CN103697417A

CN103697417A - 一种大功率高显色性可调光的led灯

Info

Publication number: CN103697417A
Application number: CN201410015761.4A
Authority: CN
Inventors: 李宇杰; 杭春进; 孙江燕; 王春青; 常进; 刘晓庆; 邱东阳; 汪洋
Original assignee: Harbin Institute of Technology Weihai
Current assignee: Harbin Institute of Technology; Harbin Institute of Technology Weihai
Priority date: 2014-01-14
Filing date: 2014-01-14
Publication date: 2014-04-02
Anticipated expiration: 2034-01-14
Also published as: CN103697417B

Abstract

本发明涉及一种大功率高显色性可调光LED灯，其由上端盖、出光窗口、主壳体、安装在主壳体内的若干侧壁LED模组、镀有半透半反光学薄膜并固定在主壳体中央腔体内的上棱镜台和下棱镜台、下端LED模组和下壳体组成。每一侧壁LED模组包括上、下两个LED，分别为红、绿、蓝三种单色LED中的两种。另一种单色LED安装在下端LED模组的相应位置上。红、绿、蓝三种单色LED发出的光经过上棱镜台和下棱镜台混光。各LED模组均与设有散热片的主壳体或下壳体直接固定连接，散热良好。三组独立的驱动和控制电路分别驱动和调节三种单色LED的发光强度，能根据环境灵活调节出射光中三基色的比例，适应不同场合高显色性要求。

Description

一种大功率高显色性可调光的LED灯

技术领域

本发明涉及光电技术领域，特别是一种大功率高显色性可调光的LED灯具。

背景技术

普通室内外照明及摄影、摄像、博物馆、水下等各种特殊照明场合对LED灯具的功率和显色性的要求都越来越高。

高显色性的LED灯具技术含量较高，属于高端产品，对于提高我国LED行业的国际竞争力十分重要。提高显色性，原则上需要RGB三基色的组合，目前主要的实现方法有三种：多基色荧光粉、RGB组合芯片或蓝光芯片加多色荧光粉。这些方法都是在单个LED 灯珠的封装结构内直接实现光的混合，制备出白光LED灯珠，然后再用单个或多个白光LED灯珠组合制备灯具产品。这类灯具的混光效果较为理想，但是光色质量的调节困难，难以适应照明环境的变化。例如，当陆上照明条件下空气质量发生变化，或者水下照明条件下水体成分发生变化时，灯具出射光中不同波长的光被散射和吸收的相对程度也会变化。如果灯具的光色不能随之有效调节，就将极大地影响实际的照明效果，无法满足不同环境条件下高显色性的要求。

同时，随着灯具的功率越来越大，散热问题也越来越突出。如果散热不好，温度的升高，会导致LED的光衰和光色变化，降低显色性，并大大缩短LED的寿命。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术中存在的问题，提供一种结构紧凑、散热快、大功率、可调光、能在不同照明环境下保证高显色性的LED灯。

本发明解决上述技术问题采用的技术方案是：一种大功率高显色性可调光LED灯，其设有主壳体、下壳体，所述主壳体上端固定安装有出光窗口和上端盖，主壳体下端与下壳体连接固定，下壳体底部中心孔安装固定接头，通过固定接头锁紧和固定电缆，其特征是：所述主壳体内侧壁竖向设有若干凹槽，每一凹槽竖直平面上装有一组侧壁LED模组，每组侧壁LED模组由铝基板、一只大功率红光LED及配套反光杯、一只大功率绿光LED及配套反光杯构成；主壳体中央由上至下依次固定有上棱镜台、下棱镜台、及下端LED模组；所述上棱镜台和下棱镜台的外侧表面上镀有半透半反的光学薄膜，上棱镜台上的光学薄膜反射波长大于 630 nm的光而透射波长小于600 nm的光，下棱镜台上的光学薄膜反射波长大于490 nm的光而透射波长小于450 nm的光，上棱镜台和下棱镜台的各个棱镜面均与相应棱镜台的底面呈45^o夹角；所述下端LED 模组由铝基板、中央的大功率白光LED和周围均匀排布安装的大功率蓝光LED及配套反光杯构成；所述主壳体中凹槽对应的外壁上竖向设有槽壁散热片，凹槽之间的外壁上也竖向设有槽间散热片；所述下壳体外壁也设有散热片，下壳体内为电器腔体，内置有LED驱动及控制模块；所述LED驱动及控制模块采用高精度恒流芯片，宽输入电压设计，通过脉冲宽度调制的PWM技术调光；整个驱动和控制模块分为红光LED驱动及控制电路、绿光LED驱动及控制电路、下端LED驱动及控制电路三个独立的电路，分别用来控制红光、绿光和下端LED模组中的蓝光和白光LED。

在上述大功率高显色性可调光LED灯结构中，所述主壳体内壁上设有上棱镜台和下棱镜台卡槽，所述上棱镜台和下棱镜台下底面的突角安装在主壳体相应的卡槽中，保证安装后棱镜台在主壳体内腔中不会发生旋转；所述上棱镜台和下棱镜台的各棱镜面中心点分别位于相应位置的红光LED和绿光LED的光轴上。

在上述大功率高显色性可调光LED灯结构中，所述上端盖与出光窗口、出光窗口与主壳体之间的连接处分别设有上端缓冲垫和出光窗口缓冲垫。

本发明的优点和效果：采用上述结构，本发明大功率高显色性可调光LED灯的出射光是由主壳体侧壁LED模组中的红光和绿光LED及下端LED模组中的蓝光LED的出射光经过上端棱镜台和下端棱镜台后混光，并由下端LED模组中的白光LED补光所得，各LED发出的光充分得到利用，能得到理想的混光效果，获得高显色性。红光、绿光和蓝光LED的驱动和控制电路相互独立，出射光的光色可根据需要灵活调节，使灯具适应不同的外界环境要求。

本发明又一优点是上端盖、主壳体和下壳体均采用高导热材料。主壳体的内侧壁设计有凹槽结构，凹槽对应的外侧壁及槽间的外侧壁分别设有槽壁散热片和槽间散热片。将侧壁LED模组通过导热胶安装在主壳体凹槽的竖直平面上，形成良好的散热。下端LED模组的铝基板通过金属锁紧螺钉与主壳体和下壳体连接固定，下壳体外壁也设有散热片，下端LED模组工作时产生的热量经主壳体和下壳体向外散发，同样具有很好的散热。

本发明再一优点是红光和绿光LED安装在主壳体的侧壁，使灯具结构紧凑，有效减小了灯具的整体体积，在相同的灯具直径下，可以容纳更多的LED，同时充分利用主壳体和下壳体进行散热，能保证光色的稳定，并延长灯具的使用寿命。整个灯具安装方便，结构合理，可维修性能良好。

附图说明

附图1 为本发明的其一实施例的立体分解示意图。

附图2 为图1之结构装配后的整体剖视结构示意图。

附图3为图1之侧壁LED模组的主视示意图。

附图4为图1之下端LED模组的主视示意图。

图中标号是：1 .锁紧螺钉；2 . 上端盖；3 .上端盖缓冲垫；4.出光窗口；5 .出光窗口缓冲垫；6.上棱镜台；7.下棱镜台；8 .侧壁LED模组；81.大功率红光LED；82 .配套反光杯；83.大功率绿光LED；84.配套反光杯；85. 铝基板；9 .主壳体；90.凹槽；91.槽壁散热片；92.槽间散热片；93.卡槽；10.下端LED模组；101.大功率蓝光LED；102.大功率白光LED；103.配套反光杯；104.铝基板；105. 穿引导线用通孔；106. 安装通孔；11. LED驱动及控制模块；111.红光LED驱动及控制电路；112.绿光LED驱动及控制电路；113 .下端LED驱动及控制电路；12.下壳体；121.下壳体散热片；13.固定接头；14.锁紧螺钉；15. 电缆。

具体实施方式

参见附图1-附图4所示，系为本发明较佳实施例示意图。本发明一种大功率高显色性可调光LED灯，其设有主壳体9、下壳体12，所述主壳体9上端固定安装有出光窗口4和上端盖2，主壳体9下端与下壳体12连接固定，下壳体12底部中心出线孔安装固定接头13，通过固定接头锁紧和固定电缆15。具体是：在灯体中，主壳体9上端通过若干锁紧螺钉1与上端盖2连接，出光窗口4夹在主壳体9与上端盖2之间固定，上端盖2与出光窗口4之间及出光窗口4与主壳体9之间分别设有上端盖缓冲垫3和出光窗口缓冲垫5。所述主壳体9内侧壁竖向设有若干凹槽90，每一凹槽竖直平面上装有一组侧壁LED模组8，每组侧壁LED模组8由铝基板85、一只大功率红光LED81及配套反光杯82、一只大功率绿光LED83及配套反光杯84构成。主壳体9每一处凹槽90结构的内壁为竖直的平面，通过导热胶固定一侧壁LED模组8。主壳体9中央由上至下依次固定有上棱镜台6、下棱镜台7、及下端LED模组10。若干呈放射状均匀分布的大功率蓝光LED101和位于中心位置的一大功率白光LED102及配套反光杯103固定在铝基板104上构成下端LED模组10。铝基板104上设有若干安装锁紧螺钉14用的通孔106和若干穿引导线用的通孔105。下壳体12通过若干金属锁紧螺钉14与铝基板104和主壳体9连接固定。上棱镜台6和下棱镜台7夹在反光杯103和出光窗口4之间固定。下壳体12的腔体内置有LED驱动及控制模块11。LED驱动及控制模块11采用高精度恒流芯片，宽输入电压设计，通过脉冲宽度调制的PWM技术调光。整个驱动和控制模块分为红光LED驱动及控制电路111，绿光LED驱动及控制电路112和下端LED驱动及控制电路113。下端LED驱动及控制电路113同时驱动和控制蓝光LED101和白光LED102。驱动和控制电路111、112和113相互独立，可以独立调节红光、绿光和蓝光LED的发光强度，使混光以后得到的出射光具有高的显色性且光色可调。LED驱动及控制模块11的具体组成结构属于现有技术，不再赘述。

如图1、图2所示，本发明中的光源由多组侧壁LED模组8和下端LED模组10构成，包含若干大功率LED。侧壁LED模组8通过导热胶直接安装在主壳体9内壁凹槽结构的竖直平面上，大大减小了灯具的整体直径和体积。使用时，侧壁LED模组8发出的热量可以直接通过主壳体9散发出去。下端LED模组10通过若干金属锁紧螺钉14与主壳体9及下壳体12紧密接触，接触面上施加导热脂，接触面和金属锁紧螺钉14形成的散热通道，能使下端LED 模组10发出的热量通过主壳体9和下壳体12散发出去。主壳体9外壁设有槽壁散热片91和槽间散热片92，下壳体12外壁也设有散热片121，保证良好的散热，有效降低结温，延长大功率LED的使用寿命。

参见附图1-附图4所示，所述主壳体9内壁上设有上棱镜台6和下棱镜台7卡槽93，所述上棱镜台6和下棱镜台7下底面的突角安装在主壳体相应的卡槽93中，保证安装后棱镜台在主壳体内腔中不会发生旋转。上棱镜台6的外表面除上下底面外，均镀有半透半反的光学薄膜，使其能够反射波长大于630nm的光而透射波长小于600nm的光。上棱镜台6的各棱镜面中心点分别位于相应位置的红光LED81的光轴上。下棱镜台7的外表面除上下底面外，均镀有半透半反的光学薄膜，使其能够反射波长大于490nm的光而透射波长小于450nm的光。下棱镜台7的各棱镜面中心点分别位于相应位置的绿光LED83的光轴上。下端LED模组10中的蓝光LED101发出的光透过上棱镜台6和下棱镜台7直接出射；侧壁LED模组8中绿光LED83发出的光被下棱镜台7向上反射，并透过上棱镜台6出射；红光LED81发出的光被上棱镜台6直接向上反射，并与绿光LED83和蓝光LED101的出射光混合，形成具有高显色性的出射光。白光LED102发出的光则直接通过上棱镜台6和下棱镜台7上下底面间没有镀半透半反膜的位置直接出射，避免在灯具出射光的中心位置出现暗斑，起到补光作用。本发明的混光方式混光效果理想，各LED模块发出的光利用率高。驱动和调节电路11能独立控制红光、绿光和蓝光LED的发光强度，避免由于红、绿、蓝三种LED光衰的不同而使混合后的光不稳定的问题，同时能灵活改变混光后出射光的光色，适应照明环境的变化和不同情况下的照明要求。

参见附图1-附图4所示，大功率红光、绿光和蓝光LED的位置可以进行互换。相应地，上棱镜台6及下棱镜台7外表面所镀的光学薄膜所允许透射和反射的光的波长范围需与相应位置上LED的光色配合。但是由于红、绿、蓝三种LED的光衰和发光效率不同，在本实施例中，大功率红光LED81和大功率绿光LED83由上至下依次固定在铝基板85上与配套反光杯82和84一起组成侧壁LED模组8，大功率蓝光LED101和大功率白光LED102及配套反光杯103固定在铝基板104上构成下端LED模组10，可以最大限度地减少红光LED81发出的光在光路中的衰减，同时保证绿光LED83发出的光也得到充分的利用，能有效提高灯具的效率，平衡红、绿、蓝三种LED所需的驱动电流，合理分配和利用能源，是较佳的实施方式。

这里需要说明的是，主壳体9壁面上可以有六个、八个或更多的凹槽结构。相应地，上棱镜台6和下棱镜台7需为六棱台、八棱台等，下端LED模组中的大功率蓝光LED101也应为六个、八个或更多。同时，上述各组LED模块还可搭配使用各种配套透镜，以改变出射光的光束角。

本发明的结构简单，科学合理，散热好，装配容易。以附图1-附图4所示，仅为本发明较佳的实施方式，并非以此限定本发明的使用范围，故凡在本发明原理上做等效改变均应包含在本发明的保护范围内。

Claims

1.一种大功率高显色性可调光LED灯，其设有主壳体、下壳体，所述主壳体上端固定安装有出光窗口和上端盖，主壳体下端与下壳体连接固定，下壳体底部中心孔安装固定接头，通过固定接头锁紧和固定电缆，其特征是：所述主壳体内侧壁竖向设有若干凹槽，每一凹槽竖直平面上装有一组侧壁LED模组，每组侧壁LED模组由铝基板、一只大功率红光LED及配套反光杯、一只大功率绿光LED及配套反光杯构成；主壳体中央由上至下依次固定有上棱镜台、下棱镜台、及下端LED模组；所述上棱镜台和下棱镜台的外侧表面上镀有半透半反的光学薄膜，上棱镜台上的光学薄膜反射波长大于 630 nm的光而透射波长小于600 nm的光，下棱镜台上的光学薄膜反射波长大于490 nm的光而透射波长小于450 nm的光，上棱镜台和下棱镜台的各个棱镜面均与相应棱镜台的底面呈45^o夹角；所述下端LED 模组由铝基板、中央的大功率白光LED和周围均匀排布安装的大功率蓝光LED及配套反光杯构成；所述主壳体中凹槽对应的外壁上竖向设有槽壁散热片，凹槽之间的外壁上也竖向设有槽间散热片；所述下壳体内为电器腔体，内置有LED驱动及控制模块；所述LED驱动及控制模块采用高精度恒流芯片，宽输入电压设计，通过脉冲宽度调制的PWM技术调光；整个驱动和控制模块分为红光LED驱动及控制电路、绿光LED驱动及控制电路、下端LED驱动及控制电路三个独立的电路，分别用来控制红光、绿光和下端LED模组中的蓝光和白光LED。

2.根据权利要求1所述的大功率高显色性可调光LED灯，其特征是：所述主壳体内壁上设有上棱镜台和下棱镜台卡槽，所述上棱镜台和下棱镜台下底面的突角安装在主壳体相应的卡槽中；所述上棱镜台和下棱镜台的各棱镜面中心点分别位于相应位置的红光LED和绿光LED的光轴上。

3.根据权利要求1所述的大功率高显色性可调光LED灯，其特征是：所述上端盖与出光窗口、出光窗口与主壳体之间的连接处分别设有上端缓冲垫和出光窗口缓冲垫。

4.根据权利要求1所述的大功率高显色性可调光LED灯，其特征是：所述下壳体外壁也设有散热片。