板形固態照明燈的製作方法

2023-08-06 11:28:51 1

板形固態照明燈的製作方法
【專利摘要】本發明提出了一種板形固態照明燈，數多燈杯(2)由同一金屬板上加工而成，構成一燈杯金屬板(1)，並且周圈的側折邊(5)也是由該金屬板材彎折而成的，結構強度高，因而可採用薄的金屬板，有效降低了材料成本以及加工成本，利用燈具結構件(燈杯金屬板(1))作為散熱片，又進一步節省了散熱成本。本發明還提出有進一步降低眩光的低成本、高光效的技術方案。
【專利說明】板形固態照明燈
【技術領域】
[0001]本發明屬於固態照明【技術領域】，特別涉及到由數多燈杯和固態光源構成的板形照明燈，涉及到散熱和降低眩光技術。
技術背景
[0002]LED (固態光源)由於節能環保，被認為是人類下一代照明用光源，但阻礙LED照明燈普及，取代傳統照明燈的關鍵障礙是=LED照明燈的造價太高。LED照明燈的成本可分成三部分:LED光源、電源和結構件，結構件包括有散熱器，目前結構件的成本已佔LED照明燈的總成本的三分之一之多，LED光源的成本為當前的主要成本，但有成倍的下降空間，因而降低結構件(散熱器)成本將成為實現LED普及的重點。
[0003]LED晶片發出的光，光通密度非常高，人的眼睛直接看著LED晶片發出的光，會產生強烈的眩光問題，現有一種板形LED照明燈，採用液晶顯示器中的背光技術，應用其中的導光板，使光能從一面積較大的平面均勻地射出，光通密度顯著下降，眩光問題得到根本解決，並且板形結構較適合於安裝在房頂天花板上，替代現傳統的柵格燈。但這樣的板形LED照明燈問題有:導光板成本高，則照明燈造價也就高；導光板透光效率有限，因而導致照明燈的光效下降，LED晶片集中設置在板形的側邊，LED晶片散熱問題嚴重。

【發明內容】

[0004]本發明的目的是提出一種固態照明燈，既有板形結構，又能有效降低眩光，並充分利用燈具的結構作為散熱片，有效解決散熱問題，又能顯著地降低燈具的成本造價。
[0005]本發明的技術方案是:在同一張金屬板上，經衝壓拉伸製成至少有四個燈杯，構成一燈杯金屬板，在燈杯金屬板的周圈邊緣設置有側折邊，該側折邊和燈杯金屬板為同一張金屬板材加工而成的，每個燈杯配有固態光源，單個固態光源的功率不大於8w,固態光源配有導熱板或導熱芯，該導熱板或導熱芯與燈杯設置有直接或間接的接觸傳熱面，作為燈具配光以及結構件的燈杯金屬板被利用成散熱片，固態光源產生的熱量至少有一半傳到燈杯(燈杯金屬板)散出。
[0006]降低光通密度，解決眩光問題，本發明的技術方案中有:1、燈杯前設置有採用了散光結構或散光材料的前透光罩；2、從固態光源發出的光有一半以上照射到燈杯內的反光面上，再反射出燈杯(燈具)，燈杯內的反光面積要足夠大，則光通量密度就能有效降低，眩光問題也就得到解決，具體有三種如下方案:
[0007]方案一、在固態光源前設置有配光透鏡，從固態光源發出的光經配光透鏡後，有一半以上照射到燈杯內的反光面上，再朝燈杯(燈具)外反射。
[0008]方案二、在固態光源前方設置有燈芯反光器，該燈芯反光器將一半以上來自固態光源發出的光反射到燈杯內的反光面上，再朝燈杯外反射。
[0009]方案三、固態光源前設置有燈芯罩和燈芯反光器，燈芯罩設置有面向燈杯內的反光面的側壁，該側壁採用了散光結構或散光材料。[0010]本發明照明燈的固態光源分成數多個，並各自配有燈杯，這樣的結構有利於固態光源的散熱和降低燈具的光通量密度(降低眩光)。燈杯數量多，單個燈杯尺寸減小，燈杯的拉伸加工變形減小，燈杯內的反光表面處理就可設置在拉伸加工前，即可直接採用已有反光表面處理的金屬板材製造燈杯金屬板，這樣可降低加工成本。但燈杯數量過多，不利的方面有，固態光源數量過多，固態光源每瓦的成本增加，光源的裝配工作量增加。
[0011]數多個甚至照明燈中所有的燈杯都在同一張金屬板經有衝壓拉伸製成，結構簡潔，生產效率高，加工製造成本低。加工成本得到有效降低，因而降低材料用量成本的意義就進一步上升，採用更薄的金屬材料，可降低材料用量成本，不利的方面有:結構強度降低和熱傳導不利的因素。數多凸起的燈杯構成有加強筋結構，提高了金屬板的結構強度，在燈杯金屬板的周圈邊緣設置有側折邊，結構強度進一步提高，該側折邊直接從燈杯金屬板的金屬板材彎折而成，加工簡單，強度更高；關於熱傳導方面，以下有詳細的分析。
[0012]採用《傳熱學》中的肋效率來分析，燈杯金屬板作為散熱片時，金屬板材厚度以及燈杯尺寸大小(涉及固態光源的功率)對散熱的影響，選取合理的金屬板材厚度(涉及原材料成本)以及燈杯尺寸(涉及固態光源的功率)。根據《傳熱學》，肋效率的定義為:實際(比如鋁的導熱係數大致為200W/mk)散熱量與導熱係數為無窮大(理想導熱材料)時的散熱量之比。
[0013]金屬鋁材導熱係數高，重量輕，是燈杯金屬板首選材料。依據實驗數據以及理論和經驗分析，如果只依靠燈杯金屬板為散熱片，燈杯金屬板採用鋁材(導熱係數為200W/mk)時，8w的固態光源所要佔用的燈杯金屬板的面積要達到15X15cm2,當板材厚δ = 1.2mm時，肋效率H f大致為0.68 ;當δ =LOmm時，η f大致為0.62 ;當板材厚δ = 0.8mm時，ηf大致為0.57 ;當板材厚δ = 0.5mm時，nf大致為0.45。7w的固態光源所需的燈杯金屬板面積達到13X 13cm2,當板材厚δ = 1.0mm時,肋效率nf大致為0.7;當δ = 0.8mm時，Πf大致為0.65;當δ = 0.5mm時，ηf大致為0.56。6w的固態光源所需的燈杯金屬板面積達到11 X Ilcm2,當δ = 1.0mm時，η f大致為0.81;當δ = 0.8mm時，nf大致為
0.77;當δ = 0.6mm時，nf大致為0.71;當δ = 0.5mm時，nf大致為0.67。4w的固態光源所需的燈杯金屬板面積達到9X9cm2,當δ =LOmm時，nf大致為0.9;當δ = 0.8mm時，Hf大致為0.86 ;當δ = 0.5mm時，nf大致為0.8 ;當δ = 0.3mm時，nf大致為0.7。3w的固態光源所需的燈杯金屬板面積達到8 X 8cm2,當δ = 0.8mm時，nf大致為0.92 ;當δ = 0.5mm 時，nf 大致為 0.86;當 δ = 0.3mm 時，nf 大致為 0.78。
[0014]分析以上結果:8w固態光源，δ為1.0謹時，nf只有0.62, δ由1.(tom升到1.2謹，即材料用量增加20%，但\才增加了 10% (即散熱量增加了 10%)，因而可得出，單個固態光源最大功率不應超過8w,金屬板材厚不應大於1.0_。
[0015]固體光源為6w時，δ取0.8mm時，肋效率η f就達到0.77，固態光源為3w時，δ=0.3mm時，肋效率nf就可達到0.78，說明固態光源最小不應小於3w，固態光源的功率最好在3?6w中選取,金屬板厚δ應不大於0.8mm。減小板材厚度,可直接降低材料成本,但不利於結構強度，因而提高結構強度就成了非常重要的事宜。
[0016]本發明提出至少一半的固態光源的熱量由燈杯金屬板散出，就是充分利用燈杯金屬板作為散熱片，有利於降低成本，從以上實驗及分析得出，IlX Ilcm2面積的燈杯金屬板就可承擔6w的散熱量，說明由燈杯金屬板承擔至少一半的散熱量是完全可行的。【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]下以結合附圖以及具體實施方案對本發明做進一步說明。
[0018]圖1是一種本發明照明燈的特徵結構剖面示意圖，示出了本發明照明燈的基本結構特徵。
[0019]圖2是一種本發明照明燈中的燈杯金屬板立體剖視圖。
[0020]圖3是一種本發明照明燈中的燈杯金屬板立體視圖。
[0021]圖4是一種本發明照明燈中的燈杯金屬板周邊角處的局部特徵剖面示意圖，示出採用角加強板8提高周邊角處的結構強度。
[0022]圖5和圖6分別是兩種角加強板8的立體視圖。
[0023]圖7是一種本發明照明燈特徵結構剖面示意圖，示出採用一體結構的前透光罩組件，並設置有側壁加強板15以及散熱肋片13。
[0024]圖8是一種本發明一體結構的前透光罩組件的立體剖視圖。
[0025]圖9是一種錯列式結構通氣窗口的特徵剖面示意圖。
[0026]圖10是一種百頁窗式結構通氣窗口的特徵剖面示意圖。
[0027]圖11和圖12分別是兩種呈輻射形結構的分切口的特徵示意圖。
[0028]圖13是一種本發明照明燈特徵結構剖面示意圖。
[0029]圖14是一種角加強板8與側壁加強板15為一體結構組件的立體視圖。
[0030]圖15?17分別是三種本發明照明燈特徵結構剖面示意圖，並分別示出了三種解決眩光問題的技術方案。
[0031]圖18是一種本發明照明燈特徵結構剖面示意圖。
[0032]圖中，1-燈杯金屬板，2-燈杯，201-杯底，3-導熱板，4_邊緣折邊，5、501、502_側折邊，6-前透光罩，7-固態光源，8-角加強板，9-折邊，10-溝槽，11-內邊緣，12-肋根平板，13-肋片，141、142-折邊，15-側壁加強板，16-通氣窗口，161-分切口，162-表示空氣流動的氣流線，163-分切線，17-鉚釘，18-導熱芯，19-翻邊，20-肋根翻邊，21-配光透鏡，22-表示光線的虛線，23-通氣口，24-燈芯反光器，25-咬扣，26-散熱片，27-天花板，28-通氣窗口，29-燈芯罩，30-電源引線或插接頭，31-光源燈珠，32-聚光杯。
具體實施方案
[0033]圖1所示的本發明固態照明燈，固態光源7配有導熱板3，導熱板3直接貼在燈杯2的杯底201，此處為直接接觸傳熱面，固態光源7產生的熱量通過導熱板3，經接觸傳熱，傳到燈杯(也就是燈杯金屬板I)，燈杯金屬板I不僅是燈具的配光和結構部件，還是固態光源7的散熱片，省去了專門的散熱片成本。
[0034]燈杯金屬板I的周圈的側折邊5是直接從燈杯金屬板I的金屬板材彎折而成的，側折邊5的作用有提高結構強度，側折邊5的邊緣還設置有邊緣折邊4，邊緣折邊4與側折邊5為同一金屬板(一體式結構)，邊緣折邊4又進一步提高了結構強度。
[0035]圖1中不出，固態光源7前設置有前透光罩6,為了降低眩光,前透光罩6可以用散光材料或散光結構。散光材料有:透明PC材料中加入散光粉(比如鈦白粉)。散光結構有:表面加工成凹凸不平，利用光折射原理，實現光的漫散射。[0036]圖2示出了一種本發明的燈杯金屬板1，共有9個燈杯2，分成3排。數多凸形結構的燈杯具構成加強筋結構，能提高金屬板的結構強度，對於本發明採用薄金屬板製成的燈杯金屬板非常有意義。本發明提出一個燈杯金屬板上的燈杯至少要有4個，就是因為這樣才能至少有兩排燈杯，燈杯構成有加強筋結構。
[0037]圖3示出的燈杯金屬板I中，中間排列的燈杯2與相鄰的燈杯2成錯列式排列，這種相鄰兩排的燈杯設置成相互錯列結構，能更加進一步提高燈杯金屬板的結構強度。圖2和圖3都示出圍著燈杯金屬板的周圍設置有側折邊5，側折邊5上有邊緣折邊4，這樣燈杯金屬板I的周邊的結構強度得到提高。
[0038]燈杯金屬板上相鄰的兩側折邊的連接處，也就是燈杯金屬板外周邊的角處，由於折邊工藝問題，兩側折邊是分切的，因而該角處有結構強度問題，應採取措施加強該處的結構強度。圖4中不出在兩相鄰的側折邊501和502的角處內側設置有角加強板8 (也可以將角加強板設置在側折邊外側)，圖5和圖6分別示出了兩種角加強板8，圖中示出有折邊9，主要作為是提高強度，圖6中示出有溝槽10，此為溝槽形加強筋結構，目的就是提高結構強度。圖5和圖6所示的加強板是採用金屬板材加工成形的，其生產效率高，成本低。
[0039]圖7所示的本發明照明燈，前透光罩6採用了凸結構，燈杯金屬板I上的所有前透光罩6為一整體式結構(即在同一板材上加工而成)，構成一前透光罩組件。圖8不出了一種前透光罩組件，共9個前透光罩6，分成3排，該透光罩組件可與圖2所示的燈杯金屬板I相配。採用凸結構(或凹結構)目的有:提高結構強度，如果燈杯金屬板上的燈杯採用相鄰兩排的燈杯有錯列排列(如圖3所示)，那麼前透光罩組件中相對應的凸起(下凹)前透光罩也排列成對應的錯列排列，這樣又進一步提供高了結構強度。為了進一步提高燈具的結構強度，燈杯金屬板中間處的燈杯2相鄰之間的內邊緣11與前透光罩組件中相對應的前透光罩6相鄰之間的內邊緣之間應採用緊固連接，比如採用粘接、鉚接、螺釘連接、咬扣連接
坐寸ο
[0040]圖1中不出，在側折邊5的外側設置有側壁加強板15,以加強側折邊5的強度,側壁加強板15上下兩邊有折邊141和142，該兩折邊不僅起到加強側壁加強板15的結構強度的作用，折邊142還起到固定前透光罩組件周圈邊緣的作用，折邊141與側折邊5上的邊緣折邊可採用咬扣連接結構，將側壁加強板15與側折邊5(即燈杯金屬板)緊固連接。側壁加強板應採用金屬板加工成形，這樣造價低。
[0041]為進一步提高散熱，圖7中還示出，加設有散熱肋片13，肋片13採用金屬板材加工成形，肋片13的肋根平板12直接貼在平面結構的杯底201上，之間的接觸面就是接觸傳熱面，肋片13與導熱板3之間是間接接觸傳熱。為了保證有效的對流傳熱，肋片13上應開有通氣窗口 16，通氣窗口 16應採用如圖9或圖10所示的百頁窗結構或錯列式結構，散熱空氣通過分切口 161從肋片的一面(下面)對流到另一面(上面)，如圖中氣流線162所示，分切口 161的數量以及流通面積要足夠大，以保證空氣流動暢通。為保證肋片內的導熱傳熱順暢，肋片13上的分切口 161的分切線163應採用呈輻射形結構，如圖11和12所示。圖7中的肋片13上所開的通氣窗口 16採用的是百頁窗結構。
[0042]圖13所示的本發明照明燈中，採用了一體結構的前透光罩組件，燈杯2相對應的前透光罩6採用凹形結構，前透光罩6之間的內邊緣與燈杯2之間的邊緣之間的緊固連接採用了鉚接，其中的鉚釘17是從前透光罩組件的本體材料伸出的(即與前透光罩組件為一整體式結構)，也可以採用鉚釘是從燈杯金屬板的板材拉伸而成的結構。
[0043]圖13中示出:側折邊5內側設置有側壁加強板15，側折邊5與側壁加強板15之間的緊固連接採用了咬扣結構，如圖中局部A所示。圖13中，固態光源7設置在導熱芯18的前端面，燈杯2的杯底採用了翻邊結構，固態光源7產生的熱量是通過杯底的翻邊19與導熱芯18的側壁之間的接觸傳熱(此為直接接觸熱面)傳出的，還加設有散熱肋片13，也採用翻邊結構，肋片13的肋根翻邊20套在燈杯2的翻邊19上，之間的接觸面就是接觸傳熱面。
[0044]角加強板8和側壁加強板15可以採用一體式結構，比如將兩相鄰的側壁加強板15通過角加強板8連成一體，由同一金屬板加工成形，這樣的結構簡潔，便於裝配，結構強度更高。圖14所出兩個角加強板8 (圖5所示)通過一側壁加強板15構成一體式結構。
[0045]圖15示出了一種本發明解決眩光問題的方案:固態光源7是單顆燈珠，前方設置有配光透鏡21，從固態光源7射出的光經配光透鏡21後，有一半以上照射到燈杯2內的反光面上，再朝燈杯2 (燈具)外反射，如圖中表示光線的虛線22所示。
[0046]圖16不出了一種本發明解決眩光問題的方案:在固態光源7前方設置有燈芯反光器24,該燈芯反光器24將一半以上來自固態光源7發出的光反射到燈杯2內的放光面上，再朝燈杯2 (燈具)外反射，如圖中表示光線的虛線22所示。
[0047]圖17示出了一種本發明解決眩光問題的方案:固態光源7前設置有燈芯罩29和燈芯反光器24,燈芯罩29設置有面向燈杯2內的反光面的側壁,該側壁米用了散光結構或散光材料，照射到燈芯罩29的側壁上的光，無論是直接來自固態光源7，還是經燈芯反光器24反射來的，經過燈芯罩29側壁上的散光結構或散光材料後，產生漫散射，照射到燈杯2內的反光面上，再反射出燈杯2，如圖中表示光線的虛線22所示。
[0048]上述解決眩光的技術方案:一半以上的來自固態光源的光由燈杯反射出，利用燈杯的反光面增加燈具的出光面積。燈具的光通量密度得到有效降低，由於反光鏡面的反射率非常高，比如真空覆鋁膜鏡面的反射率可達98%，因而上述技術方案的燈具光效高。為了更進一步使燈具照射出的光更柔和，可在燈杯前設置採用了散光材料或散光結構的前透光罩。
[0049]圖15中示出，在燈杯金屬板I中間相鄰的燈杯2之間開有通氣口 23，目的就是增加空氣對流，提高散熱量；為進一步提高側折邊5的結構強度，可在側折邊5上採用溝槽形加強筋結構，如圖中的溝槽10所示。圖16中示出，採用一體式結構的前透光罩組件，前透光罩6之間的內邊緣與燈杯2之間的內邊緣之間緊固連接採用了咬扣連接結構，如圖中局部B所示，咬扣25與燈杯金屬板I為一體式結構，圖16還示出，加設有散熱肋片13，肋片13上的通氣窗口 16採用錯列式結構。
[0050]圖17中示出，加設有散熱片26，散熱片26採用太陽花式結構；圖中還示出，側折邊5特別高，並開有通氣窗口 28 (百頁窗式結構)，這是因為當本發明照明燈安裝是貼在天花板27時，為了保證空氣自然對流順暢，燈杯2後自由空間要大，因而側折邊5就應加高，並且還應開足夠大的通氣窗口 28，該通氣窗口 28應採用百頁窗式或錯列式結構(如圖9、10所示)，充分利用該側折邊增加大的面積用於散熱，為了側折邊5內導熱順暢，該通氣窗口的切口線應豎直(即切口線與側折邊5的折線是直角)。
[0051]圖18所示的本發明照明燈和圖16所示的相似，不同之處有圖18中增設有燈芯罩29，以及固態光源燈珠31配有聚光杯32，聚光杯32的作用是減小光源燈珠38的照射範圍角，使光線集中向前，這樣就可以減小燈芯反光器24的尺寸，更多的光被燈芯反光器24反射到燈杯2內的反光面上，有利於降低眩光強度；燈芯罩29的作用有保護燈芯罩29內的固態光源，燈芯反光器24等器件，比如防止塵埃，溼氣等有害氣體的損傷。
[0052]圖18中還示出，側折邊5也加高，並開有錯列式結構的通氣窗口 28，光源的電源引線或接插頭30從導熱芯18中穿過伸出。
【權利要求】
1.一種固態照明燈，包括有至少四個固態光源(7)，每個固態光源配有一燈杯(2)，單個固態光源(7)的功率不大於8W，其特徵在於: 其中，所述的至少四個燈杯(2)是在同一張厚度不大於1.0mm的金屬板經有衝壓拉伸而成的，構成燈杯金屬板(I);燈杯金屬板(I)的周圈設置有側折邊(5)，該側折邊和燈杯金屬板(I)為同一張金屬板加工而成；燈杯金屬板(I)被利用為固態光源(7)的散熱片，固態光源(7)產生的熱量至少有一半由燈杯金屬板(I)散出； 其中，降低眩光的結構採用了:燈杯(2)前設置有採用了散光結構或散光材料的前透光罩(6)、或 在固態光源(7)前設置有配光透鏡(21)，從固態光源(7)發出的光經配光透鏡(21)後，有一半以上照射到燈杯(2)內的反光面上，再朝燈杯(2)外反射、或 在固態光源(7)前方設置有燈芯反光器(24)，該燈芯反光器(24)將一半以上來自固態光源(7)發出的光反射到燈杯(2)內的反光面上，再朝燈杯(2)外反射、或 固態光源(7)前設置有燈芯罩(29)和燈芯反光器(24)，燈芯罩(29)設置有面向燈杯(2)內的反光面的側壁，該側壁米用了散光結構或散光材料。
2.一種根據權利要求1所述的固態照明燈，其特徵在於:單個固態光源的功率不大於6w,不小於3w,燈杯金屬板(I)的板材厚δ不大於0.8mm。
3.一種根據權利要求1、或2所述的固態照明燈，其特徵在於:相鄰兩排的燈杯排列採用了錯列式排列結構。
4.一種根據權利要求1、或2所述的固態照明燈，其特徵在於:在固態照明燈的外周圈的角上，側折邊(5)的內側或外側設置有折邊角加強板(8)。
5.一種根據權利要求1、或2所述的固態照明燈，其特徵在於:偵晰邊(5)的邊緣設置有邊緣折邊(4)，該邊緣折邊(4)是從側折邊(5)的金屬板材彎折而成的。
6.一種根據權利要求1、和2所述的固態照明燈，其特徵在於:側折邊(5)內側或外側設置有側壁加強板(15)，側壁加強板(15)和角加強板(8)採用了一體式結構，側壁加強板(15)與側折邊(5)之間採用了咬扣連接結構。
7.一種根據權利要求1、或2所述的固態照明燈，其特徵在於:光杯(2)前設置有前透光罩(6)，該前透光罩(6)採用了凹或凸結構，每個燈杯金屬板(I)上的所有前透光罩(6)為一整體式結構，構成前透光罩組件，前透光罩(6)之間的內邊緣與燈杯(2)之間的內邊緣(11)之間採用了緊固連接。
8.一種根據權利要求7所述的固態照明燈，其特徵在於:前透光罩(6)之間的內邊緣與燈杯⑵之間的內邊緣(11)之間的緊固連接採用鉚接結構，鉚釘(17)採用了與前透光罩組件為一整體式結構或從燈杯金屬板I的金屬板拉伸而成的結構。
9.一種根據權利要求1、或2所述的固態照明燈，其特徵在於:側折邊(5)上開有百頁窗或錯列式結構通氣窗口(28)，該窗口的切口線呈垂直於側折邊(5)的折線。
10.一種根據權利要求1、或2所述的固態照明燈，其特徵在於:設置有散熱肋片(13)，肋片(13)採用金屬板製成，採用了平板肋根結構或翻邊肋根結構，肋片(13)上開有百頁窗式或錯列式結構的通氣窗口(16)，該通氣窗口的切口線(163)採用了輻射形結構。
【文檔編號】F21V29/00GK103542325SQ201310246778
【公開日】2014年1月29日 申請日期:2013年6月14日 優先權日:2013年6月14日
【發明者】秦彪 申請人:秦彪