CN101881400A - Led路灯光源模组 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种LED路灯光源模组，包括多个LED器件和LED光源支撑体，所述的多个LED器件贴装在光源支撑体上；所述的LED器件主要由PCB板、涂有荧光粉的LED芯片和透明封装体构成，LED芯片安装在PCB板的反射杯中央；透明封装体覆盖在LED芯片上，透明封装体的下部充满反射杯并与LED芯片接触，透明封装体的上部露在反射杯外。由于本发明的透明封装体覆盖在LED芯片上，透明封装体的下部充满反射杯并与LED芯片接触，避免了采用二次光学透镜进行配光时，由于在二次光学透镜与LED器件之间存在不同的介质界面而引起的光从LED芯片到目标照射区域的传播过程中的损耗，提高了LED路灯的整体光效。
Description
技术领域
本发明涉及LED照明技术领域，特别是涉及一种LED路灯光源模组。
背景技术
随着LED的发光效率和可靠性的持续提高及其生产成本的不断降低，将LED用于道路照明已成为照明领域的一种技术发展趋势。尽管目前白光LED的明视觉光效还低于高压钠灯，但由于白光LED的光谱较宽，通过合理地调整其光谱能量分布，预期可以在中间视觉状态下获得比高压钠灯更高的发光效率，而且由于LED光源的定向性好，光能的利用率高，因此采用较低功率的LED路灯就可替代较高功率的高压钠灯，从而在节能减排方面具有十分突出的优势。此外，采用LED路灯还具有如下主要优点：①LED路灯具有较高的显色性，有助于提高驾驶员和行人的视觉灵敏度；②LED的可靠性好，使用寿命长，可以大大降低道路照明的维护成本；③LED不使用汞等有害物质，采用LED路灯替代高压钠灯有助于改善人居环境；④LED的工作温度范围宽，在严寒地区采用LED路灯替代高压钠灯，不仅可以避免高压钠灯难启动的问题，而且在同样的热阻条件下，环境温度越低，LED的结温越低，其发光效率越高；⑤LED采用直流驱动，通过调节驱动电流易于实现LED路灯的调光，从而可进一步实现照明节能。
不过，由于LED属于朗伯光源，其发光强度呈余弦分布，其空间立体角为180°，要将LED用于道路照明，必须借助特殊的光学系统，使LED的光束射向特定的方向，以满足特定的光强分布要求，并提高LED器件的光能利用效率。目前，在道路照明用LED光源配光设计方面主要有如下两种方式：图1A、图1B给出了一种习用的LED路灯灯头结构，这种灯头结构将LED器件1’的安装板2’设计成具有一定角度，可通过改变LED器件1’的安装角度α来增大照射角度β并改善其光分布。尽管这样做基本上可以满足道路照明的光分布要求，但是由于这种LED路灯中LED器件1’的安装角度并不是连续改变的，因此路灯整体的光分布(包括照射范围和光强分布等)仍然不够理想；此外，根据道路照明要求在对路灯光源进行扩展时，其模具需要进行较大的改变，甚至需要重新设计和制作，使得灯具的设计成本和制造成本相对较高。另一种经过改进的LED路灯(如图1C所示)则采用平面安装方式配合二次光学透镜设计，通过在一次封装成型的LED器件1”上加装特殊设计的二次光学透镜3”来实现道路照明所需要的矩形光分布。这种LED路灯结构的优点在于每个带有二次光学透镜3”的LED器件1”本身都能形成近似矩形的光斑和较大的照射角度(如120°)。这样，在平面安装LED器件1”的情况下就能够形成道路照明所需要的照射角度和光强分布，只要根据LED器件1”的光通量水平、道路宽度、灯杆高度、灯杆间距等设计参数及散热需要来确定LED器件1”的数量及排布方式，就可方便地实现LED路灯的配光设计(尤其是照射范围、光强分布和照度分布)，从而可以降低LED路灯的设计成本和制造成本。这种习用的LED路灯结构的缺点在于必须借助二次光学透镜来满足配光要求，由于二次光学透镜3”与LED器件1”之间有间隙存在，存在不同的介质界面，增加了光从LED芯片到目标照射区域的传播过程中的损耗，导致这种LED路灯光源的整体光效有所降低。
发明内容
本发明的目的在于提供一种光能损耗小、光强分布均匀的LED路灯光源模组。
为实现上述目的，本发明的技术解决方案是：
本发明是一种LED路灯光源模组，包括多个LED器件和LED光源支撑体，所述的多个LED器件贴装在光源支撑体上；所述的LED器件主要由带反射杯的PCB板、涂有荧光粉的LED芯片和透明封装体构成，所述的涂有荧光粉的LED芯片安装在PCB板的反射杯中央；所述的透明封装体覆盖在LED芯片上，透明封装体的下部充满反射杯并与LED芯片接触，透明封装体的上部露在反射杯外。
所述的覆盖在LED芯片上的透明封装体露在反射杯外部分的四个侧面呈半圆弧体状，顶面为平面，且两个侧面之间的距离不同，其形状近似于长条形面包。
所述的透明封装体露在反射杯外部分与PCB板接触面之间设有一个过渡段，该过渡段呈一个两端圆形、中间矩形状。
所述的光源支撑体采用高热导率金属制成，该光源支撑体的光源承载面为一平面。
采用上述方案后，本发明具有以下优点：
1、由于本发明的透明封装体覆盖在LED芯片上，透明封装体的下部充满反射杯并与LED芯片接触，避免了采用二次光学透镜进行配光时，由于在二次光学透镜与LED器件之间存在不同的介质界面而引起的光从LED芯片到目标照射区域的传播过程中的损耗，提高了LED路灯的整体光效。
2、由于本发明透明封装体露在反射杯外部分、与PCB板接触面呈一个两端圆形、中间矩形状，其形状近似于长条形面包，LED芯片能够形成道路照明光源所需要的特殊光分布，尤其是具有近似矩形的光斑和较大的照射角度(如120°)，符合光强分布要求，这不仅可以在平面安装LED器件的情况下就能够满足道路照明对于照射角度和光强分布的要求，更有助于优化LED路灯的配光和结构设计并降低其设计和制造成本，进一步增强LED照明在节能减排方面的优势。
3、由于本发明的光源支撑体的光源承载面为一平面，所述光源模组由数个经过一次封装成型的LED器件构成，该器件能够形成道路照明光源所需要的特殊光分布，尤其是具有近似矩形的光斑和较大的照射角度(如120°)，符合光强分布要求。
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的说明。
附图说明
图1A、图1B是习用的通过改变器件安装角度来进行配光的LED路灯的典型灯头结构；
图1C给出了采用二次光学透镜来进行配光的平面安装型LED路灯的典型灯头结构；
图2是本发明的结构示意图；
图3是本发明LED器件的轴测图；
图4A是图3沿A-A线的剖视图；
图4B是图3沿B-B线的剖视图；
图5是多个本发明的组合图；
图6A、图6B是本发明的纵向剖视面和横向剖视面的光路图；
图7A是本发明所述LED路灯光源模组的极坐标光强分布图；
图7B是本发明所述LED路灯光源模组的照度分布图；
图8A给出了采用8个本发明所述LED光源模组制作的LED路灯的极坐标光强分布图；
图8B给出了采用8个本发明所述LED光源模组制作的LED路灯的照度分布图。
具体实施方式
如图2所示，本发明是一种LED路灯光源模组，包括多个LED器件1和LED光源支撑体2。
所述的多个LED器件1采用平面贴装的方式固定在LED光源支撑体2上，其贴装工艺采用导热胶粘贴或回流焊。
如图5所示，多块LED路灯光源模组拼接起来，可构成一个不同规格的路灯光源。
如图3所示，所述的LED器件1主要由带反射杯的PCB板11、涂有荧光粉的LED芯片12和特殊形状的透明封装体13构成。所述的涂有荧光粉的LED芯片12安装在PCB板11的反射杯111中央；所述的透明封装体13覆盖在LED芯片12上，透明封装体13的下部131充满反射杯111并与LED芯片12接触，使得透明封装体13与LED芯片12没有间隙，透明封装体13的上部132露在反射杯111外。
如图3所示，所述的透明封装体13露在反射杯外的上部132的四个侧面1321、1322、1323、1324呈半圆弧体状，顶面为平面1325，且侧面1321、1323与侧面1322、1324之间的距离不同，其形状近似于长条形面包。在透明封装体13露在反射杯111外部分与PCB板11接触面之间设有一个过渡段1326，该过渡段1326呈一个两端圆形、中间矩形状。
在实际应用中，透明封装体13的长轴方向应沿着道路方向，在此方向LED光源具有较大的照射角度(90～150°)；而其短轴方向则垂直于道路方向，LED光源在此方向的照射角度较小(45～90°)。
本发明的设计方法：
首先根据道路照明的设计参数，如道路宽度、灯杆高度和灯杆间距等确定LED路灯所需要的照射角度和照射范围，再根据所用LED芯片的几何尺寸与所选封装材料的折射率等参数来优化反射杯和透明封装体的尺寸，使LED光源模组满足所述道路照明要求的光分布。然后根据所述道路的照度要求和本发明LED光源模组的光通量水平确定所需LED光源模组的数量和排布方式。最后将所述LED光源模组安装在适当的金属平板上，再配合驱动、散热及美学设计就构成LED路灯。
在实际应用中可参照不同的道路宽度、灯杆高度和灯杆间距等照明设计参数对LED路灯的照射范围和照度分布的要求，并根据所用LED芯片12的尺寸及封装方式(单芯片或多芯片集成)对所述反射杯111、PCB板11及封装体的尺寸参数进行优化设计，然后结合实际测量对设计参数进行修正并确定最佳取值。
本发明所用PCB板11采用导热通路与导电通路相分离的方式。为了提高LED光源的光能利用效率，PCB板11所带反射杯的内表面可以加镀银反射层。
本发明所用透明封装体13采用PMMA、PC等高透光率树脂材料或耐紫外辐射及温度稳定性更好的硅胶材料来制造，透明封装体13所用材料及其尺寸参数的确定应与反射杯111和LED芯片12的尺寸参数相匹配。为了增强LED光源承受热应力的能力，所述透明封装体13与LED芯片12及PCB板11之间的粘结体可采用柔性透光材料。所述封装体13与PCB板11之间的固定方式可以根据需要选择管脚固定或卡槽固定等方式。
本发明所述LED路灯光源模组既可采用小功率单芯片LED和大功率单芯片LED，也可采用小功率或大功率多芯片集成LED，但要根据光源发光面的几何尺寸来修正所述反射杯和透明封装体的几何参数。
本发明可以形成近似矩形的照射光斑及所需要的光强分布，照射光斑的长宽比可以达到1∶1～5∶1，典型值为2∶1～3∶1；在沿道路方向，照射角度范围可以达到90～150°，典型的照射角度是120°。
本发明的设计实施例：
实施例1：
采用0.98×0.98mm2的大功率LED芯片作为所述路灯光源模组的发光体，采用单芯片封装方式，并选用折射率为1.41的硅胶作为封装材料。所述LED路灯将用于4车道道路照明，道路宽度约15m，加上隔离带和紧急停靠带的宽度初步定为20m，灯杆高度为10m，灯杆间距为30-35m，而且相邻两盏路灯的光束之间要有少量迭加，以避免形成过暗的照射区域，这要求LED路灯在沿道路方向的照射角度达到115-125°。为了实现上述目标，本发明采用的一次封装成型LED光源模组(如图2和图3所示)由带反射杯的PCB板11、涂敷有荧光粉的LED芯片12和透明封装体13构成。PCB板11的尺寸为40×40mm，PCB板11上带有16个反射杯111，所述反射杯的排列方式为4×4阵列，反射杯111的中心间距为10mm。在照射距离为31.6cm的条件下得到所述LED光源模组的极坐标光强分布及照度分布分别如图7A和7B所示。对于涂敷好荧光粉的LED发光单元，测得其光通量约为105lm，所述LED光源模块的总光通量约为1,680lm。图7A和7B表明，采用本发明所述一次封装成型LED光源模块，达到照射目标面上的光通量约为1589.4lm，其光通利用效率约为94.6％。与此同时，所述LED光源模组的照射光斑近似为矩形，其长宽比介于2∶1～3∶2。在设想的沿道路方向，LED器件的最大发光强度位于60°附近，其光束角约为140°；而在垂直于道路方向，LED光源模组的最大光强位于34°附近，其光束角约为100°，基本满足目标道路照明的光强分布要求。
实施例2：
采用8个实施例1所述一次封装成型LED光源模组组装成LED路灯，所述LED光源模组的排布方式为4×2，其结构如图5所示。该LED路灯总计有128个发光单元，其耗电功率约为140W，总光通量约为13,340lm。在照射距离为10m的情况下得到该LED路灯的极坐标光强分布和照度分布分别如图8A和8B所示。不难看出，所述LED路灯在沿道路方向和垂直于道路方向的照射角度和光强分布与所述LED光源模组一致；但是其照射面积和照度值有较大的变化，这是由于LED发光单元的数量和照度测试距离不同所致。
实施例1和实施例2表明，采用本发明所述LED路灯光源模组，在所述LED光源模组能够满足道路照明的光强分布和照度分布要求的情况下，只需对所述LED光源模组进行适当的组合即可实现LED路灯的配光设计，这无疑为LED路灯的设计开发提供了极大的便利。
本发明透明封装体13成型方法：
本发明所用的透明封装体13采用高透光率树脂如PMMA、PC或硅胶材料来制造，可以采用两种成型方式：一种方式是根据透明封装体的设计尺寸制作封装模条，并将未固化且已除去气泡的封装材料置于模条中，然后将已经完成固晶、焊线及荧光粉涂敷等工序的带有反射杯的PCB板倒扣在模条上，待封装材料固化成型后脱模即可；另一种方式也是根据透明封装体的设计尺寸制作好模具，并采用注塑成型方式将所选透明封装材料制作成透明封装体，然后再用少量未固化的透明封装材料将封装体粘结到已经完成固晶、焊线及荧光粉涂敷等工序的带有反射杯的PCB板上。
本发明的重点就在于：透明封装体覆盖在LED芯片上，透明封装体的下部充满反射杯并与LED芯片接触。
Claims (4)
1.一种LED路灯光源模组，包括多个LED器件和LED光源支撑体，所述的多个LED器件贴装在光源支撑体上；其特征在于：所述的LED器件主要由带反射杯的PCB板、涂有荧光粉的LED芯片和透明封装体构成，所述的涂有荧光粉的LED芯片安装在PCB板的反射杯中央；所述的透明封装体覆盖在LED芯片上，透明封装体的下部充满反射杯并与LED芯片接触，透明封装体的上部露在反射杯外。
2.根据权利要求1所述的LED路灯光源模组，其特征在于：所述的覆盖在LED芯片上的透明封装体露在反射杯外部分的四个侧面呈半圆弧体状，顶面为平面，且两个侧面之间的距离不同，其形状近似于长条形面包。
3.根据权利要求1所述的LED路灯光源模组，其特征在于：所述的透明封装体露在反射杯外部分与PCB板接触面之间设有一个过渡段，该过渡段呈一个两端圆形、中间矩形状。
4.根据权利要求1所述的LED路灯光源模组，其特征在于：所述的光源支撑体采用高热导率金属制成，该光源支撑体的光源承载面为一平面。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Open date: 20101110 |