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摘要:針對led側(cè)入光式面板燈的結(jié)構(gòu)設計了一種優(yōu)化方案，即在金屬邊框和導光板之間置入一定厚度的彈性硅膠墊，使導光板與LED燈珠發(fā)光面保持相同的微小間距，確保光線能夠全部進入導光板，提高出光效率;研發(fā)了一種“回字型止位塊”的構(gòu)件，可以有效地防止各構(gòu)件之間不同的熱脹冷縮效應對LED燈珠產(chǎn)生潛在的損傷。經(jīng)過大量實踐應用，證明方案簡潔可行，適合大規(guī)模生產(chǎn)。

關鍵詞:面板燈;側(cè)入光式;金屬邊框;導光板;熱脹冷縮效應;止位塊;LED燈珠

引言

LED側(cè)入光式面板燈結(jié)構(gòu)獨特，通過側(cè)入光的形式，將側(cè)邊的線光源或點光源經(jīng)過高透光率的導光板后形成一種均勻的平面發(fā)光效果，具有發(fā)光面大、眩光低、光效高、安裝便利等優(yōu)點，廣泛應用于教室、辦公室、會議室、商場等場合［1－2］。然而，面板燈的結(jié)構(gòu)復雜，各部件之間的膨脹系數(shù)差異會導致不同的熱脹冷縮效應［3］，尤其在雙側(cè)或四側(cè)入光的情況下，由于導光板材料(PMMA或其他類似材質(zhì))的熱膨脹系數(shù)遠高于金屬邊框［4］，在工作狀態(tài)下其發(fā)生的膨脹會與LED燈珠產(chǎn)生擠壓［5］，使LED燈珠產(chǎn)生損傷直至失效，如圖1所示。同時，除了溫度的影響之外，金屬邊框的加工精度、導光板的裁切精度、裝配精度、背膠的厚度精度、PCB的厚度精度，以及LED燈珠的厚度精度也是一些不確定的因素?？紤]到所有的這些情況，為了確保面光源在極端的加工誤差和溫度下燈具也能正常工作，導光板與LED燈珠之間就不能存在較大的擠壓力，LED燈珠和導光板之間的間隙往往必須留得非常大。但是，間隙過大會由于漏光而使得光效大幅度下降，也會使出光面產(chǎn)生不良的影響，因為這種間隙往往具有不均勻性、不對稱性、不穩(wěn)定性，會導致出光不均勻、不對稱、不穩(wěn)定，從而嚴重影響出光面的視覺質(zhì)量。而為了提高光效，就需要采用更厚的導光板、更小的LED燈珠，這必將帶來成本的增加，以及產(chǎn)品重量和厚度的增加，且不能明顯改善出光面視覺質(zhì)量。本文綜合分析了這一現(xiàn)象的各種可能性，針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，提出了一種側(cè)入光面光源自適應結(jié)構(gòu)的設計方法，在不同溫度、濕度、尺寸精度的情況下，LED燈珠與導光板可以始終保持預設的極小距離，并且保證適當?shù)臄D壓力，使得LED光線無外泄，可明顯提升光效、改善出光面畫面質(zhì)量，增強產(chǎn)品對溫度、濕度等環(huán)境變化的適應能力，并降低對加工精度、裝配精度等工藝的要求。

1LED面板燈的結(jié)構(gòu)示意圖

一般來說，側(cè)入光式面板燈的結(jié)構(gòu)由以下部件組成:金屬邊框、含LED燈珠的PCB板、擴散板、導光板、反射紙、珍珠板、金屬背板等。其中，擴散板、導光板、反射紙等也稱為光學套件，是影響出光效率的重要構(gòu)件，如圖2所示。

2LED面板燈結(jié)構(gòu)的熱脹冷縮效應

研究表明，不同材料之間的熱脹冷縮效應差異很大，表1給出了所涉及材料的線性熱膨脹系數(shù)。以常規(guī)的600×600面板燈為例，邊框為鋁合金，長度600mm，正常工作狀態(tài)下鋁合金邊框假設其溫升為40K。由于材料和位置差異，PMMA導光板的平均溫升會低一些，約為30K。按公式計算:鋁合金邊框δ=23．8×10－6×600×40=0．57(mm)(1)導光板(PMMA)δ=85．0×10－6×570×30=1．45(mm)(2)從以上計算結(jié)果可以看出，當鋁合金邊框的溫升達到40K時，PMMA導光板比鋁合金邊框的膨脹長度多出了0．88mm，而一般燈珠的厚度也僅為0．6mm。如果導光板與LED燈珠的間隙設計得不合理，導光板的線性膨脹將直接擠壓到LED燈珠，尤其是邊框的四個角都為剛性結(jié)構(gòu)，幾乎不產(chǎn)生任何的彈性變形，這意味著靠近PCB上兩端位置的LED燈珠會更容易受到強力擠壓而導致?lián)p傷，如圖3示意。

3側(cè)入光面板燈自適應結(jié)構(gòu)的設計思路

高性能的面板燈，首要的是高光效，所以導光板入光側(cè)和LED發(fā)光面之間的距離要盡可能小，使得99%以上的光線能夠進入到導光板。同時，需要解決導光板在溫度變化影響下的熱膨脹效應可能對LED燈珠產(chǎn)生的擠壓，保證燈具的可靠性。本文設計了一種側(cè)入光面板燈的自適應結(jié)構(gòu)，如圖4所示。具體來說，就是在金屬邊框和導光板之間置入一定厚度的彈性硅膠墊，該墊塊起到彈簧的作用，使導光板在不同的環(huán)境溫度下，都能夠與LED燈珠發(fā)光面保持相同的微小間距，確保光線能夠全部進入導光板，從而保證最大的發(fā)光效率。

4側(cè)入光面板燈防范

LED燈珠損傷的設計如上分析，導光板的熱膨脹效應要遠大于鋁合金邊框，燈具溫度上升會使導光板直接擠壓到LED燈珠，尤其是邊框四個角的位置幾乎不產(chǎn)生任何的彈性變形而使靠近PCB兩端位置的LED燈珠會更容易受到強力擠壓而導致?lián)p傷。本文設計了兩種“止位塊”的構(gòu)件，可以有效防范LED燈珠的損傷，具體的方法為:一是使用一種“回字型止位塊”的構(gòu)件，其幾何形狀尺寸與燈珠匹配，高度大于燈珠的高度0．3mm左右，位置分別為燈條的兩端和中間。當導光板發(fā)生熱膨脹時，其側(cè)面首先頂?shù)健盎刈中椭刮粔K”的表面，避免了導光板擠壓燈珠表面的可能性，從而保護了LED燈珠。因為其形狀特性，可以直接套上LED燈珠，占有空間非常小，不影響LED燈珠的等間距排布，從而保證了面板燈發(fā)光面的畫面質(zhì)量。圖5為“回字型止位塊”裝置的示意圖。二是可以在PCB上直接使用相應高度的電容或電阻等電子元器件替代“回字型止位塊”，原理相同，但電容或電阻不宜接入電氣線路中。其優(yōu)點是可以使用機器貼片，效率更高。如圖6所示。

5試驗結(jié)果

光分布亮度計測試結(jié)果表明，使用自適應結(jié)構(gòu)制造的面板燈，其光效平均提高了15%左右，批量穩(wěn)定性更好，且生產(chǎn)工藝簡便高效，適合于大規(guī)模批量性生產(chǎn)。在實際的應用中，除了某次因止位塊厚度偏小引起一些面板燈的LED燈珠被擠壞導致“一串燈珠”不亮以外，尚未出現(xiàn)因熱膨脹效應導致LED燈珠損壞的現(xiàn)象。這也從正反兩方面證明了使用“止位塊”避免導光板擠壓燈珠的有效性。6結(jié)論本文對LED側(cè)發(fā)光式面板燈結(jié)構(gòu)中的熱膨脹效應進行了分析，提出了在結(jié)構(gòu)設計中加入彈性硅膠墊以及“止位塊”的方法，以提高燈具的出光效率、性能穩(wěn)定性，防止導光板因熱膨脹而直接擠壓LED燈珠引起損傷甚至導致燈珠失效。大量的實踐證明，此種設計是有效的。

參考文獻

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［2］劉金鑫．LED平板燈發(fā)光性能的改進方法與技術(shù)研究［D］．天津:河北工業(yè)大學，2014．

［3］苗恩銘．材料熱膨脹系數(shù)影響因素概述［J］．工具技術(shù)，2005(5):26－29．

［4］華瑛．材料的熱膨脹性能及其影響因素［J］．上海鋼研，2005(2):60－63．

［5］李應軍，熊志芳，張賓．淺談導光板對LED側(cè)發(fā)光面板燈的性能影響［J］．中國照明電器，2018(10):33－36．

［6］各種材料熱膨脹系數(shù)［Z］．

作者：華利生 楊華利 胡錫兵 單位：江蘇新廣聯(lián)光電股份有限公司