CN104421775B - 一种基于微透镜阵列的大功率led吸顶灯 - Google Patents

一种基于微透镜阵列的大功率led吸顶灯 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于微透镜阵列的大功率LED吸顶灯，包括灯具外壳、光源模块、驱动电源、散热系统；灯具外壳包括底盘、灯罩；光源模块包括微透镜阵列、LED阵列光源、基板；散热系统包括导热胶、陶瓷散热片；灯罩位于灯具的最上方，通过卡件与底盘紧密结合，LED阵列光源、驱动电源均位于基板上，通过固定件与基板结合，驱动电源位于基板所构成的环带的中央；LED阵列光源上覆盖微透镜阵列，每个微透镜与单颗LED灯珠对应；散热系统位于基板背面，陶瓷散热片与基板通过导热胶填充连接，基板通过固定件与底盘结合。该LED吸顶灯采用的二次光学设计取光效率高，光扩散角大，散热效果好，外型美观。

Description

一种基于微透镜阵列的大功率LED吸顶灯
技术领域
本发明涉及一种LED吸顶灯，尤其是一种基于微透镜阵列的大功率LED吸顶灯。
背景技术
近年来，LED因其亮度高、体积小、耗电量低、绿色、环保等诸多优点，被作为新一代的照明光源。现有的LED吸顶灯采用多个LED芯片组合成阵列状的LED组合，功率型LED被期望取代传统光源大规模应用于照明领域，但是：
LED取光效率低，目前通过一次光学设计和LED芯片技术，LED的内量子效率达到90％以上，但是外量子效率只有30％～50％，除了合理进行热管理外，光学设计也必须进行优化和研究；一次封装光学设计会影响LED器件的外量子效率，使LED灯具总体的光能利用率低，则二次光学设计显得尤为重要。
其次，LED作为固体光源，在实现功率级照明时，必须将多个点源形成一定的阵列，满足照明级光源总光通量的需求，但是由于LED发光面集中，光源指向性的特点，到一定的角度范围散射出的光或照射到确定平面上的光不均匀。再者，大功率LED虽然可以满足照明的亮度需求，但是由于工作温度过高，需要通过散热器来散热，而现有铝基板散热效果不理想，导致LED芯片使用寿命不长。
现有的LED芯片呈阵列状排布在灯具中央，这种排布方式使LED发光光能利用率变低，为了达到相应所需的亮度，需依靠增加LED芯片数量实现，造成LED吸顶灯工作温度升高、耗电量大、成本增高。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于微透镜阵列的大功率LED吸顶灯，所采用的二次光学设计取光效率高，可实现较高光照均匀度，减弱眩光产生的影响；该LED吸顶灯光扩散角大，散热效果好，外型美观，且技术难度较低。
本发明为解决其技术问题采用以下技术方案：
一种基于微透镜阵列的大功率LED吸顶灯，包括灯具外壳、光源模块、驱动电源、散热系统；所述的灯具外壳包括底盘、灯罩；所述的光源模块包括微透镜阵列、LED阵列光源、基板；所述的散热系统包括导热胶、陶瓷散热片；所述的灯罩位于灯具的最上方，通过固定件与底盘紧密结合，所述的LED阵列光源、驱动电源均位于基板上，通过固定件与基板结合，驱动电源位于基板所构成的环带的中央；LED阵列光源上覆盖微透镜阵列，每个微透镜与单颗LED灯珠对应；散热系统位于基板背面，所述的陶瓷散热片与基板通过导热胶填充连接，基板通过固定件与底盘结合。
所述的微透镜阵列，由与LED灯珠数量相同的四花瓣型微透镜结合构成，所述的四花瓣型微透镜由四个双曲率透镜构成。LED阵列光源发出的光线经微透镜阵列折射后，增大光扩散角，增强光照均匀度。
所述的LED阵列光源采用大功率LED灯珠，灯珠的数量为：n=W(lamp)／W(LED)，W(lamp)表示灯具的总功率，W(LED)表示单颗大功率LED灯珠的功率，灯具总功率20W<W(Lamp)<100W，单颗大功率LED灯珠的功率W(LED)采用1W或2W或5W的LED灯珠中的一种。大功率LED灯珠光能利用率高，达到目标光照强度所需光源数量少，可简化相应的LED光源的驱动电路。
所述的基板采用等腰梯形的结构，梯形腰与上、下底边的夹角分别为120°和60°，六块等腰梯形结构的基板构成环带。
所述的灯罩内表面有棱锥型光散射结构。经微透镜阵列散射后的折射光传到灯罩内侧的棱锥型光散射结构上，经该光散射结构第二次折射，通过二次配光过程，LED阵列光源发出的光均匀分布在120°的扩散角内，提高光能利用率；
所述的散热系统模块中的导热胶由有机树脂和石墨粉构成，有机树脂和石墨粉的混合质量比为15：1到20：1之间，质量比小于15：1时，导热胶的介电性受到较大影响，质量比大于20：1时，导热胶的导热性能大幅下降。有机树脂和石墨粉的混合工艺采用超声波震荡混合。
所述的固定件为螺丝、卡扣等。
有益效果：
1.光源模块中的基板采用等腰梯形的结构，采用该结构的基板结构简单，工程难度低，利于流水线生产，同时提高制作材料利用率；
2.光源模块中的LED阵列光源采用大功率LED灯珠，使得达到相应所需亮度的LED灯珠数量减少，从而相应所需的LED灯驱动电路简化，所需的电路电解电容减少，不仅大大减少了LED吸顶灯的生产成本，而且使得LED吸顶灯性能更加高效可靠，外形更加美观；
3.散热系统模块采用带陶瓷散热片的基板，比现今生产LED吸顶灯所使用的铝制散热基板，散热效果更好，陶瓷散热片由Al2O3、SiN、SiC构成，导热胶由有机树脂和石墨粉构成，具有较高的导热系数；有机树脂和石墨粉的混合质量比在15：1到20：1之间，该比例范围的混合方式有效平衡了材料的介电性和导热性，超声波混合的方式，相比较现今的混合工艺，混合更均匀，混合效果更好。
附图说明：
下面结合附图及实施例对本发明作进一步说明：
图1为本发明结构示意图；
图2为本发明微透镜结构示意图；
图3为本发明灯罩内表面棱锥型光散射结构示意图；
图中，1为灯罩，2为微透镜阵列，3为LED阵列光源，4为基板，5为驱动电源，6为陶瓷散热片，7为底盘，201为双曲率透镜一，202为双曲率透镜二，203为双曲率透镜三。204为双曲率透镜四，301为棱锥型光散射结构。
具体实施方式：
图1中，一种基于微透镜阵列的大功率LED吸顶灯，包括灯具外壳、光源模块、驱动电源5、散热系统；所述的灯具外壳包括底盘7、灯罩1；所述的光源模块包括微透镜阵列2、LED阵列光源3、基板4；所述的微透镜阵列由与LED灯珠数量相同的四花瓣型微透镜构成；所述的散热系统包括导热胶、陶瓷散热片6；所述灯罩1位于灯具的最上方，通过固定件与底盘紧密结合，所述的LED阵列光源3、驱动电源5均位于基板4上，通过固定件与基板4结合，驱动电源5位于基板4所构成的环带的中央；LED阵列光源3上覆盖微透镜阵列2，每个四花瓣型微透镜与单颗LED灯珠对应；散热系统位于基板4背面，所述的陶瓷散热片6与基板4通过导热胶填充连接，基板4通过固定件与底盘7结合。所述的LED阵列光源3采用大功率LED灯珠。相比较普通的小功率LED灯珠，光能利用率高，相应的LED阵列光源3的驱动电路也可简化。所述的基板4采用等腰梯形的结构，六块等腰梯形结构的基板构成环带。所述的散热系统模块中的导热胶由有机树脂和石墨粉构成，有机树脂和石墨粉的混合质量比是15∶1到20：1之间，有机树脂和石墨粉的混合工艺采用超声波震荡混合。
图2中，四花瓣型微透镜，由双曲率透镜一201、双曲率透镜二202、双曲率透镜三203、双曲率透镜四204构成。LED阵列光源3发出的光线到达微透镜阵列2后，会经过至少两次折射，使其光扩散角增大，光照均匀度增强。
图3中，所述的灯罩1内表面分布有棱锥型光散射结构301。经微透镜阵列2散射后的折射光传到灯罩1内侧的棱锥型光散射结构301上，经该光散射结构第二次折射，通过二次配光过程，LED阵列光源3发出的光形成光扩散角大于160°、高光照均匀度的出射光，提高光能利用率。

Claims (4)

1.一种基于微透镜阵列的大功率LED吸顶灯，包括灯具外壳、光源模块、驱动电源、散热系统；所述的灯具外壳包括底盘、灯罩；其特征在于：所述的光源模块包括微透镜阵列、LED阵列光源、基板；所述的散热系统包括导热胶、陶瓷散热片；所述的灯罩位于灯具的最上方，通过固定件与底盘紧密结合，所述的灯罩内表面分布有棱锥型光散射结构；所述的LED阵列光源、驱动电源均位于基板上，通过固定件与基板结合，驱动电源位于基板所构成的环带的中央；LED阵列光源上覆盖微透镜阵列，所述的微透镜阵列，由与LED灯珠数量相同的四花瓣型微透镜结合构成，所述的四花瓣型微透镜由四个双曲率透镜构成，每个微透镜与单颗LED灯珠对应；散热系统位于基板背面，所述的陶瓷散热片与基板通过导热胶填充连接，基板通过固定件与底盘结合。
2.根据权利要求1所述的一种基于微透镜阵列的大功率LED吸顶灯，其特征在于：所述的基板采用等腰梯形的结构，梯形腰与上、下底边的夹角分别为120°和60°，六块等腰梯形结构的基板构成环带。
3.根据权利要求1所述的一种基于微透镜阵列的大功率LED吸顶灯，其特征在于：所述的LED阵列光源采用1W或2W或5W的大功率LED灯珠。
4.根据权利要求1所述的一种基于微透镜阵列的大功率LED吸顶灯，其特征在于：所述的散热系统模块中的导热胶由有机树脂和石墨粉构成，有机树脂和石墨粉的混合质量比为15∶1到20∶1之间。
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