CN101469814B

CN101469814B - 一种led灯条

Info

Publication number: CN101469814B
Application number: CN2007103013821A
Authority: CN
Inventors: 钟群
Original assignee: GUANGZHOU JINFENG DESIGN ENGINEERING Co Ltd
Current assignee: GUANGZHOU JINFENG DESIGN ENGINEERING Co Ltd
Priority date: 2007-12-25
Filing date: 2007-12-25
Publication date: 2010-12-22
Anticipated expiration: 2027-12-25
Also published as: CN101469814A

Abstract

本发明公开了一种LED灯条，由焊有LED单灯、电路板、铝槽、防护胶、导热媒介、边塞、连接件和驱动电源组成，所述的铝槽截面呈凹字形，铝槽内侧边有两个台阶，在台阶上方有两个凸部，电路板放置于台阶上方及铝槽凸部的下方，铝槽里面加有导热媒介，电路板和铝槽之间形成一个管状的LED灯条，LED灯条的两端用边塞塞住，其中在LED灯条的一端的边塞中心注塑成型时包裹了连接线，连接线的尾端是防水连接头，LED灯条与LED灯条之间用防水连接头相连。本发明LED灯条具有长寿节能、均匀光分布且易安装优点。

Description

一种LED灯条

技术领域

本发明涉及一种新光源，更具体的说，涉及一种LED灯条。

背景技术

现在能应用在狭小空间范围的照明光源并不多，主要是T5荧光灯管和PVC软管灯(也叫霓虹软管或美耐灯，英文名称(Rope Light))。一般来说，狭小空间诸如广告灯箱，天花暗格，橱窗橱柜，和楼梯台阶等对照明光源的亮度要求不高，但对牢固性，安全性和寿命的要求却非常高，因为在狭小空间的安装比较困难，不希望经常换灯或维修；其次要求照明光源的体积小，例如T5荧光灯管的直径是15mm，而PVC软管灯的直径更是小到13mm。

T5荧光灯管的优点是亮度高，缺点是易碎，不安全和寿命短，T5荧光灯管易碎，而且一旦碎了，灯管内的水银蒸汽会跑出来，水银有剧毒，对人体伤害极大，会致癌；另外，T5荧光灯管用高电压驱动，不安全，且寿命少于5,000小时，年年要替换。

PVC软管灯原本采用发光效率极低的小氖灯(充氖气的钨丝灯)，每米耗电20W，自3年前以来，PVC软管灯的光源逐步改为LED单灯，节电，结构牢固，但缺点也很多，包括亮度低和光分布不均匀。亮度低的原因是LED单灯被包裹在2层透光并不好的PVC里，LED发出的光经过PVC被损失一半以上。另外对于白光LED PVC软管灯来说，由于LED单灯被密封在散热不佳的PVC材料里，白光LED芯片的温度很高，以至于LED光衰很快，寿命不足3000小时。

发明内容

为克服上述现有T5荧光灯管和PVC软管灯应用于狭小空间照明所存在的技术缺陷，本发明的目的是提供一种长寿节能、均匀光分布且易安装的LED灯条。

本发明LED灯条由LED(发光二极管)单灯、电路板、铝槽、防护胶、导热媒介、边塞、连接件和驱动电源组成，其中铝槽截面呈凹字形，铝槽内侧边有两个台阶，在台阶上方有两个凸部，电路板放置于台阶上方及铝槽凸部的下方，铝槽里面加有导热媒介，电路板和铝槽之间形成一个管状的LED灯条，LED灯条的两端用边塞塞住，其中在LED灯条的一端的边塞中心注塑成型时包裹了连接线，连接线的尾端是防水连接头，LED灯条与LED灯条之间用防水连接头相连，从而相当于连接了电源线，即前面一根LED灯条给后面一根LED灯条供电。

所述的导热媒介可以是用硅胶和导热粉配置而成的导热胶，也可以是导热陶瓷材料制成的絮状物。

所述的电路板上涂覆有白色的密封硅胶防护胶。

所述的驱动电源所选用的是0-50V安全特低电压供电，包括和太阳能板配套的蓄电池供电，在LED灯条线路里，每个电路板PCB的一个线路上有若干个LED与其保护电阻相串联作为LED串联组，然后每一LED串联组再相并联。

所述的LED灯条的外壳是由铝合金材料制成的。

所述的LED灯条具有散热结构，LED灯条的散热结构由从LED芯片到灯条铝合金外壳之间的热传导层和铝合金外壳两部分组成，所述的散热结构的热传导层包括有：LED芯片到LED支架之间的热传导层，LED支架中碗腔到引脚端的热传导层，支架引脚端同导热媒介之间的热传导层，导热媒介同铝合金外壳之间的热传导层；另一部分散热结构是铝合金外壳向空气中散发热量的能力，铝合金外壳的表面积越大，则散热越快。

LED灯条必须具有散热结构，使得LED的结温(LED含有半导体PN结，此处的结温是指LED中的半导体PN结的温度)能控制在较低的温度范围。LED的寿命同LED在工作时的结温成指数关系：

Log(t)＝A/T

t为寿命；A为常数，同LED芯片材料的活化能有关；T是结温，单位是绝对温度。

对白光LED芯片来说，一般结温在70℃以下则寿命可长达50,000小时；若结温在50℃以下则寿命可长达100,000小时。

降低结温则需要降低LED PN结同环境(空气)之间的热阻，包括LEDPN结同LED支架焊点间的热阻，加LED支架焊点同铝外壳之间的热阻，再加上铝外壳同空气之间的热阻。选择铝合金来做外壳，就是为了降低热阻，因为铝合金的导热系数高达180W/mK(导热系数越高则热阻越低)。假如外界空气的温度为30℃，而结温不能超过70℃，则最大温差不能超过40℃，因此LED PN结同铝外壳之间的热阻加上铝外壳同空气之间的热阻率需控制在40℃/W以下。在上述三个热阻中，由于现在的LED都采用铁支架，因此LED PN结同LED支架焊点间的热阻就高达25℃/W，而铝外壳同(静态)空气之间的热阻在5℃/W左右，热阻剩下的余地就是10℃/W。把LED支架焊点同铝外壳之间的热阻限制在10℃/W，正是本发明的关键。

本发明选用了两种导热媒介来降低LED支架焊点同铝外壳之间的热阻。一种方法是在电路板和铝槽之间灌注导热系数大于1W/mK的导热胶(空气的导热系数只有0.027W/mK)，导热胶用硅胶和导热粉配置而成，未固化前流动性很好，在安装了带有连接线的防水塞的灯条半成品从另一头用针头将流动性尚好的导热胶注入灯体内，等到固化以后，再将第二个防水塞封住便可。这样LED引脚和铝槽之间就通过导热胶衔接在一起，LED产生的热量源源不断地通过导热胶传递到铝槽，并散发到空间。

另一种方法是在电路板和铝槽之间放置(压紧)导热系数高于20W/mK的陶瓷材料制成的絮状物。经测量这种像棉花一样的絮状物用人力压紧后导热系数也可大于1W/mK。采用这种方法达到的效果接近第一种方法，而且工艺较简单，成本较低。

有了这些导热媒介以帮助散热，在这种结构之下，LED的结温可以控制在70℃以下，则LED寿命(以光衰30％为准)可以大于50,000小时。将本发明的长寿命线性LED灯条应用于广告灯箱，天花暗格，橱窗等狭小空间，照明效果非常理想。无论是照度和光色均匀性，都不比T5荧光灯管差，较之PVC软管灯远远要好。同时，老化试验5,000小时，光衰少于10％。

通过本发明一种LED灯条，使得LED的结温能控制在较低的温度范围内，从而延长LED单灯的寿命，本发明一种LED灯条，还具有安全环保，均匀光分布且易安装等优点。

附图说明

图1为本发明LED灯条的线路图；

图2为本发明LED灯条的截面图；

图3为本发明LED灯条的结构示意图；

图4为本发明LED灯条应用在天花暗格的结构示意图；

图5为本发明LED灯条应用在天花暗格的安装示意图；

图6为本发明LED灯条安装在灯箱里的示意图。

具体实施方式

下面结合附图以及实施例对本发明作进一步说明。

如图1、图2和图3所示，本发明的LED灯条由LED(发光二极管)单灯1、电路板5、铝槽7、防护胶3、导热媒介8、边塞9、连接件和驱动电源组成，其中铝槽7截面呈凹字形，侧边并不是完全垂直，铝槽内侧边有两个台阶6，约1mm，是为了放置电路板5用的。在台阶6上方1mm有两个凸部4，是为了卡住电路板用的，电路板5放置于台阶6上方及铝槽凸部4的下方，铝槽7里面加有导热媒介8，导热媒介8是本发明最重要的一个组成部分，导热媒介8可以是用硅胶和导热粉配置而成的导热胶，也可以是导热陶瓷材料制成的絮状物，它是保证LED寿命的重要因素。

在铝槽7里加入导热媒介8(例如导热陶瓷絮状物)后，便可将电路板5从上部用力压入铝槽7的卡口，这样导热陶瓷絮状物8被压紧，则导热效果更佳，并且电路板5牢牢地卡在铝槽7中，电路板5和铝槽7之间形成一个管状的LED灯条，LED灯条的两端用边塞9塞住，其中在LED灯条的一端的边塞9中心在注塑成型时包裹了连接线10，连接线10的尾端是防水连接头11，LED灯条与LED灯条之间用防水连接头11相连，从而相当于连接了电源线，即前面一根灯条给后面一根灯条供电。这种LED灯条的宽度可在10-15mm，高度可在5-10mm，长度是任意的，范围可以从0.20-6.0米。

为了保护电路板，并且达到防水目的，在电路板上有涂覆密封硅胶防护胶3，防护胶是白色的，不仅有密封效果，而且有反光效果。

为了让这种线性LED灯条满足环保要求，本发明所选用的材料都是无毒无害且可回收的；另外，LED所发出的光没有近紫外和红外辐射，无任何光污染，也就绝对环保。

为了安全目的，本发明中所选用的电路是0-50V安全特低电压供电，包括和太阳能板配套的蓄电池供电；在LED灯条线路里，每个电路板的一个线路上有若干个LED与其保护电阻2相串联作为LED串联组，然后每一LED串联组再相并联，以延长LED光源的寿命。

为了保证LED光源的寿命，除了选用的LED单灯必须是长寿命的封装工艺以外，另一个关键就是LED灯条必须具有散热结构，所述的LED灯条的外壳是由铝合金材料制成的。LED灯条的散热结构由两大部分组成，一部分是从LED芯片到LED灯条铝合金外壳之间的热传导层，在这个热传导层中必须保证所有材料有足够好的热导率，不能有任何绝热的环节出现，比如空气，塑胶材料就是绝热的。这个热传导层包括：LED芯片到LED支架(碗腔)之间的热传导层，LED支架中碗腔到引脚端的热传导层，例铜质支架的热传导远好于铁质支架，支架引脚端同导热媒介之间的热传导层，导热媒介同铝合金外壳之间的热传导层；其中支架引脚端同导热媒介之间的热传导层和导热媒介同铝合金外壳之间的热传导层都同接触紧密程度有关。为了避免支架引脚端(有焊锡)同铝合金外壳之间形成空气绝热层，填充导热媒介。该导热媒介也是这个热传导途径的重要环节。另一部分是铝合金外壳向空气中散发热量的能力，同外壳的表面积有关，表面积越大，则散热越快。当然，空气的温度和流动性也影响散热；空气的温度越低，或空气的流动越强(如在有风的情况下)，散热越快。

使得LED的结温(LED含有半导体PN结，此处的结温是指LED中的半导体PN结的温度)能控制在较低的温度范围。LED的寿命同LED在工作时的结温成指数关系：

Log(t)＝A/T

本发明选用了两种导热媒介来降低LED支架焊点同铝外壳之间的热阻。一种方法是在电路板5和铝槽7之间灌注导热系数大于1W/mK的导热胶(空气的导热系数只有0.027W/mK)，导热胶用硅胶和导热粉配置而成，未固化前流动性很好，在安装了带有连接线10的防水塞9的灯条半成品从另一头用针头将流动性尚好的导热胶注入灯体内，等到固化以后，再将第二个防水塞9封住便可。这样LED1引脚和铝槽7之间就通过导热胶衔接在一起，LED产生的热量源源不断地通过导热胶传递到铝槽，并散发到空间。

另一种方法是在电路板5和铝槽7之间放置(压紧)导热系数高于20W/mK的陶瓷材料制成的絮状物。经测量这种像棉花一样的絮状物用人力压紧后导热系数也可大于1W/mK。采用这种方法达到的效果接近第一种方法，而且工艺较简单，成本较低。

有了这些导热媒介以帮助散热，在这种结构之下，LED的结温可以控制在70℃以下，则LED寿命(以光衰30％为准)可以大于50,000小时。

实施例一：LED灯条在广告灯箱的应用

如图1、图2、图3、图6所示，选用一个1.5米高，3.0米宽，厚度为7cm的铝合金灯箱安装本发明的LED灯条。LED灯条13通过灯条固定座19固定在灯箱外壳18里，LED灯条通过防水接头11相连接。本实施例选用的铝槽7，长1440mm；电路板PCB5宽15mm，正好卡在铝槽7的凹槽里。电路板PCB5上焊有大角度的LED单灯1，LED光通量为41m以上。每个PCB上有6颗LED单灯，全部串联，并用240Ω电阻限流。一根线形LED灯条有6块PCB，共36颗LED单灯，LED单灯间距4cm。

在灯箱内将线形LED灯条竖向平行排列，间距4cm。罩上白色画布并有少量红黄蓝绿的图案，则白色画面干净无暇，图案颜色鲜艳饱满，没有任何明暗相间现象。用光度计测量，则白色画布上的照度高达1800lux以上。

实施例二：LED灯条在天花暗格的应用

如图3、图4、图5所示，LED灯条13通过LED灯条安装座16固定在装饰暗槽12内，LED灯条13外部有一灯罩15，LED灯条13安装在墙体17一侧，为了避免在天花14上看到LED单灯的光点，采用一有机玻璃磨沙灯罩15套在线形LED灯条13。线形LED灯条13点亮后，整个暗格内灯光柔和而舒适。一般一根1米的T5荧光灯管的功耗为28W，光通量高达2000lm，放在暗格里，因发光角度无法控制，90％以上的光给浪费了，只有200lm的光在起作用。使用1米的线形LED灯条，功耗仅4W，光通量超过300lm，光使用率超过70％，丝毫不差于T5荧光灯管。

实施例三：橱窗照明

将1米长的7W的线形LED灯条放置在宽40cm，长120cm化妆品橱窗里，则整个橱窗里的化妆品样品都被照亮。因为LED发出的光不含紫外和红外，所以化妆品不会因为红外线引起温度升高而变质，化妆品的精美的包装也不会因为紫外线的照射而变色变旧。

Claims

1.一种LED灯条，包括LED单灯、电路板、铝槽、防护胶、边塞、连接件和驱动电源，所述的铝槽截面呈凹字形，铝槽内侧边有两个台阶，在台阶上方有两个凸部，电路板放置于台阶上方及铝槽凸部的下方，电路板和铝槽之间形成一个管状的LED灯条，LED灯条的两端用边塞塞住，其特征在于，所述的铝槽里面加有导热媒介，所述的LED灯条的其中一端的边塞中心注塑成型时包裹了连接线，连接线的尾端是防水连接头，LED灯条与LED灯条之间用防水连接头相连；所述的LED灯条具有散热结构，所述的散热结构由从LED芯片到灯条铝合金外壳之间的热传导层和铝合金外壳两部分组成，所述的热传导层由LED芯片到LED支架之间的热传导层、LED支架中碗腔到引脚端的热传导层、支架引脚端同导热媒介之间的热传导层和导热媒介同铝合金外壳之间的热传导层组成。

2.根据权利要求1所述一种LED灯条，其特征在于，所述的导热媒介为用硅胶和导热粉配置而成的导热胶。

3.根据权利要求1所述一种LED灯条，其特征在于，所述的导热媒介为导热陶瓷材料制成的絮状物。

4.根据权利要求1所述一种LED灯条，其特征在于，所述的电路板上涂覆有白色的密封硅胶防护胶。

5.根据权利要求1所述一种LED灯条，其特征在于，所述的驱动电源所选用的是0-50V安全特低电压供电，包括和太阳能板配套的蓄电池供电。

6.根据权利要求1所述一种LED灯条，其特征在于，在LED灯条线路里，每个电路板的一个线路上有若干个LED与其保护电阻相串联作为LED串联组，然后每一LED串联组再相并联。