CN100561040C - 发光二极管定向照明节能灯具及其制造方法 - Google Patents

发光二极管定向照明节能灯具及其制造方法 Download PDF

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Abstract

发光二极管定向照明节能灯具及其制造方法，该灯具包括电路板，沿其平面界定X方向和Y方向；以及照明单元，包括位于电路板中间位置的第一照明单元和对称设置在第一照明单元两侧的第二照明单元，每个照明单元均包括管体距离电路板平面一定高度并呈倾斜安装的多个发光二极管，多个发光二极管沿电路板的X方向和Y方向间隔设置成阵列并沿阵列中心对称分布，每个发光二极管分别相对于X方向和Y方向偏离预定的角度、以使每个照明单元在X方向和Y方向分别形成预定的投射角。发光二极管的投射角小于15度、亮度大于20000毫坎德拉。该灯具能实现准确的定向照射、具有良好的照明效果和节能效果、散热良好，特别适用于道路路面照明。

Description

发光二极管定向照明节能灯具及其制造方法
所属技术领域
本发明涉及一种发光二极管定向照明节能灯具，特别是用于道路照明的发光二极管定向照明节能灯具，其采用以预定角度倾斜安装的小投射角发光二极管作为发光元件，能实现准确的定向照射，具有良好的照明效果和节能效果，散热良好。本发明还涉及一种制造发光二极管定向照明节能灯具的方法。
背景技术
发光二极管照明灯具是一种高效节能、具有超长使用寿命的灯具，目前已经在众多领域中应用，例如道路照明、工业照明、舞台照明、景观装饰照明、室内照明等。
公知的，用于公路、高速路、城市街道等道路路面照明的路灯，为了减少对驾驶员的眩光干扰，必须使用按照国家道路照明设计标准设计制造的、光线投射角为120度的截光型灯具，例如采用传统的高压钠灯等泛光型路灯装设灯罩制成的、光线投射角为120度的截光型灯具。目前，在道路路面照明领域中应用的发光二极管照明路灯，为了满足国家道路照明设计标准的要求，大都是采用大投射角的发光二极管作为发光元件制成的、具有120度投射角的灯具。
现有的照明路灯的不足之处在于：
现有的照明路灯，其光源所发的光照有很大的一部分投射到路面以外不需要被照明的地方，而真正需要被照明的路面，仅得到占光源所发出全部光照不足一半的光通量，灯照利用率很低，造成了光的损失和电能的浪费。不仅如此，投射到路面外的光照，还会形成不必要的光污染。下面参照示意图具体予以说明，如图1、图2所示，照明路灯1安装在灯杆101上，用于照明道路102路面。路灯1的投射角为120度，圆圈部分103表示灯光投射圆面积，阴影部分104表示灯光照射到道路路面的面积即投射灯光被实际利用的部分，阴影部分105表示灯光照射到道路路面外的面积即投射灯光浪费的部分。从上述示意图中可以清楚地看出，灯光照射到路面之外而浪费的部分在光源投射的光通量中占据了很大的比例。在下面的表格中，列出了安装高度5--12米的路灯用于路面宽度6--10米的道路照明的相关数据。
  路灯安装高度(米)   路面宽度(米)   照射半径(米)   灯照圆面积(平方米)   照射到路面的面积(平方米)   灯照利用率
  5   6   8.66   235.62   103.92   44.11％
  6   6   10.39   339.29   124.68   36.75％
  7   8   12.12   461.81   193.92   41.99％
  8   8   13.86   603.19   221.70   36.76％
  9   10   15.59   763.41   311.77   40.84％
  10   10   17.32   942.48   346.41   36.76％
  11   10   19.05   1140.40   381.05   33.41％
  12   10   20.78   1357.17   415.69   30.63％
现有的照明路灯，由于采用灯罩反射光线，造成光照不均匀，灯具正下方的照度较高，远离灯具的地方照度较低。路面照明不均匀容易对驾驶者产生影响，从而带来交通事故隐患。
现有的发光二极管照明路灯，由于采用大投射角的发光二极管，光散射严重、透射力弱，安装高度受到限制，难于实现远距离照射。
现有的发光二极管照明路灯，由于采用大功率发光二极管且缺乏有效的散热结构，发光二极管工作时产生大量热量，而且不易散发出去，使得发光二极管的温度迅速升高，使其发光效率下降，缩短其使用寿命。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有技术的不足，提供一种能实现准确的定向照射、具有良好的照明效果和节能效果、散热良好的发光二极管定向照明节能灯具。
本发明的另一个目的是提供一种制造发光二极管定向照明节能灯具的方法。
为此目的，本发明提供的发光二极管定向照明节能灯具，其特征是：包括电路板，沿其平面界定X方向和Y方向；以及照明单元，其包括管体距离所述电路板平面一定高度并呈倾斜安装的多个发光二极管，多个所述发光二极管沿X方向和Y方向间隔设置成阵列并沿阵列中心对称分布，每个所述发光二极管分别相对于X方向和Y方向偏离预定的角度、以使所述照明单元在X方向和Y方向分别形成预定的投射角。
进一步的，所述照明单元包括位于电路板中间位置的第一照明单元和对称设置在所述第一照明单元两侧的第二照明单元，每个所述照明单元均包括管体距离电路板平面一定高度并呈倾斜安装的多个发光二极管，每个所述照明单元的多个所述发光二极管沿所述电路板的X方向和Y方向间隔设置成阵列并沿阵列中心对称分布，每个所述发光二极管分别相对于X方向和Y方向偏离预定的角度、以使每个所述照明单元在X方向和Y方向分别形成预定的投射角。
进一步的，每个所述发光二极管在沿X方向延伸且垂直于所述电路板平面的截面上的倾角αn，根据以下公式确定：
αn＝Arc tg(tg55·(n-0.5)/(N/2-0.5))
其中：N是沿X方向排列的发光二极管的总列数，n是从发光二极管阵列中心沿X方向向外计算该发光二极管所处列的序号；
每个所述发光二极管在沿Y方向延伸且垂直于所述电路板平面的截面上的倾角βm，根据以下公式确定：
βm＝Arc tg(W·(m-0.5)/M/H)
其中：W是灯具沿Y方向的照射宽度，M是沿Y方向排列的发光二极管的总行数，m是从发光二极管阵列中心沿Y方向向外计算该发光二极管所处行的序号，H是灯具的安装高度。
进一步的，所述照明单元在X方向投射角为120度。
进一步的，所述发光二极管采用投射角小于或等于15度的发光二极管。
进一步的，所述发光二极管采用亮度大于或等于20000毫坎德拉的发光二极管。
进一步的，所述电路板上形成有第一照明单元安装区和第二照明单元安装区，在所述第一照明单元安装区和所述第二照明单元安装区中分别设置有沿X方向和Y方向间隔排列的多对插孔，所述第一照明单元安装区的插孔对与所述第二照明单元安装区的插孔对排列方向互相垂直，所述发光二极管插设焊固在所述电路板的成对插孔中。
进一步的，所述照明单元的多个发光二极管分成可独立控制的多组。
进一步的，所述电路板具有相互独立的多组公共电源线路图形，每组所述公共电源线路图形具有独立的接线端。
进一步的，所述公共电源线路图形具有方波状的横向变宽部。
进一步的，还包括灯体，具有由底座和透明灯罩组合而成的中空壳体；以及用于安装所述电路板的多孔基板，其设置在所述壳体内且与底座、透明灯罩之间均形成散热通道。
一种制作发光二极管定向照明节能灯具的方法，包括以下步骤：
步骤一、提供一电路板，沿其平面界定X方向和Y方向；
步骤二、将多个发光二极管沿X方向和Y方向间隔安装在电路板上形成照明单元，并使每个所述发光二极管的管体距离电路板平面8-10毫米；
步骤三、将每个所述发光二极管的管体倾斜并分别相对于X方向和Y方向偏离预定的角度、以使照明单元在X方向和Y方向分别形成预定的投射角。
本发明的发光二极管定向照明节能灯具与现有的照明灯具相比，具有以下有益效果：
第一，由于发光二极管的独特布置，实现了准确的定向照射，能根据照明要求准确照射预定的目标范围，有效地提高灯照利用率。用于道路照明时，可使灯光准确地投射在路面范围内，避免因灯光照射到路面之外造成的光损失、电能浪费和光污染，降低能耗，节能效果显著，比采用传统高压钠灯的路灯可节省至少80％的能耗。
第二，采用小投射角的发光二极管作为灯具的发光元件，大大降低光线散射，提高了光照射强度，克服了现有发光二极管灯具存在的安装高度和照射距离受限制的不足。本发明的灯具，其安装高度可达到15至20米以上，可应用于高杆路灯领域。
第三，克服了现有灯具存在的照度不均匀性的不足，且无需采用反射灯罩。用于道路照明时，可为驾驶者提供均匀的、良好的路面照明，使驾驶更轻松，更不易疲劳，从而减少交通事故的发生。
第四，由于采用发热量小的小功率发光二极管元件，将管体距离电路板平面一定高度安装，并将多个发光二极管间隔布置成阵列，易于散热；公共电源线路图形具有方波状的横向变宽部，增加了线路图形的截面积，降低了电流密度，有效地减少发热量；灯体内形成散热通道，使内部空气对流畅通。上述设计使得整个灯具散热良好，工作状态稳定，并且使用时无须安装散热器件，可大大减小灯具体积和重量，降低成本。
第五，由于将多个发光二极管分成可独立控制的多组，能根据不同的照明需要方便地进行分组定时控制。
第六，可采用交流电源***或太阳能***供电。采用太阳能***供电时，其***所需的太阳能电池板、蓄电池和控制器等部件可比现有的太阳能路灯***减少一半，大大节省了建设投资，降低了太阳能路灯应用的门槛，有利于太阳能路灯普及应用。
第七，结构简单合理，造价低，非常适合于大规模应用，可替代传统的高压钠灯和现有的发光二极管照明灯具，是一种理想的节能环保照明产品。
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
附图说明
图1是现有的照明路灯的灯光投射侧向示意图。
图2是现有的照明路灯的灯光投射平面示意图。
图3是本发明提供的发光二极管定向照明节能灯具的示意图。
图4是沿图3中A方向的视图。
图5是本发明提供的发光二极管定向照明节能灯具的电路板的电路布线局部示意图。
图6是本发明提供的发光二极管定向照明节能灯具的发光二极管的安装状态示意图。
图7是沿图6中X方向延伸且垂直于电路板平面的中截面视图。
图8是沿图6中Y方向延伸且垂直于电路板平面的中截面视图。
图9是本发明提供的发光二极管定向照明节能灯具与交流电源***连接的示意图。
图10是本发明提供的发光二极管定向照明节能灯具与太阳能***连接的示意图。
具体实施方式
图3、图4所示的是一种用于道路路面照明的发光二极管定向照明节能灯具，该灯具包括由底座21和透明灯罩22组合而成的中空壳体、安装在壳体内的多孔基板23、安装在多孔基板23上的印刷电路板24、安装在印刷电路板24上的多个发光二极管25。底座21和多孔基板23，可采用铝或铝合金制作，灯罩22采用透明聚碳酸酯制作。多孔基板23与底座21、透明灯罩22均距离10厘米以上，基板23的孔、以及基板23与底座21和透明灯罩22之间的间隙形成了有利于空气对流的散热通道。发光二极管25采用直径5毫米、投射角小于15度、单颗亮度大于20000毫坎德拉的小功率发光二极管。
参照图5，印刷电路板24沿其平面界定X方向和Y方向。将印刷电路板24的X方向沿道路延伸的方向、Y方向沿道路宽度的方向安装在灯具中。在印刷电路板24上中间部分具有第一照明单元安装区241，在第一照明单元安装区241的Y方向对称两侧具有第二照明单元安装区242。在第一照明单元安装区241和第二照明单元安装区242中分别设置有沿X方向和Y方向间隔排列的多对插孔243，第一照明单元安装区241的每对插孔均沿Y方向排列，第二照明单元安装区242的每对插孔均沿X方向排列，即两个安装区的插孔对排列方向互相垂直。每个安装区具有相互独立的多组公共电源线路图形244，每组公共电源线路图形244具有独立的接线端245，以供焊接连接线。公共电源线路图形244上通常连接数量较多的发光二极管25，因此具有较高的电流密度，将公共电源线路图形244设计成具有横向变宽部246的方波条形状，可比直线形的线路图形具有更大的截面积，从而可降低电流密度，有效地减少发热量。在公共电源线路图形244之间还具有一些过渡连接用线路图形，这些线路图形电流密度较低，因此采用较窄的线条。
参照图6至图8，在印刷电路板24的第一照明单元安装区241和第二照明单元安装区242中均安装多个发光二极管25，形成第一照明单元和第二照明单元。每个发光二极管25插设在印刷电路板24上的一对插孔中并焊接固定，并且使发光二极管25的管体距离电路板24平面一定高度并呈倾斜安装。多个发光二极管25沿X方向和Y方向间隔设置成阵列、并沿阵列中心对称分布。每个安装区中的发光二极管25分成可独立控制的多组。每个发光二极管25根据灯具在X方向和Y方向的投射角分别相对于X方向和Y方向偏离一定的角度。灯具在X方向和Y方向的投射角根据国家道路照明设计标准和照射目标范围确定。灯具在X方向的投射角可设定为120度。灯具在Y方向的投射角根据路面宽度来确定，投射角的大小应能保证灯光准确地投射在路面范围内，并避免灯光照射到路面之外。
每个发光二极管25在沿X方向延伸且垂直于电路板平面的截面上的倾角αn，根据以下公式确定：
αn＝Arc tg(tg55·(n-0.5)/(N/2-0.5))
其中：N是沿X方向排列的发光二极管的总列数，n是从发光二极管阵列中心沿X方向向外计算该发光二极管所处列的序号；
每个发光二极管25在沿Y方向延伸且垂直于所述电路板平面的截面上的倾角βm，根据以下公式确定：
βm＝Arc tg(W·(m-0.5)/M/H)
其中：W是灯具沿Y方向的照射宽度即道路的路面宽度，M是沿Y方向排列的发光二极管的总行数，m是从发光二极管阵列中心沿Y方向向外计算该发光二极管所处行的序号，H是灯具的安装高度。
各个安装区中的发光二极管数量根据灯具安装高度、路面宽度、发光二极管实际亮度和对路面的照度要求来确定。
以下提供几个实施例：
实施例一、在灯具对地高度8米，路面宽度8米，X方向发光二极管的列数为20，Y方向发光二极管的行数为32的条件下，X方向由中心坐标点到边沿各列应该被扳弯的角度值分别是：4.3，12.7，20.6，27.8，34.1，39.6，44.3，48.4，52，55。Y方向由中心坐标点到边沿各行应该被扳弯的角度值分别是：0.9，2.7，4.5，6.2，8，9.8，11.5，13.2，14.9，16.5，18.2，19.8，21.3，22.9，24.4，25.8。
实施例二、在灯具对地高度12米，路面宽度10米，X方向发光二极管的列数为20，Y方向发光二极管的行数为64的条件下，X轴方向由中心坐标点到边沿各列应该被扳弯的角度值分别是：4.3，12.7，20.6，27.8，34.1，39.6，44.3，48.4，52，55。Y方向由中心坐标点到边沿各行应该被扳弯的角度值分别是：0.4，1.1，1.9，2.6，3.4，4.1，4.8，5.6，6.3，7.1，7.8，8.5，9.2，10，10.7，11.4，12.1，12.8，13.5，14.2，14.9，15.6，16.3，17，17.7，18.4，19，19.7，20.4，21，21.7，22.3。
实施例三、在灯具对地高度15米，路面宽度15米，X方向发光二极管的列数为40，Y方向发光二极管的行数为64的条件下，X方向由中心坐标点到边沿各列应该被扳弯的角度值分别是：2.1，6.3，10.4，14.4，18.2，21.9，25.5，28.8，31.9，34.8，37.6，40.1，42.5，44.7，46.7，48.6，50.4，52，53.6，55。Y方向由中心坐标点到边沿各行应该被扳弯的角度值分别是：0.4，1.3，2.2，3.1，4，4.9，5.8，6.7，7.6，8.4，9.3，10.2，11.1，11.9，12.8，13.6，14.5，15.3，16.1，16.9，17.8，18.6，19.4，20.2，20.9，21.7，22.5，23.3，24，24.7，25.5，26.2。
安装发光二极管25时，先将发光二极管25垂直插装在印刷电路板24上，使管体距离电路板24平面8-10毫米，先焊接固定好其靠近阵列对称中心的一只管脚，然后根据计算出的相对于X方向和Y方向需要倾斜的角度，用板材如硬直的塑料板将X方向上的每列、Y方向上的每行发光二极管25的管脚整齐地扳弯，使管体沿电路板24平面倾斜，最后再焊接固定另外一只管脚。
由于第一照明单元安装区241的每对插孔均沿Y方向排列，第二照明单元安装区242的每对插孔均沿X方向排列，因此安装在第一照明单元安装区241的每个发光二极管25的一对管脚均沿Y方向排列，安装在靠近电路板24两侧的第二照明单元安装区242的每个发光二极管25的一对管脚均沿X方向排列。这样的排列能保证每个发光二极管25在需要较大倾斜角度的方向上被轻易地扳弯。
参照图9，本发明提供的发光二极管定向照明节能灯具可采用100-260伏交流电源***供电，在交流电源***中采用稳压开关电源，以提高供电效率。参照图10，本发明提供的发光二极管定向照明节能灯具也可采用太阳能***供电，***所需的太阳能电池板、蓄电池和控制器等部件比现有的太阳能路灯***减少一半，大大节省了建设投资，降低了太阳能路灯应用的门槛，有利于太阳能路灯普及应用。
在实际使用中，可根据不同的照明需要，将灯具中的发光二极管进行分组定时控制。例如由于深夜时段里在道路上行驶的车辆较少，为了节约电能此时可熄灭灯具中的一部分发光二极管，然后在天明之前的某个时刻再将其点亮。发光二极管的分组定时控制是这样实现的：将互相独立的多组发光二极管进行编组，再将每组发光二极管所对应的互相独立的多个公共电源线路图形244的接线端245通过板外飞线连接，然后每组引出总汇流线与电源***连接，通过电源***的控制器即可实现分组、定时控制。
以上结合了实施例对本发明进行了说明，但这并不构成对本发明的限制。任何在同样的构思下所作出的修改和变化，也均属于本发明保护的范围。

Claims (11)

1、发光二极管定向照明节能灯具，其特征是：包括电路板，沿其平面界定X方向和Y方向；以及照明单元，其包括管体距离所述电路板平面一定高度并呈倾斜安装的多个发光二极管，多个所述发光二极管沿X方向和Y方向间隔设置成阵列并沿阵列中心对称分布，其特征是：每个所述发光二极管分别相对于X方向和Y方向偏离预定的角度、以使所述照明单元在X方向和Y方向分别形成预定的投射角；
每个所述发光二极管在沿X方向延伸且垂直于所述电路板平面的截面上的倾角αn，根据以下公式确定：
αn＝Arc tg(tg55·(n-0.5)/(N/2-0.5))
其中：N是沿X方向排列的发光二极管的总列数，n是从发光二极管阵列中心沿X方向向外计算该发光二极管所处列的序号；
每个所述发光二极管在沿Y方向延伸且垂直于所述电路板平面的截面上的倾角βm，根据以下公式确定：
βm＝Arc tg(W·(m-0.5)/M/H)
其中：W是灯具沿Y方向的照射宽度，M是沿Y方向排列的发光二极管的总行数，m是从发光二极管阵列中心沿Y方向向外计算该发光二极管所处行的序号，H是灯具的安装高度。
2、根据权利要求1所述的发光二极管定向照明节能灯具，其特征是：所述照明单元包括位于所述电路板中间位置的第一照明单元和对称设置在所述第一照明单元两侧的第二照明单元。
3、根据权利要求1或2所述的发光二极管定向照明节能灯具，其特征是：所述照明单元在X方向投射角为120度。
4、根据权利要求1或2所述的发光二极管定向照明节能灯具，其特征是：所述发光二极管采用投射角小于或等于15度的发光二极管。
5、根据权利要求1或2所述的发光二极管定向照明节能灯具，其特征是：所述发光二极管采用亮度大于或等于20000毫坎德拉的发光二极管。
6、根据权利要求2所述的发光二极管定向照明节能灯具，其特征是：所述电路板上形成有第一照明单元安装区和第二照明单元安装区，在所述第一照明单元安装区和所述第二照明单元安装区中分别设置有沿X方向和Y方向间隔排列的多对插孔，所述第一照明单元安装区的插孔对与所述第二照明单元安装区的插孔对排列方向互相垂直，所述发光二极管插设焊固在所述电路板的成对插孔中。
7、根据权利要求1或2所述的发光二极管定向照明节能灯具，其特征是：所述照明单元的多个发光二极管分成可独立控制的多组。
8、根据权利要求7所述的发光二极管定向照明节能灯具，其特征是：所述电路板具有相互独立的多组公共电源线路图形，每组所述公共电源线路图形具有独立的接线端。
9、根据权利要求8所述的发光二极管定向照明节能灯具，其特征是：所述公共电源线路图形具有横向变宽部。
10、根据权利要求1或2所述的发光二极管定向照明节能灯具，其特征是：还包括灯体，具有由底座和透明灯罩组合而成的中空壳体；以及用于安装所述电路板的多孔基板，其设置在所述壳体内且与底座、透明灯罩之间均形成散热通道。
11、一种制作发光二极管定向照明节能灯具的方法，包括以下步骤：
步骤一、提供一电路板，沿其平面界定X方向和Y方向；
步骤二、将多个发光二极管沿X方向和Y方向间隔安装在电路板上形成照明单元，并使每个所述发光二极管的管体距离电路板平面8-10毫米；
步骤三、将每个所述发光二极管的管体倾斜并分别相对于X方向和Y方向偏离预定的角度、以使照明单元在X方向和Y方向分别形成预定的投射角。
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Assignee: Fujian Smartenergy Optoelectronic Co., Ltd.

Assignor: Liu Zhiyong

Contract record no.: 2010990000447

Denomination of invention: Luminous diode directional lighting energy conserving lamp and method of manufacture

Granted publication date: 20091118

License type: Exclusive License

Open date: 20081119

Record date: 20100628

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Granted publication date: 20091118

Termination date: 20170515