CN104061477B - 一种高效散热的led光源模组 - Google Patents

Abstract

本发明将在线路板上开设通孔，并将LED光源穿过通孔直接固定在散热基板上，LED光源工作产生的热量直接传到散热基板上，从而得以有效地控制LED光源模组工作时的温度，最终实现延长LED光源模组使用寿命、增强光效的目的；本发明在增强LED光源模组散热效率的同时，并未增加其他复杂的散热结构，一方面有利于控制LED光源模组的体积以提高LED光源模组的适用范围，另一方面还可简化LED光源模组的生产工艺，降低生产成本。

Description

一种高效散热的LED光源模组

技术领域

本发明涉及一种LED光源模组，具体涉及一种高效散热的LED光源模组。

背景技术

随着科技的发展，LED光源被认为第四代照明光源，LED光源凭借发光效率高、低电耗、不需高压、安全性高等优点，已被广泛的应用在各种照明领域，路灯已经成为城市夜生活不可或缺的照明工具，一般路灯需要长时间的工作，甚至在是暴风、雨、雪等恶劣的天气下长时间的工作，同时对路灯照射到地面亮度的不断强调，LED光源应运而生，然而LED光源的功率越高，发热量就越大，若其散热能力不足，LED光源内的温度过高就会造成危险，烧毁电路板、照明芯片或者其他电子元件，严重缩短了LED光源得工作寿命。现有技术的LED光源散热方式有：

1.采用风扇进行散热来满足大功率LED光源的散热要求，这种方法存在明显的技术缺陷，因为LED光源的基本寿命是5万小时，风扇的寿命是很难满足这样长时间需要的，一旦风扇不能正常工作，大功率LED光源就会损坏，且设置风扇装置又增加了能源的消耗，造成了能源的浪费，也不利于LED光源的体积小型化；

2.现在灯的内部使用铝板散热结构、压铸件等散热件来帮助LED光源模组散热，这样导致了灯头太重并不适合挂在现有的灯柱上，安装也不方便；同时现有的LED光源模组在铝板和线路板间设置有绝缘层，而LED光源则封装在线路板上，LED光源产生的热量须经过线路板、绝缘层方能传导至铝板，传热效率低下；

3.采用散热膏进行散热，会使LED光源的光照衰减更大，无法广泛的应用在大面积照明上。

发明内容

有鉴于此，本发明公开一种具有高效散热性能的LED光源模组。

本发明的目的通过以下技术方案实现：

一种高效散热的LED光源模组，其包括散热基板、至少一个LED光源以及可将LED光源连接至电源、设置在散热基板上的线路板以及设置在散热基板及线路板间的绝缘层，所述线板及绝缘层上分别设置有至少一个通孔，所述LED光源通过通孔固定在所述散热基板的上表面，并通过导线与线路板上的电路连接导通。

本发明的LED光源指的是发光二极管、设置有发光二极管的芯片、LED灯珠等。本发明在线路板及绝缘层上设有多个通孔（即开窗），LED光源穿透通孔直接固定在散热基板上，从而实现了LED光源的热量直接传导至导热基板上，有效地提高了LED光源模组的散热效率。固定在散热基板上的LED光源通过导线连接导通至线路板的电路，此做法与本技术领域中所称的邦定一致。一个通孔内既可以设置有一个LED光源，也可设置多个LED光源。本发明的通孔还具有反光杯的作用，可将LED光源发出的光聚集至LED光源模组的正向，提高LED光源模组的光感。

所述散热基板从下至上依次包括基层、第一反光层以及第二反光层。

所述基层为铝质基层，所述第一反光层为覆盖于对应所述通孔处的铝质基层表面的银层，以及覆盖于银层表面的氧化钛层；所述银层与铝质基层的厚度之比为1:7—1:15；所述氧化钛层与所述银层厚度之比为1:2—1:5。

由于LED光源设置在通孔内，LED光源的光照强度会在一定程度上降低。因此本发明在通孔裸露出来的铝质基层表面（即未被绝缘层和线路板所遮挡的部分）均设有反光层，将LED光源发出的光反射出通孔外，增强通孔作为反光杯的聚光效果。由于第一反光层和第二反光层的设置，使用本发明LED光源模组时无需另外安装反光罩等聚光结构，有利于使用成本的控制和生产、安装难度的降低。银层具有较高的光反射率，但本发明还在银层的表面涂覆氧化钛层，此做法有利于消除LED光源间的色差，使LED光源模组发出的光表现出亮白的颜色，从而获得优秀的光效。

所述氧化钛层的原料按重量计包括金红石相氧化钛30—40份、锐钛型纳米氧化钛1—5份、十六烷基三甲基氯化铵5—7份、硅烷偶联剂0.1—2份以及40—60份氟碳基料；所述锐钛型纳米氧化钛的粒径为40—50nm；所述金红石相氧化钛粒径为0.1—0.8μm；所述氧化钛层的制备方法为将金红石相氧化钛、锐钛型纳米氧化钛、十六烷基三甲基氯化铵、硅烷偶联剂以及氟碳基料混合，并加热至40—60℃，保持20—30分钟后，涂布在银层表面，并以30—50℃的温度烘干60—200min；所述氟碳基料是指以氟碳树脂为膜物的涂料。

本发明中金红石相氧化钛主要起增白、反光的作用，而锐钛型纳米氧化钛则有利于维持氧化钛层的亮白颜色。经测试，添加有锐钛型纳米氧化钛的氧化钛层具有良好的抗氧化性能和自洁性能，其表面不易因氧化而发生色变或沾染灰尘等污渍，从而延长本发明氧化钛层的使用寿命。所述氟碳基料是指以氟碳树脂为膜物的涂料，具体而言是指以含氟烯烃，如四氟乙烯、三氟氯乙烯、偏二氟乙烯等为基本单体进行均聚或共聚，或以此为基础与其他单体进行共聚以及侧链含有氟碳化学键的单体自聚或共聚而得到的分子结构中含有较多C-F化学键的一类树脂。本发明中的硅烷偶联剂可以是任何一种市售产品，比如KH570.金红石相的氧化钛容易发生团聚而沉淀或从涂层中剥落，因此本发明添加了十六烷基三甲基氯化铵、硅烷偶联剂，二者可使金红石相氧化钛与氟碳基料充分混溶，并于氟碳基料紧密连接不易脱落。二者还可提高氧化钛层与银层的结合程度，防止氧化钛层脱落。

所述绝缘层由导热抗老化PP材料制成；所述导热抗老化PP材料是指由以下重量份原料制成的PP材料

PP40—50份；

介孔氧化铝纤维1—5份；

聚丙烯酰胺0.1—0.8份；

炭黑0.05—0.25份；

抗氧化剂1680.3—0.6份；

POE接枝10—25份；

去离子水1—3份。

尽管LED光源直接固定在散热基板上是本发明所提供的LED光源模组表现出优良的散热性能，但散热基板仍有较大面积的部分为绝缘层、线路板所覆盖，对LED光源模组的散热性能具有一定程度的不良影响。现有的绝缘层一般采用PP（聚丙烯）材料制备，其导热散热效果极差。而在长期高温的工作环境下，PP还容易老化而脆化、易破损，严重缩短了LED光源模组的使用寿命。因此本发明特别提供了一种导热抗老化PP材料作为绝缘层的材料。通常而言，俄日提高PP材料的导热效果，需在PP材料中填充玻纤、石墨等无机填料。但这些填料与PP材料的相容性差，导致其导热效果受限。此外，过多的填料也将导致PP材料的力学性能、加工性能降低，还会加快老化的进程。因此，本发明特别选用了介孔氧化铝纤维作为PP材料的导热填充剂。所述介孔氧化铝为市售产品，由于具有较大的比表面积和较窄的孔径分布，在催化领域有广泛的应用。而设计人则发现，介孔氧化铝对PP材料的导热性能有较高的促进效果，少量的介孔氧化铝即可使PP材料的导热系数大幅上升。而介孔氧化铝本身具有耐受高温、抗氧化的效果，它的填充有利于维持PP材料的稳定，延缓PP材料的老化进程。由于具有较大的比表面积，介孔氧化铝与PP材料结合程度较高，不易脱落。炭黑可以附着在介孔氧化铝纤维表面，进一步提升它的导热效果。本发明所称的介孔氧化铝纤维可选用任一种市售产品实现。本发明的PP材料可使用任一种共混法制备，所述的去离子水可在制备的任意时间加入，它可是聚丙烯酰胺融化，与介孔氧化铝产生配位物，增强介孔氧化铝与PP材料的结合。所述POE接枝可选用任一种市售产品，其可使介孔氧化铝纤维与PP材料结合。

所述导线表面涂覆有所述氧化钛层，其厚度与导线直径之比为1:30—1:40。

为进一步提高LED光源模组的光效，连接LED光源与线路板的导线上也覆盖有氧化钛层。所述氧化钛层与第一反光层的氧化钛层成分一致。

所述线路板表面设置有线路板反光层。

所述线路板反光层包括覆盖在线路板上的氧化钛层或包括覆盖在线路板上的导热抗老化PP材料层以及覆盖在所述导热抗老化PP材料层表面的氧化钛层。

线路板表面的反光能力较低，而裸露的线路板也对LED光源模组的整体外观有不良影响。因此本发明在线路板表面覆盖有反光层。线路板反光层可以只由氧化钛层组成，该氧化钛层的组成与第一反光层的氧化钛层一致。对于某些具有绝缘、防水等特殊要求的产品，还可在线路板表面涂覆导热抗老化PP材料层后再覆盖氧化钛层。线路板反光层可以遮挡线路板上的文字、线路及各种电子元件，改善LED光源模组外观的同时还可反射LED光源发出的光，进一步提高本发明的光利用效率。

本发明向对于现有技术，具有如下的技术效果：

1.本发明将在线路板上开设通孔，并将LED光源穿过通孔直接固定在散热基板上，LED光源工作产生的热量直接传到到散热基板上，从而得以有效地控制LED光源模组工作时的温度，最终实现延长LED光源模组使用寿命、增强光效的目的；本发明在增强LED光源模组散热效率的同时，并未增加其他复杂的散热结构，一方面有利于控制LED光源模组的体积以提高LED光源模组的适用范围，另一方面还可简化LED光源模组的生产工艺，降低生产成本。

2.本发明进一步在散热基板上覆盖银层和氧化钛层，能够有效地提高散热基板的光反射效率，避免因通孔的遮挡而降低LED光源发出光的利用率；而本发明同时优化了所述氧化钛层的组成，其中金红石相氧化钛主要起增白、反光的作用，而锐钛型纳米氧化钛则有利于维持氧化钛层的亮白颜色。经测试，添加有锐钛型纳米氧化钛的氧化钛层具有良好的抗氧化性能和自洁性能，其表面不易因氧化而发生色变或沾染灰尘等污渍，从而延长本发明氧化钛层的使用寿命。

3.本发明还对绝缘层的组成进行了优化，采用了具有高传热导热性能的PP材料，LED光源模组工作时产生的热量能够通过绝缘层高效地传导至散热基板，进一步提高本发明LED光源模组工作时的散热效率。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2为本发明的局部分解图。

图3为本发明散热基层的剖面图。

具体实施方式

为了便于本领域技术人员理解，下面将结合实施例及附图对本发明作进一步详细描述：

实施例1

本实施例提供一种可作为LED产品反光层的氧化钛层，其原料按重量计包括金红石相氧化钛35份、锐钛型纳米氧化钛3份、十六烷基三甲基氯化铵4份、硅烷偶联剂0.8份以及45份氟碳基料；所述锐钛型纳米氧化钛的粒径为48nm；所述金红石相氧化钛粒径为0.5μm；所述氧化钛层的制备方法为将金红石相氧化钛、锐钛型纳米氧化钛、十六烷基三甲基氯化铵、硅烷偶联剂以及氟碳基料混合，并加热至50℃，保持25分钟后，涂布在银层表面，并以40℃的温度烘干100min；所述氟碳基料是指以氟碳树脂为膜物的涂料。

实施例2

本实施例提供一种可作为LED产品反光层的氧化钛层，其原料按重量计包括金红石相氧化钛30份、锐钛型纳米氧化钛5份、十六烷基三甲基氯化铵5份、硅烷偶联剂2份以及40份氟碳基料；所述锐钛型纳米氧化钛的粒径为50nm；所述金红石相氧化钛粒径为0.1μm；所述氧化钛层的制备方法为将金红石相氧化钛、锐钛型纳米氧化钛、十六烷基三甲基氯化铵、硅烷偶联剂以及氟碳基料混合，并加热至60℃，保持20分钟后，涂布在银层表面，并以50℃的温度烘干60min；所述氟碳基料是指以氟碳树脂为膜物的涂料。

实施例3

本实施例提供一种LED产品绝缘层，其由导热抗老化PP材料制成；所述导热抗老化PP材料是指由以下重量份原料制成的PP材料

PP45份；

介孔氧化铝纤维3份；

聚丙烯酰胺0.5份；

炭黑0.2份；

抗氧化剂1680.5份；

POE接枝20份；

去离子水2份。

上述PP材料可选用任一种共混法制备。

实施例4

本实施例提供一种LED产品绝缘层，其由导热抗老化PP材料制成；所述导热抗老化PP材料是指由以下重量份原料制成的PP材料

PP40份；

介孔氧化铝纤维5份；

聚丙烯酰胺0.1份；

炭黑0.25份；

抗氧化剂1680.3份；

POE接枝25份；

去离子水1份。

上述PP材料可选用任一种共混法制备。

实施例5

本实施例提供一种LED产品绝缘层，其由导热抗老化PP材料制成；所述导热抗老化PP材料是指由以下重量份原料制成的PP材料

PP50份；

介孔氧化铝纤维1份；

聚丙烯酰胺0.8份；

炭黑0.05份；

抗氧化剂1680.6份；

POE接枝10份；

去离子水3份。

上述PP材料可选用任一种共混法制备。

实施例6

本实施例提供一种高效散热的LED光源模组，如图1、图2所示其包括散热基板1、多个LED光源3以及可将LED光源3连接至电源、设置在散热基板上的线路板2以及设置在散热基板1及线路板2间的绝缘层4，所述线板及绝缘层上分别设置有7个对应的通孔5，所述LED光源3通过通孔5固定在所述散热基板1的上表面，并通过导线与线路板2上的电路连接导通。本实施例中，所述LED光源为市售的LED芯片。

所述散热基板从下至上依次包括基层11、第一反光层12以及第二反光层13。

所述基层11为铝质基层，所述第一反光层12为覆盖于对应所述通孔处的铝质基层表面111的银层，以及覆盖于银层表面的氧化钛层；所述银层与铝质基层的厚度之比为1:10；所述氧化钛层与所述银层厚度之比为1:3。

其中，所述氧化钛层为实施例1所述的氧化钛层。所述绝缘层由市售的PP材料制成。

实施例7

本实施例提供一种高效散热的LED光源模组，其结构与实施例6一致。其中，氧化钛层为实施例2所提供的氧化钛层。

实施例8

本实施例提供一种高效散热的LED光源模组，其结构与实施例6一致。其中，氧化钛层为实施例2所提供的氧化钛层；其中的绝缘层为实施例3所提供的导热抗老化PP材料。

实施例9

本实施例提供一种高效散热的LED光源模组，其结构与实施例6一致。其中，氧化钛层为实施例1所提供的氧化钛层；其中的绝缘层为实施例4所提供的导热抗老化PP材料。

实施例10

本实施例提供一种高效散热的LED光源模组，其结构与实施例6一致。其中，氧化钛层为市售的氧化钛反光涂料层；其中的绝缘层为实施例4所提供的导热抗老化PP材料。

对比例1

本对比例提供一种LED光源模组，其包括铝质基层、设置在铝质基层上的绝缘层、固定在绝缘层上的线路板。上述线路板上还邦定有多个LED芯片。所述绝缘层由市售的PP材料构成。

对比例2

本对比例提供一种LED光源模组,其不具备任何反光层，其余结构与实施例6一致。

对LED光源模组散热效率的测试

在LED光源模组上选择一个LED芯片，在其与散热基板或与线路板的接触部位缠绕一长为1cm、直径为0.02cm的电热丝。将电热丝加热到200℃，每2min对电热丝测试一次温度。每2min对于电热丝对应部位的散热基板的底部测试一次温度。该散热基板的初始温度为25℃。其结果如表1所示。

表1

由表1可见，实施例6—8提供的LED光源模组电热丝温度下降速度远超对比例1.同时，当采用本发明的导热抗老化PP材料作为绝缘层时，能够进一步提高LED光源模组的散热效率。

光效测试

上述实施例和对比例均采用市售的8milx8mil大小的LED芯片，其发光强度为5000mcd。一个面积为0.1m³的LED光源模组上设有30个芯片。对LED光源模组通电，观察其发光效果。同时在距离芯片10cm处测量其光照强度（mdc）。其结果如表2所示。

表2

实验组	测试结果
		实施例6	距离芯片10cm处测量其光照强度为4950mcd，光色洁白、明亮而聚集。
实施例7	距离芯片10cm处测量其光照强度为4950mcd，光色洁白、明亮而聚集。
		实施例8	距离芯片10cm处测量其光照强度为4950mcd，光色洁白、明亮而聚集。
对比例1	距离芯片10cm处测量其光照强度为1000mcd，光色不均一、色差大而聚分散。
		对比例2	距离芯片10cm处测量其光照强度为3550mcd，光色不均一、明亮而聚集。

氧化钛层的固着程度

选用直径为0.1cm的柱状体，以10N的力度使柱状体的一端在氧化钛层表面刻画，观察氧化钛层的脱落程度。其结果如表3所示。

表3

实验组	测试结果
		实施例6	氧化钛层表面无刮痕，无颗粒物体脱落
实施例7	氧化钛层表面有轻微刮痕，无颗粒物体脱落
		实施例8	氧化钛层表面有轻微刮痕，无颗粒物体脱落
对比例9	氧化钛层表面无刮痕，无颗粒物体脱落
		对比例10	氧化钛层表面有明显刮痕，并有成块的物体脱落

氧化钛层的防污能力

采用石油原油以1:5的比例与乙醇混合，并将具有氧化钛层的散热基板浸泡于其中1min后取出，观察氧化钛层表面的情况。其结果如表4所示。

表4

实验组	测试结果
		实施例6	油污聚集成珠后滑落，有少量无法聚集成珠的油污残留
实施例7	油污聚集成珠后滑落，有少量无法聚集成珠的油污残留
		实施例8	油污聚集成珠后滑落，有少量无法聚集成珠的油污残留
对比例9	油污聚集成珠后滑落，有少量无法聚集成珠的油污残留
		对比例10	油污成股流落，无法聚集成珠，有大量的油污残留

以上为本发明的其中具体实现方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些显而易见的替换形式均属于本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种高效散热的LED光源模组，其包括散热基板、至少一个LED光源以及可将LED光源连接至电源、设置在散热基板上的线路板以及设置在散热基板及线路板间的绝缘层，其特征在于：所述线路板及绝缘层上分别设置有至少一个通孔，所述LED光源通过通孔固定在所述散热基板的上表面，并通过导线与线路板上的电路连接导通；

所述散热基板从下至上依次包括基层、第一反光层以及第二反光层；

所述基层为铝质基层，所述第一反光层为覆盖于对应所述通孔处的铝质基层表面的银层，所述第二反光层为覆盖于银层表面的氧化钛层；所述银层与铝质基层的厚度之比为1:7—1:15；所述氧化钛层与所述银层厚度之比为1:2—1:5；

所述氧化钛层的原料按重量计包括金红石相氧化钛30—40份、锐钛型纳米氧化钛1—5份、十六烷基三甲基氯化铵5—7份、硅烷偶联剂0.1—2份以及40—60份氟碳基料；所述锐钛型纳米氧化钛的粒径为40—50nm；所述金红石相氧化钛粒径为0.1—0.8μm；所述氧化钛层的制备方法为将金红石相氧化钛、锐钛型纳米氧化钛、十六烷基三甲基氯化铵、硅烷偶联剂以及氟碳基料混合，并加热至40—60℃，保持20—30分钟后，涂布在银层表面，并以30—50℃的温度烘干60—200min；所述氟碳基料是指以氟碳树脂为膜物的涂料。

2.根据权利要求1所述的LED光源模组，其特征在于：所述绝缘层由导热抗老化PP材料制成；所述导热抗老化PP材料是指由以下重量份原料制成的PP材料

PP40—50份；

介孔氧化铝纤维1—5份；

聚丙烯酰胺0.1—0.8份；

炭黑0.05—0.25份；

抗氧化剂1680.3—0.6份；

POE接枝10—25份；

去离子水1—3份。

3.根据权利要求2所述的LED光源模组，其特征在于：所述导线表面涂覆有所述氧化钛层，其厚度与导线直径之比为1:30—1:40。

4.根据权利要求3所述的LED光源模组，其特征在于：所述线路板表面设置有线路板反光层。

5.根据权利要求4所述的LED光源模组，其特征在于：所述线路板反光层包括覆盖在线路板上的氧化钛层或包括覆盖在线路板上的导热抗老化PP材料层以及覆盖在所述导热抗老化PP材料层表面的氧化钛层。