CN103939816A - 具有自清洁防散射功能透光罩的led路灯模块 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种具有自清洁、防散射功能透光罩的LED路灯模块,由散热器(1)、驱动电源(2)、放置LED和PCB的金属腔体(3)、大功率白光LED(4)、紫外LED(5)、自由曲面透镜(6)、玻璃透光罩(7)构成。LED与PCB安装在腔体中,腔体端面与透光罩用密封胶组成密封腔体,内中充氦或氖惰性气体、或其混合气体,具有高导热,防止水汽或雾霾等对腔内LED、透镜的污染。透光罩表面涂有亲水性或疏水性、或亲水/疏水组合薄膜,在紫外光照射下亲水铺展,清除透光罩表面灰尘和散射水滴,无紫外光时起疏水作用带走透光罩表面灰尘,保持LED路灯模块的高透光性。

Description

具有自清洁防散射功能透光罩的LED路灯模块
技术领域
       本发明涉及LED路灯模块,尤其是一种具有自清洁防散射功能透光罩的LED路灯模块。
背景技术
       随着半导体照明技术的发展,LED具有光效高、寿命长、颜色丰富、节能环保、可靠性高、容易调控等优点,已出现替代各种传统照明光源产品的趋势。相对于传统的高压钠灯路灯而言,由于LED体积较小,可以通过透镜来满足路面较均匀的光斑分布,提高光能的利用,因此可以达到比高压钠灯更高的光能利用率和均匀性;由于LED的高光效,使得它比高压钠灯具有更好的节能效果。
       长久使用的路灯透光罩容易积灰或遭大气中有机物污染,引起LED、透镜、面罩等霉变,这些都将影响路灯照明性能和寿命。由于路灯安装较高,且分布在各个道路位置,清洗费时费力。同时,空气中的水蒸气、雨天及梅雨季节又易于在玻璃透光罩上凝结,会导致透光罩表面起雾、结露,路灯发出的光被其散射,降低路灯的透光效率。对传统高压钠灯而言,因高压钠灯辐射能中含有红外光,透光罩上的水滴可以较快地被蒸发;而对于LED路灯而言,因为辐射能中不含红外光,透光罩起雾、结露现象较为严重。
发明内容
本发明的目的是为了解决目前LED路灯的透光罩表面长期使用容易积灰,在潮湿环境下容易起雾、结露,导致光线散射,透光效率下降,而清洗不便且耗费人力物力的问题。本发明的技术方案如下:
一种具有自清洁防散射功能透光罩的LED路灯模块,包括散热器、驱动电源、放置LED和PCB的金属腔体、大功率白光LED、紫外LED、自由曲面透镜、玻璃透光罩,所述玻璃透光罩表面涂有亲水或疏水材料、或亲水/疏水组合薄膜,所述的金属腔体为密封腔体,内中充氦或氖惰性气体、或其混合气体。
进一步的,所述玻璃透光罩由高硼硅酸盐玻璃构成,在整个可见光波段透过率达91-92%、350-390nm紫外光透过率达88-91%,所述的350-390nm紫外光能对亲水/疏水材料产生作用。
进一步的,所述玻璃透光罩表面涂的亲水材料为纳米二氧化钛薄膜,或涂的疏水材料为纳米二氧化硅/硅树脂薄膜;或涂有二氧化硅/硅树脂/偶氮苯的亲水/疏水组合薄膜;膜层数量为多层结构。
进一步的,所述纳米二氧化钛、二氧化硅薄膜的涂制方法如下:
(1)将纳米级二氧化钛或二氧化硅粉末和乙烯基硅烷醇混合成溶液,再将混合溶液进行4-6小时的机械研磨,产出的溶液用电动势粒子分析器进行检查,得到二氧化钛或二氧化硅化学前质;
(2)将合成的二氧化钛或二氧化硅前质投入溶液,并加入感光剂、有机溶剂,混合成浸涂膜溶液;
(3)将玻璃透光罩浸入涂膜溶液,在10-300秒内提拉取出;
(4)采用紫外固化技术将浸涂膜溶液固化在透光罩表面。
进一步的,所述硅树脂/偶氮苯薄膜是用喷涂或旋涂的方法制作获得,薄膜厚度为10nm-3000nm。
进一步的,所述纳米二氧化硅/硅树脂薄膜形成一个细微凸起型的超疏水结构,所述细微凸起是用模压的的方法制作获得,薄膜厚度为10nm-3000nm。
进一步的,所述大功率白光LED发出道路照明光,色温为1700-6500K,包括黄白色、暖白色、正白色、冷白色LED;大功率白光LED前的自由曲面透镜设计成道路照明所需的蝙蝠翼光斑;紫外LED发出对亲水材料薄膜产生亲水作用的紫外光,波长为350-390nm,带宽16-25nm;紫外LED前的自由曲面透镜设计成的紫外光斑照明整个透光罩;紫外LED由驱动电源每天定时点亮10-60分钟间隔时间。
进一步的,所述的纳米二氧化硅/硅树脂薄膜具有疏水性,所述玻璃透光罩表面制作成高低尺寸为10nm-3000nm的细微凸起结构,薄膜材料中二氧化硅质量含量为3-4%、硅树脂质量含量为7-8%,在使用过程中具有自我清洁的功能。
进一步的,所述惰性气体氦气或氖气、或其混合气体,充气气压为1-2大气压。
进一步的,LED与PCB整体焊接在金属腔体中,其引线通过密封胶胶密封,所述的在金属密封腔的材料为铝或不锈钢,背面装有散热器,提高散热性能。所述的散热器是鳍片散热器,或热管散热器,或鳍片和热管散热器组合的散热器。
本发明的新型LED路灯模块,在路灯LED光源中加入了部分紫外LED,由自动控制驱动电源使其定时定间隔发出紫外光。在透光罩的表面涂有纳米二氧化钛亲水薄膜,或纳米二氧化硅/硅树脂薄膜疏水薄膜,或二氧化硅/硅树脂/偶氮苯的亲水/疏水组合薄膜结构,在紫外线照射下则具有超亲水性,在没有紫外光照射下具有超疏水性。通过这两种性质,达到透光罩自我清洁、防散射的目的。同时,在路灯模块腔体密封,内部充导热系数较高的氦气或氖气、或其混合气体,从而提高LED路灯的散热性能,进一步提高模块可靠性。
附图说明
图1是本发明的具有自清洁防散射功能透光罩的LED路灯模块结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明。
如图1所示,本发明的具有自清洁、防散射功能透光罩的LED路灯模块,由散热器1、驱动电源2、放置LED和PCB的金属腔体3、大功率白光LED 4、紫外LED 5、自由曲面透镜6、玻璃透光罩7构成。散热器1和驱动电源2位于金属腔体3的背面,大功率白光LED 4和紫外LED 5设置与金属腔体3内,紫外LED 5布置在大功率白光LED 4之间,自由曲面透镜6设置在大功率白光LED 4和紫外LED 5外侧,玻璃透光罩7覆盖金属腔体3。
首先在大功率白光LED 4中加入部分紫外LED 5,并由电源自动控制,定时定间隔发出紫外光。LED路灯模块中包含功率占总LED功率 90-98%的大功率白光LED 4和占总LED功率 2-10%的紫外LED 5,大功率白光LED 4发出道路照明光,色温为1700-6500K,大功率白光LED前的自由曲面透镜6设计成道路照明所需的蝙蝠翼光斑;紫外LED 5发出对亲水材料薄膜产生亲水作用的紫外光,波长为350-390nm,带宽16-25nm,紫外LED前的自由曲面透镜设计成的紫外光斑照明整个透光罩;紫外LED由驱动电源每天定时点亮10-60分钟间隔时间。
玻璃透光罩7由高硼硅酸盐玻璃构成,在整个可见光波段透过率达91-92%、350-390nm紫外光透过率达88-91%。所述的350-390nm紫外光能对亲水/疏水材料产生作用。在玻璃透光罩7涂上纳米二氧化钛亲水薄膜,或纳米二氧化硅/硅树脂疏水薄膜,或二氧化硅/硅树脂/偶氮苯的亲水/疏水组合薄膜结构。纳米二氧化钛薄膜、偶氮苯亲水薄膜,薄膜厚度为10nm-3000nm。在灯罩表面上制作成高低尺寸为10nm-3000nm的细微凸起的纳米二氧化硅/硅树脂疏水结构,薄膜材料中二氧化硅质量含量为3-4%、硅树脂质量含量为7-8%。在使用过程中具有自我清洁的功能。
在路灯模块金属密封腔内部充入惰性气体氦气或氖气、或其混合气体,1-2大气压。LED与PCB整体焊接在金属腔体中,最后将整体封装成为LED路灯模块。
       本发明的具有自清洁防散射功能的透光罩、高导热性能的LED路灯模块,玻璃透光罩7上的纳米二氧化硅/硅树脂薄膜,形成一个细微凸起型的超疏水结构。或二氧化硅/硅树脂/偶氮苯组合薄膜的亲水偶氮苯基团被挡住,形成一个细微凸起的超疏水结构,故此时透光罩或自由曲面透镜表面具有超疏水性;而在紫外LED光照射的条件下,透光罩上的纳米二氧化钛薄膜,具有浸润效应,对水等液体的接触角为零度;或偶氮苯收紧贴近结构表面,疏水基团内缩,而亲水基团则露在透光罩表面,且整个表面结构是平滑的亲水结构;因此水趋向于在整个表面铺展开来,即透光罩具有超亲水性。在水铺展形成水膜的过程中将灰尘带走,同时由于铺展作用,凝聚在表面的水露铺展,消除水露对光的散射,提高透光效率。
       本发明具有自清洁防散射功能的透光罩、高导热性能的LED路灯模块中,在光源里加入了部分紫外LED,由电源控制定时定间隔发出紫外光。在一般情况下,紫外LED不发光,即透光罩表面接受到的光为可见光。此时,它们的表面具有超疏水性。水蒸气在表面凝结时,因为表面的超疏水性,水滴与表面的作用力较小,而与灰尘之间的作用力较大。因此,水滴很容易和表面的灰尘一起脱落。超疏水性使得透光罩的表面不易起雾,且积灰也较为不易。
       当紫外LED发光时,透光罩的表面除了受可见光照射外,还受到紫外光的照射。此时,它们的表面呈超亲水性。当水分凝结在它们表面时,会铺展分布在透光罩表面,形成较均匀的水膜而沿亲水膜边缘流出,而水分能将表面灰尘带出。此时,表面同样没有起雾,提高透光率。
通过这个表面超亲水性-超疏水性的作用,本发明的LED路灯模块的透光罩达到透光罩自我清洁、防散射的目的。从而达到提高LED路灯透光率的目的。
LED路灯模块安装在金属密封腔体内,其引线通过密封胶胶密封。金属密封腔的材料为铝或不锈钢,背面装有散热片,提高散热性能。金属密封腔内部充有具有高导热特性的惰性气体氦气或氖气、或其混合气体,充气气压为1-2大气压。由于氦气、氖气的导热系数为0.1426W/mK和0.0455W/mK左右,分别为导热系数为0.0233W/mK空气的6倍和近2倍。既提高LED发热热量的导出,又可防止水气和雾霾等对腔体内LED、透镜和内表面的污染。
       本发明的LED路灯模块使用的白光LED由蓝光铟镓氮LED芯片,峰值波长为454nm,带宽22nm,激发黄色Y3Al5O12:Ce荧光粉,峰值波长为560nm,带宽114nm构成,光源色温为3600K,暖白色;LED路灯模块使用了18个1W大功率白光LED,组成20W的LED路灯模块。并且在路灯模块内部加入了4个0.2W紫外LED,紫外LED 5的峰值波长为390nm,带宽21nm。白光、紫外LED的亮暗由控制***控制。玻璃透光罩3由高硼硅酸盐玻璃构成,在透光罩上使用了二氧化硅/硅树脂/偶氮苯的亲水/疏水组合三层薄膜结构,总厚度900nm;其中二氧化硅为底层,厚度400nm;硅树脂为中间层,厚度350nm;偶氮苯在顶层,厚度150nm;中间层硅树脂模压制作成高低尺寸为50nm的细微凸起,形成纳米二氧化硅/硅树脂疏水结构。
       先将LED与PCB焊接,再整体焊接在金属腔体中,再安装透光罩,然后金属密封腔内充入1.5个大气压的氦气,纯度为99%。最后将整体密封封装成为LED路灯模块。
紫外LED控制***控制紫外LED在路灯开启480分钟后,开启20分钟,然后关闭。本发明制作的路灯达到了较好的自清洁、防散射效果,同时模块透光罩的温度比没充氦气、自然空气的对照组低2度,提高了散热性能。由于路灯装在高处,紫外光功率不大,并且因紫外灯开启时段较晚,对行人的影响可略。

Claims (10)

1.一种具有自清洁防散射功能透光罩的LED路灯模块,包括散热器(1)、驱动电源(2)、放置LED和PCB的金属腔体(3)、大功率白光LED(4)、紫外LED(5)、自由曲面透镜(6)、玻璃透光罩(7),其特征在于:所述玻璃透光罩(7)表面涂有亲水或疏水材料、或亲水/疏水组合薄膜,所述的金属腔体(3)为密封腔体,内中充氦或氖惰性气体、或其混合气体。
2.根据权利要求1所述的具有自清洁防散射功能透光罩的LED路灯模块,其特征在于:所述玻璃透光罩(7)由高硼硅酸盐玻璃构成,在整个可见光波段透过率达91-92%、350-390nm紫外光透过率达88-91%,所述的350-390nm紫外光能对亲水/疏水材料产生作用。
3.根据权利要求1所述的具有自清洁防散射功能透光罩的LED路灯模块,其特征在于:所述玻璃透光罩(7)表面涂的亲水材料为纳米二氧化钛薄膜,或涂的疏水材料为纳米二氧化硅/硅树脂薄膜;或涂有二氧化硅/硅树脂/偶氮苯的亲水/疏水组合薄膜;膜层数量为多层结构。
4.根据权利要求3所述的具有自清洁防散射功能透光罩的LED路灯模块,其特征在于:所述纳米二氧化钛、二氧化硅薄膜的涂制方法如下:
(1)将纳米级二氧化钛或二氧化硅粉末和乙烯基硅烷醇混合成溶液,再将混合溶液进行4-6小时的机械研磨,产出的溶液用电动势粒子分析器进行检查,得到二氧化钛或二氧化硅化学前质;
(2)将合成的二氧化钛或二氧化硅前质投入溶液,并加入感光剂、有机溶剂,混合成浸涂膜溶液;
(3)将玻璃透光罩(7)浸入涂膜溶液,在10-300秒内提拉取出;
(4)采用紫外固化技术将浸涂膜溶液固化在透光罩表面。
5.根据权利要求3所述的具有自清洁防散射功能透光罩的LED路灯模块,其特征在于:所述硅树脂/偶氮苯薄膜是用喷涂或旋涂的方法制作获得,薄膜厚度为10nm-3000nm。
6.根据权利要求3所述的具有自清洁防散射功能透光罩的LED路灯模块,其特征在于:所述纳米二氧化硅/硅树脂薄膜形成一个细微凸起型的超疏水结构,所述细微凸起是用模压的的方法制作获得,薄膜厚度为10nm-3000nm。
7.根据权利要求1所述的具有自清洁防散射功能透光罩的LED路灯模块,其特征在于:所述大功率白光LED(4)发出道路照明光,色温为1700-6500K,包括黄白色、暖白色、正白色、冷白色LED;大功率白光LED(4)前的自由曲面透镜设计成道路照明所需的蝙蝠翼光斑;紫外LED(5)发出对亲水材料薄膜产生亲水作用的紫外光,波长为350-390nm,带宽16-25nm;紫外LED前的自由曲面透镜设计成的紫外光斑照明整个透光罩;紫外LED由驱动电源每天定时点亮10-60分钟间隔时间。
8.根据权利要求6所述的具有自清洁防散射功能透光罩的LED路灯模块,其特征在于:所述的纳米二氧化硅/硅树脂薄膜具有疏水性,所述玻璃透光罩(7)表面制作成高低尺寸为10nm-3000nm的细微凸起结构,薄膜材料中二氧化硅质量含量为3-4%、硅树脂质量含量为7-8%,在使用过程中具有自我清洁的功能。
9.根据权利要求1所述的具有自清洁防散射功能透光罩的LED路灯模块,其特征在于:所述惰性气体氦气或氖气、或其混合气体,充气气压为1-2大气压。
10.根据权利要求1所述的具有自清洁防散射功能透光罩的LED路灯模块,其特征在于:LED与PCB整体焊接在金属腔体(3)中,其引线通过密封胶胶密封,所述的在金属密封腔的材料为铝或不锈钢,背面装有散热器(1),提高散热性能;
所述的散热器是鳍片散热器,或热管散热器,或鳍片和热管散热器组合的散热器。
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