边框的一弧形边框组成的一整件，该两个直边框分别通过连接槽或连接突条与弧形散热器两个端面的连接突条或连接槽连接，上弧形边框、弧形边框分别螺接固定于所述弧形散热器的两个弧形端面。
4.如权利要求1或2所述的路灯，其特征在于：所述弧形散热器由至少一个散热器构件组成，每个散热器构件包括一个弧形板，弧形板的外弧面向外延伸出若干间隔的散热片，弧形板的一个纵向端面沿纵向设连接槽，另一个纵向端面沿纵向设连接突条，弧形板上沿纵向设至少一个导热管安装孔。
5.如权利要求1或2所述的路灯，其特征在于所述散热装置的超导热管包括：金属外管；卷设于所述金属外管内部的细金属网；若干细金属球，布设于所述外管与细金属网之间，使该若干细金属球形成截面为圆环的桶形结构，该桶形结构的桶壁厚度为金属外管内径的25-40％；超导混合液体；以及，由所述金属外管、细金属网间的空隙，细金属网的表面和若干细金属球表面，形成的超导混合液体的分布表面膜，在真空、无重力与无压力下，利用该分布表面膜的相互推挤移动，使热接合的一端热能能快速的往冷端单向传递。
6.如权利要求1所述的路灯，其特征在于：所述光场光罩内的扁喇叭形腔体外口部周边向外延伸出一个与所述第一窗口相适配的嵌合部，并于所述嵌合部外沿向外延伸出一环形挡板，环形挡板上设置若干朝向背壳的第二空心柱体，所述面壳内侧第一窗口的周边设置若干第二销柱，当光场光罩的嵌合部嵌于面壳的第一窗口中后，所述若干第二销柱对应***所述若干第二空心柱体的中孔内。
7.如权利要求1或6所述的路灯，其特征在于：所述光场光罩的扁喇叭形腔体外口的长宽比为5∶1、4∶1或3∶1。
8.如权利要求1所述的路灯，其特征在于所述散光透镜包括：一基部，该基部的下底面为平面，作为光入射面；一凸出部分，该凸出部分位于所述基部上，包含中间部和对称设置于该中间部两头的两个部分球体部，该两个部分球体部的折射球面和该中间部的折射弧面平滑连接；以及，两个反射平面，两者对称设置于所述中间部的上中部内，分别向相邻的部分球体部倾斜，用于将从所述下底面射入透镜的部分光反射到相邻的部分球体部的折射球面射出。
9.如权利要求1所述的路灯，其特征在于：所述背壳、面壳是采用抗紫外线耐老化增强韧塑料制作的构件，所述光场光罩是采用不吸光的白色抗紫外线耐老化增强韧塑料制作的构件。
10.如权利要求1或9所述的路灯，其特征在于：所述背壳在圆弧形拱起部的两边设置两个突起部，该突起部截面呈倒V形或圆弧形，内腔设置若干加强板。
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