CN201935070U - Led灯具 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种LED灯具，包括壳体，壳体内设有至少一个LED光源模块，LED光源模块具有一块基板，基板上封装有一颗以上LED芯片，LED芯片的照射方向上设有光束整形扩束器，其中，LED芯片与光束整形扩束器之间设有匀光聚束反光器，光束整形扩束器具有朝向匀光聚束反光器的一面设置的入射面以及设置在与入射面相对的另一面上的出射面。本实用新型提供的LED灯具，其光源发出的光，先通过匀光聚束反光器收敛到一定角度，然后再通过光束整形扩束器的折射和反射在被照面低损耗地形成均匀的矩形光斑，达到按需要分配的光的效果，避免光源以及电能的浪费，且利用LED发出的热量产生自对流效应，提高散热效率，有利于延长LED灯具的使用寿命。

Description

LED灯具

技术领域

本实用新型涉及大功率LED照明领域，尤其是涉及一种用于道路照明的大功率LED灯具。

背景技术

LED照明光源作为新型的照明光源，其具有节能、环保、使用寿命长、低耗等优点，已经广泛应用于家庭照明、商业照明、公路照明、工矿照明等场合。

大功率LED照明光源在公路照明的应用主要是LED路灯的应用，现有的LED路灯具有一根灯杆，在灯杆上端安装有灯头，灯头包括灯罩、壳体等，并在灯罩内设置LED光源模块。常见的LED光源模块具有一块基板，基板上封装有一颗或多颗LED芯片，并且在LED芯片前套装有透镜，LED芯片发出的光通过透镜后折射向路面。如果没经过二次光学设计，LED芯片发出的光线在地面上投影的光斑呈圆形，总有一部分光线照射在路肩、人行道或者车道旁边的景观上，导致光的浪费，路面也需要配置更多的灯具才能使照度符合标准，造成能源的损耗。目前，比较理想的光斑是根据道路的形状设定的照度均匀的矩形光斑，光斑按路面照度要求分布，无多余光照射人行道或路边景观，符合节能和按需分配光的要求。

公告号为CN201348195Y的中国实用新型专利公开了一种名为“LED路灯透镜装置”的实用新型创造，该透镜装置与LED芯片的结构图如图1所示，其具有一个长方体的基座11，基座11的下方设有向下延伸的椭圆柱体12，椭圆柱体12顶面的中部设有向下凹陷的中空部13，基板15封装在中空部13内。在基板15的下端面封装有一颗LED芯片14，LED芯片14发出的光线穿过椭圆柱体12射向路面。由于椭圆柱体12的一对侧面是平面，且下端面大致呈矩形，因此光线穿过椭圆柱体12下端面后形成的光斑大致成矩形，可避免光线射向路肩而造成光能浪费。

但是，由于LED芯片14的发光角大致为170°，因此部分光线将从椭圆柱体12的侧壁射出，这部分光线往往射向距离被照面较远的地方。因此，LED芯片14发出的光线穿过该透镜装置后仍有部分光线未能得到充分利用，同时，LED光源发光角大于眩光角后会产生眩光，对行人和行车造成安全隐患，另外，光分散后，容易造成路面照度不足，还需要增加LED芯片的数目和灯具的功率，导致电能的浪费。

此外，由于LED芯片发光时发出大量的热量，如不及时将热量导走，将严重影响 LED芯片的使用寿命，不利于LED灯具的长时间使用。如公告号为CN201363615Y的中国实用新型专利公开了名为“一种新型LED路灯”的发明创造，该LED路灯设置有壳体，在壳体内设有中心轴块，中心轴块两侧分别连接左右灯板的一端，左右灯板另一端连接到壳体的前底盖，LED芯片位于灯板的下面，并且，壳体内设有散热装置，散热装置包括位于灯板上的鳍片。但该LED路灯的LED光源模块复杂，且有效散热面积不足，无法满足LED灯具使用的要求。

发明内容

本实用新型的主要目的是提供一种可以低损地形成光斑的LED灯具。

本实用新型的另一目的是提供一种散热效果较好的LED灯具。

为了实现上述的主要目的，本实用新型提供的LED灯具包括壳体，壳体内设有至少一个LED光源模块，LED光源模块具有一块基板，基板上封装有LED芯片，LED芯片的照射方向上设有光束整形扩束器，其中，LED芯片与光束整形扩束器之间设有匀光聚束反光器，光束整形扩束器具有朝向匀光聚束反光器的一面设置的入射面以及设置在与入射面相对的另一面上的出射面。

由上述方法可见，通过匀光聚束反光器将LED芯片发出的光线收敛在一个预定的出光角内，经过匀光聚束反光器出射的光线可全部入射到光束整形扩束器，从而控制LED芯片发出的光线射向需要照亮的路面上，避免光线从LED灯具的四周出射，减少光源浪费的同时，也减少电能的浪费。

一个优选的方案是，入射面的中部为向光束整形扩束器的本体凹陷的柱面，出射面具有向光出射方向凸起的弧面，弧面的中线面与柱面的中线面重叠。

从LED芯片出射的光线经过光束整形扩束器后，在一个方向上的光线被均匀的分布在路面上，在另一个方向对光斑进行拉伸，从而形成接近于矩形的均匀光斑。

另一个优选的方案是，LED光源模块具有一个防水结构件，基板、匀光聚束反光器设置在该防水结构件与光束整形扩束器形成的防水空间内。

由此可见，将LED光源模块的多个元器件设置在防水空间内，可避免雨水等渗透到元器件上，避免上述元器件进水而导致LED光源模块的损坏。

进一步的方案是，LED光源模块使用复合材料作为基板，基板具有陶瓷材料制成的夹层，夹层的两侧敷有铜层，LED芯片键合在第一侧的铜层上。

可见，由于陶瓷具有较好的导热性能，使用复合材料作为基板，LED芯片发出的热量迅速地经复合材料基板传导到散热器上，避免热量积聚，延长LED芯片的使用寿命。

再进一步的方案是，LED光源模块还设有与基板连接的集热板，集热板的第一面与基板第二侧的铜层连接，集热板的第二面与导热管的第一端连接，导热管的第二端与鳍片连接。

这样，LED芯片发出的热量通过基板传导至集热板，再通过导热管传导至鳍片上，LED芯片发出的热量可迅速地通过鳍片散发，避免热量的积聚。

再进一步的方案是，壳体包括相互固定连接的上壳体及下壳体，上壳体的侧壁上开设有至少一个第一对流孔，下壳体上设有至少一个第二对流孔。灯壳与灯杆连接处设有与外界连通的进气孔。

由此可见，外部的空气通过进气孔进入壳体内，壳体内的热空气可通过第一对流孔和第二对流孔流向壳体外，并带动气体从下方的进气孔进来，从而形成壳体内外冷热空气的自体对流，更有利于LED灯具的散热。

附图说明

图1是现有一种LED灯具配光透镜的结构示意图。

图2是本实用新型实施例的结构分解图。

图3是本实用新型实施例中LED光源模块的结构分解放大图。

图4是本实用新型实施例中基板的局部放大图。

图5是本实用新型实施例中基板的局部剖视放大图。

图6是本实用新型实施例中光束整形扩束器与匀光聚束反光器的结构放大图。

图7是本实用新型实施例的光束整形扩束器的剖视放大图。

图8是本实用新型实施例的LED光源模块的光路图。

图9是本实用新型实施例的上壳体的局部放大图。

图10是本实用新型实施例的下壳体的局部放大图。

图11是本实用新型实施例的下壳体另一视角的结构放大图。

以下结合附图及实施例对本实用新型作进一步说明。

具体实施方式

本实施例的LED灯具安装在灯杆的顶端，通常灯具离地面6-12米，因此本实施例也距离地面6-12米。

参见图2，本实施例具有壳体，壳体由上壳体21及下壳体31构成，上壳体21与下壳体31之间通过螺钉等固定连接。在壳体内安装有四个LED光源模块40，每一LED光源模块40的结构如图3所示。

LED光源模块40具有一个防水结构，该防水结构为防水壳，防水壳由上壳41以及下壳42构成，上壳41扣合在下壳42上。在防水结构内设有基板50，基板50是复合材料基板，基板上封装有LED，基板50的结构如图4与图5所示。

基板50具有陶瓷材料制成的夹层51，夹层的两侧面均敷有铜层，其中位于夹层51一个侧面上铜层被刻蚀形成多个焊盘52，每一焊盘52上封装有一颗LED芯片54，每一LED芯片54的一极焊接在与其相对应的焊盘52上，另一极通过金线55连接到相邻的一个焊盘52，因此在同一块基板50上的多个LED芯片54是依次串联连接的。如图5所示，夹层51的另一个侧面上也敷有铜层53。

基板50安装到LED光源模块40时，焊接有LED芯片54一侧朝向下方，敷有铜层53的一侧朝向上方。由于陶瓷板具有较好的导热能力，LED芯片54发光时产生的热量能够沿基板50横向地扩散，并快速传导至铜层53上，有利于将LED芯片54产生的热量迅速导走。另外，陶瓷还具有良好的绝缘性能，提高LED的抗静电能力。

回看图3，基板50的上方设有集热板47，集热板47的下表面与基板50的铜层53紧密连接，集热板47的上表面与导热管46的第一端连接，导热管46的第二端与多片鳍片45连接。这样，LED芯片54产生的热量依次通过基板50、集热板47、导热管46传递到鳍片45上，由鳍片45散发到空气中。由于鳍片45、导热管46位于防水壳的上方，因此鳍片45与壳体内的空气有较大的接触面积，因此通过鳍片45进行散热的效果较为理想。

在基板50的下方设有多个作为本实施例的匀光聚束反光器60，匀光聚束反光器60的数量与LED芯片54的数量相等，且匀光聚束反光器60与LED芯片54一一对应。在匀光聚束反光器60的下方还设有作为本实施例的光束整形扩束器70。

从图3可见，复合材料基板50、匀光聚束反光器60以及光束整形扩束器70设置在防水壳内，且防水壳相对密封的设置，能有效避免雨水渗入防水壳内，从而避免防水壳内的元件受到雨水的侵蚀。为了避免防水壳内外气压差过大，在上壳41的上表面43上设有过线44，过线可穿过过线孔44，且防水壳外部的空气也可以经过过线孔44进入防水壳内。

匀光聚束反光器60与光束整形扩束器70的结构如图6所示，匀光聚束反光器60具有周壁61，周壁61的上端为入光口62，入光口62可固定在基板上，且LED芯片封装在入光口62内。与入光口62相对的一端为出光口63，LED芯片发出的光线经出光口63向外射出。

光束整形扩束器70位于匀光聚束反光器60的下方，也就是光束整形扩束器70设置在LED芯片发出光线的照射方向上，光束整形扩束器70的结构如图7所示。

光束整形扩束器70具有本体71，本体71的上端面为入射面72，也就是入射面72朝向匀光聚束反光器60设置。入射面72的中部设有向本体71内凹陷的非球柱面73，非球柱面73贯穿本体71的一对侧壁。由图5与图6可见，非球柱面73的两个表面分别是斜面74与斜面75，经匀光聚束反光器60周壁61反射的光线可入射至斜面74或斜面75上，并入射至本体71内。

图7所示是光束整形扩束器在xOz面上的剖视图，光束整形扩束器是沿xOz面的投影在y轴方向上拉伸而成的柱面体。

如图7与图8所示，非球柱面73有一个中线面76，其过非球柱面73的脊线且与入射面72的平面部分垂直，非球柱面73的两个斜面74、75与中线面76对称设置。

本体71的下端面为出射面77，出射面77与入射面72相对设置。在出射面77的中部设有向光出射方向凸起的弧面78。弧面78的中线面79与非球柱面73的中线面76重叠。从光束整形扩束器70出射的光线经弧面78出射并射向路面。

LED芯片54位于匀光聚束反光器60的入光口62上，LED芯片54发出的光线经过周壁61的反射后从出光口63出射，并入射至非球柱面73的两个斜面74、75上，再经过光束整形扩束器70的折射后，从光束整形扩束器70的出射面77射向路面。本实施例中，匀光聚束反光器60的轴线位于非球柱面73的中线面76上，且LED芯片54也位于非球面73的中线面76上。

LED芯片54发出的光线经过匀光聚束反光器60的反射后，出光角被收敛在一个较小的角度内，被反射的光线能以较小的入射角入射至非球柱面73的两个斜面74、75上，再入射至光束整形扩束器70的本体71后发生折射。这样，匀光聚束反光器60将射向LED芯片54四周的光线收集并使光线从LED芯片54的前方射出，且从匀光聚束反光器60出射的光线均入射至光束整形扩束器70，减小了发光角，防止眩光产生，减少光能的浪费，也降低了照明的功率密度值，达到节省电能的效果。

同时，将光束整形扩束器70出射面77的一部分设计成弧形的柱面78，减少光线从光束整形扩束器70的本体71出射向另一介质(空气)时的入射角，避免了在这一界面发生全反射的现象，也能有效地避免光能的浪费，提高光的利用率。

如图8所示，光线经过光束整形扩束器后，光均匀的分布在被照路面上，形成照度均匀的“矩形”光斑的效果。

为了使LED芯片54产生的热量更好地散发，在壳体上设置有对流孔以便在壳体内形成自体对流，将LED芯片54产生的热量及时导走。参见图11，在下壳体31的一端设置一 个进气孔36，进气孔36由圆筒状的灯杆连接部39围成，进气孔36一端设有轮辐37，轮辐37上有多个通孔38，外部的空气从灯杆底部进入后通过通孔38流进壳体内。LED灯具安装到灯杆上时，灯杆连接部39套装在灯杆的上端，灯杆内的冷空气可经进气孔36流进壳体内，在灯杆离地面50cm高处，设有下端进气孔，孔内安装有用于形成增强自对流的风扇。

参见图9，在上壳体21的一个侧壁22上开设有多个对流孔23，对流孔23外设有一块挡板24，挡板24的上端连接在上壳体21的侧壁22上，挡板24的下端朝下弯曲，这样可防止雨水从对流孔23流进壳体内。并且，壳体内外的热空气可经过对流孔23流出。此外，在上壳体21的顶端还设有多根筋条25，以加强上壳体21的强度。

参见图10，下壳体31的下表面32设有多个对流孔34，每一对流孔34外侧设有挡板35，挡板35的一端与下壳体31的下表面32连接，另一端形成一个敞口，以便壳体内外的空气对流。

当LED灯具工作时，LED芯片产生的热量散发至壳体内的空气中，壳体内的空气温度高于壳体外的空气温度。由于热空气会上升，因此壳体内的热空气从上壳体21的对流孔23以及下壳体31的对流孔34排出，并带动灯杆内的冷空气经过进气孔36进入壳体内，从而形成壳体内外的自体冷热对流，有效地将LED芯片产生的热量导走，避免热量积聚而影响LED芯片的使用寿命。

另外，经过匀光聚束反光器的收敛，LED芯片所发出的光线被收敛到眩光角内，再经过光束整形扩束器的变换，在路面得到照度均匀的矩形光斑，可以使光线柔和，对人眼舒适、无眩光、无危害。

当然，上述实施例仅是本实用新型的优选方案，实际应用时还有其他的变化，例如，使用聚光透镜替代匀光聚束反光器作为收敛的聚光器件，这样，LED芯片需要设置在聚光透镜的光轴上，且光束整形扩束器的非球柱面的中线面也经过聚光透镜的光轴，这样的改变也能实现本实用新型的目的。

最后需要强调的是，本实用新型不限于上述实施方式，如对流孔设置位置及形状的改变、LED发光模块形状的改变等设计方法的改变也应该包括在本实用新型权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.LED灯具，包括

壳体，所述壳体内设有至少一个LED光源模块，所述LED光源模块具有一块基板，所述基板上封装有LED芯片，所述LED芯片的照射方向上设有光束整形扩束器；

其特征在于：

所述LED芯片与所述光束整形扩束器之间设有匀光聚束反光器；

所述光束整形扩束器具有朝向所述匀光聚束反光器的一面设置的入射面以及设置在与所述入射面相对的出射面。

2.根据权利要求1所述的LED灯具，其特征在于：

所述入射面的中部为向所述光束整形扩束器的本体凹陷的柱面；

所述出射面具有向光出射方向凸起的弧面，所述弧面的中线面与所述柱面的中线面重叠。

3.根据权利要求1或2所述的LED灯具，其特征在于：

所述LED光源模块具有一个防水壳，所述基板、所述光束整形扩束器与所述匀光聚束反光器设置在所述防水壳内。

4.根据权利要求1或2所述的LED灯具，其特征在于：

所述基板为复合材料基板，基板具有高导热陶瓷材料制成的夹层，所述夹层的两侧敷有铜层，所述LED芯片键合在第一侧的所述铜层上。

5.根据权利要求4所述的LED灯具，其特征在于：

所述LED光源模块还设有与所述基板连接的集热板，所述集热板的第一面与所述基板第二侧的所述铜层连接；

所述集热板的第二面与导热管的第一端连接，所述导热管的第二端与鳍片连接。

6.根据权利要求1或2所述的LED灯具，其特征在于：

所述的壳体与路灯灯杆连接处有相连的进气孔。

7.根据权利要求1或2所述的LED灯具，其特征在于：

所述壳体包括相互固定连接的上壳体及下壳体，所述上壳体的侧壁上开设有至少一个第一对流孔。

8.根据权利要求7所述的LED灯具，其特征在于：

所述第一对流孔外侧设有第一挡板，所述第一挡板的上端连接在所述上壳体的侧壁上，下端朝下弯曲。

9.根据权利要求7所述的LED灯具，其特征在于：

所述下壳体的下表面设有至少一个第二对流孔。 

10.根据权利要求9所述的LED灯具，其特征在于：

所述第二对流孔外侧设有第二挡板，所述第二挡板的一端连接在所述下壳体的下表面上。 

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