具有自清潔防散射功能透光罩的led路燈模塊的制作方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種具有自清潔、防散射功能透光罩的LED路燈模塊，由散熱器（1）、驅(qū)動(dòng)電源（2）、放置LED和PCB的金屬腔體（3）、大功率白光LED（4）、紫外LED（5）、自由曲面透鏡（6）、玻璃透光罩（7）構(gòu)成。LED與PCB安裝在腔體中，腔體端面與透光罩用密封膠組成密封腔體，內(nèi)中充氦或氖惰性氣體、或其混合氣體，具有高導(dǎo)熱，防止水汽或霧霾等對(duì)腔內(nèi)LED、透鏡的污染。透光罩表面涂有親水性或疏水性、或親水/疏水組合薄膜，在紫外光照射下親水鋪展，清除透光罩表面灰塵和散射水滴，無(wú)紫外光時(shí)起疏水作用帶走透光罩表面灰塵，保持LED路燈模塊的高透光性。
【專(zhuān)利說(shuō)明】具有自清潔防散射功能透光罩的LED路燈模塊
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及LED路燈模塊，尤其是一種具有自清潔防散射功能透光罩的LED路燈模塊。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著半導(dǎo)體照明技術(shù)的發(fā)展，LED具有光效高、壽命長(zhǎng)、顏色豐富、節(jié)能環(huán)保、可靠性高、容易調(diào)控等優(yōu)點(diǎn)，已出現(xiàn)替代各種傳統(tǒng)照明光源產(chǎn)品的趨勢(shì)。相對(duì)于傳統(tǒng)的高壓鈉燈路燈而言，由于LED體積較小，可以通過(guò)透鏡來(lái)滿足路面較均勻的光斑分布，提高光能的利用，因此可以達(dá)到比高壓鈉燈更高的光能利用率和均勻性；由于LED的高光效，使得它比高壓鈉燈具有更好的節(jié)能效果。
[0003]長(zhǎng)久使用的路燈透光罩容易積灰或遭大氣中有機(jī)物污染，引起LED、透鏡、面罩等霉變，這些都將影響路燈照明性能和壽命。由于路燈安裝較高，且分布在各個(gè)道路位置，清洗費(fèi)時(shí)費(fèi)力。同時(shí)，空氣中的水蒸氣、雨天及梅雨季節(jié)又易于在玻璃透光罩上凝結(jié)，會(huì)導(dǎo)致透光罩表面起霧、結(jié)露，路燈發(fā)出的光被其散射，降低路燈的透光效率。對(duì)傳統(tǒng)高壓鈉燈而言，因高壓鈉燈輻射能中含有紅外光，透光罩上的水滴可以較快地被蒸發(fā)；而對(duì)于LED路燈而言，因?yàn)檩椛淠苤胁缓t外光，透光罩起霧、結(jié)露現(xiàn)象較為嚴(yán)重。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是為了解決目前LED路燈的透光罩表面長(zhǎng)期使用容易積灰，在潮濕環(huán)境下容易起霧、結(jié)露，導(dǎo)致光線散射，透光效率下降，而清洗不便且耗費(fèi)人力物力的問(wèn)題。本發(fā)明的技術(shù)方案如下:
一種具有自清潔防散射功能透光罩的LED路燈模塊，包括散熱器、驅(qū)動(dòng)電源、放置LED和PCB的金屬腔體、大功率白光LED、紫外LED、自由曲面透鏡、玻璃透光罩，所述玻璃透光罩表面涂有親水或疏水材料、或親水/疏水組合薄膜，所述的金屬腔體為密封腔體，內(nèi)中充氦或氖惰性氣體、或其混合氣體。
[0005]進(jìn)一步的，所述玻璃透光罩由高硼硅酸鹽玻璃構(gòu)成，在整個(gè)可見(jiàn)光波段透過(guò)率達(dá)91-92%、350-390nm紫外光透過(guò)率達(dá)88_91%，所述的350_390nm紫外光能對(duì)親水/疏水材料
產(chǎn)生作用。
[0006]進(jìn)一步的，所述玻璃透光罩表面涂的親水材料為納米二氧化鈦薄膜，或涂的疏水材料為納米二氧化硅/硅樹(shù)脂薄膜；或涂有二氧化硅/硅樹(shù)脂/偶氮苯的親水/疏水組合薄膜；膜層數(shù)量為多層結(jié)構(gòu)。
[0007]進(jìn)一步的，所述納米二氧化鈦、二氧化硅薄膜的涂制方法如下:
(1)將納米級(jí)二氧化鈦或二氧化硅粉末和乙烯基硅烷醇混合成溶液，再將混合溶液進(jìn)行4-6小時(shí)的機(jī)械研磨，產(chǎn)出的溶液用電動(dòng)勢(shì)粒子分析器進(jìn)行檢查，得到二氧化鈦或二氧化硅化學(xué)前質(zhì)；
(2)將合成的二氧化鈦或二氧化硅前質(zhì)投入溶液，并加入感光劑、有機(jī)溶劑，混合成浸涂膜溶液；
(3)將玻璃透光罩浸入涂膜溶液，在10-300秒內(nèi)提拉取出；
(4)采用紫外固化技術(shù)將浸涂膜溶液固化在透光罩表面。
[0008]進(jìn)一步的，所述硅樹(shù)脂/偶氮苯薄膜是用噴涂或旋涂的方法制作獲得，薄膜厚度為 10nm-3000nm。
[0009]進(jìn)一步的,所述納米二氧化娃/娃樹(shù)脂薄膜形成一個(gè)細(xì)微凸起型的超疏水結(jié)構(gòu)，所述細(xì)微凸起是用模壓的的方法制作獲得，薄膜厚度為10nm-3000nm。
[0010]進(jìn)一步的，所述大功率白光LED發(fā)出道路照明光，色溫為1700-6500K，包括黃白色、暖白色、正白色、冷白色LED ;大功率白光LED前的自由曲面透鏡設(shè)計(jì)成道路照明所需的蝙蝠翼光斑；紫外LED發(fā)出對(duì)親水材料薄膜產(chǎn)生親水作用的紫外光，波長(zhǎng)為350-390nm，帶寬16-25nm ;紫外LED前的自由曲面透鏡設(shè)計(jì)成的紫外光斑照明整個(gè)透光罩；紫外LED由驅(qū)動(dòng)電源每天定時(shí)點(diǎn)亮10-60分鐘間隔時(shí)間。
[0011]進(jìn)一步的，所述的納米二氧化硅/硅樹(shù)脂薄膜具有疏水性，所述玻璃透光罩表面制作成高低尺寸為10nm-3000nm的細(xì)微凸起結(jié)構(gòu)，薄膜材料中二氧化硅質(zhì)量含量為3_4%、硅樹(shù)脂質(zhì)量含量為7-8%，在使用過(guò)程中具有自我清潔的功能。
[0012]進(jìn)一步的,所述惰性氣體氦氣或氖氣、或其混合氣體,充氣氣壓為1-2大氣壓。
[0013]進(jìn)一步的，LED與PCB整體焊接在金屬腔體中，其引線通過(guò)密封膠膠密封，所述的在金屬密封腔的材料為鋁或不銹鋼，背面裝有散熱器，提高散熱性能。所述的散熱器是鰭片散熱器，或熱管散熱器，或鰭片和熱管散熱器組合的散熱器。
[0014]本發(fā)明的新型LED路燈模塊，在路燈LED光源中加入了部分紫外LED，由自動(dòng)控制驅(qū)動(dòng)電源使其定時(shí)定間隔發(fā)出紫外光。在透光罩的表面涂有納米二氧化鈦親水薄膜，或納米二氧化硅/硅樹(shù)脂薄膜疏水薄膜，或二氧化硅/硅樹(shù)脂/偶氮苯的親水/疏水組合薄膜結(jié)構(gòu)，在紫外線照射下則具有超親水性，在沒(méi)有紫外光照射下具有超疏水性。通過(guò)這兩種性質(zhì)，達(dá)到透光罩自我清潔、防散射的目的。同時(shí)，在路燈模塊腔體密封，內(nèi)部充導(dǎo)熱系數(shù)較高的氦氣或氖氣、或其混合氣體，從而提高LED路燈的散熱性能，進(jìn)一步提高模塊可靠性。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0015]圖1是本發(fā)明的具有自清潔防散射功能透光罩的LED路燈模塊結(jié)構(gòu)示意圖?！揪唧w實(shí)施方式】
[0016]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。
[0017]如圖1所示，本發(fā)明的具有自清潔、防散射功能透光罩的LED路燈模塊，由散熱器
1、驅(qū)動(dòng)電源2、放置LED和PCB的金屬腔體3、大功率白光LED 4、紫外LED 5、自由曲面透鏡
6、玻璃透光罩7構(gòu)成。散熱器I和驅(qū)動(dòng)電源2位于金屬腔體3的背面,大功率白光LED 4和紫外LED 5設(shè)置與金屬腔體3內(nèi)，紫外LED 5布置在大功率白光LED 4之間，自由曲面透鏡6設(shè)置在大功率白光LED 4和紫外LED 5外側(cè)，玻璃透光罩7覆蓋金屬腔體3。
[0018]首先在大功率白光LED 4中加入部分紫外LED 5，并由電源自動(dòng)控制，定時(shí)定間隔發(fā)出紫外光。LED路燈模塊中包含功率占總LED功率90-98%的大功率白光LED 4和占總LED功率2-10%的紫外LED 5，大功率白光LED 4發(fā)出道路照明光，色溫為1700-6500K，大功率白光LED前的自由曲面透鏡6設(shè)計(jì)成道路照明所需的蝙蝠翼光斑；紫外LED 5發(fā)出對(duì)親水材料薄膜產(chǎn)生親水作用的紫外光，波長(zhǎng)為350-390nm，帶寬16_25nm，紫外LED前的自由曲面透鏡設(shè)計(jì)成的紫外光斑照明整個(gè)透光罩；紫外LED由驅(qū)動(dòng)電源每天定時(shí)點(diǎn)亮10-60分鐘間隔時(shí)間。
[0019]玻璃透光罩7由高硼硅酸鹽玻璃構(gòu)成，在整個(gè)可見(jiàn)光波段透過(guò)率達(dá)91-92%、350-390nm紫外光透過(guò)率達(dá)88_91%。所述的350_390nm紫外光能對(duì)親水/疏水材料產(chǎn)生作用。在玻璃透光罩7涂上納米二氧化鈦親水薄膜，或納米二氧化硅/硅樹(shù)脂疏水薄膜，或二氧化娃/娃樹(shù)脂/偶氮苯的親水/疏水組合薄膜結(jié)構(gòu)。納米二氧化鈦薄膜、偶氮苯親水薄膜，薄膜厚度為10nm-3000nm。在燈罩表面上制作成高低尺寸為10nm-3000nm的細(xì)微凸起的納米二氧化硅/硅樹(shù)脂疏水結(jié)構(gòu)，薄膜材料中二氧化硅質(zhì)量含量為3-4%、硅樹(shù)脂質(zhì)量含量為7-8%。在使用過(guò)程中具有自我清潔的功能。
[0020]在路燈模塊金屬密封腔內(nèi)部充入惰性氣體氦氣或氖氣、或其混合氣體,1-2大氣壓。LED與PCB整體焊接在金屬腔體中，最后將整體封裝成為L(zhǎng)ED路燈模塊。
[0021]本發(fā)明的具有自清潔防散射功能的透光罩、高導(dǎo)熱性能的LED路燈模塊，玻璃透光罩7上的納米二氧化硅/硅樹(shù)脂薄膜，形成一個(gè)細(xì)微凸起型的超疏水結(jié)構(gòu)?；蚨趸?硅樹(shù)脂/偶氮苯組合薄膜的親水偶氮苯基團(tuán)被擋住，形成一個(gè)細(xì)微凸起的超疏水結(jié)構(gòu)，故此時(shí)透光罩或自由曲面透鏡表面具有超疏水性；而在紫外LED光照射的條件下，透光罩上的納米二氧化鈦薄膜，具有浸潤(rùn)效應(yīng)，對(duì)水等液體的接觸角為零度；或偶氮苯收緊貼近結(jié)構(gòu)表面，疏水基團(tuán)內(nèi)縮，而親水基團(tuán)則露在透光罩表面，且整個(gè)表面結(jié)構(gòu)是平滑的親水結(jié)構(gòu)；因此水趨向于在整個(gè)表面鋪展開(kāi)來(lái)，即透光罩具有超親水性。在水鋪展形成水膜的過(guò)程中將灰塵帶走，同時(shí)由于鋪展作用，凝聚在表面的水露鋪展，消除水露對(duì)光的散射，提高透光效率。
[0022]本發(fā)明具有自清潔防散射功能的透光罩、高導(dǎo)熱性能的LED路燈模塊中，在光源里加入了部分紫外LED，由電源控制定時(shí)定間隔發(fā)出紫外光。在一般情況下，紫外LED不發(fā)光，即透光罩表面接受到的光為可見(jiàn)光。此時(shí)，它們的表面具有超疏水性。水蒸氣在表面凝結(jié)時(shí)，因?yàn)楸砻娴某杷裕闻c表面的作用力較小，而與灰塵之間的作用力較大。因此，水滴很容易和表面的灰塵一起脫落。超疏水性使得透光罩的表面不易起霧，且積灰也較為不易。
[0023]當(dāng)紫外LED發(fā)光時(shí)，透光罩的表面除了受可見(jiàn)光照射外，還受到紫外光的照射。此時(shí)，它們的表面呈超親水性。當(dāng)水分凝結(jié)在它們表面時(shí)，會(huì)鋪展分布在透光罩表面，形成較均勻的水膜而沿親水膜邊緣流出，而水分能將表面灰塵帶出。此時(shí)，表面同樣沒(méi)有起霧，提高透光率。
[0024]通過(guò)這個(gè)表面超親水性-超疏水性的作用，本發(fā)明的LED路燈模塊的透光罩達(dá)到透光罩自我清潔、防散射的目的。從而達(dá)到提高LED路燈透光率的目的。
[0025]LED路燈模塊安裝在金屬密封腔體內(nèi)，其引線通過(guò)密封膠膠密封。金屬密封腔的材料為鋁或不銹鋼，背面裝有散熱片，提高散熱性能。金屬密封腔內(nèi)部充有具有高導(dǎo)熱特性的惰性氣體氦氣或氖氣、或其混合氣體，充氣氣壓為1-2大氣壓。由于氦氣、氖氣的導(dǎo)熱系數(shù)為0.1426ff/mK和0.0455ff/mK左右，分別為導(dǎo)熱系數(shù)為0.0233ff/mK空氣的6倍和近2倍。既提高LED發(fā)熱熱量的導(dǎo)出，又可防止水氣和霧霾等對(duì)腔體內(nèi)LED、透鏡和內(nèi)表面的污染。[0026]本發(fā)明的LED路燈模塊使用的白光LED由藍(lán)光銦鎵氮LED芯片，峰值波長(zhǎng)為454nm,帶寬22nm，激發(fā)黃色Y3Al5O12: Ce熒光粉，峰值波長(zhǎng)為560nm，帶寬114nm構(gòu)成，光源色溫為3600K，暖白色；LED路燈模塊使用了 18個(gè)IW大功率白光LED，組成20W的LED路燈模塊。并且在路燈模塊內(nèi)部加入了 4個(gè)0.2W紫外LED，紫外LED 5的峰值波長(zhǎng)為390nm，帶寬21nm。白光、紫外LED的亮暗由控制系統(tǒng)控制。玻璃透光罩3由高硼硅酸鹽玻璃構(gòu)成，在透光罩上使用了二氧化硅/硅樹(shù)脂/偶氮苯的親水/疏水組合三層薄膜結(jié)構(gòu)，總厚度900nm ;其中二氧化娃為底層，厚度400nm ;娃樹(shù)脂為中間層，厚度350nm ;偶氮苯在頂層，厚度150nm ；中間層娃樹(shù)脂模壓制作成高低尺寸為50nm的細(xì)微凸起,形成納米二氧化娃/娃樹(shù)脂疏水結(jié)構(gòu)。
[0027]先將LED與PCB焊接，再整體焊接在金屬腔體中，再安裝透光罩，然后金屬密封腔內(nèi)充入1.5個(gè)大氣壓的氦氣，純度為99%。最后將整體密封封裝成為L(zhǎng)ED路燈模塊。
[0028]紫外LED控制系統(tǒng)控制紫外LED在路燈開(kāi)啟480分鐘后，開(kāi)啟20分鐘，然后關(guān)閉。本發(fā)明制作的路燈達(dá)到了較好的自清潔、防散射效果，同時(shí)模塊透光罩的溫度比沒(méi)充氦氣、自然空氣的對(duì)照組低2度，提高了散熱性能。由于路燈裝在高處，紫外光功率不大，并且因紫外燈開(kāi)啟時(shí)段較晚，對(duì)行人的影響可略。
【權(quán)利要求】
1.一種具有自清潔防散射功能透光罩的LED路燈模塊，包括散熱器(I)、驅(qū)動(dòng)電源(2)、放置LED和PCB的金屬腔體(3)、大功率白光LED (4)、紫外LED (5)、自由曲面透鏡(6)、玻璃透光罩(7)，其特征在于:所述玻璃透光罩(7)表面涂有親水或疏水材料、或親水/疏水組合薄膜，所述的金屬腔體(3)為密封腔體，內(nèi)中充氦或氖惰性氣體、或其混合氣體。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有自清潔防散射功能透光罩的LED路燈模塊，其特征在于:所述玻璃透光罩(7)由高硼硅酸鹽玻璃構(gòu)成，在整個(gè)可見(jiàn)光波段透過(guò)率達(dá)91-92%、350-390nm紫外光透過(guò)率達(dá)88_91%，所述的350_390nm紫外光能對(duì)親水/疏水材料產(chǎn)生作用。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有自清潔防散射功能透光罩的LED路燈模塊，其特征在于:所述玻璃透光罩(7)表面涂的親水材料為納米二氧化鈦薄膜，或涂的疏水材料為納米二氧化硅/硅樹(shù)脂薄膜；或涂有二氧化硅/硅樹(shù)脂/偶氮苯的親水/疏水組合薄膜；膜層數(shù)量為多層結(jié)構(gòu)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的具有自清潔防散射功能透光罩的LED路燈模塊，其特征在于:所述納米二氧化鈦、二氧化硅薄膜的涂制方法如下: (1)將納米級(jí)二氧化鈦或二氧化硅粉末和乙烯基硅烷醇混合成溶液，再將混合溶液進(jìn)行4-6小時(shí)的機(jī)械研磨，產(chǎn)出的溶液用電動(dòng)勢(shì)粒子分析器進(jìn)行檢查，得到二氧化鈦或二氧化硅化學(xué)前質(zhì)； (2)將合成的二氧化鈦或二氧化硅前質(zhì)投入溶液，并加入感光劑、有機(jī)溶劑，混合成浸涂膜溶液； (3)將玻璃透光罩(7)浸入涂膜溶液，在10-300秒內(nèi)提拉取出； (4)采用紫外固化技術(shù)將浸涂膜溶液固化在透光罩表面。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的具有自清潔防散射功能透光罩的LED路燈模塊，其特征在于:所述硅樹(shù)脂/偶氮苯薄膜是用噴涂或旋涂的方法制作獲得，薄膜厚度為10nm-3000nm。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的具有自清潔防散射功能透光罩的LED路燈模塊，其特征在于:所述納米二氧化硅/硅樹(shù)脂薄膜形成一個(gè)細(xì)微凸起型的超疏水結(jié)構(gòu)，所述細(xì)微凸起是用模壓的的方法制作獲得，薄膜厚度為10nm-3000nm。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有自清潔防散射功能透光罩的LED路燈模塊，其特征在于:所述大功率白光LED (4)發(fā)出道路照明光，色溫為1700-6500K，包括黃白色、暖白色、正白色、冷白色LED ;大功率白光LED (4)前的自由曲面透鏡設(shè)計(jì)成道路照明所需的蝙蝠翼光斑；紫外LED (5)發(fā)出對(duì)親水材料薄膜產(chǎn)生親水作用的紫外光，波長(zhǎng)為350-390nm，帶寬16-25nm ;紫外LED前的自由曲面透鏡設(shè)計(jì)成的紫外光斑照明整個(gè)透光罩；紫外LED由驅(qū)動(dòng)電源每天定時(shí)點(diǎn)亮10-60分鐘間隔時(shí)間。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的具有自清潔防散射功能透光罩的LED路燈模塊，其特征在于:所述的納米二氧化硅/硅樹(shù)脂薄膜具有疏水性，所述玻璃透光罩(7)表面制作成高低尺寸為10nm-3000nm的細(xì)微凸起結(jié)構(gòu)，薄膜材料中二氧化硅質(zhì)量含量為3_4%、硅樹(shù)脂質(zhì)量含量為7-8%，在使用過(guò)程中具有自我清潔的功能。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有自清潔防散射功能透光罩的LED路燈模塊，其特征在于:所述惰性氣體氦氣或氖氣、或其混合氣體，充氣氣壓為1-2大氣壓。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有自清潔防散射功能透光罩的LED路燈模塊，其特征在于:LED與PCB整體焊接在金屬腔體(3)中，其引線通過(guò)密封膠膠密封，所述的在金屬密封腔的材料為鋁或不銹鋼，背面裝有散熱器(I)，提高散熱性能；所述的散熱器是鰭片散熱器，或熱管散熱器，或鰭片和熱管散熱器組合的散熱器。
【文檔編號(hào)】F21S8/08GK103939816SQ201410156813
【公開(kāi)日】2014年7月23日 申請(qǐng)日期:2014年4月18日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月18日
【發(fā)明者】金懷洲, 金尚忠, 趙春柳, 張淑琴, 陳亮, 朱伯明, 陳海軍 申請(qǐng)人:中國(guó)計(jì)量學(xué)院, 寧波燎原工業(yè)集團(tuán)有限公司