板形固态照明灯的制作方法
【专利摘要】本发明提出了一种板形固态照明灯，数多灯杯(2)由同一金属板上加工而成，构成一灯杯金属板(1)，并且周圈的侧折边(5)也是由该金属板材弯折而成的，结构强度高，因而可采用薄的金属板，有效降低了材料成本以及加工成本，利用灯具结构件(灯杯金属板(1))作为散热片，又进一步节省了散热成本。本发明还提出有进一步降低眩光的低成本、高光效的技术方案。
【专利说明】板形固态照明灯
【技术领域】
[0001]本发明属于固态照明【技术领域】，特别涉及到由数多灯杯和固态光源构成的板形照明灯，涉及到散热和降低眩光技术。
技术背景
[0002]LED (固态光源)由于节能环保，被认为是人类下一代照明用光源，但阻碍LED照明灯普及，取代传统照明灯的关键障碍是=LED照明灯的造价太高。LED照明灯的成本可分成三部分:LED光源、电源和结构件，结构件包括有散热器，目前结构件的成本已占LED照明灯的总成本的三分之一之多，LED光源的成本为当前的主要成本，但有成倍的下降空间，因而降低结构件(散热器)成本将成为实现LED普及的重点。
[0003]LED芯片发出的光，光通密度非常高，人的眼睛直接看着LED芯片发出的光，会产生强烈的眩光问题，现有一种板形LED照明灯，采用液晶显示器中的背光技术，应用其中的导光板，使光能从一面积较大的平面均匀地射出，光通密度显著下降，眩光问题得到根本解决，并且板形结构较适合于安装在房顶天花板上，替代现传统的栅格灯。但这样的板形LED照明灯问题有:导光板成本高，则照明灯造价也就高；导光板透光效率有限，因而导致照明灯的光效下降，LED芯片集中设置在板形的侧边，LED芯片散热问题严重。
【发明内容】
[0004]本发明的目的是提出一种固态照明灯，既有板形结构，又能有效降低眩光，并充分利用灯具的结构作为散热片，有效解决散热问题，又能显著地降低灯具的成本造价。
[0005]本发明的技术方案是:在同一张金属板上，经冲压拉伸制成至少有四个灯杯，构成一灯杯金属板，在灯杯金属板的周圈边缘设置有侧折边，该侧折边和灯杯金属板为同一张金属板材加工而成的，每个灯杯配有固态光源，单个固态光源的功率不大于8w,固态光源配有导热板或导热芯，该导热板或导热芯与灯杯设置有直接或间接的接触传热面，作为灯具配光以及结构件的灯杯金属板被利用成散热片，固态光源产生的热量至少有一半传到灯杯(灯杯金属板)散出。
[0006]降低光通密度，解决眩光问题，本发明的技术方案中有:1、灯杯前设置有采用了散光结构或散光材料的前透光罩；2、从固态光源发出的光有一半以上照射到灯杯内的反光面上，再反射出灯杯(灯具)，灯杯内的反光面积要足够大，则光通量密度就能有效降低，眩光问题也就得到解决，具体有三种如下方案:
[0007]方案一、在固态光源前设置有配光透镜，从固态光源发出的光经配光透镜后，有一半以上照射到灯杯内的反光面上，再朝灯杯(灯具)外反射。
[0008]方案二、在固态光源前方设置有灯芯反光器，该灯芯反光器将一半以上来自固态光源发出的光反射到灯杯内的反光面上，再朝灯杯外反射。
[0009]方案三、固态光源前设置有灯芯罩和灯芯反光器，灯芯罩设置有面向灯杯内的反光面的侧壁，该侧壁采用了散光结构或散光材料。[0010]本发明照明灯的固态光源分成数多个，并各自配有灯杯，这样的结构有利于固态光源的散热和降低灯具的光通量密度(降低眩光)。灯杯数量多，单个灯杯尺寸减小，灯杯的拉伸加工变形减小，灯杯内的反光表面处理就可设置在拉伸加工前，即可直接采用已有反光表面处理的金属板材制造灯杯金属板，这样可降低加工成本。但灯杯数量过多，不利的方面有，固态光源数量过多，固态光源每瓦的成本增加，光源的装配工作量增加。
[0011]数多个甚至照明灯中所有的灯杯都在同一张金属板经有冲压拉伸制成，结构简洁，生产效率高，加工制造成本低。加工成本得到有效降低，因而降低材料用量成本的意义就进一步上升，采用更薄的金属材料，可降低材料用量成本，不利的方面有:结构强度降低和热传导不利的因素。数多凸起的灯杯构成有加强筋结构，提高了金属板的结构强度，在灯杯金属板的周圈边缘设置有侧折边，结构强度进一步提高，该侧折边直接从灯杯金属板的金属板材弯折而成，加工简单，强度更高；关于热传导方面，以下有详细的分析。
[0012]采用《传热学》中的肋效率来分析，灯杯金属板作为散热片时，金属板材厚度以及灯杯尺寸大小(涉及固态光源的功率)对散热的影响，选取合理的金属板材厚度(涉及原材料成本)以及灯杯尺寸(涉及固态光源的功率)。根据《传热学》，肋效率的定义为:实际(比如铝的导热系数大致为200W/mk)散热量与导热系数为无穷大(理想导热材料)时的散热量之比。
[0013]金属铝材导热系数高，重量轻，是灯杯金属板首选材料。依据实验数据以及理论和经验分析，如果只依靠灯杯金属板为散热片，灯杯金属板采用铝材(导热系数为200W/mk)时，8w的固态光源所要占用的灯杯金属板的面积要达到15X15cm2,当板材厚δ = 1.2mm时，肋效率H f大致为0.68 ;当δ =LOmm时，η f大致为0.62 ;当板材厚δ = 0.8mm时，ηf大致为0.57 ;当板材厚δ = 0.5mm时，nf大致为0.45。7w的固态光源所需的灯杯金属板面积达到13X 13cm2,当板材厚δ = 1.0mm时,肋效率nf大致为0.7;当δ = 0.8mm时，Πf大致为0.65;当δ = 0.5mm时，ηf大致为0.56。6w的固态光源所需的灯杯金属板面积达到11 X Ilcm2,当δ = 1.0mm时，η f大致为0.81;当δ = 0.8mm时，nf大致为
0.77;当δ = 0.6mm时，nf大致为0.71;当δ = 0.5mm时，nf大致为0.67。4w的固态光源所需的灯杯金属板面积达到9X9cm2,当δ =LOmm时，nf大致为0.9;当δ = 0.8mm时，Hf大致为0.86 ;当δ = 0.5mm时，nf大致为0.8 ;当δ = 0.3mm时，nf大致为0.7。3w的固态光源所需的灯杯金属板面积达到8 X 8cm2,当δ = 0.8mm时，nf大致为0.92 ;当δ = 0.5mm 时，nf 大致为 0.86;当 δ = 0.3mm 时，nf 大致为 0.78。
[0014]分析以上结果:8w固态光源，δ为1.0謹时，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% (即散热量增加了 10%)，因而可得出，单个固态光源最大功率不应超过8w,金属板材厚不应大于1.0_。
[0015]固体光源为6w时，δ取0.8mm时，肋效率η f就达到0.77，固态光源为3w时，δ=0.3mm时，肋效率nf就可达到0.78，说明固态光源最小不应小于3w，固态光源的功率最好在3?6w中选取,金属板厚δ应不大于0.8mm。减小板材厚度,可直接降低材料成本,但不利于结构强度，因而提高结构强度就成了非常重要的事宜。
[0016]本发明提出至少一半的固态光源的热量由灯杯金属板散出，就是充分利用灯杯金属板作为散热片，有利于降低成本，从以上实验及分析得出，IlX Ilcm2面积的灯杯金属板就可承担6w的散热量，说明由灯杯金属板承担至少一半的散热量是完全可行的。【专利附图】
【附图说明】
[0017]下以结合附图以及具体实施方案对本发明做进一步说明。
[0018]图1是一种本发明照明灯的特征结构剖面示意图，示出了本发明照明灯的基本结构特征。
[0019]图2是一种本发明照明灯中的灯杯金属板立体剖视图。
[0020]图3是一种本发明照明灯中的灯杯金属板立体视图。
[0021]图4是一种本发明照明灯中的灯杯金属板周边角处的局部特征剖面示意图，示出采用角加强板8提高周边角处的结构强度。
[0022]图5和图6分别是两种角加强板8的立体视图。
[0023]图7是一种本发明照明灯特征结构剖面示意图，示出采用一体结构的前透光罩组件，并设置有侧壁加强板15以及散热肋片13。
[0024]图8是一种本发明一体结构的前透光罩组件的立体剖视图。
[0025]图9是一种错列式结构通气窗口的特征剖面示意图。
[0026]图10是一种百页窗式结构通气窗口的特征剖面示意图。
[0027]图11和图12分别是两种呈辐射形结构的分切口的特征示意图。
[0028]图13是一种本发明照明灯特征结构剖面示意图。
[0029]图14是一种角加强板8与侧壁加强板15为一体结构组件的立体视图。
[0030]图15?17分别是三种本发明照明灯特征结构剖面示意图，并分别示出了三种解决眩光问题的技术方案。
[0031]图18是一种本发明照明灯特征结构剖面示意图。
[0032]图中，1-灯杯金属板，2-灯杯，201-杯底，3-导热板，4_边缘折边，5、501、502_侧折边，6-前透光罩，7-固态光源，8-角加强板，9-折边，10-沟槽，11-内边缘，12-肋根平板，13-肋片，141、142-折边，15-侧壁加强板，16-通气窗口，161-分切口，162-表示空气流动的气流线，163-分切线，17-铆钉，18-导热芯，19-翻边，20-肋根翻边，21-配光透镜，22-表示光线的虚线，23-通气口，24-灯芯反光器，25-咬扣，26-散热片，27-天花板，28-通气窗口，29-灯芯罩，30-电源引线或插接头，31-光源灯珠，32-聚光杯。
具体实施方案
[0033]图1所示的本发明固态照明灯，固态光源7配有导热板3，导热板3直接贴在灯杯2的杯底201，此处为直接接触传热面，固态光源7产生的热量通过导热板3，经接触传热，传到灯杯(也就是灯杯金属板I)，灯杯金属板I不仅是灯具的配光和结构部件，还是固态光源7的散热片，省去了专门的散热片成本。
[0034]灯杯金属板I的周圈的侧折边5是直接从灯杯金属板I的金属板材弯折而成的，侧折边5的作用有提高结构强度，侧折边5的边缘还设置有边缘折边4，边缘折边4与侧折边5为同一金属板(一体式结构)，边缘折边4又进一步提高了结构强度。
[0035]图1中不出，固态光源7前设置有前透光罩6,为了降低眩光,前透光罩6可以用散光材料或散光结构。散光材料有:透明PC材料中加入散光粉(比如钛白粉)。散光结构有:表面加工成凹凸不平，利用光折射原理，实现光的漫散射。[0036]图2示出了一种本发明的灯杯金属板1，共有9个灯杯2，分成3排。数多凸形结构的灯杯具构成加强筋结构，能提高金属板的结构强度，对于本发明采用薄金属板制成的灯杯金属板非常有意义。本发明提出一个灯杯金属板上的灯杯至少要有4个，就是因为这样才能至少有两排灯杯，灯杯构成有加强筋结构。
[0037]图3示出的灯杯金属板I中，中间排列的灯杯2与相邻的灯杯2成错列式排列，这种相邻两排的灯杯设置成相互错列结构，能更加进一步提高灯杯金属板的结构强度。图2和图3都示出围着灯杯金属板的周围设置有侧折边5，侧折边5上有边缘折边4，这样灯杯金属板I的周边的结构强度得到提高。
[0038]灯杯金属板上相邻的两侧折边的连接处，也就是灯杯金属板外周边的角处，由于折边工艺问题，两侧折边是分切的，因而该角处有结构强度问题，应采取措施加强该处的结构强度。图4中不出在两相邻的侧折边501和502的角处内侧设置有角加强板8 (也可以将角加强板设置在侧折边外侧)，图5和图6分别示出了两种角加强板8，图中示出有折边9，主要作为是提高强度，图6中示出有沟槽10，此为沟槽形加强筋结构，目的就是提高结构强度。图5和图6所示的加强板是采用金属板材加工成形的，其生产效率高，成本低。
[0039]图7所示的本发明照明灯，前透光罩6采用了凸结构，灯杯金属板I上的所有前透光罩6为一整体式结构(即在同一板材上加工而成)，构成一前透光罩组件。图8不出了一种前透光罩组件，共9个前透光罩6，分成3排，该透光罩组件可与图2所示的灯杯金属板I相配。采用凸结构(或凹结构)目的有:提高结构强度，如果灯杯金属板上的灯杯采用相邻两排的灯杯有错列排列(如图3所示)，那么前透光罩组件中相对应的凸起(下凹)前透光罩也排列成对应的错列排列，这样又进一步提供高了结构强度。为了进一步提高灯具的结构强度，灯杯金属板中间处的灯杯2相邻之间的内边缘11与前透光罩组件中相对应的前透光罩6相邻之间的内边缘之间应采用紧固连接，比如采用粘接、铆接、螺钉连接、咬扣连接
坐寸ο
[0040]图1中不出，在侧折边5的外侧设置有侧壁加强板15,以加强侧折边5的强度,侧壁加强板15上下两边有折边141和142，该两折边不仅起到加强侧壁加强板15的结构强度的作用，折边142还起到固定前透光罩组件周圈边缘的作用，折边141与侧折边5上的边缘折边可采用咬扣连接结构，将侧壁加强板15与侧折边5(即灯杯金属板)紧固连接。侧壁加强板应采用金属板加工成形，这样造价低。
[0041]为进一步提高散热，图7中还示出，加设有散热肋片13，肋片13采用金属板材加工成形，肋片13的肋根平板12直接贴在平面结构的杯底201上，之间的接触面就是接触传热面，肋片13与导热板3之间是间接接触传热。为了保证有效的对流传热，肋片13上应开有通气窗口 16，通气窗口 16应采用如图9或图10所示的百页窗结构或错列式结构，散热空气通过分切口 161从肋片的一面(下面)对流到另一面(上面)，如图中气流线162所示，分切口 161的数量以及流通面积要足够大，以保证空气流动畅通。为保证肋片内的导热传热顺畅，肋片13上的分切口 161的分切线163应采用呈辐射形结构，如图11和12所示。图7中的肋片13上所开的通气窗口 16采用的是百页窗结构。
[0042]图13所示的本发明照明灯中，采用了一体结构的前透光罩组件，灯杯2相对应的前透光罩6采用凹形结构，前透光罩6之间的内边缘与灯杯2之间的边缘之间的紧固连接采用了铆接，其中的铆钉17是从前透光罩组件的本体材料伸出的(即与前透光罩组件为一整体式结构)，也可以采用铆钉是从灯杯金属板的板材拉伸而成的结构。
[0043]图13中示出:侧折边5内侧设置有侧壁加强板15，侧折边5与侧壁加强板15之间的紧固连接采用了咬扣结构，如图中局部A所示。图13中，固态光源7设置在导热芯18的前端面，灯杯2的杯底采用了翻边结构，固态光源7产生的热量是通过杯底的翻边19与导热芯18的侧壁之间的接触传热(此为直接接触热面)传出的，还加设有散热肋片13，也采用翻边结构，肋片13的肋根翻边20套在灯杯2的翻边19上，之间的接触面就是接触传热面。
[0044]角加强板8和侧壁加强板15可以采用一体式结构，比如将两相邻的侧壁加强板15通过角加强板8连成一体，由同一金属板加工成形，这样的结构简洁，便于装配，结构强度更高。图14所出两个角加强板8 (图5所示)通过一侧壁加强板15构成一体式结构。
[0045]图15示出了一种本发明解决眩光问题的方案:固态光源7是单颗灯珠，前方设置有配光透镜21，从固态光源7射出的光经配光透镜21后，有一半以上照射到灯杯2内的反光面上，再朝灯杯2 (灯具)外反射，如图中表示光线的虚线22所示。
[0046]图16不出了一种本发明解决眩光问题的方案:在固态光源7前方设置有灯芯反光器24,该灯芯反光器24将一半以上来自固态光源7发出的光反射到灯杯2内的放光面上，再朝灯杯2 (灯具)外反射，如图中表示光线的虚线22所示。
[0047]图17示出了一种本发明解决眩光问题的方案:固态光源7前设置有灯芯罩29和灯芯反光器24,灯芯罩29设置有面向灯杯2内的反光面的侧壁,该侧壁米用了散光结构或散光材料，照射到灯芯罩29的侧壁上的光，无论是直接来自固态光源7，还是经灯芯反光器24反射来的，经过灯芯罩29侧壁上的散光结构或散光材料后，产生漫散射，照射到灯杯2内的反光面上，再反射出灯杯2，如图中表示光线的虚线22所示。
[0048]上述解决眩光的技术方案:一半以上的来自固态光源的光由灯杯反射出，利用灯杯的反光面增加灯具的出光面积。灯具的光通量密度得到有效降低，由于反光镜面的反射率非常高，比如真空覆铝膜镜面的反射率可达98%，因而上述技术方案的灯具光效高。为了更进一步使灯具照射出的光更柔和，可在灯杯前设置采用了散光材料或散光结构的前透光罩。
[0049]图15中示出，在灯杯金属板I中间相邻的灯杯2之间开有通气口 23，目的就是增加空气对流，提高散热量；为进一步提高侧折边5的结构强度，可在侧折边5上采用沟槽形加强筋结构，如图中的沟槽10所示。图16中示出，采用一体式结构的前透光罩组件，前透光罩6之间的内边缘与灯杯2之间的内边缘之间紧固连接采用了咬扣连接结构，如图中局部B所示，咬扣25与灯杯金属板I为一体式结构，图16还示出，加设有散热肋片13，肋片13上的通气窗口 16采用错列式结构。
[0050]图17中示出，加设有散热片26，散热片26采用太阳花式结构；图中还示出，侧折边5特别高，并开有通气窗口 28 (百页窗式结构)，这是因为当本发明照明灯安装是贴在天花板27时，为了保证空气自然对流顺畅，灯杯2后自由空间要大，因而侧折边5就应加高，并且还应开足够大的通气窗口 28，该通气窗口 28应采用百页窗式或错列式结构(如图9、10所示)，充分利用该侧折边增加大的面积用于散热，为了侧折边5内导热顺畅，该通气窗口的切口线应竖直(即切口线与侧折边5的折线是直角)。
[0051]图18所示的本发明照明灯和图16所示的相似，不同之处有图18中增设有灯芯罩29，以及固态光源灯珠31配有聚光杯32，聚光杯32的作用是减小光源灯珠38的照射范围角，使光线集中向前，这样就可以减小灯芯反光器24的尺寸，更多的光被灯芯反光器24反射到灯杯2内的反光面上，有利于降低眩光强度；灯芯罩29的作用有保护灯芯罩29内的固态光源，灯芯反光器24等器件，比如防止尘埃，湿气等有害气体的损伤。
[0052]图18中还示出，侧折边5也加高，并开有错列式结构的通气窗口 28，光源的电源引线或接插头30从导热芯18中穿过伸出。
【权利要求】
1.一种固态照明灯，包括有至少四个固态光源(7)，每个固态光源配有一灯杯(2)，单个固态光源(7)的功率不大于8W，其特征在于: 其中，所述的至少四个灯杯(2)是在同一张厚度不大于1.0mm的金属板经有冲压拉伸而成的，构成灯杯金属板(I);灯杯金属板(I)的周圈设置有侧折边(5)，该侧折边和灯杯金属板(I)为同一张金属板加工而成；灯杯金属板(I)被利用为固态光源(7)的散热片，固态光源(7)产生的热量至少有一半由灯杯金属板(I)散出； 其中，降低眩光的结构采用了:灯杯(2)前设置有采用了散光结构或散光材料的前透光罩(6)、或 在固态光源(7)前设置有配光透镜(21)，从固态光源(7)发出的光经配光透镜(21)后，有一半以上照射到灯杯(2)内的反光面上，再朝灯杯(2)外反射、或 在固态光源(7)前方设置有灯芯反光器(24)，该灯芯反光器(24)将一半以上来自固态光源(7)发出的光反射到灯杯(2)内的反光面上，再朝灯杯(2)外反射、或 固态光源(7)前设置有灯芯罩(29)和灯芯反光器(24)，灯芯罩(29)设置有面向灯杯(2)内的反光面的侧壁，该侧壁米用了散光结构或散光材料。
2.一种根据权利要求1所述的固态照明灯，其特征在于:单个固态光源的功率不大于6w,不小于3w,灯杯金属板(I)的板材厚δ不大于0.8mm。
3.一种根据权利要求1、或2所述的固态照明灯，其特征在于:相邻两排的灯杯排列采用了错列式排列结构。
4.一种根据权利要求1、或2所述的固态照明灯，其特征在于:在固态照明灯的外周圈的角上，侧折边(5)的内侧或外侧设置有折边角加强板(8)。
5.一种根据权利要求1、或2所述的固态照明灯，其特征在于:侦晰边(5)的边缘设置有边缘折边(4)，该边缘折边(4)是从侧折边(5)的金属板材弯折而成的。
6.一种根据权利要求1、和2所述的固态照明灯，其特征在于:侧折边(5)内侧或外侧设置有侧壁加强板(15)，侧壁加强板(15)和角加强板(8)采用了一体式结构，侧壁加强板(15)与侧折边(5)之间采用了咬扣连接结构。
7.一种根据权利要求1、或2所述的固态照明灯，其特征在于:光杯(2)前设置有前透光罩(6)，该前透光罩(6)采用了凹或凸结构，每个灯杯金属板(I)上的所有前透光罩(6)为一整体式结构，构成前透光罩组件，前透光罩(6)之间的内边缘与灯杯(2)之间的内边缘(11)之间采用了紧固连接。
8.一种根据权利要求7所述的固态照明灯，其特征在于:前透光罩(6)之间的内边缘与灯杯⑵之间的内边缘(11)之间的紧固连接采用铆接结构，铆钉(17)采用了与前透光罩组件为一整体式结构或从灯杯金属板I的金属板拉伸而成的结构。
9.一种根据权利要求1、或2所述的固态照明灯，其特征在于:侧折边(5)上开有百页窗或错列式结构通气窗口(28)，该窗口的切口线呈垂直于侧折边(5)的折线。
10.一种根据权利要求1、或2所述的固态照明灯，其特征在于:设置有散热肋片(13)，肋片(13)采用金属板制成，采用了平板肋根结构或翻边肋根结构，肋片(13)上开有百页窗式或错列式结构的通气窗口(16)，该通气窗口的切口线(163)采用了辐射形结构。
【文档编号】F21V29/00GK103542325SQ201310246778
【公开日】2014年1月29日 申请日期:2013年6月14日 优先权日:2013年6月14日
【发明者】秦彪 申请人:秦彪