具有自清洁防散射功能透光罩的led路灯模块的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种具有自清洁、防散射功能透光罩的LED路灯模块，由散热器（1）、驱动电源（2）、放置LED和PCB的金属腔体（3）、大功率白光LED（4）、紫外LED（5）、自由曲面透镜（6）、玻璃透光罩（7）构成。LED与PCB安装在腔体中，腔体端面与透光罩用密封胶组成密封腔体，内中充氦或氖惰性气体、或其混合气体，具有高导热，防止水汽或雾霾等对腔内LED、透镜的污染。透光罩表面涂有亲水性或疏水性、或亲水/疏水组合薄膜，在紫外光照射下亲水铺展，清除透光罩表面灰尘和散射水滴，无紫外光时起疏水作用带走透光罩表面灰尘，保持LED路灯模块的高透光性。
【专利说明】具有自清洁防散射功能透光罩的LED路灯模块
【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及LED路灯模块，尤其是一种具有自清洁防散射功能透光罩的LED路灯模块。
【背景技术】
[0002]随着半导体照明技术的发展，LED具有光效高、寿命长、颜色丰富、节能环保、可靠性高、容易调控等优点，已出现替代各种传统照明光源产品的趋势。相对于传统的高压钠灯路灯而言，由于LED体积较小，可以通过透镜来满足路面较均匀的光斑分布，提高光能的利用，因此可以达到比高压钠灯更高的光能利用率和均匀性；由于LED的高光效，使得它比高压钠灯具有更好的节能效果。
[0003]长久使用的路灯透光罩容易积灰或遭大气中有机物污染，引起LED、透镜、面罩等霉变，这些都将影响路灯照明性能和寿命。由于路灯安装较高，且分布在各个道路位置，清洗费时费力。同时，空气中的水蒸气、雨天及梅雨季节又易于在玻璃透光罩上凝结，会导致透光罩表面起雾、结露，路灯发出的光被其散射，降低路灯的透光效率。对传统高压钠灯而言，因高压钠灯辐射能中含有红外光，透光罩上的水滴可以较快地被蒸发；而对于LED路灯而言，因为辐射能中不含红外光，透光罩起雾、结露现象较为严重。
【发明内容】
[0004]本发明的目的是为了解决目前LED路灯的透光罩表面长期使用容易积灰，在潮湿环境下容易起雾、结露，导致光线散射，透光效率下降，而清洗不便且耗费人力物力的问题。本发明的技术方案如下:
一种具有自清洁防散射功能透光罩的LED路灯模块，包括散热器、驱动电源、放置LED和PCB的金属腔体、大功率白光LED、紫外LED、自由曲面透镜、玻璃透光罩，所述玻璃透光罩表面涂有亲水或疏水材料、或亲水/疏水组合薄膜，所述的金属腔体为密封腔体，内中充氦或氖惰性气体、或其混合气体。
[0005]进一步的，所述玻璃透光罩由高硼硅酸盐玻璃构成，在整个可见光波段透过率达91-92%、350-390nm紫外光透过率达88_91%，所述的350_390nm紫外光能对亲水/疏水材料
产生作用。
[0006]进一步的，所述玻璃透光罩表面涂的亲水材料为纳米二氧化钛薄膜，或涂的疏水材料为纳米二氧化硅/硅树脂薄膜；或涂有二氧化硅/硅树脂/偶氮苯的亲水/疏水组合薄膜；膜层数量为多层结构。
[0007]进一步的，所述纳米二氧化钛、二氧化硅薄膜的涂制方法如下:
(1)将纳米级二氧化钛或二氧化硅粉末和乙烯基硅烷醇混合成溶液，再将混合溶液进行4-6小时的机械研磨，产出的溶液用电动势粒子分析器进行检查，得到二氧化钛或二氧化硅化学前质；
(2)将合成的二氧化钛或二氧化硅前质投入溶液，并加入感光剂、有机溶剂，混合成浸涂膜溶液；
(3)将玻璃透光罩浸入涂膜溶液，在10-300秒内提拉取出；
(4)采用紫外固化技术将浸涂膜溶液固化在透光罩表面。
[0008]进一步的，所述硅树脂/偶氮苯薄膜是用喷涂或旋涂的方法制作获得，薄膜厚度为 10nm-3000nm。
[0009]进一步的,所述纳米二氧化娃/娃树脂薄膜形成一个细微凸起型的超疏水结构，所述细微凸起是用模压的的方法制作获得，薄膜厚度为10nm-3000nm。
[0010]进一步的，所述大功率白光LED发出道路照明光，色温为1700-6500K，包括黄白色、暖白色、正白色、冷白色LED ;大功率白光LED前的自由曲面透镜设计成道路照明所需的蝙蝠翼光斑；紫外LED发出对亲水材料薄膜产生亲水作用的紫外光，波长为350-390nm，带宽16-25nm ;紫外LED前的自由曲面透镜设计成的紫外光斑照明整个透光罩；紫外LED由驱动电源每天定时点亮10-60分钟间隔时间。
[0011]进一步的，所述的纳米二氧化硅/硅树脂薄膜具有疏水性，所述玻璃透光罩表面制作成高低尺寸为10nm-3000nm的细微凸起结构，薄膜材料中二氧化硅质量含量为3_4%、硅树脂质量含量为7-8%，在使用过程中具有自我清洁的功能。
[0012]进一步的,所述惰性气体氦气或氖气、或其混合气体,充气气压为1-2大气压。
[0013]进一步的，LED与PCB整体焊接在金属腔体中，其引线通过密封胶胶密封，所述的在金属密封腔的材料为铝或不锈钢，背面装有散热器，提高散热性能。所述的散热器是鳍片散热器，或热管散热器，或鳍片和热管散热器组合的散热器。
[0014]本发明的新型LED路灯模块，在路灯LED光源中加入了部分紫外LED，由自动控制驱动电源使其定时定间隔发出紫外光。在透光罩的表面涂有纳米二氧化钛亲水薄膜，或纳米二氧化硅/硅树脂薄膜疏水薄膜，或二氧化硅/硅树脂/偶氮苯的亲水/疏水组合薄膜结构，在紫外线照射下则具有超亲水性，在没有紫外光照射下具有超疏水性。通过这两种性质，达到透光罩自我清洁、防散射的目的。同时，在路灯模块腔体密封，内部充导热系数较高的氦气或氖气、或其混合气体，从而提高LED路灯的散热性能，进一步提高模块可靠性。
【专利附图】
【附图说明】
[0015]图1是本发明的具有自清洁防散射功能透光罩的LED路灯模块结构示意图。【具体实施方式】
[0016]下面结合附图对本发明作进一步说明。
[0017]如图1所示，本发明的具有自清洁、防散射功能透光罩的LED路灯模块，由散热器
1、驱动电源2、放置LED和PCB的金属腔体3、大功率白光LED 4、紫外LED 5、自由曲面透镜
6、玻璃透光罩7构成。散热器I和驱动电源2位于金属腔体3的背面,大功率白光LED 4和紫外LED 5设置与金属腔体3内，紫外LED 5布置在大功率白光LED 4之间，自由曲面透镜6设置在大功率白光LED 4和紫外LED 5外侧，玻璃透光罩7覆盖金属腔体3。
[0018]首先在大功率白光LED 4中加入部分紫外LED 5，并由电源自动控制，定时定间隔发出紫外光。LED路灯模块中包含功率占总LED功率90-98%的大功率白光LED 4和占总LED功率2-10%的紫外LED 5，大功率白光LED 4发出道路照明光，色温为1700-6500K，大功率白光LED前的自由曲面透镜6设计成道路照明所需的蝙蝠翼光斑；紫外LED 5发出对亲水材料薄膜产生亲水作用的紫外光，波长为350-390nm，带宽16_25nm，紫外LED前的自由曲面透镜设计成的紫外光斑照明整个透光罩；紫外LED由驱动电源每天定时点亮10-60分钟间隔时间。
[0019]玻璃透光罩7由高硼硅酸盐玻璃构成，在整个可见光波段透过率达91-92%、350-390nm紫外光透过率达88_91%。所述的350_390nm紫外光能对亲水/疏水材料产生作用。在玻璃透光罩7涂上纳米二氧化钛亲水薄膜，或纳米二氧化硅/硅树脂疏水薄膜，或二氧化娃/娃树脂/偶氮苯的亲水/疏水组合薄膜结构。纳米二氧化钛薄膜、偶氮苯亲水薄膜，薄膜厚度为10nm-3000nm。在灯罩表面上制作成高低尺寸为10nm-3000nm的细微凸起的纳米二氧化硅/硅树脂疏水结构，薄膜材料中二氧化硅质量含量为3-4%、硅树脂质量含量为7-8%。在使用过程中具有自我清洁的功能。
[0020]在路灯模块金属密封腔内部充入惰性气体氦气或氖气、或其混合气体,1-2大气压。LED与PCB整体焊接在金属腔体中，最后将整体封装成为LED路灯模块。
[0021]本发明的具有自清洁防散射功能的透光罩、高导热性能的LED路灯模块，玻璃透光罩7上的纳米二氧化硅/硅树脂薄膜，形成一个细微凸起型的超疏水结构。或二氧化硅/硅树脂/偶氮苯组合薄膜的亲水偶氮苯基团被挡住，形成一个细微凸起的超疏水结构，故此时透光罩或自由曲面透镜表面具有超疏水性；而在紫外LED光照射的条件下，透光罩上的纳米二氧化钛薄膜，具有浸润效应，对水等液体的接触角为零度；或偶氮苯收紧贴近结构表面，疏水基团内缩，而亲水基团则露在透光罩表面，且整个表面结构是平滑的亲水结构；因此水趋向于在整个表面铺展开来，即透光罩具有超亲水性。在水铺展形成水膜的过程中将灰尘带走，同时由于铺展作用，凝聚在表面的水露铺展，消除水露对光的散射，提高透光效率。
[0022]本发明具有自清洁防散射功能的透光罩、高导热性能的LED路灯模块中，在光源里加入了部分紫外LED，由电源控制定时定间隔发出紫外光。在一般情况下，紫外LED不发光，即透光罩表面接受到的光为可见光。此时，它们的表面具有超疏水性。水蒸气在表面凝结时，因为表面的超疏水性，水滴与表面的作用力较小，而与灰尘之间的作用力较大。因此，水滴很容易和表面的灰尘一起脱落。超疏水性使得透光罩的表面不易起雾，且积灰也较为不易。
[0023]当紫外LED发光时，透光罩的表面除了受可见光照射外，还受到紫外光的照射。此时，它们的表面呈超亲水性。当水分凝结在它们表面时，会铺展分布在透光罩表面，形成较均匀的水膜而沿亲水膜边缘流出，而水分能将表面灰尘带出。此时，表面同样没有起雾，提高透光率。
[0024]通过这个表面超亲水性-超疏水性的作用，本发明的LED路灯模块的透光罩达到透光罩自我清洁、防散射的目的。从而达到提高LED路灯透光率的目的。
[0025]LED路灯模块安装在金属密封腔体内，其引线通过密封胶胶密封。金属密封腔的材料为铝或不锈钢，背面装有散热片，提高散热性能。金属密封腔内部充有具有高导热特性的惰性气体氦气或氖气、或其混合气体，充气气压为1-2大气压。由于氦气、氖气的导热系数为0.1426ff/mK和0.0455ff/mK左右，分别为导热系数为0.0233ff/mK空气的6倍和近2倍。既提高LED发热热量的导出，又可防止水气和雾霾等对腔体内LED、透镜和内表面的污染。[0026]本发明的LED路灯模块使用的白光LED由蓝光铟镓氮LED芯片，峰值波长为454nm,带宽22nm，激发黄色Y3Al5O12: Ce荧光粉，峰值波长为560nm，带宽114nm构成，光源色温为3600K，暖白色；LED路灯模块使用了 18个IW大功率白光LED，组成20W的LED路灯模块。并且在路灯模块内部加入了 4个0.2W紫外LED，紫外LED 5的峰值波长为390nm，带宽21nm。白光、紫外LED的亮暗由控制系统控制。玻璃透光罩3由高硼硅酸盐玻璃构成，在透光罩上使用了二氧化硅/硅树脂/偶氮苯的亲水/疏水组合三层薄膜结构，总厚度900nm ;其中二氧化娃为底层，厚度400nm ;娃树脂为中间层，厚度350nm ;偶氮苯在顶层，厚度150nm ；中间层娃树脂模压制作成高低尺寸为50nm的细微凸起,形成纳米二氧化娃/娃树脂疏水结构。
[0027]先将LED与PCB焊接，再整体焊接在金属腔体中，再安装透光罩，然后金属密封腔内充入1.5个大气压的氦气，纯度为99%。最后将整体密封封装成为LED路灯模块。
[0028]紫外LED控制系统控制紫外LED在路灯开启480分钟后，开启20分钟，然后关闭。本发明制作的路灯达到了较好的自清洁、防散射效果，同时模块透光罩的温度比没充氦气、自然空气的对照组低2度，提高了散热性能。由于路灯装在高处，紫外光功率不大，并且因紫外灯开启时段较晚，对行人的影响可略。
【权利要求】
1.一种具有自清洁防散射功能透光罩的LED路灯模块，包括散热器(I)、驱动电源(2)、放置LED和PCB的金属腔体(3)、大功率白光LED (4)、紫外LED (5)、自由曲面透镜(6)、玻璃透光罩(7)，其特征在于:所述玻璃透光罩(7)表面涂有亲水或疏水材料、或亲水/疏水组合薄膜，所述的金属腔体(3)为密封腔体，内中充氦或氖惰性气体、或其混合气体。
2.根据权利要求1所述的具有自清洁防散射功能透光罩的LED路灯模块，其特征在于:所述玻璃透光罩(7)由高硼硅酸盐玻璃构成，在整个可见光波段透过率达91-92%、350-390nm紫外光透过率达88_91%，所述的350_390nm紫外光能对亲水/疏水材料产生作用。
3.根据权利要求1所述的具有自清洁防散射功能透光罩的LED路灯模块，其特征在于:所述玻璃透光罩(7)表面涂的亲水材料为纳米二氧化钛薄膜，或涂的疏水材料为纳米二氧化硅/硅树脂薄膜；或涂有二氧化硅/硅树脂/偶氮苯的亲水/疏水组合薄膜；膜层数量为多层结构。
4.根据权利要求3所述的具有自清洁防散射功能透光罩的LED路灯模块，其特征在于:所述纳米二氧化钛、二氧化硅薄膜的涂制方法如下: (1)将纳米级二氧化钛或二氧化硅粉末和乙烯基硅烷醇混合成溶液，再将混合溶液进行4-6小时的机械研磨，产出的溶液用电动势粒子分析器进行检查，得到二氧化钛或二氧化硅化学前质； (2)将合成的二氧化钛或二氧化硅前质投入溶液，并加入感光剂、有机溶剂，混合成浸涂膜溶液； (3)将玻璃透光罩(7)浸入涂膜溶液，在10-300秒内提拉取出； (4)采用紫外固化技术将浸涂膜溶液固化在透光罩表面。
5.根据权利要求3所述的具有自清洁防散射功能透光罩的LED路灯模块，其特征在于:所述硅树脂/偶氮苯薄膜是用喷涂或旋涂的方法制作获得，薄膜厚度为10nm-3000nm。
6.根据权利要求3所述的具有自清洁防散射功能透光罩的LED路灯模块，其特征在于:所述纳米二氧化硅/硅树脂薄膜形成一个细微凸起型的超疏水结构，所述细微凸起是用模压的的方法制作获得，薄膜厚度为10nm-3000nm。
7.根据权利要求1所述的具有自清洁防散射功能透光罩的LED路灯模块，其特征在于:所述大功率白光LED (4)发出道路照明光，色温为1700-6500K，包括黄白色、暖白色、正白色、冷白色LED ;大功率白光LED (4)前的自由曲面透镜设计成道路照明所需的蝙蝠翼光斑；紫外LED (5)发出对亲水材料薄膜产生亲水作用的紫外光，波长为350-390nm，带宽16-25nm ;紫外LED前的自由曲面透镜设计成的紫外光斑照明整个透光罩；紫外LED由驱动电源每天定时点亮10-60分钟间隔时间。
8.根据权利要求6所述的具有自清洁防散射功能透光罩的LED路灯模块，其特征在于:所述的纳米二氧化硅/硅树脂薄膜具有疏水性，所述玻璃透光罩(7)表面制作成高低尺寸为10nm-3000nm的细微凸起结构，薄膜材料中二氧化硅质量含量为3_4%、硅树脂质量含量为7-8%，在使用过程中具有自我清洁的功能。
9.根据权利要求1所述的具有自清洁防散射功能透光罩的LED路灯模块，其特征在于:所述惰性气体氦气或氖气、或其混合气体，充气气压为1-2大气压。
10.根据权利要求1所述的具有自清洁防散射功能透光罩的LED路灯模块，其特征在于:LED与PCB整体焊接在金属腔体(3)中，其引线通过密封胶胶密封，所述的在金属密封腔的材料为铝或不锈钢，背面装有散热器(I)，提高散热性能；所述的散热器是鳍片散热器，或热管散热器，或鳍片和热管散热器组合的散热器。
【文档编号】F21S8/08GK103939816SQ201410156813
【公开日】2014年7月23日 申请日期:2014年4月18日 优先权日:2014年4月18日
【发明者】金怀洲, 金尚忠, 赵春柳, 张淑琴, 陈亮, 朱伯明, 陈海军 申请人:中国计量学院, 宁波燎原工业集团有限公司