CN116712579B - 一种光源可全方位均匀出射的led杀菌模组及led杀菌灯 - Google Patents
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Abstract
本发明提出了一种光源可全方位均匀出射的LED杀菌模组及LED杀菌灯，属于LED杀菌技术领域。所述光源可全方位均匀出射的LED杀菌模组，包括基板、芯片和透镜，所述透镜的内腔顶壁与基板呈相对分布，且透镜的内腔顶壁为平行于芯片上表面的平面，所述透镜的内腔侧壁面为斜面，其中：所述基板采用透明基板，所述芯片上表面与透镜的内腔顶壁之间的距离为h，所述透镜的内腔侧壁面与水平面之间的夹角为α，所述透镜的内腔顶壁的长度≤芯片长度+h×tanα。本发明具有在一圈360°范围内均匀出射光线的效果。
Description
技术领域
本发明涉及LED杀菌技术领域，具体涉及一种光源可全方位均匀出射的LED杀菌模组及LED杀菌灯。
背景技术
目前在透明基板上如石英上制作铜电极已经有对应的技术可以实现，而深紫外LED波长较短，一般的AlN和Al2O3陶瓷基板对深紫外光线的反射率极低，因此在传统的陶瓷基板的深紫外LED的无机封装中一般无机封装由于存在腔内空气与透明盖板的大折射率差界面，导致光线从腔内出射时，很大一部分光线会被界面全反射回腔内，而腔内金属和陶瓷基板都对紫外线有较强的吸收，因此采用全无机透明盖板封装的深紫外LED比采用胶水封装的深紫外LED出光功率要低，但是由于深紫外线对有机胶水的老化效果较强，虽然开始光功率较高，但是胶水封装的深紫外LED光衰严重，而且产品容易出现失效，因此无机封装虽然出光功率较低，但是其寿命长，不易失效，因此是深紫外LED的主要封装方式。
本申请主要针对目前深紫外LED出光功率低、出光角度较小的问题，特别是针对深紫外LED杀菌应用中深紫外光出射不均匀的问题，提出了一种光源可全方位均匀出射的LED杀菌模组及LED杀菌灯。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提出一种可在一圈360°均匀出光的光源可全方位均匀出射的LED杀菌模组及LED杀菌灯。
本发明的技术方案是这样实现的：
一种光源可全方位均匀出射的LED杀菌模组，包括基板、芯片和透镜，所述透镜的内腔顶壁与基板呈相对分布，且透镜的内腔顶壁为平行于芯片上表面的平面，所述透镜的内腔侧壁面为斜面，在基板两侧面均设置芯片及透镜，能够实现光源在360°一圈的范围内均匀出射，其中：
所述基板采用透明基板，所述芯片上表面与透镜的内腔顶壁之间的距离为h，所述透镜的内腔侧壁面与水平面之间的夹角为α，所述透镜的内腔顶壁的长度≤芯片长度+h×tanα。
进一步地，所述透镜的外表面设置为曲面。
进一步地，所述基板位于透镜内腔范围内的面为平面。
进一步地，所述基板位于透镜内腔范围内的面由内向外分为第一面和第二面，其中，所述第一面为平行于透镜腔体顶壁的平面，所述第二面位于第一面的外侧，且第二面设置成整体为一个斜坡面或多个连续分布的齿状面。
进一步地，所述斜坡面及齿状面与水平面的夹角小于10°。
进一步地，所述基板表面还包括自所述第二面外侧向外延伸的呈平行于第一面的第三面，且所述透镜的两侧设有贴合面，所述贴合面设置成与第三面相适配。
进一步地，所述透镜对应于基板长度方向的两端面均为平面，且所述基板长度方向的前后两端分别设置有相适配的突出部和凹陷部，且所述基板的电极为设置在突出部与凹陷部内的弹性铜片。
进一步地，所述基板与透镜的边缘均为透明状且平整化表面。
一种光源可全方位均匀出射的LED杀菌灯，包括上述任一项所述的光源可全方位均匀出射的LED杀菌模组，其特征在于，还包括桶式透明光源封壳，所述的LED杀菌模组设于所述桶式透明光源封壳内。
进一步地，所述桶式透明光源封壳包括一端敞口另一端密封的壳体部分、将透明光源封壳的敞口端封闭的端盖及设置在端盖上的用于外接电源的接线端子，且所述端盖的内表面上设置有用于LED杀菌模组的突出部插入并通电的插槽。
本发明具有如下有益效果：
1、本发明提供的光源可全方位均匀出射的LED杀菌模组，通过对透镜的内壁面进行优化之后，透镜能够对芯片发出来的光线进行偏转，利用透明的优势，将光分散，尤其是中间较强的光可补足到两个侧面上，以实现均匀出光的效果。
2、本发明提供的光源可全方位均匀出射的LED杀菌模组，通过在基板两侧面均设置芯片及透镜，能够实现光源在360°一圈的范围内均匀出射。
3、本发明提供的光源可全方位均匀出射的LED杀菌灯，通过应用上述LED模组及桶式透明光源封壳之后，在应用于杀菌之后，可直接插入杀菌室，并能够直接放置在中间位置对杀菌室内进行全方位均匀的杀菌。
4、本发明提供的光源可全方位均匀出射的LED杀菌灯，通过应用上述LED模组及桶式透明光源封壳之后，通过直接拆除桶式透明光源封壳的端盖，即可直接将LED模组取出，方便维修和更换。
附图说明
图1是本发明光源可全方位均匀出射的LED杀菌灯的整体示意图；
图2是本发明光源可全方位均匀出射的LED杀菌灯的图1中的拆分图；
图3是本发明光源可全方位均匀出射的LED杀菌模组的局部剖视图；
图4是本发明光源可全方位均匀出射的LED杀菌灯的第二面为齿状面的示意图；
图5是本发明光源可全方位均匀出射的LED杀菌灯的凹陷部的示意图；
图6是本发明光源可全方位均匀出射的LED杀菌灯的透镜的贴合面示意图；
图7是本发明光源可全方位均匀出射的LED杀菌模组的光源出射的示意图；
图8是本发明光源可全方位均匀出射的LED杀菌模组的光强的角度朗伯分布示意图。
具体实施方式
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参照图1至图8所示，本发明的第一个方面提供的光源可全方位均匀出射的LED杀菌模组，包括基板1、芯片2和透镜3。透镜3具有以容纳芯片2的腔体，透镜3在于基板的表面贴合之后，芯片2位于透镜3与基板1之间。透镜3的内腔顶壁与基板1呈相对分布的状态，且透镜3的内腔顶壁为平行于芯片2上表面的平面，透镜3的内腔侧壁面为斜面，在基板1两侧面均设置芯片2及透镜3，能够实现光源在360°一圈的范围内均匀出射。其中：
芯片2上表面与透镜3的内腔顶壁之间的距离为h，透镜3的内腔侧壁面与水平面之间的夹角为α，透镜3的内腔顶壁的长度≤芯片2长度+h×tanα。
基板1采用透明基板1，透镜3采用透明材料，可以是玻璃，优选石英。石英玻璃的折射率为1.51，临界角为41.3°，此时α＝41.3°。
此时，从芯片2上表面出射到透镜3上表面并全反射回来的光就可以通过两次全反射从透镜3出射。
透镜3的外表面可以设置为曲面。具体而言，可以设置半圆形，可以采用弧形面，也可以采用偏自由曲面的形貌设置。
在其中一个实施例中，基板1位于透镜3内腔范围内的面为平面。
在另一个实施例中，基板1位于透镜3内腔范围内的面由内向外分为第一面4和第二面5，其中，第一面4为平行于透镜3腔体顶壁的平面，第二面5位于第一面4的外侧，且第二面5设置成整体为一个斜坡面或多个连续分布的齿状面。此时，斜坡面及齿状面与水平面的夹角小于10°。采用斜坡型可以改变被上平面全反射的光线的出射角度，如光线②，其出射角度会更加大，这样对侧面出光的提高更有利。
基板1表面还包括自第二面5外侧向外延伸的呈平行于第一面4的第三面6，且透镜3的两侧设有贴合面7，贴合面7设置成与第三面6相适配。采用该种设置方式，使得在封装之后，能够提高密封性以及提高侧向光的出光效果。
透镜3对应于基板1长度方向的两端面均为平面，且基板1长度方向的前后两端分别设置有相适配的突出部8和凹陷部9，且基板1的电极为设置在突出部8与凹陷部9内的弹性铜片。
通过采用该种方式，使得基板1、芯片2和透镜3形成一个LED杀菌单元，在实际应用过程中，可直接通过LED杀菌单元之间的对接实现组装。尤其是在后续的维修和更换，更加方便、快捷。
基板1与透镜3的边缘均为透明状且平整化表面。突出部8和凹陷部9对接可以完全实现闭合，而且，将基板1、透镜3的边缘都采用透明的平整化表面方式，芯片2出射的光源能够完全可以按照预设的方案出射，且平面的表面在对接时两个界面可以实现几乎不存在空气界面，这样光线的出射就几乎不受影响。
本发明还提供了一种光源可全方位均匀出射的LED杀菌灯，其应用上述的光源可全方位均匀出射的LED杀菌模组，还包括桶式透明光源封壳10，LED杀菌模组设于桶式透明光源封壳10内。
此时，基板1的两侧面为平面，将桶式透明光源封壳10内腔设置成与LED杀菌单元相适配的形状，在将LED杀菌单元放置到桶式透明光源封壳10内之后，基板1两侧的平面与桶式透明光源封壳10内壁面的两个平面相互接触可实现对LED杀菌单元的定位。
以此，通过对基板1作出如上设置，其不仅有利于光线的出射，而且更加方便LED杀菌单元的组装、拆卸及固定。
在应用上述的LED杀菌单元之后，拼接的过程中，通过突出部8插入凹陷部9内，实现通电，且两个LED杀菌单元内的透镜3之间相互紧密接触，提高在基板1长度方向上光线出射均匀度，提高杀菌效果。
桶式透明光源封壳10包括一端敞口另一端密封的壳体部分11、将透明光源封壳的敞口端封闭的端盖12及设置在端盖12上的用于外接电源的接线端子13，且端盖12的内表面上设置有用于LED杀菌模组的突出部8插入并通电的插槽14。
插槽14内设置有弹性铜片，且接线端子13在外接电源之后通过插槽14内设置的弹性铜片实现对桶式透明光源封壳10内的LED杀菌单元进行供电。
尤其利用插槽14配合第一个LED杀菌单元上的突出部8实现对桶式透明光源封壳10内的LED杀菌灯进行供电，与此同时，提高所有LED杀菌单元的稳定性，提高整体LED杀菌灯在使用时的可靠性，尤其是设置桶式透明光源外壳的长度使得所有的LED杀菌单元在插入之后，最后的一个LED杀菌单元的基板1及透镜3的尾端接触在桶式透明光源外壳的内壁面上，保障整体LED杀菌单元的稳定性。
此外，即使在对桶式透明光源封壳10内的LED杀菌单元进行减少之后，利用第一个LED杀菌单元的突出部8插入至插槽14内的方式，依然可实现对所有的LED杀菌单元进行稳固，以便于保障在LED杀菌单元减少之后，依然可有效的保障桶式透明光源封壳10内的LED杀菌单元的稳定性。
采用上述设置方式之后，实际应用本发明提供的LED杀菌灯之后，一方面能够实现一圈360°无死角的杀菌消毒，另一方面在维修和更换的过程中，直接拆除端盖12即可实现对所有的LED杀菌单元断电，然后可直接将所有的LED杀菌单元从桶式透明光源封壳10内抽出，再将需要更换的LED杀菌单元直接拆除进行更换即可。
具体而言，桶式透明光源封壳10对应于端盖12的一端设置有螺纹部15，端盖12的外侧转动套设有螺纹套筒16，通过螺纹套筒16与螺纹部15的螺纹连接实现端盖12与桶式透明光源封壳10之间的连接和拆分。
具体而言，从芯片2上表面出射到透镜3内中间平面在临界角内的光线(光线①)可以直接从透镜3上表面出射，由于我们知道一般LED芯片2正面出光强度呈朗伯分布，如图7所示，正面最强，到了接近90°角位置强度接近为0，这种分布的光强在出射时如果我们按照正反两面设置芯片2，不经处理就会出现正反两面正对位置光强强，但是两侧面几乎无光强的情况，因此要设计透镜3进行光线的偏转，利用透明衬底的优势，将光尽量分散，特别是中间较强的光补足到两个侧面。
把在临界角以内的光线通过透镜3进行分配可以获得在90°角内一个从垂直方向往水平方向渐降减弱的光强分布，为了提高靠近水平方向的光强，可以优化控制在临界角以外的光去补足。
因此，通过作出如本申请上述实施例的设置，临界角内光线通过透镜3折射直接出射，但是角度大大增加，正面光线更加分散，如光线①；
临界角外可以从内中间平面全反射到基板1表面的光(由于上下平行，此处也可以全反射)，可以在侧面继续出射，如光线②；
超过临界角，但是直接出射到侧面的光，经过透镜3折射，也是可以从侧面出射，如光线③；
角度更大或者是从芯片2侧面出射的光，经过透镜3折射，会经过透镜3、基板1直接出射到光源的侧面，如光线④。
上述4种光线除光线①主要在正面较强外，其他光线②、③、④配合透镜3的内表面设计结合透明基板1的应用，基板可以实现光源在360°一圈的范围内光的较均匀出射。
只要一个透明的基板1，简单设计透镜3和基板1，就可以仅仅依靠上下表面封装紫外LED，就可以实现360°均匀出光，方案简单，技术效果优秀。石英基板1尽量扁一点，为减少基板1横向出射对均匀性的影响，基板1界面横纵比大于10。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，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、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种光源可全方位均匀出射的LED杀菌模组，其特征在于，包括基板(1)、芯片(2)和透镜(3)，所述透镜(3)的内腔顶壁与基板(1)呈相对分布，且透镜(3)的内腔顶壁为平行于芯片(2)上表面的平面，所述透镜(3)的内腔侧壁面为斜面，在基板(1)两侧面均设置芯片(2)及透镜(3)，能够实现光源在360°一圈的范围内均匀出射，其中：
所述基板(1)采用透明基板(1)，所述芯片(2)上表面与透镜(3)的内腔顶壁之间的距离为h，所述透镜(3)的内腔侧壁面与水平面之间的夹角为α，所述透镜(3)的内腔顶壁的长度≤芯片(2)长度+h×tanα。
2.根据权利要求1所述的一种光源可全方位均匀出射的LED杀菌模组，其特征在于，所述透镜(3)的外表面设置为曲面。
3.根据权利要求1所述的一种光源可全方位均匀出射的LED杀菌模组，其特征在于，所述基板(1)位于透镜(3)内腔范围内的面为平面。
4.根据权利要求1所述的一种光源可全方位均匀出射的LED杀菌模组，其特征在于，所述基板(1)位于透镜(3)内腔范围内的面由内向外分为第一面(4)和第二面(5)，其中，所述第一面(4)为平行于透镜(3)腔体顶壁的平面，所述第二面(5)位于第一面(4)的外侧，且第二面(5)设置成整体为一个斜坡面或多个连续分布的齿状面。
5.根据权利要求4所述的一种光源可全方位均匀出射的LED杀菌模组，其特征在于，所述斜坡面及齿状面与水平面的夹角小于10°。
6.根据权利要求4或5所述的一种光源可全方位均匀出射的LED杀菌模组，其特征在于，所述基板(1)表面还包括自所述第二面(5)外侧向外延伸的呈平行于第一面(4)的第三面(6)，且所述透镜(3)的两侧设有贴合面(7)，所述贴合面(7)设置成与第三面(6)相适配。
7.根据权利要求1所述的一种光源可全方位均匀出射的LED杀菌模组，其特征在于，所述透镜(3)对应于基板(1)长度方向的两端面均为平面，且所述基板(1)长度方向的前后两端分别设置有相适配的突出部(8)和凹陷部(9)，且所述基板(1)的电极为设置在突出部(8)与凹陷部(9)内的弹性铜片。
8.根据权利要求1所述的一种光源可全方位均匀出射的LED杀菌模组，其特征在于，所述基板(1)与透镜(3)的边缘均为透明状且平整化表面。
9.一种光源可全方位均匀出射的LED杀菌灯，包括上述权利要求1至8任一项所述的光源可全方位均匀出射的LED杀菌模组，其特征在于，还包括桶式透明光源封壳(10)，所述的LED杀菌模组设于所述桶式透明光源封壳(10)内。
10.根据权利要求9所述的一种光源可全方位均匀出射的LED杀菌灯，其特征在于，所述桶式透明光源封壳(10)包括一端敞口另一端密封的壳体部分(11)、将透明光源封壳的敞口端封闭的端盖(12)及设置在端盖(12)上的用于外接电源的接线端子(13)，且所述端盖(12)的内表面上设置有用于LED杀菌模组的突出部(8)插入并通电的插槽(14)。
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