CN101907231A

CN101907231A - 一种紧凑型led灯及制造方法

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Publication number: CN101907231A
Application number: CN2009101077851A
Authority: CN
Inventors: 付刚
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2009-06-03
Filing date: 2009-06-03
Publication date: 2010-12-08

Abstract

一种紧凑型LED灯及其制造方法，包括LED器件、电路基板、恒流电路、散热片及外壳、电源板和灯头组成，LED器件、恒流电路安装在电路基板上，再与散热片、装配组合成为独立的周边发光的侧发光单元，多个单元层叠使用，导光板与散热片相间隔，各发光单元的输入端与置于外壳内的电源板连接，外界电源经过灯头连接到电源板，转换为合适的低电压，再驱动发光单元发光，光线自导光板的侧面边缘发出，可向圆周方向辐射照明。本发明具有结构紧凑、散热好、寿命长、成本低、体积小、光学效果好、容易扩展、安全性性好、更加节能的特点，可以与常见的标准型灯具相兼容，可直接替代白炽灯和节能灯使用。

Description

一种紧凑型LED灯及制造方法

技术领域

本发明涉及一种用于照明的照明用的紧凑式LED灯，特别是一种采用发光二极管(LED)作为光源，可对其周围的空间提供有效照明的LED灯的具体结构及制造方法。该种LED灯具有结构简单紧凑、光学效果好、扩展性强、亮度高、光线均匀、转换效率高、散热性能优良、防护等级高、安全可靠、安装方便、使用寿命长等特点，适合替代白炽灯、节能灯单独使用，或作为吊灯、落地灯、台灯、路灯、庭院灯、草坪灯等灯具、灯饰作为光源，可以达到与传统白炽灯、紧凑式荧光灯相同或更好的照明效果，而节能效果更好，使用寿命更长。

背景技术

由于LED的单向发光的器件，现有的发光二极管(LED)大功率照明产品，受散热结构的限制，一般是分布在一个平面上，无法象普通的白炽灯泡和节能灯一样向空间均匀的发射光线，其应用范围有限。

也有采用将LED做圆周环形分布的产品，以期达到向空间发射光线的目的，为达到电气防护和美观的目的，需要采用一个外壳，这又使LED器件难以有效散热，不能制成大功率高亮度的产品，也影响了产品的使用寿命。此类产品也存在结构尺寸大，难以与现有的灯具兼容，散热结构使用的金属材料多、电路板面积大、结构复杂、制造成本高、难以扩展的缺点。

由本案同一申请人提出的中国国家知识产权局专利号为200410027387.6的专利提出了一种发光二极管灯的原理，采用导光板组装成为侧发光LED发光单元，在空间进行层叠排列，可形成形状、大小与传统光源类似、任意功率的在实现空间照明的LED灯，使用多个侧发光单元，可以方便的组合出尺寸小、功率大、亮度高的LED空间照明光源。但上述专利未给出具体的形成紧凑型LED灯的可实施方案，尤其未给出是具体的机械联接结构、电源驱动、LED器件热管理、制造工艺方法等。

发明内容

本发明解决的问题在于提供了一种具体的可实现LED空间照明的紧凑型LED灯的具体的可实施的技术方案和制造方法，一种紧凑型LED灯，包括灯头、电源板、绝缘壳体、LED组、有中心孔的圆形电路基板、线性恒流电路、绝缘连接导线、盘状有中心孔和在中心孔边缘有入射面的导光板、盘形金属散热片，其特征在于：LED成组使用，沿圆形电路板的圆周排列安装，其电路连接关系为串联，其发光面与导光板内侧入射面精确对应，其光线经入射面进入导光板并从导光板的外侧边缘射出，盘形金属散热片的中心部分与圆形电路基板的元件面的相对面紧密接触，其圆周尺寸小于导光板的圆周尺寸，并与导光板保持间隙，线性恒流电路器件与LED器件安装在同一块电路基板上，其安装位置在LED器件和内孔之间，连接导线焊接在电路板上，电路板上除LED发光面的元件和电路接点采用密封材料覆盖密封，成为发光单元组，若干个相同的单元组按相同的方向层叠固定安装在一起，导光板与散热片相互间隔，绝缘导线自电路基板和导光板的中心孔穿过，并连接到稳压电源板输出端，电源板安装在绝缘外壳内，灯头安装在绝缘外壳的一端，灯头与电源板输入端采用导线相连接，绝缘外壳与发光单元组联结固定在一起，各单元可独立发光，独立散热，发光单元的数量可以为任意个。

本发明的工作原理为：外界交流电源经过灯头连接灯头和电源板的导线传输到电源板，经电源板降压、整流、滤波，转换为适合驱动LED发光单元的电源，如可以为一个符合安全要求的隔离的稳定的直流低电压电源，此电源经过导线与驱动电路和发光单元连接，通过发光单元内部的线性恒流控制电路，形成一个恒定的驱动电流，并通过串联的发光二极管(LED)，使LED发光，光线进入导光板，在导光板的两个表面之间以全反射的方式进行传播，自导光板的外缘部分以散射方式射出；LED工作时产生的热量通过LED引脚、散热面传导到焊盘或金属基电路板的散热基材上，再传导到盘形散热片上，散热片通过其与空气接触的两个表面及圆周边缘将热量散发到空气中，从而实现散热。

在本发明中，导光板的作用在于对光线的传导作用外，还可以形成LED灯的外部轮廓；散热片的外径小于导光板的外径尺寸，使人体接触不到散热片，可以提高产品的实际的防护等级，避免因人体可以接触到金属散热片而发生意外的电击及由于散热片边缘可能存在的毛刺和尖角对人体可能产生的机械损伤。导光板可采用注塑成型的方法制造，其材料为透明材料。

LED器件可以使用焊盘与发光面垂直的侧发光型器件，对应于与导光板平面垂直的光输入端，也可以采用焊盘与发光面平行的正面发光型器件，对应一个与导光板平面呈一定反射斜角的光学输入端实现光输入。LED器件还可以采用正面发光的插件型器件埋入导光板，弯曲引脚安装在电路板上。

散热片可以采用一个圆心处有凸台的盘状金属结构，也可以采用平板型结构直接配合电路板；电路板可以采用普通的单面和双面板，通过金属焊盘、金属过孔与散热片传热，也可以采用一个金属基材的专用电路板，LED通过焊盘和散热面将热量传到金属基材，金属基材与散热片传热。

在散热片的中心，具有一个中心孔及翻边和定位结构，与电路板的中心孔和导光板的中心孔一起，形成一个LED发光单元与电源板的连接导线的通道，也可以使紧固件(如螺杆和螺柱)贯穿所有的发光单元，使发光单元组与壳体的联结结构形成一个整体。翻边结构可以形成散热片、电路板和导光板的定位和固定连接结构，使单元成为一个稳固的整体。

散热片的表面可以为光滑，也可以为磨砂等形式的粗糙表面，或在表面加工成花纹，以增大实际的散热表面，改善散热效果。

灯头的作用在于提供一个与灯座配合，形成与外界电源的电气连接关系，可以采用符合通用标准的型式，采用螺旋、卡口、插脚式等型式，如E27、E17、E14、E24、B22、GU10、MR16等，也可以采用非标准的型式。

绝缘壳体可以是一个具有连续的曲线面的空间壳体，材料采用树脂类材料，可由注塑等方式形成，其一端与灯头连接，另一端通过一个连接结构与发光单元组排列在最上端的发光单元的散热片相连接，壳体的内部空间放置有电源板，电源板的电源输入端与灯头连接，输出端与各发光单元的输入端相连接，壳体内部的可以加工有卡扣结构，电源板通过卡扣结构及粘接等方式固定在壳体内部。

电源板的作用在于可以将来自灯头的电网输入电压转换为一个直流的低电压，可以采用变压器降压、电容降压、采用脉宽调制技术(PWM)的开关电源、谐振式电源技术等类型的电源转换模式，配合整流、滤波、保护等电路，使电源板输出一个符合发光单元电压特性的电压。电源板上可以安装所述类型的电源一组，也可以同时采用一组以上，可以并联后驱动所有的单元组，也可以分别驱动不同的单元组，也可以形成冗余的备用或轮换式工作的模式。

在本发明中，最末端的发光单元组的导光板可以在整个有效的表面上制作光线的反光扩散结构，以改善灯的光学特性，使与发光单元平面垂直的下方的象限空间也有足够的光线辐射。为加强这种辐射，可在各发光单元的大于散热片的平面范围内制作光线的反射扩散结构，这种结构可以为点状结构，可以由导光板注塑加工过程中直接形成，也可以通过腐蚀、光刻、热加工等工艺形成，为达到良好的使用效果，可以制作在其中的一个表面，如位于上部的表面，或同时制作的两个表面。

最末端的发光单元也可以直接采用一个如中国国家知识产权局专利号为ZL200520142924.1的正向发光的单元以形成对下部空间的光辐射。正向发光单元的LED的发光面朝向电路板平面垂直。正向发光单元可以采用多个小功率的LED形成，也可以由一颗大功率的LED形成。

正向发光单元的表面可以是平面和局部球面，或与一个平面或局部球面形的透光外壳的配合，以改善光学特性，消除眩光，透光外壳可以是透明光滑、透明有花纹及半透明。

发光单元可以依次彼此联接，也可以采用一个贯穿所有发光单元的紧固联接件联接为一体。

附图说明

以下以图示对本发明进行进一步的说明。

图1紧凑型LED灯的基本结构示意图。

图2-1为LED采用侧发光器件构成侧发光单元的结构剖面示意图。

图2-2为图2-1发光单元A-A向视图的示意图。

图2-3为LED采用正发光器件构成侧发光单元的结构示意图。

图3-1为末端发光单元为正向发光单元的示意图。

图3-2为正向发光单元结构示意图。

图4-1为采用联接和紧固结构的示意图。

图4-2为导电和紧固复合结构截面示意图。

图5为发光单元一种固定结构示意图。

图6为利用散热片的结构固定的示意图

具体实施方式

图1为本发明的紧凑型LED灯的基本结构的示意图。

图中101为灯头，102为绝缘外壳，103为电源板，104为散热片，105为导光板，106为电路基板，107为LED器件，108为绝缘导线，109为正向发光单元，110为扩散罩。

本实施例中，灯头101与绝缘外壳102相联接固定，电源板103安装在绝缘外壳102内部。LED器件107焊接安装在电路基板106上，其发光面与导光板105的内孔端面的入射面精确对应，散热片104与电路基板106紧密接触，恒流电路也安装在电路基板106上，电路基板106上的电气接点通过绝缘导线108联接到电源板103的输出端。

市电的交流高压电源经过灯座的电气接点与灯头101电气联结，并经过导线连接到电源板103，经电源板103降压、整流处理后转换为可驱动LED发光单元的安全的低压直流电源，再通过导线连接到电路基板的输入端，经线性恒流电路限定电流，使LED发光，光线进入导光板105，通过直射、全反射传到导光板的外缘输出端向外辐射。

LED107工作时产生的热量，通过热输出面、引脚传导到电路基板的焊盘或金属基材，再传到到散热片104，与空气进行热交换达到散热的目的。本发明LED分散排列可大大减低热量的集中度，可使LED的温升保持在较低的水平，可以使散热片104的尺寸较小。

散热片与导光板之间保持间隙，散热片的两个表面均可与空气接触，实现有效散热，多个单元按相同的方向层叠使用，形成散热片与导光板相互间隔的结构，电路露点、间隙均采用密封材料加以密封，其输入端并联连接到电源板103，多单元同时工作，就形成了高亮度的LED灯。

图2-1为采用侧向发光LED组成的侧发光单元的细部结构图。其中201为金属散热片，202为金属基材的电路板，如铝基电路板。203为恒流电路器件，204为侧发光LED组，205为导光板，206为导线。LED204呈环形排列安装在圆形电路基板202上，恒流电路203安装在LED组和电路板内孔之间的电路板空间上。LED组204的发光面与电路板202平面垂直，与位于导光板内孔表面的与导光板平面垂直的入射端精确对应，工作时发出的光线直接进入导光板205，自导光板的外缘射出，恒流器件203、LED组204工作时产生的热量通过焊盘传导到电路板202上，经过其金属基材传导到金属散热片201上。电路板上安装的元件，及电路接点均采用密封材料覆盖。散热片201、电路板202可以采用一个传过其内孔的联接结构联接在一起，所述的联接结构可以为一个金属的管状结构，对端面翻边形成固定结构，也可以采用螺纹联接结构固定，还可以采用一个空心的树脂结构联接件，通过热压加工形成固定结构。

图2-2为图2-1所示的侧向发光单元自A-A向的视图。其中导光板205为透明件。

图2-3为采用正向发光的LED形成侧发光单元的示意图。其中207为散热片，图中表示出了散热片的中心孔部形成了与散热片平面形成的筒状突起的结构，此结构可采用冲压、拉伸等工艺方法形成，208为正向发光的LED，209为铝基电路板，210为导光板，211为恒流器件，212为反射面，213为密封材料结构。导光板210内具有一个斜面反光面212，环形排列的LED器件208发出的光线经入射面进入导光板210后，再经反光面212反射，按图中示意的折线和箭头方向进入导光板，在导光板210内向边缘传播，自边缘的导出面射出。斜面反射面212的作用在于是LED发出的光线改变传播方向，进入导光板210传播。此反光面可以是光滑表面，也可以为是有反光镀层、贴膜的复合表面，可以与导光板同时采用注塑的方法一次成型，也可以单独加工而成。

图2-3中还表示出了发光单元的密封结构，213为采用密封材料所形成的密封层。LED208与恒流器件211安装在电路板的同一表面上，电路板209与导光板210装配在一起，散热片207的中央部位的筒状结构自电路板的中心孔穿过，并与之紧密配合；在散热片中央筒状结构与导光板的反光斜面212的空间部位采用液态密封材料将恒流器件211及其它安装于电路板上的元件及电路接点完全覆盖，在密封材料固化后，就形成了密封层213，密封层还有对单元整体结构的固定作用。还可以进一步采用将散热片中央的筒状结构端面向外翻边的方法对整个单元结构进行进一步的固定。在电路板209的外缘部位、散热片207、导光板210之间的间隙也可以采用密封材料用上述相同的方法进行密封，密封材料可以采用透明的材料。电路的引线可以通过在散热片的筒状结构上开通孔、开口槽的方法引出。

所述的散热片结构、在散热片、电路板、发光单元之间的密封结构同样适用于采用侧发光LED的发光单元的实施例。

图2-3还表示出了在导光板的外边缘附近平面具有散射结构的示意图。在图的左侧表示出了光线在导光板内部传播的路径示意，在图的右侧箭头表示出了光线向导光板外发射的路径。图中214为制作在导光板210位于外边缘附近的散射层的示意图，其分布位置在导光板210大于散热片207的外径部分的一个平面上，其结构为向内的独立的凹点和槽。在导光板210内传播的光线经散射层214散射，部分光线可以向导光板平面垂直的方向传播，向导光板外发射，达到照亮下方的目的。当多个单元层叠使用时，光线可以穿透其他导光板的边缘透明部分向下传播。所述的散热层214还可以同时对自自导光板210的边缘导出的光线起扩散的作用。该结构也同样适用于采用侧发光LED的发光单元的导光板。

图3-1表示出了在所述LED灯的下部采用一个正向发光单元的示意图。图中301及以上的发光单元为侧向发光单元，302为正向发光单元，其光线发出的方向沿中心轴线向下方传播，可对下方的区域进行照明。

图3-1中的正向发光单元可以与侧向发光单元配合直接使用，也可以配合一个透光外壳303对光线进行扩散以消除眩光，改善光学效果，其特征在于正向发光单元的可以是平面和局部球面，以及平面与局部球面形透光外壳的组成，透光外壳可以是透明光滑、透明有花纹及半透明。透光外壳可以安装在所述正向发光单元的金属外壳上，单元的背部外露，可以用来散热，也可以安装在一个外露的独立散热片上，外壳与散热片联接，利用散热片散热。此正向发光单元可以采用与侧向发光单元相同的结构，采用一组中小功率的LED来制作，也可以采用与所述的侧发光单元不同的一个或多个大功率正向发光的LED器件来制作。

图3-2为一种正向发光单元的结构示意图，包括铝基电路板304、金属外壳306、线性恒流器件307、正向发光器件308，307为密封材料。恒流器件307、LED308安装在铝基电路板304上，LED和线性恒流电路可以采用一组，也可以同时采用多组，组件再置于金属外壳306中，电路板304的金属基材与金属外壳306的底部保持面接触，电路板表面的电路接点及除LED发光面的其他部分采用密封材料305覆盖。图中箭头部分为光线发射和传播的方向。正向发光单元整体具有一个中心孔，输入导线自中心孔连接到电源板，可以采用与所述的侧向发光单元相同的联接和固定方法进行整体结构的装配。。LED表面还可以配合一个光学部件实现对光线的扩散。图中309为一个导光扩散面板，310为导光扩散面板上的与LED相对应的锥体反光扩散结构。LED308发出的光线经310内斜面反射，部分进入导光扩散面板309内部，在309内表面可以通过加工的反光层反射，达到提高输出均匀性的目的。

图4-1为所述LED灯的安装联接结构的示意图，其中401为绝缘外壳上盖，402为外壳下盖，406为螺母，403为侧向发光单元，404为联接紧固件，405为正向发光单元。联接紧固件404自正向发光单元405及侧向发光单元组403的中心孔传过，通过螺纹联接406与外壳下盖402紧固安装在一起，是所有发光单元与外壳下盖402牢固联接为一体，连接发光单元和电源板的导线可以自联接紧固件与发光单元的内孔的间隙为路径，自外壳下盖402的工艺孔与电源板相联接，也可以利用内设导电结构的联接紧固件内部导电结构与电源板相联接。联接件404可以为金属结构，也可以为非金属结构，及可以起联接、定位、导电功能的复合结构。外壳下盖402采用螺旋结构、卡扣结构与外壳上盖401扣紧联接，也可以采用或兼用粘接的方法固定联接为一体，外壳上盖401采用绝缘材料制造，外壳下盖402可采用绝缘材料也可采用有助于散热的金属材料制造。

图4-2为一种内设导电结构的复合联接件的一种实施例的结构的截面示意图。图中407为联接结构的基材部分，可由金属材料拉伸、树脂材料挤出、注塑等方式形成，在其端面附近可以加工出外螺纹与联接结构配合，沿基材的延长方向有槽状结构，槽内敷设有导电结构408，可由普通的敷铜板加工后安装形成，409为绝缘导线，其一端焊接到导电结构408的导电层上，另一端焊接到发光单元的电路板的输入端。410为发光单元的散热片及其中间的筒状结构，可以与联接件407紧密配合。复合联接件的上端可以螺纹联接与外壳下盖402紧密联接为一体，其安装顺序可以是依此安装最下端的发光单元，焊接连接发光单元与导电结构408的导线，再按同样的顺序安装上部的其他单元，最后紧固外壳下盖402与联接结构的螺母，使发光单元和外壳下盖402成为固定的一体，再焊接联接电源板联接导电结构408的端面电气接点的导线，形成电源回路。也可以采用与电路基板联接的弹性导电片与所述的复合联接件导电结构接触的方式构成电源回路。

图5为采用热塑性材料对发光单元进行固定的结构示意图。图中501为散热片，502为电路板，503为导光板，504为紧固构件，紧固构件504为空心的可热塑变形的部件，其一端有台肩，先使无台肩的一端穿过散热片501、电路板502、导光板503的中心孔，再采用热压的方法是无台肩端扩大成型，形成图示的紧固的结构。还可以设置一对弹性导电接触片，可以与图4-2的结构配合，进一步简化结构、改善工艺、提高生产效率。

图6为直接利用与散热片的结构实现紧固成型的单元截面示意图。图中601为导光板，602为LED器件，603为散热片，604与散热片的翻边结构，605为电路板。散热片603中央的筒状结构穿过电路板605及电路板上的绝缘垫片606，再采用机械物理方法将筒状结构的边缘向外翻边，使发光单元联接固定为一体。绝缘垫片还可以扩大尺寸使之覆盖导光板601的一部分及LED器件602，而形成密封可靠的结构。

Claims

1.一种紧凑型LED灯，包括灯头、电源板、绝缘壳体、LED组、有中心孔的圆形电路基板、线性恒流电路、绝缘连接导线、盘状有中心孔和在中心孔边缘有入射面的导光板、盘状金属散热片，其特征在于：LED成组使用，沿圆形电路板的圆周边缘排列安装在电路基板上，其电路连接关系为串联，其发光面与导光板内的入射面精确对应，其光线经入射面进入导光板并从导光板的外侧边缘射出，圆形金属散热片的中心部分平面与圆形电路基板的元件面的相对面紧密接触，其圆周尺寸小于导光板的圆周尺寸，并与导光板保持间隙，线形恒流电路与LED器件安装在同一块电路基板的同一个表面上，其安装位置在LED器件和内孔之间，连接导线焊接在电路板接点上，电路板上除LED发光面的元件和电路接点采用密封材料覆盖密封，圆形电路基板在中间位置，两表面分别与盘状散热片、圆形导光板紧密配合，并采用联接结构固定为一体，成为发光单元组，若干个相同的单元组按相同的方向层叠安装在一起，导光板与散热片相互间隔，绝缘连接导线由发光单元组的中心孔穿过，连接到稳压电源板输出端，电源板安装在绝缘外壳内，灯头安装在绝缘外壳的一端，灯头与电源板输入端采用导线相连接，绝缘外壳与发光单元组联结固定在一起，发光单元沿轴向层叠排列，数量可以为任意个，发光单元电源输入端可任意个并联。

2.根据权利要求1所述的紧凑型LED灯，其特征还在于绝缘外壳与发光单元组的散热片一侧相联接固定在一起。

3.根据权利要求2所述的紧凑型LED灯，其特征还在于金属散热片表面可以为光滑也可以为粗糙表面，可以为一层，也可以为一层以上的叠合结构。

4.根据权利要求3所述的紧凑型LED灯，其特征还在于末端的LED发光单元外圆尺寸可以小于其他发光单元的导光板尺寸。

5.根据权利要求3所述的紧凑型LED灯，其特征还在于末端处的发光单元可以是一个正向发光的发光单元，可以由一颗功率大的LED器件构成，也可以由成组使用的小功率的LED器件构成。

6.根据权利要求5所述的紧凑型LED灯，其特征还在于正向发光单元的发光表面可以是直接暴露平面和局部球面，也可以与一个局部球面形的独立透光外壳配合，透光外壳可以是透明光滑、透明有花纹及半透明。

7.根据权利要求4所述的紧凑型LED灯，其特征还在于在导光板的外圆周的尺寸超过散热片的部分平面上可以制作有光线散射结构。

8.根据权利要求4所述的紧凑型LED灯，其特征还在于最末端的发光单元可以在其导光板的整个表面的一个平面上制作有光线散射结构。

9.根据权利要求4、5、6、7、8所述的紧凑型LED灯，其特征还在于电源板的降压方式可以为变压器、电容、及高频开关电路，可以为一组，也可以为一组以上。

10.根据权利要求9所述的紧凑型LED灯，其特征在于发光单元可以依次彼此联接，也可以采用一个贯穿所有发光单元的紧固联接件联接为一体。