CN104235640B - 集成式led光引擎 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种集成式LED光引擎，其包括LED模组、光学元件、卡环、LED模组散热托架和散热底座。LED模组散热托架具有顶壁和底壁，顶壁上设有轴向凸起，轴向凸起限定出一个向上敞开的盆腔，LED模组固定在盆腔内顶壁上，卡环将光学元件固定在LED模组散热托架的顶侧，LED模组被光学元件覆盖，底壁与散热底座之间限定出一密封内腔，具有电源接口和双路LED供电输出端的驱动电路板安装在其中，驱动电路板与LED模组用引线连接，LED电源接口被保护压片密封覆盖，并由光学元件将保护压片压紧至铝基板，进而压紧LED模组。本发明的集成式LED光引擎将光、机、电、热等多个部分集成到一个体积小巧的光引擎产品中，成本低廉、装配简便且便于更换主要部件。

Description

集成式LED光引擎

技术领域

本发明涉及一种LED照明领域中的集成式LED照明装置，尤其是涉及LED光引擎(LightEngine)。

背景技术

LED光引擎(LEDlightEngine)即包含LED封装元件或LED阵列(模组)、LED驱动器以及其他光度、热学、机械和电气元件的集成式光源。该集成式光源可以通过与LED灯具匹配的常规连接器直接连接到分支电路上。因此，LED光引擎是介于LED灯具和LED光源之间的器件，与LED光源的区别是它不含有标准灯头不能与分支电路直接连接，与LED灯具的相同点是可以具有设定的配光及散热功能。该产品能有效的提高LED室内灯具的稳定性，提高各性能参数(如显色性，系统光效等)，因此是目前各大LED照明厂家的未来研发及推广的重点。

在现在的光引擎的制造方法中，绝大多数都是将光、机、电、热这些部分分离制造的，而整体制造难度较大，因为涉及到多个学科的技术整合。目前光引擎的制造方法主要有两种：“光源部分+保护外壳+分体式驱动器”和“光源部分+保护外壳+配光部分+分体式驱动器”。

无论是哪种方式，都不可避免要涉及到给LED模组、特别是大功率LED模组如COB封装式LED模组进行供电。供电必然要牵扯到在铝基板上穿孔或在其他壳体部件上穿孔，所以存在密封隐患。潮气或灰尘进入驱动电路会造成散热不佳甚至短路故障。

发明内容

有鉴于此，本发明提出了一种集成式LED光引擎，其特征在于，所述集成式LED光引擎包括LED模组、光学元件、卡环、LED模组散热托架和散热底座，其特征在于，所述LED模组包括铝基板和至少一个LED芯片，并且所述LED模组涂覆有荧光粉，所述LED模组散热托架具有顶壁和底壁，在所述顶壁上设有轴向凸起，所述轴向凸起在LED光引擎的出光面处限定出一个向上敞开的盆腔，所述LED模组在所述盆腔内固定所述LED模组散热托架的顶壁上，所述卡环将所述光学元件固定在所述LED模组散热托架的顶侧，并在出光方向上覆盖所述LED模组，在所述LED模组散热托架的底壁与所述散热底座之间限定出一密封内腔，在所述密封内腔中安装有驱动电路板，所述驱动电路板具有电源接口和双路LED供电输出端，其中，两对引线分别从所述双路LED供电输出端之一出发，穿过所述LED模组散热托架的顶壁和所述LED模组的铝基板，并以导电方式分别焊接在位于所述LED模组正面的两个LED电源接口上，这两个LED电源接口在所述LED模组的顶面上分别由一个保护压片密封覆盖，并且在安装姿态下，由所述光学元件将所述保护压片压紧至所述铝基板，进而将所述LED模组压紧在所述LED模组散热托架上。

根据一个优选实施方式，所述保护压片是中空的盖状物结构，所述保护压片具有至少能容纳所述LED电源接口的中空内腔。

根据一个优选实施方式，所述保护压片是双组份注塑成型的，其包括立壁和顶部。所述立壁由硬质塑料制成，所述顶部由弹性塑料制成。在未安装所述光学元件时，所述保护压片的顶部高于所述轴向凸起上表面所限定的平面；在安装了所述光学元件时，所述保护压片的顶部被所述光学元件挤压变形，使得所述保护压片的顶部与所述轴向凸起上表面所限定的平面平齐，从而迫使所述保护压片被所述光学元件弹性压紧至所述铝基板。

根据一个优选实施方式，所述保护压片在俯视图中呈五角星状、圆形状、椭圆形状、菱形状、扇形状或梅花状。

根据一个优选实施方式，所述保护压片的所述立壁的下棱边纵截面呈成对的梯形或L状，所述下棱边通过粘合、卡合或插塞配合固定至所述铝基板。

根据一个优选实施方式，所述保护压片与所述铝基板接触的下表面分布有至少一个凸缘，所述铝基板的上表面有与所述至少一个凸缘相配合的凹槽，所述至少一个凸缘和与之相配合的凹槽结合，从而将所述保护压片镶嵌在所述铝基板上。

根据一个优选实施方式，所述卡环通过卡扣连接、螺纹连接或粘合连接固定在所述LED模组散热托架的顶壁上。

根据一个优选实施方式，所述光学元件为透光保护片，并且所述光学元件通过其外周缘被保持在所述LED模组散热托架的轴向凸起与所述卡环的径向凸起之间。

根据一个优选实施方式，所述卡环的径向凸起与所述LED模组散热托架的轴向凸起之间的间距大于所保持的光学元件的厚度，从而所述光学元件被可旋转地保持在所述径向凸起与所述轴向凸起之间。

根据一个优选实施方式，所述LED模组散热托架呈筒状、中空锥形、中空半球形或中空多面体。

根据一个优选实施方式，连接至所述驱动电路板电源接口的供电线是穿过所述散热底座的底壁向外引出的。

根据一个优选实施方式，所述LED电源接口呈焊盘形式。

根据一个优选实施方式，所述LED电源接口对称地布置在所述LED模组的横向两侧。

根据一个优选实施方式，所述LED模组是COB封装式LED模组。

根据一个优选实施方式，所述密封内腔中间具有穿过所述散热底座的通孔，软质橡胶塞具有与所述通孔相匹配的尺寸，使得所述软质橡胶塞能够密封住所述通孔。

根据一个优选实施方式，所述外电源引线穿过所述软质橡胶塞与所述驱动电路板的电源接口连接。

根据一个优选实施方式，所述软质橡胶塞包括弹性自密封片。所述弹性自密封片的尺寸在俯视状态下大于所诉软质橡胶塞的横截面面积，使得所述软质橡胶塞在进入所述通孔以后，所述弹性自密封片穿过通孔内壁与所述通孔上表面紧密贴合。

根据一个优选实施方式，所述散热底座底壁上设有引线孔，所述引线孔的大小仅能容供电线穿过，所述引线孔与供电线之间的间隙涂有密封胶。

保护压片不仅起到了压紧作用，以实现良好散热，而且挡住了焊盘，起到了美观作用。保护压片朝向LED模组的表面可以设置反光结构，进而实现额外的光反射效果。此外，保护压片挡住了通孔，增强了密封效果。

总而言之，本发明中的结构为：“光源部分+保护外壳+配光部分+驱动器+散热器”。通过将光、机、电、热等多个部分整合集成到一个体积小巧的光引擎产品中，这项技术一个复杂的技术，是一个系统工程。制造一个体积小巧的光引擎产品，并将多个要素整合到其中，好处就是为了使用户更加方便的使用和更加快捷的实现替换。

附图说明

图1是本发明的集成式LED光引擎的剖视图；

图2是本发明的集成式LED光引擎的LED模组；

图3是本发明的集成式LED光引擎的保护压片纵截面图；

图4是本发明的集成式LED光引擎的保护压片仰视图；

图5是本发明的集成式LED光引擎的软质橡胶塞。

附图标记列表

100：集成式LED光引擎102：LED模组

101：光学元件110：卡环

103：LED模组散热托架104：散热底座

202：过孔201：定位孔203：电气焊盘

111：保护压片111108：密封内腔200：出光部分

105：外电源引线106：驱动电路板107：引线

109：悬臂梁112：通孔113：软质橡胶塞

401：凸缘402：凹槽

301：保护压片顶部302：保护压片立壁501：弹性自密封片

具体实施方式

下面结合附图说明本发明。其中，图1是本发明的集成式LED光引擎的剖视图。图2是本发明的集成式LED光引擎的LED模组。

图1示出了一种集成式LED光引擎100，集成式LED光引擎100包括LED模组102、光学元件101、卡环110、LED模组散热托架103和散热底座104。如图2所示，LED电源接口(即，电气焊盘203)可以对称地布置在LED模组102的横向两侧。

LED模组102可以包括铝基板和至少一个LED芯片，并且LED模组102涂覆有荧光粉。LED模组102可以是COB封装式LED模组。LED模组102可以是大功率LED模组。

LED模组散热托架103具有顶壁和底壁，在顶壁上设有轴向凸起，该轴向凸起在LED光引擎100的出光面处限定出一个向上敞开的盆腔，LED模组102在盆腔内固定LED模组散热托架103的顶壁上。在LED模组散热托架103的底壁与散热底座104之间限定出一密封内腔108，在密封内腔108中安装有驱动电路板106，驱动电路板106具有电源接口和双路LED供电输出端。

卡环110将光学元件101固定在LED模组散热托架103的顶侧，并在出光方向上覆盖LED模组102。光学元件101可以为透光保护片，例如是各种光线镜片。光学元件101可以通过其外周缘被保持在LED模组散热托架103的轴向凸起与卡环110的径向凸起之间。光学元件101可以呈圆形、椭圆形或多边形。

两对引线分别从双路LED供电输出端之一出发，穿过LED模组散热托架103的顶壁和LED模组102的铝基板，并以导电方式分别焊接在位于LED模组102正面的两个LED电源接口上。参见图2，其中一对引线可以穿过LED模组102的铝基板上的过孔202，然后焊接至电气焊盘203。出光部分200不会受到影响。图2中的定位孔201是可选部件，其中可以附加设置螺钉或铆钉等固定机构。

这两个LED电源接口在LED模组102的顶面上分别由一个保护压片111密封覆盖，并且在安装姿态下，由光学元件101将保护压片111压紧至铝基板，进而将LED模组102压紧在LED模组散热托架103上。保护压片111可以呈朝下敞口的管段状立体结构。保护压片111也可以呈开口朝下的长方体。保护压片111可以具有弹性。保护压片111可以在其朝向铝基板的接触端部具有密封件。保护压片111的结构高度匹配于LED模组散热托架103的盆腔的深度，从而在光学元件101与铝基板之间起到弹簧张紧件的作用。参见图2，保护压片111可以覆盖电气焊盘203、过孔202和定位孔201。从而，在从正面观察该集成式LED光引擎100时，该集成式LED光引擎100表现出简洁美观的外形，不会露出任何不美观的线头；而且，密封效果得以保证。

根据一个优选实施方式，保护压片111是中空的盖状物结构，所述保护压片111具有至少能容纳所述LED电源接口的中空内腔。保护压片111内部具有足够的空间去容纳LED电源接口，保护压片111顶部与LED电源接口之间适当保留有一部分空隙，使得保护压片111在外力的作用下不会将LED电源接口压得过于太紧而导致LED电源接口变形。参见图3，根据一个优选实施方式，保护压片是双组份注塑成型的，其包括立壁302和顶部301。立壁302由硬质塑料制成，顶部301由弹性塑料制成。在未安装光学元件101时，保护压片111的顶部301高于轴向凸起上表面所限定的平面；在安装了光学元件时，保护压片111的顶部301被光学元件101挤压变形，使得保护压片111的顶部301与轴向凸起上表面所限定的平面平齐，从而迫使保护压片111被光学元件101弹性压紧至铝基板。

双组份注塑成型的优点在于可以将不同材质的原料组合在同一构件上，以满足对同一构件不同部位不同的性能要求。保护压片111顶部的弹性材料可以是CR-合成橡胶。CR-合成橡胶具有非常好的弹性和低透气性，在高动态负荷下具有支撑能力，并且在长期使用期间对水及其他化合物具有很好的抗耐性。这些性能对于保持LED光引擎的密封和抗震都非常有利。保护压片111立壁的硬质材料，是高强度的硬质塑料组成的，在外力作用下或一定温度下不易发生变形，能起到强有力的支撑作用。保护压片111的弹性部分和支撑部分配合使用，使得保护压片111既有支撑保护作用，又有密封、抗震功能。

根据一个优选实施方式，保护压片111在俯视图中可以呈五角星状、圆形状、椭圆形状、菱形状、扇形状或梅花状。将保护压片111设计成不同形状的图案，使得保护压片既有保护作用又十分美观。在保护压片111的表层还可以涂上各种颜色的颜料，使得集成式LED光引擎不仅实用而且还具有一定的艺术价值。

图4示出了保护压片111下表面的俯视图和保护压片111与铝基板结合的剖视图。保护压片111与铝基板接触的下表面分布有至少一个凸缘401，铝基板的上表面有与至少一个凸缘相配合的凹槽402，至少一个凸缘401和与之相配合的凹槽402结合，从而将保护压片111镶嵌在所述铝基板上。凸缘401和凹槽402的配合，增大了水平方向的摩擦阻力，使得所述保护压片111的位置不易发生偏移，一直处于所述两个LED电源接口的上方，起到保护作用，并且所述凸缘和所述凹槽不会影响所述保护压片111的拆卸，当保护压片111被损坏时，还可以拆卸更换。

根据一个优选实施方式，卡环110通过卡扣连接固定在LED模组散热托架103的顶壁上。卡环110也可以通过螺纹连接固定至LED模组散热托架103。卡环110具有径向凸起，该径向凸起呈突出的弹性元件形式。通过该径向凸起与LED模组散热托架103顶壁上的轴向凸起互相配合，可以固定光学元件101。通过适当设定该径向凸起与LED模组散热托架103顶壁上的轴向凸起之间的间距，也可以按照可旋转的方式保持光学元件101，从而满足其他光学需要，进一步增大了本发明的应用范围。

根据一个优选实施方式，LED模组散热托架103呈筒状、中空锥形、中空半球形或中空多面体。LED模组散热托架103在剖视图中大致呈H形。LED模组散热托架103的外形可以呈旋转对称的立体结构，如金字塔形、圆柱体、圆锥体或截顶锥体。

根据一个优选实施方式，连接至驱动电路板106电源接口的供电线是穿过散热底座104的底壁向外引出的。在引出该供电线时，在散热底座104的底壁中设有密封件，以满足防潮防尘要求。

根据一个优选实施方式，密封内腔108中间具有穿过所述散热底座104的通孔，软质橡胶塞113具有与所述通孔相匹配的尺寸，使得所述软质橡胶塞能够密封住所述通孔。软质橡胶塞113可以是螺纹橡胶塞，也可以做成实心或者空心的橡胶塞。安装时，通过橡胶塞表面的螺纹将其旋合到通孔中，实现密封，防止外界水蒸气和灰尘的进入。

根据一个优选实施方式，所述外电源引线105穿过所述软质橡胶塞113与所述驱动电路板106的电源接口连接。

图5示出了一个优选实施方式的软质橡胶塞113的剖视图，软质橡胶塞113包括弹性自密封片501。弹性自密封片501的尺寸在俯视状态下大于软质橡胶塞113的横截面面积，使得软质橡胶塞113在进入通孔112以后，弹性自密封片501穿过通孔112内壁与通孔112上表面紧密贴合。安装完成后，该橡胶塞结构类似于卡扣结构，软质橡胶塞113在外力作用下被推入到通孔112内以后，弹性自密封片501在通孔112内端口被弹出，与通孔上表面紧密贴合。弹性自密封片501的存在使得软质橡胶塞113不会因为使用时间久而脱落，而且弹性自密封片501盖住通孔，进一步增加了集成式LED光引擎的密封性。

根据一个优选实施方式，散热底座104底壁上设有引线孔，引线孔的大小仅能容供电线穿过，引线孔与供电线之间的间隙涂有密封胶。直接在散热底座104上开孔，使得工作程序简单易行，并且引线孔尺寸与外电源引线105相匹配，不会影响集成式LED光引擎的密封性。而且，还可以在外电源引线和引线孔的接触部位使用密封胶进行密封固定，进一步加强了光引擎的密封性。

根据本发明的集成式LED光引擎的优点：

1、由多个接口组成，包括了光、机、电、热，一体化高度集成。

2、可以包含了采用COB封装的LED发光部分，无需担心散热问题。

3、光引擎内部包含了一个有保护腔体的驱动器，密封防潮防尘，提高了寿命和可靠性。

4、电气连接可以使用线缆连接，降低了制作成本。

5、基板、保护压片、透光保护片、卡环可以直接或间接通过卡扣方式固定，从而拆装均可以无需工具。

6、LED发出的热量可以通过散热器传导到散热底座上，增大了散热面积。可以达到的技术效果包括：实现了LED在照明应用中的光、机、电、热等多个学科的整合，为LED优良的散热、可靠的连接、高效的整合。

Claims (18)

1.一种集成式LED光引擎(100)，所述集成式LED光引擎(100)包括LED模组(102)、光学元件(101)、卡环(110)、LED模组散热托架(103)和散热底座(104)，

其特征在于，

所述LED模组(102)包括铝基板和至少一个LED芯片，并且所述LED模组(102)涂覆有荧光粉，

所述LED模组散热托架(103)具有顶壁和底壁，在所述顶壁上设有轴向凸起，所述轴向凸起在LED光引擎(100)的出光面处限定出一个向上敞开的盆腔，所述LED模组(102)在所述盆腔内固定在所述LED模组散热托架(103)的顶壁上，

所述卡环(110)将所述光学元件(101)固定在所述LED模组散热托架(103)的顶侧，并在出光方向上位于所述LED模组(102)上方，

在所述LED模组散热托架(103)的底壁与所述散热底座(104)之间限定出一密封内腔(108)，在所述密封内腔(108)中安装有驱动电路板(106)，所述驱动电路板(106)具有电源接口和双路LED供电输出端，

其中，两对引线分别从所述双路LED供电输出端之一出发，穿过所述LED模组散热托架(103)的顶壁和所述LED模组(102)的铝基板，并以导电方式分别焊接在位于所述LED模组(102)正面的两个LED电源接口上，这两个LED电源接口在所述LED模组(102)的顶面上分别由一个保护压片(111)密封覆盖，并且在安装姿态下，由所述光学元件(101)将所述保护压片(111)压紧至所述铝基板，进而将所述LED模组(102)压紧在所述LED模组散热托架(103)上。

2.如权利要求1所述的集成式LED光引擎(100)，其特征在于，所述保护压片(111)是中空的盖状物结构，所述保护压片(111)具有至少能容纳所述LED电源接口的中空内腔。

3.如权利要求2所述的集成式LED光引擎(100)，其特征在于，所述保护压片(111)是双组份注塑成型的，其包括立壁(302)和顶部(301)，其中，所述立壁(302)由硬质塑料制成，所述顶部(301)由弹性塑料制成，并且

在未安装所述光学元件(101)时，所述保护压片(111)的顶部高于所述轴向凸起上表面所限定的平面；在安装了所述光学元件(101)时，所述保护压片(111)的顶部(301)被所述光学元件(101)挤压变形，使得所述保护压片(111)的顶部(301)与所述轴向凸起上表面所限定的平面平齐，从而迫使所述保护压片(111)被所述光学元件(101)弹性压紧至所述铝基板。

4.如权利要求3所述的集成式LED光引擎(100)，其特征在于，所述保护压片(111)在俯视图中呈五角星状、圆形状、椭圆形状、菱形状、扇形状或梅花状。

5.如权利要求4所述的集成式LED光引擎(100)，其特征在于，所述保护压片(111)的所述立壁(302)的下棱边纵截面呈成对的梯形或L状，所述下棱边通过粘合、卡合或插塞配合固定至所述铝基板。

6.如权利要求5所述的集成式LED光引擎(100)，其特征在于，所述保护压片(111)与所述铝基板接触的下表面分布有至少一个凸缘(401)，所述铝基板的上表面有与所述至少一个凸缘(401)相配合的凹槽(402)，所述至少一个凸缘(401)和与之相配合的凹槽(402)结合，从而将所述保护压片(111)镶嵌在所述铝基板上。

7.如权利要求1所述的集成式LED光引擎(100)，其特征在于，所述卡环(110)通过卡扣连接、螺纹连接或粘合连接固定在所述LED模组散热托架(103)的顶壁上。

8.如权利要求1至7之一所述的集成式LED光引擎(100)，其特征在于，所述光学元件(101)为透光保护片，并且所述光学元件(101)通过其外周缘被保持在所述LED模组散热托架(103)的轴向凸起与所述卡环(110)的径向凸起之间。

9.如权利要求8所述的集成式LED光引擎(100)，其特征在于，所述卡环(110)的径向凸起与所述LED模组散热托架(103)的轴向凸起之间的间距大于所保持的光学元件(101)的厚度，从而所述光学元件(101)被可旋转地保持在所述径向凸起与所述轴向凸起之间。

10.如权利要求1至7之一所述的集成式LED光引擎(100)，其特征在于，所述LED模组散热托架(103)呈筒状、中空锥形、中空半球形或中空多面体。

11.如权利要求1至7之一所述的集成式LED光引擎(100)，其特征在于，连接至所述驱动电路板(106)电源接口的供电线是穿过所述散热底座(104)的底壁向外引出的。

12.如权利要求1至7之一所述的集成式LED光引擎(100)，其特征在于，所述LED电源接口呈焊盘形式。

13.如权利要求1至7之一所述的集成式LED光引擎(100)，其特征在于，所述LED电源接口对称地布置在所述LED模组(102)的横向两侧。

14.如权利要求1至7之一所述的集成式LED光引擎(100)，其特征在于，所述LED模组(102)是COB封装式LED模组。

15.如权利要求11所述的集成式LED光引擎(100)，其特征在于，所述密封内腔(108)中间具有穿过所述散热底座(104)的通孔(112)，软质橡胶塞(113)具有与所述通孔(112)相匹配的尺寸，使得所述软质橡胶塞(113)能够密封住所述通孔(112)。

16.如权利要求15所述的集成式LED光引擎(100)，其特征在于，所述供电线穿过所述软质橡胶塞(113)与所述驱动电路板(106)的电源接口连接。

17.如权利要求16所述的集成式LED光引擎(100)，其特征在于，所述软质橡胶塞(113)包括弹性自密封片(501)，所述弹性自密封片(501)的尺寸在俯视状态下大于所诉软质橡胶塞(113)的横截面面积，使得所述软质橡胶塞(113)在进入所述通孔(112)以后，所述弹性自密封片(501)穿过通孔(112)内壁与所述通孔(112)上表面紧密贴合。

18.如权利要求11所述的集成式LED光引擎(100)，其特征在于，所述散热底座(104)底壁上设有引线孔，所述引线孔的大小仅能容供电线穿过，所述引线孔与供电线之间的间隙涂有密封胶。