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CN106090662B - 一种具有安全保护结构的led灯及其制造方法 - Google Patents

一种具有安全保护结构的led灯及其制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种具有安全保护结构的LED灯及其制造方法。所述LED灯具有金属基板和线路层以及连接二者的粘结层，所述粘结层材料在LED灯工作发热作用下发生交联反应，使得所述金属基板、线路层和粘结层构成的金属基线路板刚性增加，从而易在外力作用下断裂。基于此，本发明在保证不影响出光效率的前提下，还能够保证金属基线路板在碰撞、跌落等外力影响下断裂失效，切断电源使LED灯将无法继续产生热量，避免了火灾的隐患。

Description

一种具有安全保护结构的LED灯及其制造方法
技术领域
本发明涉及LED应用领域，尤其涉及一种具有安全保护结构的LED灯及其制造方法。
背景技术
LED作为第四代光源，具有能耗低和寿命长的优势。随着技术的逐渐成熟，对LED灯模组的光效、散热、安全性能等要求已经到达了一个新阶段。
传统LED灯源，发光组件在使用过程中会产生的热量，因此通常会用灯罩进行保护与隔离，避免与其他物体接触。但是，在灯泡出现意外掉落时，如果供电系统未能自动切断电源，则灯泡的发光组件会持续发光发热，极有可能引燃所接触的其他物体导致火灾的发生。
现有的LED安全标准对LED的电路以及安装、操作等进行了规范，但是尚未有针对LED本身结构改进，以使其满足安全要求的技术。
发明内容
本发明对传统LED灯源的改进，在保证不影响出光效率的前提下，进行了安全方面设计的改进，确保灯泡掉落后，发光组件在外力影响下断裂失效，LED灯将无法继续产生热量，避免了火灾的隐患。
具体地，本发明提出一种具有安全保护结构的LED灯，包括发光组件，所述发光组件包括金属基线路板和LED灯珠，所述金属基线路板包括金属基板和在金属基板的第一面上依次设置的粘结层和线路层，所述LED灯珠焊接在所述线路层上；
所述粘结层由具有热反应性的导热绝缘材料构成，所述导热绝缘材料在所述LED灯工作发热的作用下发生交联反应，使得所述金属基线路板和所述LED灯珠构成的整体的刚性增加。
优选地，所述金属基板相对于第一面的第二面设置为高反射率面。
优选地，所述高反射率面包括镜面银、镜面铝、镜面贴膜等。
优选地，在所述线路层上还进一步设置阻焊层，所述阻焊层具有高反射率。
优选地，所述金属基线路板包括泄力槽。
优选地，所述泄力槽的朝向与LED灯珠的焊接方向平行。
优选地，所述金属基板的材料为铝。
优选地，所述粘结层材料包括环氧树脂或丙烯酸树脂类胶。
优选地，所述金属基线路板被弯折为环形、螺旋形、莫比乌斯环形或其它多段曲折形状。
优选地，所述金属基线路板被弯折为螺旋形。
优选地，所述被弯折为螺旋形的金属基线路板满足：
D＝N·(L1+L2+2πR)；
SinΘ＝N·(L1+L2)/D；
其中，L1为金属基线路板宽度，L2为绕曲间距，D为金属基线路板长度，R为绕曲半径，N为绕曲圈数，Θ绕曲的倾斜角度，π为圆周率。
优选地，所述LED灯还具有灯壳和灯座，所述灯壳位于发光组件的外围；所述灯座位于LED灯的末端；所述灯壳由透光的、耐高温的：玻璃或树脂或其它材料制成。
优选地，所述灯座内设置有驱动电源。
优选的，所述的LED灯珠为互相间隔的多个LED灯珠。
优选的，所述金属基板的本体包括散热结构，其中所述散热结构的宽度根据LED灯的功率而定。
本发明还提出一种具有安全保护结构的LED灯的制造方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
步骤1：准备金属基板；在覆铜板上制作所需的线路图形，以形成线路层；
步骤2：使用粘结材料将线路层与金属基板粘结在一起得到金属基线路板，所述粘结材料具有热反应性，在发热的作用下发生交联反应；
步骤3：在得到的金属基线路板的线路面上涂覆阻焊材料，并将需要焊接的焊盘裸露出来，然后在线路层上焊接所需的LED灯珠；
步骤4：将得到的焊接后的、带元件的金属基线路板，弯折为预设形状；
步骤5：弯折为预设形状的金属基线路板，连接驱动电源后，放置入灯壳，完成组装。
优选的，所述步骤1中还包括：在金属基板上，形成泄力槽。
优选的，所述泄力槽的朝向与LED灯珠的焊接方向平行。
优选的，所述弯折方向与泄力槽的在线路层上的朝向一致。
优选的，所述线路层的材料为聚酰亚胺覆铜板；所述粘结层材料包括环氧树脂或丙烯酸树脂类胶。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明：
图1是根据本发明实施例的具有保护结构的LED灯的整体结构示意图；
图2是根据本发明实施例的具有保护结构的LED灯的内部结构示意图；
图3是根据本发明实施例的金属基线路板结构示意图；
图4是根据本发明实施例的金属基线路板的泄力槽结构示意图；
图5是根据本发明实施例的金属基线路板的各层结构示意图；
图6是根据本发明实施例的具有单环形金属基线路板的LED灯结构示意图；
图7是根据本发明实施例的具有螺旋形金属基线路板的LED灯结构示意图；
图8是根据本发明实施例的具有螺旋形金属基线路板的LED灯内部结构示意图；
图9是根据本发明实施例的具有莫比乌斯环的金属基线路板结构示意图。
具体实施方式
如图1、2所示，本发明公开的一种满足安全标准的LED灯泡，所述LED灯泡包括：发光组件、灯壳和灯座；所述灯壳位于发光组件的外围；所述灯座位于LED灯泡的下方。发光组件包括金属基线路板和LED灯珠，所述金属基线路板包括金属基板和在金属基板的第一面上依次设置的粘结材料层和线路层，所述LED灯珠焊接在所述线路层上。所述粘结层由具有热反应性的导热绝缘材料构成，所述导热绝缘材料在LED使用发热的作用下发生交联反应，使得所述金属基线路板和所述LED灯珠构成的整体的刚性增加。由于刚性的增加，在发生LED灯被较大外力碰撞、跌落等情况下，由于外力冲击而断裂失效，因而LED不会继续产生热量，避免了火灾等隐患。
在一个实施例中，所述金属基线路板另一面的表面使用高反射材料。所述高反射材料包括镜面银、镜面铝、镜面贴膜等。
可选择地，在所述灯座内置驱动电源。为了提高出光均匀度，还可以在LED灯珠上覆盖荧光胶。
在一个实施例中，在得到的金属基线路板的线路面上涂覆阻焊材料，阻焊材料需要焊接的焊盘裸露出来，用于防止焊锡的流动，阻焊材料还可以提高是具有高反射率的材料，例如白色油墨，以提高出光率。
使用具有热反应性的导热绝缘材料带来如下有益的技术效果：在LED灯使用前，导热绝缘材料未发生性质改变，发光组件整体具有柔性，降低生产过程中的加工难度，提高良品率，且在生产、存储和运输过程中的较大外力碰撞不会导致发光组件的损坏。在LED灯使用后，由于LED灯在使用过程中发热，引起导热绝缘材料在LED使用发热的作用下发生交联反应，使得所述基板和所述LED灯珠构成的整体的刚性增加，基板不再具有柔性而变“脆”易折断，在发生LED灯被较大外力碰撞、跌落等情况下，由于外力冲击而断裂失效，因而LED不会继续产生热量，避免了火灾等隐患。
所述金属基线路板由耐弯折的金属制成，包括铝。所述粘结层材料可选择环氧树脂或丙烯酸树脂类胶。
如图3、4所示，金属基线路板的线路层包括泄力槽。在图3示出的结构中，包含金属基线路板和LED灯珠的发光组件整体呈长条形状，其中金属基板的形状与金属基线路板相同，线路层由间断的金属导电片组成，金属导电片上具有电极，LED灯珠与金属导电片上的电极与各金属导电片连接成串联回路。在金属导电片之间(例如图3、4所示)或者金属导电片上(未示出)形成泄力槽。
使用具有泄力槽的线路层带来如下有益的技术效果：在生产和安装过程中，需要对金属基板进行弯折。所述泄力槽能够缓冲线路层、焊接的元件所承受的应力，带来更大的弯折自由度，避免金属基板在弯折时导致线路或焊点断裂。在LED灯使用后，导热绝缘材料在LED使用发热的作用下发生交联反应，使得所述基板和所述LED灯珠构成的整体的刚性增加，基板不再具有柔性而变“脆”易折断，在发生LED灯被较大外力碰撞、跌落等情况下，由于金属泄力槽是相互间断的，在碰撞或跌落发生时，受到外力更容易发生断裂，使电路断开，从而避免LED灯珠继续发热而可能引起火灾。
泄力槽的设置根据金属基线路板的弯折形状经过应力分析来设置，结合金属基板的弯折形状，以达到最优的应力缓冲效果。在例如图4所对应的实施例中，泄力槽的朝向与条形金属基线路板的外沿形成一个夹角，与相邻两个焊盘的连线方向平行，从而与LED灯珠焊接方向平行，如此能够在LED灯珠焊接后即使金属基板进行弯折，也能有效地避免焊接后在弯折过程中焊点出现脱落。
此外，多个LED灯珠很容易间隔的设置于弯折的金属基线路板上，发光时容易产生如星光般闪烁的视觉效果，更佳的，所述多个LED灯珠可以是不同颜色的。更佳的，所述LED灯为可调功率的，在低功率小是各LED灯珠呈闪烁效果，在高功率下各LED灯珠相当于一个单独的光源。
另外，所述金属基线路板可以略宽些，例如金属基线路板的本体还包括散热结构，其中所述散热结构的宽度根据LED灯的功率而定。例如，安装或设置LED只会占用金属基线路板的部分宽度，剩余的宽度可以设计或安装散射结构，散热结构可以是平面，也可以是具有较高表面积的其它形状或翅片。
如图5-9所示，金属基线路板的弯折形状可以是单环形，单环螺旋形，多环螺旋形，多段弯折形，莫比乌斯环形。
在一个实施例中，金属基线路板的弯折为多环螺旋形弯折形状，金属基线路板宽度L1，绕曲间距L2，金属基线路板长度D，绕曲半径R，绕曲圈数N之间具有如下关系：
D＝N·(L1+L2+2πR)。
如果将多环螺旋形展开，其模型相当于一个圆柱面的展开，那么可以得到绕曲的倾斜角度Θ满足：
SinΘ＝N·(L1+L2)/D。
通过调整L1、L2、D、N等参数可以获得不同的弯折结构，不同的弯折结构中金属基线路板所受到的应力大小不同，通过选择合适的应力范围，可以获得产品的结构参数。
例如，当金属基线路板宽度L1＝3.5mm，绕曲间距L2＝3.5mm，金属基线路板长度D＝120mm，绕曲半径R＝4.3426mm，π＝3.14159，绕曲圈数N＝3.5时，SinΘ＝0.20417，Θ＝11.78°。
通常，金属基线路板的弯折圈径与外部输入的电压成正比。
在应力仿真中，上述参数结构的LED灯表现出了适中的结构应力，这保证在生产安装过程中，柔性的金属基板不会因为弯折而断裂。在使用时，经过LED加热刚度变强的金属基板，在该应力下则可以在适当的外力撞击下破裂从而达到安全防护的目的。
根据实际产品测试结果，满足上述尺寸设计的金属基线路板，能够在LED灯从预定高度跌落情况下断裂。
在一个实施例中，金属基线路板的弯折为莫比乌斯环状，使承载灯条的电路板各点应力均匀，降低生产制造过程中因为弯曲对金属基线路板造成的损坏。同时使用莫比乌斯环结构会对金属基线路板施加一定的应力，这也保证了经过LED加热刚度变强的金属基板，在适当的外力撞击下破裂从而达到安全防护的目的。
在上述实施例中，多环螺旋形金属基线路板和莫比乌斯环形金属基线路板还具有不同的配光效果，多环螺旋形结构能够对垂直于螺旋形轴向的方向达到较好的配光，而莫比乌斯环形结构配合金属基线路板背面的高反射率层能够实现更大范围的配光。
在一个实施例中，金属基线路板弯折为单环，单环结构具有较好的配光范围，装配简单，容易调控外力碰撞而断裂的阈值。
在一个实施例中，金属基线路板弯折为单螺旋结构，在应力测试方面与单环结构接近，具有不同的配光效果。
在一个实施例中，所述LED灯具有如下制造流程：
步骤1：准备金属基板；在覆铜板上制作所需的线路图形，以形成线路层。
步骤2：使用粘结材料将线路层与金属基板粘结在一起。
步骤3：在线路层上焊接所需的LED灯珠。
步骤4：将得到的焊接后的、带元件的金属基线路板，绕轴进行弯折。
步骤5：将弯折后的金属基线路板，连接驱动电源后，放置入灯壳，完成组装。
在步骤1中还包括形成泄力槽的步骤。泄力槽的朝向与LED焊接方向平行，以避免焊接后在弯折过程中焊点出现脱落。
步骤4中线路层泄力槽的朝向与金属基板弯折方向一致，避免线路在弯折过程中出现断裂。
在上述过程中，要严格控制温度与加热时间，避免粘结材料发生完全交联反应，降低耐弯折能力。在产品测试过程中，使用发热量很小的微电流测试和/或对多个灯珠采取逐段测试，以避免在测试过程中产生热量引起交联反应。
以上所述仅为本发明的较佳实例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (16)

1.一种具有安全保护结构的LED灯，包括：
发光组件，所述发光组件包括金属基线路板和LED灯珠，所述金属基线路板包括金属基板和在金属基板的第一面上依次设置的粘结层和线路层，所述LED灯珠焊接在所述线路层上；
所述金属基线路板包括泄力槽；
所述粘结层由具有热反应性的导热绝缘材料构成，所述导热绝缘材料在所述LED灯工作发热的作用下发生交联反应，使得所述金属基线路板和所述LED灯珠构成的整体的刚性增加；刚性的增加，在发生LED灯被较大外力碰撞、跌落情况下，由于金属泄力槽是相互间断的，在碰撞或跌落发生时，受到外力更容易发生断裂，使电路断开，由于外力冲击而断裂失效，因而LED不会继续产生热量，从而避免LED灯珠继续发热而可能引起火灾；
其中，所述金属基板相对于第一面的第二面设置为高反射率面；
在所述线路层上还进一步设置阻焊层，所述阻焊层具有高反射率；
所述金属基线路板被弯折为环形、螺旋形、莫比乌斯环形或其它多段曲折形状；
弯折方向与泄力槽在线路层上的朝向一致；
泄力槽的设置根据金属基线路板的弯折形状经过应力分析来设置，结合金属基板的弯折形状，以达到最优的应力缓冲效果：泄力槽的朝向与LED灯珠焊接方向平行，如此能够在LED灯珠焊接后即使金属基板进行弯折，也能有效地避免焊接后在弯折过程中焊点出现脱落。
2.根据权利要求1所述的LED灯，其特征在于，所述高反射率面包括如下任一：镜面银、镜面铝、镜面贴膜。
3.根据权利要求1所述的LED灯，其特征在于，所述金属基板的材料为铝。
4.根据权利要求1所述的LED灯，其特征在于，所述粘结层材料包括环氧树脂或丙烯酸树脂类胶。
5.根据权利要求1所述的LED灯，其特征在于，所述金属基线路板被弯折为螺旋形。
6.根据权利要求5所述的LED灯，其特征在于，所述被弯折为螺旋形的金属基线路板满足：
D= N·（L1+L2+2πR）；
SinΘ=N·（L1+L2）/D；
其中，L1为金属基线路板宽度， L2为绕曲间距，D为金属基线路板长度，R为绕曲半径，N为绕曲圈数，Θ为绕曲的倾斜角度，π为圆周率。
7.根据权利要求1所述的LED灯，其特征在于，所述LED灯还具有灯壳和灯座，所述灯壳位于发光组件的外围；所述灯座位于LED灯的末端；所述灯壳由透光的、耐高温的：玻璃或树脂制成。
8.根据权利要求7所述的LED灯，其特征在于，所述灯座内设置有驱动电源。
9.根据权利要求1所述的LED灯，其特征在于，所述的LED灯珠上覆盖有荧光胶。
10.根据权利要求1所述的LED灯，其特征在于，所述的LED灯珠为互相间隔的多个LED灯珠。
11.根据权利要求1所述的LED灯，其特征在于，所述金属基板的本体包括散热结构，其中所述散热结构的宽度根据LED灯的功率而定。
12.根据权利要求1所述的一种具有安全保护结构的LED灯的制造方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
步骤1：准备金属基板；在覆铜板上制作所需的线路图形，以形成线路层；
步骤2：使用粘结材料将线路层与金属基板粘结在一起得到金属基线路板，所述粘结材料具有热反应性，在发热的作用下发生交联反应；
步骤3：在得到的金属基线路板的线路面上涂覆阻焊材料，并将需要焊接的焊盘裸露出来，然后在线路层上焊接所需的LED灯珠；
步骤4：将得到的焊接后的、带元件的金属基线路板，弯折为预设形状；
步骤5：弯折为预设形状的金属基线路板，连接驱动电源后，放置入灯壳，完成组装。
13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于：所述步骤1中还包括：在金属基板上，形成泄力槽。
14.根据权利要求13所述的方法，其特征在于：所述泄力槽的朝向与LED灯珠的焊接方向平行。
15.根据权利要求13所述的方法，其特征在于：所述步骤4中，弯折方向与泄力槽在线路层上的朝向一致。
16.根据权利要求12所述的方法，其特征在于：所述粘结层材料包括环氧树脂或丙烯酸树脂类胶。
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