CN105864650A - 一种led模组及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种LED模组及其制造方法。所述LED模组包括透明PCB板、至少一个凹面反光镜和至少一片LED芯片。通过在透明基板与凹面反光镜形成的腔体内充入折射率介于LED芯片与透明PCB板之间的透明导热介质,配合光路设计和散热流动通道,本发明改善了出光强度和LED模组的散热能力,大大提高了LED模组的寿命和效能。本发明结构简单,便于制造,LED芯片散热效率高,可以广泛用于大功率、需要灯光穿透力强的航标灯、集鱼灯、曝光灯和汽车大灯。
Description
技术领域
本发明涉及LED应用领域,尤其涉及一种LED模组以及其制造方法。
背景技术
LED作为第四代光源,具有能耗低和寿命长的优势。随着技术的逐渐成熟,对LED模组的光效、散热等要求已经到达了一个新阶段。
目前上市场上大部分LED模组的反光杯开口方向和光源的出光方向在同一个方向,根据光学原理来分析,这种布置中的反光杯只能将光源所发光中与杯壁相交部分反射,其余部分遵循光强与距离平方成反比;使得射灯发出的光强随距离加大快速降低;如何更好的利用光源的光成为提高光效的技术关键。就散热而言,目前大部分LED模组的散热还是通过传统的导热金属基板将热量传递散发,散热的能力有限,如何打破传统的散热系统成为技术突破的关键所在。
发明内容
为解决现有技术中存在的问题,本发明公开了一种LED模组及其制造方法。所述LED模组包括透明PCB板、至少一个凹面反光镜和至少一片LED芯片。通过在透明基板与凹面反光镜形成的腔体内充入折射率介于LED芯片与透明PCB板之间的透明导热介质,配合光路设计和散热流动通道,本发明改善了出光强度和LED模组的散热能力,大大提高了LED模组的寿命和效能。
具体地,本发明提出了一种LED模组,包括:
具有印刷电路的透明基板,设置在所述透明基板并与所述印刷电 路电连接的至少一个LED芯片,与所述LED芯片对应的至少一个反光曲面,所述LED芯片发出的光经所述反光曲面反射后经所述透明基板出射;所述透明基板与所述反光曲面扣合,并形成腔体。
优选地,所述透明基板与所述反光曲面通过连接部扣合,所述透明基板与连接部连接,所述连接部与所述反光曲面连接;三者形成腔体。
优选地,所述腔体内充有透明的折射率过渡介质。
优选地,所述腔体包括进液口和出液口,进液口和出液口分别与所述的腔体连通。
优选地,所述折射率过渡介质的折射率在1.57-1.7之间。
优选地,所述折射率过渡介质为液态、固态或固液混合状态。
优选地,所述折射率过渡介质选自碳原子数在6-12的单环或多环烷烃、甲基硅油、苯基硅油、或分子式为 的材料之一。
优选地,所述LED芯片为未经封装的LED芯片。
优选地,所述LED芯片被所述折射率过渡介质包围。
优选地,所述透明基板采用透光性能良好的透光材料和具有的良好导热性的材料;所述透明基板材料选自玻璃板、石英玻璃板、K9玻璃板、蓝宝石板、透明陶瓷板、透明环氧及环氧玻璃布板,并且所述 透明基板上具有增透减反膜;所述反光曲面为抛物面。
优选地,在另外一种结构中,还包括连接部与透光板,所述透光板直接与所述反光曲面扣合形成一密闭腔体;所述透明基板、所述连接部与所述透光板形成流动腔体。
优选地,所述密闭腔体和所述流动腔体内均充有透明的折射率过渡介质。
优选地,所述密闭腔体内充有透明的折射率过渡介质,所述流动腔体内充有冷却介质。
优选地,所述流动腔体包括进液口和出液口,进液口和出液口分别与所述流动腔体连通。
优选地,所述折射率过渡介质和所述冷却介质的折射率在1.57-1.7之间。
优选地,所述折射率过渡介质为液态、固态或固液混合状态;所述冷却介质为液态。
优选地,所述折射率过渡介质选自碳原子数在6-12的单环或多环烷烃、甲基硅油、苯基硅油、或分子式为 的材料之一;所述冷却介质选自甲基硅油、苯基硅油或分子式为 的材料之一或者其组合。
本发明还提出了一种LED模组制造方法,其特征在于,所述方法包括如下步骤:
步骤1)制备透明PCB板;制备反光曲面;
步骤2)在透明PCB板上设置LED芯片制成LED灯板;
步骤3)将LED灯板扣合在反光曲面上方制成反射式LED灯。
优选地,在所述反光曲面和所述LED灯板形成的腔体内充入折射率过渡介质。
优选地,所述步骤3包括:在反光曲面上形成连接部,将LED灯板扣合在连接部上,形成腔体。
优选地,在所述反光曲面、所述LED灯板和所述连接部形成的腔体内充入折射率过渡介质。
优选地,所述步骤3之前还包括步骤2.5:形成透光板,将透光板扣合在所述反光曲面上形成密闭腔体;步骤3具体为:在反光曲面上形成连接部,将LED灯板扣合在连接部上,形成流动腔体。
优选地,向所述密闭腔体内充入折射率过渡介质;向所述流动腔体内充入冷却介质。
本发明利用透明PCB板制作LED灯板,LED芯片直接固装在透明 PCB板上,与透明PCB板的印刷电路连接,不需要另外制作支架,也不需要单独连接线路,结构简单,便于制造,LED芯片散热效率高,可以广泛用于大功率、需要灯光穿透力强的航标灯、集鱼灯、曝光灯和汽车大灯。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1是根据本发明实施例的具有折射率过渡介质的LED模组的结构图。
图2是根据本发明实施例的具有折射率过渡介质的LED模组的剖面视图。
图3是根据本发明实施例的具有散热通道的LED模组结构图。
图4是根据本发明实施例的具有散热通道的LED模组的剖面视图。
图5是根据本发明实施例的LED芯片设置于上透光板的LED模组结构图。
图6是根据本发明实施例的LED芯片设置于上透光板的LED模组剖面视图。
图7是根据本发明实施例的LED芯片设置于上透光板且具有流动腔的LED模组结构视图。
图8是根据本发明实施例的LED芯片设置于上透光板且具有流动腔的LED模组剖面视图。
图9是根据本发明实施例的具有折射率过渡介质的LED阵列模组的结构图。
图10是根据本发明实施例的具有散热流动通道的LED阵列模组的 结构图。
图11是根据本发明实施例的具有散热流动通道的LED阵列模组的结构图。
图12是根据本发明实施例的反光曲面结构图。
具体实施方式
如图1、2所示,LED模组包括具有印刷电路的透明基板。所述透明基板可以采用透光性能良好的透光材料和具有的良好导热性的材料,例如玻璃板、石英玻璃板、K9玻璃板、蓝宝石板、透明陶瓷板、透明环氧及环氧玻璃布板等透光材料。设置在透明基板上的印刷电路可以选用透明电路,其目的为尽量少地遮挡反光杯反射光的出射。当然,不失一般性,印刷电路也可以是非透光的。出光前经过的玻璃可以进行镀膜处理,减少反光率和增加透光率,使得出光效率最大化。
LED芯片,设置在所述透明基板并与所述印刷电路电连接,具体地,其可以采用贴附的方式与印刷电路相连接。LED芯片可以选择已经封装的LED芯片,但是更优选地,选择未经封装的LED芯片。LED芯片设置在反光杯的焦点位置,并且LED芯片的发光面与反光杯相对,这样,LED芯片的发射光基本上会全部入射到反光杯,并在反光杯的反射表面发生发射,使得反光杯可以充分的反光,几乎无损将光线反射出去,提高LED射灯照射端的光强以及改善出射光的均匀性。反光曲面设置在与LED芯片相对的位置,其可以使用二次抛物线型,当LED芯片设置在其焦点时,LED芯片发出的光经反光曲面反射后,由发散光变为平行光,并射向透明基板,在透明基板侧出射。容易理解,焦点位置只是较佳实施方式,LED芯片可以放置于非焦点位置,然而理论上的平 行光的效果会差。
在一个优选的实施例中,透明基板和反光曲面形成腔体,当这个腔体内为空气或者真空时,其折射率接近1,而LED芯片的折射率为2.4,透明基板的折射率为其所采用的基材折射率,为高折射率。如此,在光路中形成了“高(LED芯片)-低(空气)-高(透明基板)”折射率的情况,根据基本的光学原理,这种折射率的构成会导致光通过界面时折射和反射导致的光损大大增加,申请人在研究过程中发现,在空腔中注入一般冷却液可以降低这种光损,但是降低的效果是不明显。而使用常见的封装胶水来填充效果也不理想,因为通常的封装浇水折射率为1.43左右,而所谓高折胶水的折射率也仅仅1.57,这种折射率的无法大程度改善折射率梯度。在研究过程中,申请人发现使用较低分子量的多环烷烃作为填充介质,效果是比较理想的。例如含碳原子在6-12之间的环烷烃,其在一般状态下的折射率为1.65,并且具有99%/mm甚至更高的透明度。相对于传统光路,该类介质的充入降低透明基板和LED芯片折射率之间的梯度,这无疑可以大大提高出光效能。
在一个与上述优选的实施例的对比例中,甲基硅油、苯基硅油或分子式为 等折射率在1.57-1.595之间的填充介质被使用,通过调整透明基板的基材折射率以及填充介质,可以量化出射光的出光效率。很显然,这些折射率处于“过渡”区间的介质,能够大大改善出光效率,因此,我们称之为“折射率过渡介质”。在通常状态下“折射率过渡介质”可以是液态、固态或固液混合状态。
在一个较优的比较例中,“折射率过渡介质”选择为例如双环癸烷,其折射率约为1.65,在通常状态下为液态,该介质充入透明基板与所述反光曲面之间,LED芯片被所述液态介质包围。由于该介质还具有优良的导热性,在工作过程中,LED芯片产生的热量可以被与其接触的介质吸收和传导,从而降低了工作LED芯片的温度,起到了良好的导热作用。基于该类“折射率过渡介质”的热传导优点,可以选择直接使用未经封装的LED芯片,如此,可以减少LED芯片外封装对于热传导的阻碍作用,使LED芯片产生的热量直接传导于周围液态介质,达到更优的热传到效果。
在一个对比实施例中,未经封装的LED芯片设置于透明基板表面,其发光面被周围的透光介质包围,从而形成良好的热传导机制。
在一个对比实施例中,LED芯片被架空于容器内,悬置在液体中,其背面与液体直接接触或衬底基板直接与液体接触。
通过将芯片整体浸没在散热介质中远优于传统方法的单向导热(散热)的方式。
在一个优选的实施例中,如图3、4所示,为了增强散热效果,在设有印刷电路的透明基板的外侧还设置了透光板,与所述透明基板平行布置,透光板与透明基板之间形成空腔,该空间的周边被封闭形成空腔;所述空腔中充有冷却介质。透光板与透明基板之间的空腔包括进液口和出液口,进液口和出液口分别与所述的空腔连通。通过泵能 够使冷却介质在在所述空腔内流动,从而加速热量的循环。
在一个优选的实施例中,如图5、6所示,为了增强散热效果,在设有印刷电路的透明基板的外侧还设置了透光板,与所述透明基板平行布置,透光板与透明基板之间形成空腔,该空间的周边被封闭形成空腔;所述空腔中充有冷却介质。透光板与透明基板之间的空腔包括进液口和出液口,进液口和出液口分别与所述的空腔连通。通过泵能够使冷却介质在在所述空腔内流动,从而加速热量的循环。与之前实施例所不同的是,PCB电路设置于透光板,LED芯片直接设置于该透光板上,这样LED芯片就处于透光板与透明基板形成的冷却介质流动空间内,这更有利于LED产生的热量被冷却介质吸收并通过流动的方式带走。
在一个优选的实施例中,如图7、8所示,相对于图1-6,为了增强散热效果,在设有印刷电路的透明基板的外侧还设置了透光板,并省去了透明基板,原透光板与透明基板之间形成的空腔与透明基板与反射杯之间的空腔形成一个空腔。该空腔仍包括进液口和出液口,进液口和出液口分别与所述的空腔连通。通过泵能够使冷却介质在在所述空腔内流动,从而加速热量的循环。在该实施例中,PCB电路设置于透光板,LED芯片直接设置于该透光板上,这样LED芯片就处于透光板与透明基板形成的冷却介质流动空间内,这更有利于LED产生的热量被冷却介质吸收并通过流动的方式带走。并且由于空腔的体积更大,能够容纳的流动冷却介质更多,能够达到更好的散热效果。
更优的,为了提高发出的光的漫反射性,所述反光曲面为磨砂面。这可以使得光线经该磨砂面反射后,投射出去的光相对分布均匀。
在另外一些实施例中,LED模组以阵列的形式存在,如图9、10所示,包括灯壳、透明PCB板、三个凹面反光镜和三片LED芯片。
灯壳包括矩形框架式的盖板和矩形的壳体,三个凹面反光镜嵌在壳体的内腔中;透明PCB板镶嵌在矩形框架式的盖板中,盖板与壳体通过螺钉连接。
LED芯片固定在透明PCB板的内表面,与透明PCB板的印刷电路连接。透明PCB板的内表面镀有增透膜。透明PCB板的基板可以采用玻璃基板或蓝宝石基板。
反射式LED灯安装完成后,盖板、透明PCB板与壳体之间形成一个空腔。透明PCB板布置在凹面反光镜的光路上,透明PCB板的内表面和LED芯片的发光面朝向凹面反光镜的反光面,LED芯片位于凹面反光镜的焦点上,凹面反光镜的反射光穿过透明PCB板向外射出。
每个凹面反光镜对应一片LED芯片,当然,每个凹面反光镜也可以与多片LED芯片的组合。
透明PCB板与凹面反光镜之间的灯壳空腔中灌有透光的冷却液,形成冷却腔。冷却液可以采用甲基硅油、苯基硅油,最好采用折射率高于1.6的透光冷却液,如含碳原子在6-12之间的环烷烃。
如图10所示,灯壳内腔的两端分别有与冷却腔连通的进液口和出液口,进液口安装有进液接头、出液口装有出液接头,便于与冷却泵连接,进行强制循环散热。
为了实现冷却腔的密封,盖板与壳体之间装有密封圈。
在另一些实施例中,反射式LED灯的结构如图11所示,其中还包括透光板。透明PCB板作为凹面反光镜的盖板直接盖在凹面反光镜的 顶面上,透光板与透明PCB板平行布置,透光板与透明PCB板之间空间的周边封闭形成冷却空腔;透光板与透明PCB板之间的空腔中灌有透光的冷却液,对LED芯片和透明PCB板进行冷却。凹面反光镜的反射光穿过透明PCB板、透光的冷却液和透光板向外射出。
在另一些实施例中,反射式LED灯的结构如图11所示,其中,透明PCB板作为凹面反光镜的盖板直接盖在凹面反光镜的顶面,透明PCB板与凹面反光镜之间的空腔中填充固体透明材料,利用固体透明材料如,折射率在“过渡”范围内的透明光刻胶或者导热胶,对LED芯片和透明PCB板进行散热冷却。
在另一些实施例中,本发明以上反射式LED灯的制造方法,主要包括以下步骤:
步骤1)制备透明PCB板;
步骤2)在透明PCB板上设置LED芯片制成LED灯板;
步骤3)将LED灯板扣合在凹面反光镜上方制成反射式LED灯。
在步骤3之后,可选地,在所述凹面反射镜和所述LED灯板形成的空腔内充入折射率过渡介质。
本发明以上实施例利用透明PCB板制作LED灯板,LED芯片直接固装在透明PCB板上,与透明PCB板的印刷电路连接,不需要另外制作支架,也不需要单独连接线路,结构简单,便于制造,LED芯片散热效率高,可以广泛用于大功率、需要灯光穿透力强的航标灯、集鱼灯、曝光灯和汽车大灯。
在另外一些实施例中,如图12所示,多个反光曲面形成阵列,相邻的反光曲面可以是交叠的,也可以是不交叠的。多个反光曲面可以 采取一体形成的工艺一次加工成型。
此外,对于本申请所提及的折射率,光的传输路径中所经过的各种介质,例如LED芯片自身外表面的介质材料、上述不同的过渡介质,本申请可以进一步在这些不同介质的折射率相互匹配的情况下,实现更好的出射效果,提高出射率。
以上所述仅为本发明的较佳实例而已,并不用以限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (24)
1.一种LED模组,包括具有印刷电路的透明基板,设置在所述透明基板并与所述印刷电路电连接的至少一个LED芯片,与所述LED芯片对应的至少一个反光曲面,所述LED芯片发出的光经所述反光曲面反射后经所述透明基板出射;所述透明基板与所述反光曲面扣合,并形成腔体。
2.根据权利要求1所述的LED模组,其特征在于,所述透明基板与所述反光曲面通过连接部扣合,所述透明基板与连接部连接,所述连接部与所述反光曲面连接;三者形成腔体。
3.根据权利要求1或2所述的LED模组,其特征在于,所述腔体内充有透明的折射率过渡介质。
4.根据权利要求1或2所述的反射式LED模组,其特征在于,所述腔体包括进液口和出液口,进液口和出液口分别与所述的腔体连通。
5.根据权利要求3所述的LED模组,其特征在于,所述折射率过渡介质的折射率在1.41-1.7之间。
6.根据权利要求3所述的LED模组,其特征在于,所述折射率过渡介质为液态、固态或固液混合状态。
7.根据权利要求3所述的LED模组,其特征在于,所述折射率过渡介质选自碳原子数在6-12的单环或多环烷烃、甲基硅油、苯基硅油、或分子式为 的材料之一。
8.根据权利要求3所述LED模组,其特征在于,所述LED芯片为未经封装的LED芯片或经过封装的LED芯片。
9.根据权利要求3所述LED模组,其特征在于,所述LED芯片被所述折射率过渡介质包围。
10.根据权利要求1所述LED模组,其特征在于,所述透明基板采用透光性能良好的透光材料和具有的良好导热性的材料;所述透明基板材料选自玻璃板、石英玻璃板、K9玻璃板、蓝宝石板、透明陶瓷板、透明环氧及环氧玻璃布板,并且所述透明基板上具有增透减反膜;所述反光曲面为抛物面。
11.根据权利要求1所述的LED模组,其特征在于,还包括连接部与透光板,所述透光板直接与所述反光曲面扣合形成一密闭腔体;所述透明基板、所述连接部与所述透光板形成流动腔体。
12.根据权利要求1所述的LED模组,其特征在于,所述反光曲面为磨砂面。
13.根据权利要求11所述的LED模组,其特征在于,所述密闭腔体和所述流动腔体内均充有透明的折射率过渡介质。
14.根据权利要求13所述的LED模组,其特征在于,所述密闭腔体内充有透明的折射率过渡介质,所述流动腔体内充有冷却介质。
15.根据权利要求11所述的LED模组,其特征在于,所述流动腔体包括进液口和出液口,进液口和出液口分别与所述流动腔体连通。
16.根据权利要求14所述的LED模组,其特征在于,所述折射率过渡介质和所述冷却介质的折射率在1.57-1.7之间。
17.根据权利要求14所述的LED模组,其特征在于,所述折射率过渡介质为液态、固态或固液混合状态;所述冷却介质为液态。
18.根据权利要求14所述的LED模组,其特征在于,所述折射率过渡介质选自碳原子数在6-12的单环或多环烷烃、甲基硅油、苯基硅油、或分子式为 的材料之一;所述冷却介质选自甲基硅油、苯基硅油或分子式为 的材料之一或者其组合。
19.一种LED模组制造方法,其特征在于,所述方法包括如下步骤:
步骤1)制备透明PCB板;制备反光曲面;
步骤2)在透明PCB板上设置LED芯片制成LED灯板;
步骤3)将LED灯板扣合在反光曲面上方制成反射式LED灯。
20.根据权利要求19所述的制造方法,其特征在于,在所述反光曲面 和所述LED灯板形成的腔体内充入折射率过渡介质。
21.根据权利要求19所述的制造方法,其特征在于,所述步骤3包括:在反光曲面上形成连接部,将LED灯板扣合在连接部上,形成腔体。
22.根据权利要求21所述的制造方法,其特征在于,在所述反光曲面、所述LED灯板和所述连接部形成的腔体内充入折射率过渡介质。
23.根据权利要求19所述的制造方法,其特征在于,所述步骤3之前还包括步骤2.5:形成透光板,将透光板扣合在所述反光曲面上形成密闭腔体;步骤3具体为:在反光曲面上形成连接部,将LED灯板扣合在连接部上,形成流动腔体。
24.根据权利要求23所述的制造方法,其特征在于,向所述密闭腔体内充入折射率过渡介质;向所述流动腔体内充入冷却介质。
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RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |