CN108302425A - 基于太阳能和led阵列的路面用漫反射式景观亮化及指示模块与系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于太阳能和LED阵列的路面用漫反射式景观亮化及指示模块与由该模块所构造的路面景观亮化及智能指示系统；其中，该景观亮化及指示模块包括底板、透光性硬质面板、透光性封装材料层、光伏电池以及LED光源，该LED光源包括电路板和设置在电路板上的LED发光元件；封装材料层设置在底板和硬质面板之间，并与底板和硬质面板紧密接触；光伏电池封装在封装材料层内；硬质面板相邻于封装材料层的一侧具有凹槽，LED发光元件设置在凹槽内，并被配置为朝模块的侧向发光；凹槽内的剩余空间由透光性灌封材料所填充。本发明的景观亮化及指示模块具有结构简单紧凑、机械抗压能力强、防水性能佳、光照均匀无眩光、成本低等优点。

Description

基于太阳能和LED阵列的路面用漫反射式景观亮化及指示模 块与系统

技术领域

本发明涉及一种基于太阳能和LED阵列的路面用漫反射式景观亮化及指示模块，以及由该模块所构造的路面景观亮化及智能指示系统。

背景技术

利用带有LED照明功能的模块(发光地砖)铺设例如路面，不仅可以起到景观亮化作用，而且LED照明能够在控制中心的控制下实现色彩、亮度和/或照明图案的变化，从而提供智能指示功能。从节约能源等方面考虑，还可以在这种发光地砖中设置光伏电池，以将太阳能转换为LED照明所需的电能。

中国专利文献CN202073003U公开了一种发彩色光的太阳能地砖，如图1所示，其包括砖块体1，砖块体1的中部有阶梯凹槽，在阶梯凹槽的下层槽内放置有电路板组合体3，电路板组合体的下半部分为电路板2，在电路板2的上部附着有太阳能电池5，太阳能电池5的投影面积小于电路板2的投影面积，在太阳能电池5的周围设置有高度不大于太阳能电池5的高度的多个并联的发彩色光的LED发光二极管4，太阳能电池5和多个发彩色光的LED发光二极管4通过电路板2电连接，在阶梯凹槽的上层槽内镶嵌有透明面板6，透明面板6的周边与阶梯凹槽的上层槽水密封。

中国专利文献CN206127825U公开了一种用于道路建设的太阳能钢化玻璃面板，如图2所示，其包括内部镶嵌有光伏电池板2的钢化玻璃1，钢化玻璃1的下端安装有LED发光指示灯层3，LED发光指示灯层3内安装有压力传感器9；LED发光指示灯层3的下端安装有电路层4，电路层4内安装有无线信号接收器7；电路层4的下端安装有基础地基层5，基础地基层5的下端安装有隔水层6；钢化玻璃1、光伏电池板2、LED发光指示灯层3、电路层4、基础地基层5、隔水层6的外部套装有支撑框架8。其中，通过光伏电池板2将光能转换为电能，为各电器元件提供电力供应；通过无线信号接收器7对交通信息进行接收，通过电路层4的控制使LED发光指示灯层3生成不同标识的交通信号。

中国专利文献CN205474712U公开了一种矩形发光砖，参见图3所示，其由钢化玻璃5、太阳能电池板6、LED光源智能控制系统7和基座防水层8组成砖体1，钢化玻璃5内的中部固定设有加热装置3，钢化玻璃5的底端固定设有太阳能电池板6，太阳能电池板6的顶端边侧固定设有LED灯2，LED灯2置于钢化玻璃5内，太阳能电池板6底端固定设有LED光源智能控制系统7，LED光源智能控制系统7的底端固定设有基座防水层8，基座防水层8内固定设有蓄电池4。虽然该发光砖内设置有蓄电池，但是道路两侧是经常有建筑、树木、山体、其他道路附属设施的遮挡，如果大面积铺设此发光砖，容易存在有些发光砖被遮挡而无法或较少接受光照的问题，导致这些发光砖白天光伏不发电或少发电，进而使得路面上不同发光砖内存储的电能不同，不同发光砖晚上的光照强度和时间参差不齐。

中国专利文献CN205480763U公开了一种太阳能智能马路砖，如图4所示，其包括保护外边3、中间层7和防水层8，保护外边3底部设有中间层7，顶部设有支撑板2，中间层7底部设有防水层8，中间层7内部设有太阳能电池板6和LED灯9，太阳能电池板6顶部设有加热丝5，底部设有芯片4。

以上现有技术中，发光地砖的发光源为朝上照射的LED点光源，其发出的光线朝上直接射向外界，使整个发光地砖看上去仅在各个LED点光源处呈现出光斑，尽管地砖面板通常会做凹凸不平的防滑图案或进行磨砂处理以达到防滑效果，但带有防滑图案或经磨砂处理的地砖面板也只能局部发光发亮，无法使整个地砖面板发亮。所以，上述发光地砖存在发光不均匀，眼睛直视有耀眼眩晕感觉，照明、装饰效果不理想，能量利用率低等问题。

中国专利文献CN201671297U提供了一种背光板式的LED发光地砖，如图5所示，其包括有单面开口的壳体1、扣接在壳体1开口处的透光体2、LED 3、用于焊接固定LED 3的电路板4，电路板4安装固定在壳体1的内侧；透光体2的下方安装固定有用于传递LED 3产生的光线的导光板5，LED 3排列在导光板5的侧面。在使用时，LED 3产生的光线从导光板5的侧面照射进入，使导光板5均匀发光，再透过透光体2照射出去，从而形成LED背光板式的发光地砖。

中国专利文献CN205529749U提供了一种设有散光片的太阳能地砖，如图6所示，其包括外壳1，外壳1内安装有发光源2、太阳能电路板及电池，发光源2上方安装有透光层3，透光层3下方设有散光层4；发光源2包括若干矩阵布置的LED蓝白灯，散光层4靠近透光层3的一侧为平面，散光层4靠近发光源2的一侧包括有若干紧密排列的散光单元，散光层4靠近发光源2的一侧为毛玻璃散射面；外壳1与透光层3之间采用胶水密封。

以上两件专利中，通过在LED光源的上部加设导光板或散光层，达到了匀光效果。然而，为了使散光层和导光板均匀出光，其出光面均排布有匀光用的光学结构，正是由于此光学结构的存在，使得其出光面无法与地砖面板直接封装成一个整体，出光面和地砖面板之间必需隔着一种折射率低的介质(例如空气)，如果用较高折射率的封装材料(例如硅胶)将两者封装在一起，则出光面的光学结构就遭到破坏，起不到匀光作用了。所以，此两种技术存在成本高(多用了散光层或导光板)、结构不紧凑(无法直接封装成一个整体)的问题。

另外，以上现有技术中均需另设防水层(或隔水层)或者需要额外的防水密封处理(胶水密封)，没有充分利用封装光伏电池的封装材料的密封防水作用，成本高昂。而且，在采用防水密封处理的情形下，由于发光地砖内部有充满气体的中空空间，当环境温度变化时，气体热胀冷缩带来的内部气压变化很容易使得密封失效，导致地砖耐候性及防水效果较差。

其次，在布置LED及电路的部分为中空的情形下，地砖面板所承受重量通过四周框架部分向下传递，地砖面板的受力集中于其四周与框架接触部分，导致玻璃盖板因同时受压力与剪切力作用而容易破碎。并且，此时框架受力非常大，尤其是考虑到发光地砖通常所铺设的人行道可能有非机动车行驶甚至设有机动车停车位的现状，框架如果经受反复高强度冲击碾压，很短时间内就会变形、破损甚至断裂，而即使很微小的框架变形也会使依赖于框架的防水结构遭到破坏。

进一步地，以上现有技术还存在发光地砖总体设计不够紧凑的问题，导致其结构偏厚、不便于铺设，且成本上升。

发明内容

本发明的第一目的是提供一种结构简单紧凑、机械抗压能力强、耐候性及防水性能佳、光照均匀无眩光且成本低的路面用景观亮化及指示模块。

本发明的第二目的是提供一种利用上述模块构造并由控制中心控制的路面景观亮化及智能指示系统。

为了实现上述的第一目的，本发明的第一方面提供了一种基于太阳能和LED阵列的路面用漫反射式景观亮化及指示模块，其包括底板、透光性硬质面板、透光性封装材料层、光伏电池以及LED光源，该LED光源包括电路板和设置在电路板上的LED发光元件；其中，该封装材料层设置在底板和硬质面板之间，并与底板和硬质面板紧密接触；该光伏电池封装在封装材料层内；该硬质面板相邻于封装材料层的一侧具有凹槽，LED发光元件设置在凹槽内，并被配置为朝景观亮化及智能指示模块的侧向发光；该凹槽内的剩余空间由透光性灌封材料所填充。

本发明的景观亮化及指示模块具有如下优点：

1)硬质面板、封装材料层和底板紧密接触，三者形成一个导光层，侧向发光的LED发光元件所发出的光线在该导光层内进行传播，最后通过硬质面板的上表面(导光层的出光面)较为均匀地射出，无需额外附加散光层或导光板等匀光机构即可使得整个硬质面板都处于照明状态，光照均匀无眩光，结构简单紧凑且具有良好的美观效果。

2)充分利用了封装材料及灌封材料的密封防水作用，模块内部无空气，无需如现有技术一样设置防水层或胶水密封结构，耐候性及防水可靠性更高，提高了LED发光元件的使用使用寿命和可靠性。

3)LED发光元件内嵌于硬质面板，且硬质面板、封装材料层和底板紧密接触，结构简单紧凑，有利于降低封装材料层及模块的厚度，且减少了封装过程中的材料损耗及成本，提高了生产的成品率及安装时的易操作性；

4)LED发光元件内嵌于硬质面板，硬质面板给予了LED发光元件结构上的防护，使LED发光元件基本上免于承受封装过程和使用过程中的外在作用力；

5)封装材料层固化后为均匀固体并与硬质面板和底板紧密接触，当行人、车辆通过硬质面板时，硬质面板仅承受压力不承受剪切力，且该压力会通过封装材料层均匀传递到底板，整个模块没有应力集中点，机械抗压能力强，大大提高了模块的结构可靠性和应用范围。

根据本发明的一种优选实施方式，LED发光元件为侧发光LED灯珠(即该LED灯珠朝其自身的侧向发光)，以降低模块厚度。其中，电路板可以被封装在封装材料层靠近硬质面板的一侧，且该电路板延伸至凹槽外部而与硬质面板的下表面相贴合。这样的好处在于，一方面便于在封装LED灯珠的过程中对其进行准确定位；另一方面可以减小凹槽的尺寸，以降低凹槽对硬质面板机械强度的不利影响。

虽然并非优选，但上述技术方案中也可以将包括电路板在内的整个LED光源均设置在硬质面板的凹槽内。

本发明中，还可以通过其他方式将LED发光元件被配置为朝景观亮化及智能指示模块的侧向发光。举例来说，作为一种可选择的方案，LED光源包括垂直地设置在硬质面板凹槽内的电路板以及COB封装(板上芯片封装)在该电路板上的LED芯片或焊接在该电路板上的LED灯珠；作为另一种可选择的方案，LED光源包括弯折成L型的电路板以及COB封装(板上芯片封装)在该L型电路板竖直部分的LED芯片或焊接在该L型电路板竖直部分的LED灯珠，该L型电路板的水平部分可以封装在封装材料层中。

本发明中，每个模块可以包括多个LED灯珠，该LED灯珠可以为红光LED灯珠、绿光LED灯珠、蓝光LED灯珠、白光LED灯珠、WRGB LED灯珠或RGB LED灯珠，或者这些灯珠的任意组合。其中，LED灯珠的驱动IC(集成电路)可以设置在电路板上，也可以内置于LED灯珠中。

作为本发明的一种优选实施方式，LED发光元件包括内置驱动IC的RGB或WRGB LED灯珠，从而简化电路板的设计，降低模块的面积及其封装难度，并达到更佳的光照效果。另外，采用内置驱动IC的LED灯珠可以极大地提高LED灯珠排列的灵活性。

作为本发明的一种优选实施方式，从模块的厚度方向观察，LED光源和光伏电池错位设置；更优选地，LED发光元件设置在光伏电池的外侧，从而光伏电池可不受电路板影响地接收太阳光，并达到更佳的匀光效果。

本发明中，可以使未固化的封装材料与硬质面板和底板相接触，从而在封装材料固化过程中，使得封装材料层与硬质面板和底板之间形成固化连接，以简化制备流程，并有利于进一步实现模块的薄型化。可选择地，本发明中可以利用粘结材料将封装材料层与硬质面板和底板相连接。

本发明中，底板优选为硬质材料层，例如钢化玻璃板、各类金属板、硬质塑料板等，以更好地防止外力对光伏电池和LED发光元件造成损害；其中，特别优选的是钢化玻璃板。

优选地，底板的上表面(相邻于封装材料层的表面)和/或下表面形成为光学反射面，以提高模块的出光效率。举例来说，当底板为钢化玻璃板时，底板的下表面和/或上表面形成为较光滑的表面而构成光学反射面；当底板为金属板或硬质塑料板时，可以在金属板或硬质塑料板的上表面形成光学反射涂层而构成光学反射面。

本发明的模块还可以包括例如橡胶、塑料等的弹性缓冲层，该弹性缓冲层设置在底板的下侧，以缓冲路基上的小石块或沙粒对模块造成损害。其中，缓冲层可以通过例如粘结、螺钉等连接手段与底板紧密接触。

白天，太阳光需要穿透硬质面板照射到光伏电池上以产生电能；夜晚，LED灯光需要穿透硬质面板均匀的照射出来。因此，本发明中的硬质面板优选为钢化玻璃板，其不仅透光率高，而且具有高硬度，从而可以很好地起到对模块的保护作用。其中，该钢化玻璃板的表面优选形成有防滑结构；举例来说，可以将钢化玻璃板的表面加工成凹凸不平的防滑图案，或者对其表面进行磨砂处理，或者在将钢化玻璃板的表面加工成凹凸不平的防滑图案的同时对其表面进行磨砂处理。

为了实现上述的第二目的，本发明的第二方面提供了一种路面景观亮化及智能指示系统，包括控制中心、储能蓄电池和多个如上所述的任意一种景观亮化及指示模块；其中，景观亮化及指示模块与储能蓄电池电连接，并由控制中心所控制。

本发明将太阳能光伏发电技术、LED照明技术和景观道路很好的融合在一起，多个景观亮化及指示模块串联或并联组成一个系统，一个系统共用一组或多组储能电池，储能蓄电池受控制中心统一控制，为系统内所有模块同时供电，可以保证不同模块达到相同的光照强度和时间。白天利用太阳能光伏发电，产生的电能存储在系统的储能蓄电池内，等到夜晚、雨雾天气等光照不足需要照明时、或根据使用方特定要求为LED供电发光，每个模块内的LED发光元件根据控制中心发出的控制信号进行开关和/或不同亮度、颜色的显示，组合出各种效果、图案、文字和标识。

本发明的系统还可以包括不含有光伏电池的模块，根据系统的用电需求及铺设环境，可以调节两种模块的比例及放置位置。例如，当大面积铺设时，可以在阳光遮挡较多的地面铺装不含有光伏电池的模块，而在阳光遮挡较少或无遮挡的地面铺装含有光伏电池的模块。两种模块在夜间或需要照明时由系统的储能蓄电池统一进行供电，可以保证整个系统的亮度均匀，照明时长相同，并且成本较低。

另外，本发明的景观亮化及指示模块还可以与市电线路电连接，以在储能电池内的电能不足时切换至市电供电。

为了更清楚地阐述本发明的目的、技术方案及优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。

附图说明

图1为现有技术中一种发彩色光的太阳能地砖的结构示意图；

图2为现有技术中一种用于道路建设的太阳能钢化玻璃面板的结构示意图；

图3为现有技术中一种矩形发光砖的结构示意图；

图4为现有技术中一种太阳能智能马路砖的结构示意图；

图5为现有技术中一种背光板式LED发光地砖的结构图；

图6为现有技术中一种设有散光片的太阳能地砖的结构示意图；

图7是本发明景观亮化及指示模块优选实施例的横向剖面结构示意图；

图8是图7中LED光源部分的局部放大视图；

图9是本发明景观亮化及指示模块优选实施例的LED光路示意图。

具体实施方式

图7示出了本发明景观亮化及指示模块优选实施例的结构，图8其LED光源部分的局部放大视图。参见图7和8，本实施例的模块包括光伏电池1、LED光源2、透光性硬质面板3、透光性封装材料层4以及底板5；其中，模块的外形可以根据实际需求进行设置，例如为四边形、六边形、八边形以及其它形状的多边形，或者是圆形、椭圆形等各种规则或非规则形状。

封装材料层4设置在底板5和硬质面板3之间，并与底板5和硬质面板3紧密接触；封装材料层4通过透明封装材料固化形成，并与硬质面板3和底板5固化连接而形成紧密接触，使得硬质面板1和底板5中间没有气体存在。封装材料层4可以是热熔性的封装材料(例如EVA等)，也可以是液体固化型(例如灌注胶、UV胶等)的封装材料。多块光伏电池1相互平齐地封装在封装材料层4内，光伏电池1之间以串联或者并联方式进行电路连接，以达到所期望的电压。在其他实施例中，每个模块可以仅具有一块光伏电池1。

LED光源2包括电路板8和焊接在电路板8上的LED灯珠7，LED灯珠7为侧发光型RGBLED(三色发光二极管)灯珠，LED灯珠7的驱动IC内置于LED灯珠7内部。在其他实施例中，驱动IC也可以置于外部焊接在LED线路板8上。每个模块内包含多个LED灯珠7，LED灯珠7排布在光伏电池1的外侧，尽量避免给太阳能光伏电池片1造成遮挡。具体地，多个LED灯珠7放置在模块的两边边侧，并朝模块的相对侧向发光。多个LED灯珠7形成线状、弧状或曲线状的阵列分布，或形成二维阵列分布。

硬质面板3为高透光率的钢化玻璃板，其上表面加工成凹凸不平的防滑图案和/或进行磨砂处理而形成防滑结构。硬质面板3相邻于封装材料层4的一侧具有容纳LED灯珠7的V型凹槽9，凹槽9根据LED灯珠7的排布位置而设置，可以是跟LED线路板8走向一致的线状、弧状或曲线状凹槽，也可以是根LED灯珠7位置相对应的点状凹槽。在其他实施例中，凹槽9的横截面可以是U型、半圆形或其他能够容纳LED灯珠7的形状。凹槽9内的剩余空间由透光性灌封材料6所填充，灌封材料6同时排出凹槽9内的空气。灌封材料6可以是液体固化型(例如灌注胶、UV胶等)的封装材料，也可以是热熔性(例如EVA等)的封装材料。灌封材料6和封装材料层4可以是相同或不同材料。

电路板8被封装在封装材料层4靠近硬质面板3的一侧，且电路板8延伸至凹槽9外部而与硬质面板3的下表面相贴合，使得电路板8上表面与硬质面板3下表面基本处于同一水平位置。在灌封LED灯珠7时，可以利用电路板8和硬质面板3之间的配合而实现LED灯珠7的准确定位。LED灯珠7和LED线路板8通过灌封材料6与硬质面板3紧密联接在一起。在其他实施例中，电路板8也可以一并封装在凹槽9内部。

底板5同样为钢化玻璃板，其上表面和/或下表面是较光滑的表面而形成为光学反射面。在其他实施例中，底板5可以是例如各类金属、硬质塑料等的其他防水硬质材料层。

如图9所示，硬质面板3、封装材料层4和底板5(图9中未示出)紧密接触，三者形成一个导光层，硬质面板3上表面由于密布凹凸不平的防滑图案和/或磨砂处理从而形成该导光层的出光面10，底板5上表面和/或下表面形成该导光层的反射面11。LED灯珠7发出的光线12在该导光层内进行传输，光线到达导光层的反射面11时被反射进导光层而继续传输，光线到达导光层的出光面10时，部分光线从导光层的出光面10射出，其余的光线被散射回导光层继续传输，直至最终均匀的从出光面10射出。

本发明中，可以单独利用多个上述模块的串联或者并联组合来构造路面景观亮化及智能指示系统，该系统还包括控制中心以及一个或多个储能蓄电池组；其中，各个模块与储能蓄电池电连接，并由控制中心所控制。各个模块内的每个LED灯珠7根据控制中心发出的控制信号进行不同的开/关以及颜色和亮度的显示，从而使LED灯珠7阵列(可以是单个模块，也可以是多个模块联合)根据需要通过颜色变化，亮度调节等方式，并配合硬质面板3的上表面所做的纹理图案，显示各类效果、图案、文字、标识。

在其他实施例中，系统还可以包括不含光伏电池的模块(例如去除上述实施例模块中的光伏电池而得到)，这些不含光伏电池的模块可以铺设在被建筑、树木、山体、其他道路附属设施遮挡而不能或很少接受光照的路面。含有光伏电池1的模块和不含光伏电池的模块串联或并联混编成一个系统，并均与储能蓄电池电连接；根据系统的用电需求及铺设路面周边环境，调节两种模块的比例及铺设位置。

虽然以上通过优选实施例描绘了本发明，但应当理解的是，本领域普通技术人员在不脱离本发明的发明范围内，凡依照本发明所作的同等改进，应为本发明的保护范围所涵盖。

Claims (10)

1.一种基于太阳能和LED阵列的路面用漫反射式景观亮化及指示模块，包括底板、透光性硬质面板、透光性封装材料层、光伏电池以及LED光源，所述LED光源包括电路板和阵列设置在所述电路板上的LED发光元件；其中，所述封装材料层设置在所述底板和所述硬质面板之间，并与所述底板和所述硬质面板紧密接触；所述光伏电池封装在所述封装材料层内；所述硬质面板相邻于所述封装材料层的一侧具有凹槽，所述LED发光元件设置在所述凹槽内，并被配置为朝所述景观亮化及智能指示模块的侧向发光；所述凹槽内的剩余空间由透光性灌封材料所填充。

2.如权利要求1所述的景观亮化及指示模块，其中，LED发光元件为侧发光LED灯珠。

3.如权利要求1所述的景观亮化及指示模块，其中，所述电路板被封装在所述封装材料层靠近所述硬质面板的一侧，且所述电路板的至少两个相对水平侧延伸至所述凹槽外部而与所述硬质面板的下表面相贴合。

4.如权利要求1所述的景观亮化及指示模块，其中，所述LED发光元件包括内置驱动IC的RGB或WRGB LED灯珠。

5.如权利要求1所述的景观亮化及指示模块，其中，所述LED光源设置在所述光伏电池的外侧。

6.如权利要求1所述的景观亮化及指示模块，其中，所述封装材料层与所述硬质面板和所述底板之间形成固化连接。

7.如权利要求1所述的景观亮化及指示模块，其中，所述的底板为硬质材料层。

8.如权利要求1所述的景观亮化及指示模块，其中，所述底板的上表面和/或下表面形成为光学反射面。

9.如权利要求1所述的景观亮化及指示模块，其中，所述硬质面板为钢化玻璃板，所述钢化玻璃板的表面形成有防滑结构。

10.一种路面景观亮化及智能指示系统，包括控制中心、储能蓄电池和多个如权利要求1至9任一项所述的景观亮化及指示模块；其中，所述景观亮化及指示模块与所述储能蓄电池电连接，并由所述控制中心所控制。