CN102537727A - 方便安全led灯及其制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种方便安全LED灯及其制作方法，该方便安全LED灯包括灯体，所述灯体包括：一个圆柱套筒，圆柱套筒的一端安装有LED光源，另一端设有第一插槽和第二插槽；安装部，所述安装部包括安装体，所述安装体上固定有第一金属弹片和第二金属弹片；所述第一金属弹片与第一插槽插接连接，所述第二金属弹片与第二插槽插接连接；LED光源的正极与第一金属弹片焊接连接，负极与一限流电阻焊接连接后再与第二金属弹片焊接。本发明的生产工艺简单，制作的方便安全LED灯功耗低、体积小、重量轻，更换快捷使用方便安全，适于大批量生产。适用于军事电子装备领域用作红色电压指示灯，也可适用于民用领域。
Description
技术领域
本发明涉及LED技术领域，具体地说，设计一种方便安全LED灯及其制作方法。
背景技术
LED即发光二极管的用途越来越广，发光二极管已渗透到生活空间的每一个角落，但现有的LED产品存在着功耗大、难以快速更换等需要解决的问题，现有的型号已经不能满足军事电子装备和各领域的民用系统中，部分民品和军品急需功耗低、体积小、重量轻、更换快捷、使用方便安全的方便安全LED灯。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：提供一种功耗低、体积小、重量轻，更换快捷、使用方便适合大批量生产的方便安全LED灯及其制作方法。
为解决上述关于方便安全LED灯的技术问题，本发明的技术方案是：方便安全LED灯，包括灯体，所述灯体包括：一个圆柱套筒，所述圆柱套筒的一端安装有LED光源，所述圆柱套筒的另一端设有第一插槽和第二插槽；安装部，所述安装部包括安装体，所述安装体上固定有第一金属弹片和第二金属弹片；所述第一金属弹片与所述第一插槽插接连接，所述第二金属弹片与所述第二插槽插接连接；所述LED光源的正极与所述第一金属弹片焊接连接，所述LED光源的负极与一限流电阻的一端焊接连接，所述限流电阻的另一端与所述第二金属弹片焊接连接。
作为优选，所述LED光源的芯片发光层为GaAsP发光层、波长为655nm～665nm。
作为优选，所述LED光源的芯片为两个并联的芯片。
作为优选，所述圆柱套筒的内部直径为5mm，所述LED光源为5mm的直插LAMP。
作为优选，所述LED光源的封装胶体为掺有着色剂和散射剂的环氧树脂。
作为优选，所述环氧树脂为400A/400B环氧树脂，所述着色剂为红色着色剂，其重量比为400A∶400B∶着色剂∶散射剂＝100∶100∶1～3∶2～10。
作为优选，所述限流电阻为金属膜限流电阻。
作为优选，所述第一金属弹片和第二金属弹片均为镀锌件。
为解决上述关于方便安全LED灯的制作方法技术问题，本发明的技术方案是：所述制作方法包括以下步骤：制备LED光源；将制备的LED光源安装在圆柱套筒的一端；将液态ABS工程塑料注入模具中，并将所述第一金属弹片和第二金属弹片的一端插入浇铸的液态ABS工程塑料中，凝固后制得安装部；将所述第一金属弹片的另一端与圆柱套筒的第一插槽插接连接，将所述第二金属弹片的另一端与圆柱套筒的第二插槽插接连接；将所述LED光源的正极与所述第一金属弹片焊接连接，将所述LED光源的负极与限流电阻的一端焊接连接后，再将所述限流电阻的另一端与所述第二金属弹片焊接连接，即制得方便安全LED灯。
作为优选，所述制备LED光源的步骤包括：选取芯片，所选芯片的发光层材料为GaAsP、波长为655nm～665nm；烧结，在LED支架上点上银胶，每个反射杯里固上两个芯片，在150±2℃温度下固化1～1.5小时；键合，在烧结后的芯片的正负极上分别焊上金丝；封装，将环氧树脂400A、400B、和着色剂、散射剂按重量比100∶100∶1～3∶2～10的比例进行配制，之后抽真空30～40分钟，制得封装胶，将封装胶注到LED成型模腔内，将焊完金丝的所述LED支架插到注完胶的所述LED成型模腔，在150±2℃温度下固化1～1.5小时，所述LED光源即封装完毕。
由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：本发明的方便安全LED灯在制作时，按尺寸要求制作出圆柱套筒，用ABS工程塑料浇铸出带有第一金属弹片和第二金属弹片的安装部，将两个金属弹片分别与圆柱套筒上的插槽插接；根据选取的芯片，采用两个芯片并联的方式，然后进行烧结、键合及用掺有着色剂和散射剂的环氧树脂进行封装，制得LED光源；将LED光源安装在圆柱套筒的一端，将LED光源的正极与第一金属弹片进行焊接，将LED光源的负极与限流电阻焊接后，再将限流电阻与第二金属弹片进行焊接，即制作出方便安全LED灯。使用时，通过方便安全LED灯的安装部即可方便地将其安装到所需要的位置，第一金属弹片和第二金属弹片分别与电源的正负极连接，形成电回路，即可发光照亮，满足指示灯要求。
该发明的生产工艺简单，制作的方便安全LED灯具有功耗低、体积小、重量轻，更换快捷使用方便安全等优点，适于大批量生产。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明：
图1是本发明实施例中方便安全LED灯的结构示意图；
图2是本发明实施例中LED光源的芯片结构示意图；
图3是图2是俯视图；
图4是本发明实施例中方便安全LED灯的驱动电路示意图；
图5是本发明实施例中法向光强与S/φ之间的关系示意图；
图6是本发明实施例中散射角与S/φ之间的关系示意图；
图7是本发明实施例中散射剂量与半强θ的关系示意图；
图8是本发明实施例中相对法向光强与散射剂含量的关系示意图；
图中：1-圆柱套筒；2-安装体；31-第一金属弹片；32-第二金属弹片；4-LED光源；41-正极；4a-P极；4b-发光层；4c-N极；5-限流电阻。
具体实施方式
如图1所示，本发明的方便安全LED灯，包括灯体，所述灯体包括：一个圆柱套筒1，所述圆柱套筒1的一端安装有LED光源4，所述圆柱套筒1的另一端设有第一插槽和第二插槽；安装部，所述安装部包括安装体2，所述安装体2上固定有第一金属弹片31和第二金属弹片32；所述第一金属弹片31与所述第一插槽插接连接，所述第二金属弹片32与所述第二插槽插接连接；所述LED光源4的正极41与所述第一金属弹片31焊接连接，所述LED光源的负极(图中未示出)与一限流电阻5的一端焊接连接，所述限流电阻5的另一端与所述第二金属弹片32焊接连接。
如图2所示，其中，所述LED光源4的芯片发光层4b为GaAs P发光层、波长为655nm～665nm。
如图4所示，其中，所述LED光源4的芯片为两个并联的芯片。
本实施例中，所述圆柱套筒1的内径是5mm、外径是6mm、长是9mm，采用白色ABS工程塑料加工而成，圆柱套筒1一头的筒壁端面处对称加工有两个2mm的插槽，相应地，所述LED光源4为5mm的直插LAMP，便于与圆柱套筒1的内径相适配。
其中，所述LED光源4的封装胶体为掺有着色剂和散射剂的环氧树脂。本实施例中，所述环氧树脂为400A/400B环氧树脂，所述着色剂为红色着色剂R3010，所述散射剂为DF 090，其重量比为400A∶400B∶着色剂∶散射剂＝100∶100∶1～3∶2～10。
其中，所述限流电阻5为金属膜限流电阻，所述金属膜限流电阻的阻值为430Ω。以减小流过发光二极管的电流，防止其损坏。金属膜电阻是引线式电阻，方便安装及维修。
其中，所述第一金属弹片31和第二金属弹片32均为镀锌件，镀锌的目的是光亮、色泽好、不易生锈、可靠性高，且第一金属弹片31印有“+6V”字样，以作标示。
为制作本发明的方便安全LED灯，申请人进行了大量的前期准备工作：
1、材料选取
a、芯片的选取
由发光原理知道，半导体发光二极管的辐射波长峰值可以由下式计算：λp＝1.24/Eg(μm)，其中λp为辐射波长，Eg为半导体材料的禁带宽度。
故当λp＝660nm时，Eg＝1.878ev；
当λp＝630nm时，Eg＝1.968ev。
在当前，三种主要的半导体发光材料GaP，GaPxAs1-x，Ga1-xAIxAs中满足上述λp要求的为Ga1-xAIxAs和GaAs1-xPx，这二种材料是III--V族化合物半导体GaAs和AIAs的三元固溶体，它们的晶格常数相近，当固溶体的AI值仿X值从0变到1时晶格常数的变化约为0.15％，所以在GaAs衬底上生长Ga1-xAIxAs时失配位错小，发光效率高。
GaAs是直接跃迁型材料，AIAs是间接跃迁型材料，Ga1-xAIxAs固溶体的跃迁形式在X值约为0.37时发生变化；当X＞0.37时，为间接跃迁型，当X＜0.37时为直接跃迁型，具有较高的发光效率，材料的禁带宽度随X变化而变化，直接跃迁型，即X＜0.37时Eg由下式给出：
Egd＝1.439+1.042x+0.408x2......当X＝0.35时，Egd＝1.854ev
再结合下表1不难看出，能够满足峰值波长在655nm-665nm要求的，有GaAsP、GaAIAs两种半导体材料。
表1各种LED的制法与特性
注：LPE为液相外延；VPE为气相外延
由于GaAlAs材料制出的发光管峰值波长大都不在630nm附近，所以我们选用GaAsP材料，因此我们选取CARO512芯片作为方便安全LED灯组件的芯片材料，详见图2、图3所示。目前，台湾晶圆、德国OSR都生产销售该型号的芯片。
b、环氧树脂的选取
决定LED性能的除芯片因素外，环氧树脂也是一个重要因素，它对LED的可靠性，光输出效果等有着重要影响，因此，做了如下试验：
<1>耐焊接热试验
试验方法：选取400A、700A、800A三种不同的环氧树脂(芯片等其他材料及设备相同)分别封装成Φ5mm型LED。每种制品各取50支，分成3组，依次放入300℃小锡炉中。浸渍10秒钟，取出后即时点亮，不亮、不稳定及冷却后才能点亮的为不合格，共进行3个循环，试验结果见表2
表2耐焊接热试验结果
由表2可见，用700A树脂封装的制品第三循环以后出现失效。
<2>透过率的试验。
试验方法：选取400A、700A、800A三种不同的环氧树脂(芯片等其他材料及设备相同)，分别封装成φ5mm型发光管。各取20支使用JF-I V光强测试仪，对样品进行发光强度测试，结果见表3。
表3LED发光强度测试结果
由表3可以看出：三种环氧树脂中，400A的透过率最高。
通过以上耐焊接热试验和对光透过率等试验的结果可见，从提高可靠性和对光透过率角度考虑，400A环氧树脂是较为理想的选择。
2、方便安全LED灯的结构设计及其制作
详见图1，先加工一个内径是5mm、外径是6mm、长为9mm的中空的圆柱套筒1，材料是白色ABS工程塑料，在圆柱套筒1的一头加工两个对称的2mm宽的插槽；将黑色液态ABS工程塑料注入模具中，并将第一金属弹片31和第二金属弹片32的一端插入浇铸的黑色液态ABS工程塑料中，凝固后制得安装部；将第一金属弹片31的另一端与圆柱套筒1的第一插槽插接连接，将第二金属弹片32的另一端与圆柱套筒1的第二插槽插接连接；将LED光源4的正极41与第一金属弹片31焊接连接，将LED光源4的负极与限流电阻5的一端焊接连接后，再将限流电阻5的另一端与第二金属弹片32焊接连接，即制得方便安全LED灯。其中的两个弹片都事先进行镀锌处理，并在其中一个弹片上印上“+6V”字样，作为第一金属弹片31。
在制作LED光源4时选取了反射腔较大的外引线，LED光源4的出光面采取了球面结构，能使芯片发出的光在方便安全LED灯的法向上有较好的汇聚作用，提高了方便安全LED灯的法向光强。为了增加视感度和发散角(半强度角)，对环氧树脂填加了一定的着色剂和散射剂，着色剂为宜加R3010型红色着色剂，散射剂为惠利DF090型号散射剂；同时为提高方便安全LED灯发光的均匀性，采取了双芯片并联的粘片工艺，具体参见图4所示本实施例的方便安全LED灯的驱动电路示意图。
芯片位置与方便安全LED灯出光面的相对距离对光强半强度角均有明显的影响，我们选取了φ5mm发光管进行了对比试验，其影响见图5、图6，球面直径为φ，芯片到球面距离为S。由图5可以得出：法向光强随S/φ增大而增大；由图6可以得出：散射角随S/φ的增大而减少；由图7可以得出：散射剂量与半强度角θ成正比，半强度角θ随散射剂量增加而增大；由图8可以得出：相对法向光强与散射剂含量成反比。
根据上述四个试验曲线图，我们确定了方便安全LED灯最佳工艺配比是400A∶400B∶红色着色剂R3010∶散射剂DF090＝100∶100∶1∶3。
3、方便安全LED灯的电路设计：
本发明的方便安全LED灯主要用作潜艇和巡洋舰上的6V(dc)电压指示灯。我们知道，LED的正向伏安特征曲线斜率很大，如果用电压源供电，则必须采取保护措施，通常是串接限流电阻，限流电阻R的阻值可根据下式计算：
R＝(Vcc-VF)/IF..................(1)
式中：Vcc：直流电源电压VF：LED的正向压降IF：工作电流
如图3所示，为方便安全LED灯的驱动电路图。已知电源电压6V(dc)，LED的工作电流是靠R来进行调节的，LED发光强度也将随电流变化而变化。根据公式<1>电阻阻值为430Ω(1/16W)，同时选取了噪声低、耐热性能好，稳定性和精确度较高(偏差可达到±0.05％)的金属膜电阻。
4、LED光源的制备工艺过程：
选取CARO512芯片，该芯片的发光层材料为GaAsP、波长为655nm～665nm；
烧结，在LED支架上点上MD140银胶，每个反射杯里固上两个所选取的芯片，送入150±2℃温度的烘箱，固化1～1.5小时；
键合，在烧结后的芯片的正负极上分别用金丝球焊机焊上金丝，并确保键合拉力强度大于五十毫牛；
封装，将环氧树脂400A、400B、和红色着色剂R3010、散射剂DF090按重量比100∶100∶1～3∶2～10的比例(最好是100∶100∶1∶3)进行配制，之后送入抽真空机抽真空30～40分钟，制得封装胶；用注胶机将封装胶注到LED成型模腔内，将焊完金丝的所述LED支架插到注完胶的所述LED成型模腔，送入150±2℃的烘箱，固化1～1.5小时，所述LED光源即封装完毕。
再经过后续的常规步骤即切筋、初测、焊接、电老化、筛选、测试、包装，成品LED光源4就封装完成了。
该发明的生产工艺简单，制作的方便安全LED灯具有功耗低、体积小、重量轻，更换快捷使用方便安全等优点，适于大批量生产。适用于潜艇和巡洋舰等军事电子装备领域用作红色电压指示灯，也可适用于民用领域。
以上所述为本发明最佳实施方式的举例，其中未详细述及的部分均为本领域普通技术人员的公知常识。本发明的保护范围以权利要求的内容为准，任何基于本发明的技术启示而进行的等效变换，也在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.方便安全LED灯，包括灯体，其特征在于：所述灯体包括
一个圆柱套筒，所述圆柱套筒的一端安装有LED光源，所述圆柱套筒的另一端设有第一插槽和第二插槽；
安装部，所述安装部包括安装体，所述安装体上固定有第一金属弹片和第二金属弹片；
所述第一金属弹片与所述第一插槽插接连接，所述第二金属弹片与所述第二插槽插接连接；
所述LED光源的正极与所述第一金属弹片焊接连接，所述LED光源的负极与一限流电阻的一端焊接连接，所述限流电阻的另一端与所述第二金属弹片焊接连接。
2.如权利要求1所述的方便安全LED灯，其特征在于：所述LED光源的芯片发光层为GaAsP发光层、波长为655nm～665nm。
3.如权利要求2所述的方便安全LED灯，其特征在于：所述LED光源的芯片为两个并联的芯片。
4.如权利要求1所述的方便安全LED灯，其特征在于：所述圆柱套筒的内部直径为5mm，所述LED光源为5mm的直插LAMP。
5.如权利要求1所述的方便安全LED灯，其特征在于：所述LED光源的封装胶体为掺有着色剂和散射剂的环氧树脂。
6.如权利要求5所述的方便安全LED灯，其特征在于：所述环氧树脂为400A/400B环氧树脂，所述着色剂为红色着色剂，其重量比为400A∶400B∶着色剂∶散射剂＝100∶100∶1～3∶2～10。
7.如权利要求1所述的方便安全LED灯，其特征在于：所述限流电阻为金属膜限流电阻。
8.如权利要求1所述的方便安全LED灯，其特征在于：所述第一金属弹片和第二金属弹片均为镀锌件。
9.如权利要求1所述的方便安全LED灯的制作方法，其特征在于，包括以下步骤：制备LED光源；将制备的LED光源安装在圆柱套筒的一端；将液态ABS工程塑料注入模具中，并将所述第一金属弹片和第二金属弹片的一端插入浇铸的液态ABS工程塑料中，凝固后制得安装部；将所述第一金属弹片的另一端与圆柱套筒的第一插槽插接连接，将所述第二金属弹片的另一端与圆柱套筒的第二插槽插接连接；将所述LED光源的正极与所述第一金属弹片焊接连接，将所述LED光源的负极与限流电阻的一端焊接连接后，再将所述限流电阻的另一端与所述第二金属弹片焊接连接，即制得方便安全LED灯。
10.如权利要求9所述的方便安全LED灯的制作方法，其特征在于，所述制备LED光源的步骤包括：
选取芯片，所选芯片的发光层材料为GaAsP、波长为655nm～665nm；
烧结，在LED支架上点上银胶，每个反射杯里固上两个芯片，在150±2℃温度下固化1～1.5小时；
键合，在烧结后的芯片的正负极上分别焊上金丝；
封装，将环氧树脂400A、400B、和着色剂、散射剂按重量比100∶100∶1～3∶2～10的比例进行配制，之后抽真空30～40分钟，制得封装胶，将封装胶注到LED成型模腔内，将焊完金丝的所述LED支架插到注完胶的所述LED成型模腔，在150±2℃温度下固化1～1.5小时，所述LED光源即封装完毕。
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