一种led模组及其led灯具的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种LED模组及其LED灯具。所述LED模组包括透明PCB板、至少一个凹面反光镜和至少一片LED芯片。通过在透明基板与凹面反光镜形成的腔体内充入折射率介于LED芯片与透明PCB板之间的透明导热介质，配合光路设计和散热流动通道，本实用新型改善了出光强度和LED模组的散热能力，大大提高了LED模组的寿命和效能。本实用新型结构简单，便于制造，LED芯片散热效率高，可以广泛用于大功率、需要灯光穿透力强的航标灯、集鱼灯、曝光灯和汽车大灯。
【专利说明】
一种LED模组及其LED灯具
技术领域
[0001 ]本实用新型涉及LED应用领域，尤其涉及一种LED模组及其灯具。
【背景技术】
[0002] LED作为第四代光源，具有能耗低和寿命长的优势。随着技术的逐渐成熟，对LED灯 模组的光效、散热等要求已经到达了一个新阶段。
[0003] 目前上市场上大部分LED灯模组的反光杯开口方向和光源的出光方向在同一个方 向，根据光学原理来分析，这种布置中的反光杯只能将光源所发光中与杯壁相交部分反射， 其余部分遵循光强与距离平方成反比；使得射灯发出的光强随距离加大快速降低;如何更 好的利用光源的光成为提高光效的技术关键。就散热而言，目前大部分LED灯模组的散热还 是通过传统的导热金属基板将热量传递散发，散热的能力有限，如何打破传统的散热系统 成为技术突破的关键所在。 【实用新型内容】
[0004] 为解决现有技术中存在的问题，本实用新型公开了一种LED模组及其LED灯具。所 述LED模组包括透明PCB板、至少一个凹面反光镜和至少一片LED芯片。通过在透明基板与凹 面反光镜形成的腔体内充入折射率介于LED芯片与透明PCB板之间的透明导热介质，配合光 路设计和散热流动通道，本实用新型改善了出光强度和LED模组的散热能力，大大提高了 LED模组的寿命和效能。
[0005] 具体地，本实用新型提出了一种LED模组，包括：
[0006] 具有印刷电路的透明基板，设置在所述透明基板并与所述印刷电路电连接的LED 芯片，反光曲面，所述LED芯片发出的光经所述反光曲面反射后在其光路上不再经其它反 射而是直接途经所述透明基板出射。
[0007] 优选地，所述透明基板和所述反光曲面形成腔体，所述腔体内设置有透明的折射 率过渡介质。
[0008] 优选地，所述折射率过渡介质的折射率在1.57-1.7之间。
[0009 ]优选地，所述折射率过渡介质为液态、固态或固液混合状态。
[0010] 优选地，所述折射率过渡介质为环烷烃、甲基硅油、苯基硅油。
[0011] 优选地，所述LED芯片为未经封装的LED芯片。
[0012] 优选地，所述LED芯片被所述折射率过渡介质包围。
[0013] 优选地，所述反光曲面为抛物面。
[0014] 优选地，与所述透光板平行布置，所述透光板与所述透明基板之间形成空腔，该空 间的周边被封闭形成空腔;所述空腔中充有冷却介质。
[0015] 优选地，所述透光板与透明基板之间的空腔包括进液口和出液口，进液口和出液 口分别与所述的空腔连通。
[0016] 优选地，所述折射率过渡介质为液态，在所述透明基板和所述反光曲面形成的腔 体两侧具有流动通道。
[0017] 本实用新型还提出了另外一种LED模组，包括:具有印刷电路的透明基板，设置在 所述透明基板并与所述印刷电路电连接的多个LED芯片;多个与所述LED芯片阵列对应的反 光曲面;所述LED芯片发出的光经与其反光曲面反射后在其光路上不再经其它反射而是直 接途经所述透明基板出射。
[0018] 优选地，所述透明基板和所述反光曲面形成腔体，所述腔体内设置有透明的折射 率过渡介质。
[0019] 优选地，所述折射率过渡介质的折射率在1.57-1.7之间。
[0020] 优选地，所述折射率过渡介质为液态、固态或固液混合状态。
[0021 ]优选地，所述折射率过渡介质为环烷烃、甲基硅油、苯基硅油。
[0022] 优选地，所述LED芯片为未经封装的LED芯片。
[0023] 优选地，所述LED芯片被所述折射率过渡介质包围。
[0024]优选地，所述反光曲面为抛物面。
[0025] 优选地，还包括透明基板，与所述透光板平行布置，所述透光板与所述透明基板之 间形成空腔，该空间的周边被封闭形成空腔;所述空腔中充有冷却介质。
[0026] 优选地，所述透光板与透明基板之间的空腔包括进液口和出液口，进液口和出液 口分别与所述的空腔连通。
[0027] 优选地，所述折射率过渡介质为液态，在所述透明基板和所述反光曲面形成的腔 体两侧具有流动通道。
[0028]优选地，所述反光曲面为磨砂面
[0029] 优选地，
[0030] 所述透明基板与所述反光曲面耦接；
[0031] 所述LED模组还包括一透光外壳；
[0032]所述透光外壳与所述反光曲面耦接且形成一腔体，所述透明基板位于所述腔体 内；
[0033]其中：所述LED芯片正背面的透明基板部分不与透光外壳接触。
[0034] 更优选地，前一优选例中，所述腔体内设置有透明的折射率过渡介质。
[0035] 此外，本实用新型还提供了一种LED灯具，使用前文之一所述的LED模组，其特征在 于，当所述LED灯具用于水下时，选择使用所述固态折射率过渡介质。
[0036]本实用新型利用透明PCB板制作LED灯板，LED芯片直接固装在透明PCB板上，与透 明PCB板的印刷电路连接，不需要另外制作支架，也不需要单独连接线路，结构简单，便于制 造，LED芯片散热效率高，可以广泛用于大功率、需要灯光穿透力强的航标灯、集鱼灯、曝光 灯和汽车大灯。
【附图说明】
[0037] 下面结合附图和【具体实施方式】对本实用新型作进一步详细的说明；
[0038] 图1是根据本实用新型实施例的具有折射率过渡介质的LED模组的结构图；
[0039] 图2是根据本实用新型实施例的具有折射率过渡介质的LED模组的剖面视图；
[0040] 图3是根据本实用新型实施例的具有散热通道的LED模组结构图；
[0041 ]图4是根据本实用新型实施例的具有散热通道的LED模组的剖面视图；
[0042] 图5是根据本实用新型实施例的LED芯片设置于上透光板的LED模组结构图；
[0043] 图6是根据本实用新型实施例的LED芯片设置于上透光板的LED模组剖面视图；
[0044] 图7是根据本实用新型实施例的LED芯片设置于上透光板且具有流动腔的LED模 组结构视图；
[0045] 图8是根据本实用新型实施例的LED芯片设置于上透光板且具有流动腔的LED模组 剖面视图；
[0046] 图9(a)，9(b)是根据本实用新型实施例的具有折射率过渡介质的LED阵列模组的 结构图；
[0047] 图10是根据本实用新型实施例的具有散热流动通道的LED阵列模组的结构图；
[0048] 图11(a)，图11(b)是根据本实用新型实施例的具有散热流动通道的LED阵列模组 的结构图；
[0049] 图12是根据本实用新型实施例的反光曲面结构图。
【具体实施方式】
[0050] 如图1、2所示，LED模组包括具有印刷电路的透明基板。所述透明基板可以采用透 光性能良好的透光材料和具有的良好导热性的材料，例如玻璃板、石英玻璃板、K9玻璃板、 蓝宝石板、透明陶瓷板、透明环氧及环氧玻璃布板等透光材料。设置在透明基板上的印刷电 路可以选用透明电路，其目的为尽量少地遮挡反光杯反射光的出射。当然，不失一般性，印 刷电路也可以是非透光的。优选的，出光前经过的玻璃可以进行镀膜处理，减少反光率和增 加透光率，使得出光效率最大化。
[0051] LED芯片，设置在所述透明基板并与所述印刷电路电连接，具体地，其可以采用贴 附的方式与印刷电路相连接。LED芯片可以选择已经封装的LED芯片，但是更优选地，选择未 经封装的LED芯片。
[0052] LED芯片设置在反光杯的焦点位置，并且LED芯片的发光面与反光杯相对，这样， LED芯片的发射光基本上会全部入射到反光杯，并在反光杯的反射表面发生发射，使得反光 杯可以充分的反光，几乎无损将光线反射出去，提高LED射灯照射端的光强、以及改善出射 光的均匀性。反光曲面设置在与LED芯片相对的位置，其可以使用二次抛物线型，当LED芯片 设置在其焦点时，LED芯片发出的光经反光曲面反射后，由发散光变为接近理论上完美的平 行光，并射向透明基板，在透明基板侧出射，还提高了光的指向性。容易理解，焦点位置只是 较佳实施方式，LED芯片可以放置于非焦点位置，然而理论上的平行光的效果会差。
[0053]在一个优选的实施例中，透明基板和反光曲面形成腔体，当这个腔体内为空气或 者真空时，其折射率接近1，而LED芯片的折射率为2.4,透明基板的折射率为其所采用的基 材折射率，为高折射率。如此，在光路中形成了"高(LED芯片)-低(空气)-高(透明基板)"折 射率的情况，根据基本的光学原理，这种折射率的构成会导致光通过界面时折射和反射导 致的光损大大增加，
【申请人】在研究过程中发现，在空腔中注入一般冷却液可以降低这种光 损，但是降低的效果是不明显。而使用常见的封装胶水来填充效果也不理想，因为通常的封 装浇水折射率为1.43左右，而所谓高折胶水的折射率也仅仅1.57，这种折射率的无法大程 度改善折射率梯度。在研究过程中，
【申请人】发现使用较低分子量的多环烷烃作为填充介质， 效果是比较理想的。例如含碳原子在6-12之间的环烷烃，其在一般状态下的折射率为1.65， 并且具有99%/mm甚至更高的透明度。相对于传统光路，该类介质的充入降低透明基板和 LED芯片折射率之间的梯度，这无疑可以大大提高出光效能。
[0054]在一个与上述优选的实施例的对比例中，甲基硅油、苯基硅油或分子式为
折射率在1.57-1.595之间的 填充介质被使用，通过调整透明基板的基材折射率以及填充介质，可以量化出射光的出光 效率。很显然，这些折射率处于"过渡"区间的介质，能够大大改善出光效率，因此，我们称之 为"折射率过渡介质"。在通常状态下"折射率过渡介质"可以是液态、固态或固液混合状态。
[0055] 在一个较优的比较例中，"折射率过渡介质"选择为例如双环癸烷，其折射率约为 1.65,在通常状态下为液态，该介质充入透明基板与所述反光曲面之间，LED芯片被所述液 态介质包围。由于该介质还具有优良的导热性，在工作过程中，LED芯片产生的热量可以被 与其接触的介质吸收和传导，从而降低了工作LED芯片的温度，起到了良好的导热作用。基 于该类"折射率过渡介质"的热传导优点，可以选择直接使用未经封装的LED芯片，如此，可 以减少LED芯片外封装对于热传导的阻碍作用，使LED芯片产生的热量直接传导于周围液态 介质，达到更优的热传到效果。
[0056] 在一个对比实施例中，未经封装的LED芯片设置于透明基板表面，其发光面被周围 的透光介质包围，从而形成良好的热传导机制。
[0057] 在一个对比实施例中，LED芯片被架空于容器内，悬置在液体中，其背面与液体直 接接触或衬底基板直接与液体接触。
[0058] 通过将芯片整体浸没在散热介质中远优于传统方法的单向导热(散热）的方式。
[0059] 在一个优选的实施例中，如图3、4所示，为了增强散热效果，在设有印刷电路的透 明基板的外侧还设置了透光板，与所述透明基板平行布置，透光板与透明基板之间形成空 腔，该空间的周边被封闭形成空腔;所述空腔中充有冷却介质。透光板与透明基板之间的空 腔包括进液口和出液口，进液口和出液口分别与所述的空腔连通。通过栗能够使冷却介质 在在所述空腔内流动，从而加速热量的循环。
[0060] 在一个优选的实施例中，如图5、6所示，为了增强散热效果，在设有印刷电路的透 明基板的外侧还设置了透光板，与所述透明基板平行布置，透光板与透明基板之间形成空 腔，该空间的周边被封闭形成空腔;所述空腔中充有冷却介质。透光板与透明基板之间的空 腔包括进液口和出液口，进液口和出液口分别与所述的空腔连通。通过栗能够使冷却介质 在在所述空腔内流动，从而加速热量的循环。与之前实施例所不同的是，PCB电路设置于透 光板，LED芯片直接设置于该透光板上，这样LED芯片就处于透光板与透明基板形成的冷却 介质流动空间内，这更有利于LED产生的热量被冷却介质吸收并通过流动的方式带走。
[0061] 在一个优选的实施例中，如图7、8所示，相对于图1-6,为了增强散热效果，在设有 印刷电路的透明基板的外侧还设置了透光板，并省去了透明基板，原透光板与透明基板之 间形成的空腔与透明基板与反射杯之间的空腔形成一个空腔。该空腔仍包括进液口和出液 口，进液口和出液口分别与所述的空腔连通。通过栗能够使冷却介质在在所述空腔内流 动，从而加速热量的循环。在该实施例中，PCB电路设置于透光板，LED芯片直接设置于该透 光板上，这样LED芯片就处于透光板与透明基板形成的冷却介质流动空间内，这更有利于 LED产生的热量被冷却介质吸收并通过流动的方式带走。并且由于空腔的体积更大，能够容 纳的流动冷却介质更多，能够达到更好的散热效果。
[0062]更优的，为了提高发出的光的漫反射性，所述反光曲面为磨砂面。这可以使得光线 经该磨砂面反射后，投射出去的光分布更加均匀。
[0063] 在另外一些实施例中，LED模组以阵列的形式存在，如图9(a)、9(b)、图10所示，包 括灯壳、透明PCB板、三个凹面反光镜和三片LED芯片。
[0064]灯壳包括矩形框架式的盖板和矩形的壳体，三个凹面反光镜嵌在壳体的内腔中； 透明PCB板镶嵌在矩形框架式的盖板中，盖板与壳体通过螺钉连接。
[0065] LED芯片固定在透明PCB板的内表面，与透明PCB板的印刷电路连接。透明PCB板的 内表面镀有增透膜。透明PCB板的基板可以采用玻璃基板或蓝宝石基板。
[0066] 反射式LED灯安装完成后，盖板、透明PCB板与壳体之间形成一个空腔。透明PCB板 布置在凹面反光镜的光路上，透明PCB板的内表面和LED芯片的发光面朝向凹面反光镜的反 光面，LED芯片位于凹面反光镜的焦点上，凹面反光镜的反射光穿过透明PCB板向外射出。
[0067] 每个凹面反光镜对应一片LED芯片，当然，每个凹面反光镜也可以与多片LED芯片 的组合。
[0068] 透明PCB板与凹面反光镜之间的灯壳空腔中灌有透光的冷却液，形成冷却腔。冷却 液可以采用甲基硅油、苯基硅油，最好采用折射率高于1.6的透光冷却液，如含碳原子在6-12之间的环烷烃。
[0069] 如图10所示，灯壳内腔的两端分别有与冷却腔连通的进液口和出液口，进液口安 装有进液接头、出液口装有出液接头，便于与冷却栗连接，进行强制循环散热。
[0070] 为了实现冷却腔的密封，盖板与壳体之间装有密封圈。
[0071]在另一些实施例中，反射式LED灯的结构如图11 (a )，图11 (b)所示，其中还包括透 光板。透明PCB板作为凹面反光镜的盖板直接盖在凹面反光镜的顶面上，透光板与透明PCB 板平行布置，透光板与透明PCB板之间空间的周边封闭形成冷却空腔;透光板与透明PCB板 之间的空腔中灌有透光的冷却液，对LED芯片和透明PCB板进行冷却。凹面反光镜的反射光 穿过透明PCB板、透光的冷却液和透光板向外射出。
[0072]在另一些实施例中，反射式LED灯的结构如图11 (a )，图11 (b)所示，其中，透明PCB 板作为凹面反光镜的盖板直接盖在凹面反光镜的顶面，透明PCB板与凹面反光镜之间的空 腔中填充固体透明材料，利用固体透明材料如，折射率在"过渡"范围内的透明光刻胶或者 导热胶，对LED芯片和透明PCB板进行散热冷却。
[0073]在另一实施例中，所述透明基板与所述反光曲面耦接；
[0074] 所述LED模组还包括一透光外壳；
[0075]所述透光外壳与所述反光曲面耦接且形成一腔体，所述透明基板位于所述腔体 内；
[0076]其中：所述LED芯片正背面的透明基板部分不与透光外壳接触。
[0077]在该实施例中，其意味着透明基板可以不是完整的与反光曲面耦接。也就是说，例 如，透明基板的尺寸可以只是能便于设置LED芯片即可。某种情况下，为了形成具有腔体的 LED模组，那么可以包括一透光外壳，只要确保透光外壳与所述反光曲面耦接且形成一腔体 即可，此时，透明基板位于腔体内即可。特别的，LED芯片正背面的透明基板部分不与透光外 壳接触，依然能够确保将来充有过渡介质的情况下，相关介质可以接近360度的浸没LED芯 片，有利于散热；至于透明基板的其它部分是否接触透光外壳，则对散热影响不大。更优选 的，所述腔体内设置有透明的折射率过渡介质，从而能够几乎不影响光的出射。至此，无论 透明基板是否与反光曲面扣和还是只是满足耦接即可，都能使得光线经反光曲面反射后， 不再经其它反射而是沿其光路途经透明基板出射。当然，如果非要继续增加反射以达到较 差的方案，也可以，
【申请人】对这种较差方案、不放弃保护的权利，因为这种较差方案落入等 同原则下的权利要求的范围。
[0078] 在另一些实施例中，本实用新型以上反射式LED灯的制造方法，主要包括以下步 骤：
[0079] 步骤1)制备透明PCB板；
[0080] 步骤2)在透明PCB板上设置LED芯片制成LED灯板；
[0081 ]步骤3)将LED灯板扣合在凹面反光镜上方制成反射式LED灯。
[0082]在步骤3之后，可选地，在所述凹面反射镜和所述LED灯板形成的空腔内充入折射 率过渡介质。
[0083]本实用新型以上实施例利用透明PCB板制作LED灯板，LED芯片直接固装在透明 PCB板上，与透明PCB板的印刷电路连接，不需要另外制作支架，也不需要单独连接线路，结 构简单，便于制造，LED芯片散热效率高，可以广泛用于大功率、需要灯光穿透力强的航标 灯、集鱼灯、曝光灯和汽车大灯。
[0084] 在另外一些实施例中，如图12所示，多个反光曲面形成阵列，相邻的反光曲面可以 是交叠的，也可以是不交叠的。多个反光曲面可以采取一体形成的工艺一次加工成型。
[0085] 此外，对于本申请所提及的折射率，光的传输路径中所经过的各种介质，例如LED 芯片自身外表面的介质材料、上述不同的过渡介质，本申请可以进一步在这些不同介质的 折射率相互匹配的情况下，实现更好的出射效果，提高出射率。
[0086] 以上所述仅为本实用新型的较佳实例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实 用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的 保护范围之内。
【主权项】
1. 一种LED模组，包括具有印刷电路的透明基板，设置在所述透明基板并与所述印刷电 路电连接的至少一个LED芯片，与所述LED芯片对应的至少一个反光曲面，所述LED芯片发出 的光经所述反光曲面反射后在其光路上不再经其它反射而是直接途经所述透明基板出射。2. 根据权利要求1所述LED模组，其特征在于，所述透明基板与所述反光曲面直接扣合， 并形成腔体，所述腔体内设置有透明的折射率过渡介质。3. 根据权利要求2所述LED模组，其特征在于，所述折射率过渡介质为液态、固态或固液 混合状态。4. 根据权利要求2所述LED模组，其特征在于，所述LED芯片为未经封装的LED芯片或经 过封装的LED芯片。5. 根据权利要求4所述LED模组，其特征在于，所述LED芯片被所述折射率过渡介质包 围。6. 根据权利要求1所述LED模组，其特征在于，所述透明基板上具有增透减反膜;所述反 光曲面为抛物面。7. 根据权利要求1所述LED模组，其特征在于，所述透明基板，与透光板平行布置，所述 透光板与所述透明基板之间形成空间，该空间的周边被密封形成空腔;所述空腔中充有冷 却介质。8. 根据权利要求7所述LED模组，其特征在于，所述透光板与透明基板之间的空腔包括 进液口和出液口，进液口和出液口分别与所述的空腔连通。9. 根据权利要求1所述LED模组，其特征在于，所述具有印刷电路的透明基板为透明PCB 板。10. 根据权利要求1所述LED模组，其特征在于，所述反光曲面为磨砂面。11. 根据权利要求1所述LED模组，其特征在于： 所述透明基板与所述反光曲面耦接； 所述LED模组还包括一透光外壳； 所述透光外壳与所述反光曲面耦接且形成一腔体，所述透明基板位于所述腔体内； 其中:所述LED芯片正背面的透明基板部分不与透光外壳接触。12. 根据权利要求11所述LED模组，其特征在于:所述腔体内设置有透明的折射率过渡 介质。13. -种LED灯具，使用如权利要求4所述的LED模组，其特征在于，所述折射率过渡介质 为固态。
【文档编号】F21W101/02GK205619002SQ201620295278
【公开日】2016年10月5日
【申请日】2016年4月10日
【发明人】何忠亮
【申请人】何忠亮