專利名稱：：發光二極管定向照明節能燈具及其制造方法
技術領域：
：本發明涉及一種發光二極管定向照明節能燈具，特別是用于道路照明的發光二極管定向照明節能燈具，其采用以預定角度傾斜安裝的小投射角發光二極管作為發光元件，能實現準確的定向照射，具有良好的照明效果和節能效果，散熱良好。本發明還涉及一種制造發光二極管定向照明節能燈具的方法。
背景技術：
：發光二極管照明燈具是一種高效節能、具有超長使用壽命的燈具，目前己經在眾多領域中應用，例如道路照明、工業照明、舞臺照明、景觀裝飾照明、室內照明等。公知的，用于公路、高速路、城市街道等道路路面照明的路燈，為了減少對駕駛員的眩光干擾，必須使用按照國家道路照明設計標準設計制造的、光線投射角為120度的截光型燈具，例如采用傳統的高壓鈉燈等泛光型路燈裝設燈罩制成的、光線投射角為120度的截光型燈具。目前，在道路路面照明領域中應用的發光二極管照明路燈，為了滿足國家道路照明設計標準的要求，大都是采用大投射角的發光二極管作為發光元件制成的、具有120度投射角的燈具。現有的照明路燈的不足之處在于現有的照明路燈，其光源所發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，僅得到占光源所發出全部光照不足一半的光通量，燈照利用率很低，造成了光的損失和電能的浪費。不僅如此，投射到路面外的光照，還會形成不必要的光污染。下面參照示意圖具體予以說明，如圖1、圖2所示，照明路燈1安裝在燈桿101上，用于照明道路102路面。路燈1的投射角為120度，圓圈部分103表示燈光投射圓面積，陰影部分104表示燈光照射到道路路面的面積即投射燈光被實際利用的部分，陰影部分105表示燈光照射到道路路面外的面積即投射燈光浪費的部分。從上述示意圖中可以清楚地看出，燈光照射到路面之外而浪費的部分在光源投射的光通量中占據了很大的比例。在下面的表格中，列出了安裝高度5-12米的路燈用于路面寬度6--10米的道路照明的相關數據。<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>現有的照明路燈，由于采用燈罩反射光線，造成光照不均勻，燈具正下方的照度較高，遠離燈具的地方照度較低。路面照明不均勻容易對駕駛者產生影響，從而帶來交通事故隱患。現有的發光二極管照明路燈，由于采用大投射角的發光二極管，光散射嚴重、透射力弱，安裝高度受到限制，難于實現遠距離照射。現有的發光二極管照明路燈，由于采用大功率發光二極管且缺乏有效的散熱結構，發光二極管工作時產生大量熱量，而且不易散發出去，使得發光二極管的溫度迅速升高，使其發光效率下降，縮短其使用壽命。
發明內容本發明的目的是為了克服現有技術的不足，提供一種能實現準確的定向照射、具有良好的照明效果和節能效果、散熱良好的發光二極管定向照明節能燈具。本發明的另一個目的是提供一種制造發光二極管定向照明節能燈具的方法。為此目的，本發明提供的發光二極管定向照明節能燈具，其特征是包括電路板，沿其平面界定X方向和Y方向；以及照明單元，其包括管體距離所述電路板平面一定高度并呈傾斜安裝的多個發光二極管,多個所述發光二極管沿X方向和Y方向間隔設置成陣列并沿陣列中心對稱分布，每個所述發光二極管分別相對于X方向和Y方向偏離預定的角度、以使所述照明單元在X方向和Y方向分別形成預定的投射角。進一步的，所述照明單元包括位于電路板中間位置的第一照明單元和對稱設置在所述第一照明單元兩側的第二照明單元，每個所述照明單元均包括管體距離電路板平面一定高度并呈傾斜安裝的多個發光二極管，每個所述照明單元的多個所述發光二極管沿所述電路板的X方向和Y方向間隔設置成陣列并沿陣列中心對稱分布，每個所述發光二極管分別相對于X方向和Y方向偏離預定的角度、以使每個所述照明單元在X方向和Y方向分別形成預定的投射角。進一步的，每個所述發光二極管在沿X方向延伸且垂直于所述電路板平面的截面上的傾角，根據以下公式確定<formula>formulaseeoriginaldocumentpage7</formula>其中N是沿X方向排列的發光二極管的總列數，n是從發光二極管陣列中心沿X方向向外計算該發光二極管所處列的序號；每個所述發光二極管在沿Y方向延伸且垂直于所述電路板平面的截面上的傾角Pm，根據以下公式確定-pm=Arctg(W'(m-0.5)/M/H)其中W是燈具沿Y方向的照射寬度，M是沿Y方向排列的發光二極管的總行數，m是從發光二極管陣列中心沿Y方向向外計算該發光二極管所處行的序號，H是燈具的安裝高度。進一步的，所述照明單元在X方向投射角為120度。進一步的，所述發光二極管采用投射角小于或等于15度的發光二極管。進一步的，所述發光二極管采用亮度大于或等于20000毫坎德拉的發光二極管。進一步的，所述電路板上形成有第一照明單元安裝區和第二照明單元安裝區，在所述第一照明單元安裝區和所述第二照明單元安裝區中分別設置有沿X方向和Y方向間隔排列的多對插孔，所述第一照明單元安裝區的插孔對與所述第二照明單元安裝區的插孔對排列方向互相垂直，所述發光二極管插設焊固在所述電路板的成對插孔中。進一步的，所述照明單元的多個發光二極管分成可獨立控制的多組。進一步的，所述電路板具有相互獨立的多組公共電源線路圖形，每組所述公共電源線路圖形具有獨立的接線端。進一步的，所述公共電源線路圖形具有方波狀的橫向變寬部。進一步的，還包括燈體，具有由底座和透明燈罩組合而成的中空殼體；以及用于安裝所述電路板的多孔基板，其設置在所述殼體內且與底座、透明燈罩之間均形成散熱通道。一種制作發光二極管定向照明節能燈具的方法，包括以下步驟步驟一、提供一電路板，沿其平面界定X方向和Y方向；步驟二、將多個發光二極管沿X方向和Y方向間隔安裝在電路板上形成照明單元，并使每個所述發光二極管的管體距離電路板平面8-10毫米；步驟三、將每個所述發光二極管的管體傾斜并分別相對于X方向和Y方向偏離預定的角度、以使照明單元在X方向和Y方向分別形成預定的投射角。本發明的發光二極管定向照明節能燈具與現有的照明燈具相比，具有以下有益效果第一，由于發光二極管的獨特布置，實現了準確的定向照射，能根據照明要求準確照射預定的目標范圍，有效地提高燈照利用率。用于道路照明時，可使燈光準確地投射在路面范圍內，避免因燈光照射到路面之外造成的光損失、電能浪費和光污染，降低能耗，節能效果顯著，比采用傳統高壓鈉燈的路燈可節省至少80%的能耗。第二，采用小投射角的發光二極管作為燈具的發光元件，大大降低光線散射，提高了光照射強度，克服了現有發光二極管燈具存在的安裝高度和照射距離受限制的不足。本發明的燈具，其安裝高度可達到15至20米以上，可應用于高桿路燈領域。第三，克服了現有燈具存在的照度不均勻性的不足，且無需采用反射燈罩。用于道路照明時，可為駕駛者提供均勻的、良好的路面照明，使駕駛更輕松，更不易疲勞，從而減少交通事故的發生。第四，由于采用發熱量小的小功率發光二極管元件，將管體距離電路板平面一定高度安裝，并將多個發光二極管間隔布置成陣列，易于散熱；公共電源線路圖形具有方波狀的橫向變寬部，增加了線路圖形的截面積，降低了電流密度，有效地減少發熱量；燈體內形成散熱通道，使內部空氣對流暢通。上述設計使得整個燈具散熱良好，工作狀態穩定，并且使用時無須安裝散熱器件，可大大減小燈具體積和重量，降低成本。第五，由于將多個發光二極管分成可獨立控制的多組，能根據不同的照明需要方便地進行分組定時控制。第六，可采用交流電源系統或太陽能系統供電。采用太陽能系統供電時，其系統所需的太陽能電池板、蓄電池和控制器等部件可比現有的太陽能路燈系統減少一半，大大節省了建設投資，降低了太陽能路燈應用的門檻，有利于太陽能路燈普及應用。第七，結構簡單合理，造價低，非常適合于大規模應用，可替代傳統的高壓鈉燈和現有的發光二極管照明燈具，是一種理想的節能環保照明產品。下面結合附圖和實施例對本發明作進一步說明。圖1是現有的照明路燈的燈光投射側向示意圖。圖2是現有的照明路燈的燈光投射平面示意圖。圖3是本發明提供的發光二極管定向照明節能燈具的示意圖。圖4是沿圖3中A方向的視圖。圖5是本發明提供的發光二極管定向照明節能燈具的電路板的電路布線局部示意圖。圖6是本發明提供的發光二極管定向照明節能燈具的發光二極管的安裝狀態示意圖。圖7是沿圖6中X方向延伸且垂直于電路板平面的中截面視圖。圖8是沿圖6中Y方向延伸且垂直于電路板平面的中截面視圖。圖9是本發明提供的發光二極管定向照明節能燈具與交流電源系統連接的示意圖。圖10是本發明提供的發光二極管定向照明節能燈具與太陽能系統連接的示意圖。具體實施例方式圖3、圖4所示的是一種用于道路路面照明的發光二極管定向照明節能燈具，該燈具包括由底座21和透明燈罩22組合而成的中空殼體、安裝在殼體內的多孔基板23、安裝在多孔基板23上的印刷電路板24、安裝在印刷電路板24上的多個發光二極管25。底座21和多孔基板23，可采用鋁或鋁合金制作，燈罩22采用透明聚碳酸酯制作。多孔基板23與底座21、透明燈罩22均距離10厘米以上，基板23的孔、以及基板23與底座21和透明燈罩22之間的間隙形成了有利于空氣對流的散熱通道。發光二極管25采用直徑5毫米、投射角小于15度、單顆亮度大于20000毫坎德拉的小功率發光二極管。參照圖5，印刷電路板24沿其平面界定X方向和Y方向。將印刷電路板24的X方向沿道路延伸的方向、Y方向沿道路寬度的方向安裝在燈具中。在印刷電路板24上中間部分具有第一照明單元安裝區241，在第一照明單元安裝區241的Y方向對稱兩側具有第二照明單元安裝區242。在第一照明單元安裝區241和第二照明單元安裝區242中分別設置有沿X方向和Y方向間隔排列的多對插孔243，第一照明單元安裝區241的每對插孔均沿Y方向排列，第二照明單元安裝區242的每對插孔均沿X方向排列，即兩個安裝區的插孔對排列方向互相垂直。每個安裝區具有相互獨立的多組公共電源線路圖形244，每組公共電源線路圖形244具有獨立的接線端245，以供焊接連接線。公共電源線路圖形244上通常連接數量較多的發光二極管25,因此具有較高的電流密度，將公共電源線路圖形244設計成具有橫向變寬部246的方波條形狀，可比直線形的線路圖形具有更大的截面積，從而可降低電流密度，有效地減少發熱量。在公共電源線路圖形244之間還具有一些過渡連接用線路圖形，這些線路圖形電流密度較低，因此采用較窄的線條。參照圖6至圖8，在印刷電路板24的第一照明單元安裝區241和第二照明單元安裝區242中均安裝多個發光二極管25，形成第一照明單元和第二照明單元。每個發光二極管25插設在印刷電路板24上的一對插孔中并焊接固定，并且使發光二極管25的管體距離電路板24平面一定高度并呈傾斜安裝。多個發光二極管25沿X方向和Y方向間隔設置成陣列、并沿陣列中心對稱分布。每個安裝區中的發光二極管25分成可獨立控制的多組。每個發光二極管25根據燈具在X方向和Y方向的投射角分別相對于X方向和Y方向偏離一定的角度。燈具在X方向和Y方向的投射角根據國家道路照明設計標準和照射目標范圍確定。燈具在X方向的投射角可設定為120度。燈具在Y方向的投射角根據路面寬度來確定，投射角的大小應能保證燈光準確地投射在路面范圍內，并避免燈光照射到路面之外。每個發光二極管25在沿X方向延伸且垂直于電路板平面的截面上的傾角an，根據以下公式確定-an=Arctg(tg55*(n-0.5)/(N/2-0.5))其中N是沿X方向排列的發光二極管的總列數，n是從發光二極管陣列中心沿X方向向外計算該發光二極管所處列的序號；每個發光二極管25在沿Y方向延伸且垂直于所述電路板平面的截面上的傾角Pm，根據以下公式確定pm=Arctg(W'(m-0.5)/M/H)其中W是燈具沿Y方向的照射寬度即道路的路面寬度，M是沿Y方向排列的發光二極管的總行數，m是從發光二極管陣列中心沿Y方向向外計算該發光二極管所處行的序號，H是燈具的安裝高度。各個安裝區中的發光二極管數量根據燈具安裝高度、路面寬度、發光二極管實際亮度和對路面的照度要求來確定。以下提供幾個實施例實施例一、在燈具對地高度8米，路面寬度8米，X方向發光二極管的列數為20，Y方向發光二極管的行數為32的條件下，X方向由中心坐標點到邊沿各列應該被扳彎的角度值分別是4.3，12.7，20.6，27.8，34.1，39.6，44.3，48.4，52，55。Y方向由中心坐標點到邊沿各行應該被扳彎的角度值分別是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。實施例二、在燈具對地高度12米，路面寬度10米，X方向發光二極管的列數為20,Y方向發光二極管的行數為64的條件下，X軸方向由中心坐標點到邊沿各列應該被扳彎的角度值分別是4.3，12.7，20.6，27.8，34.1，39.6，44.3，48.4，52，55。Y方向由中心坐標點到邊沿各行應該被扳彎的角度值分別是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。實施例三、在燈具對地高度15米，路面寬度15米，X方向發光二極管的列數為40，Y方向發光二極管的行數為64的條件下，X方向由中心坐標點到邊沿各列應該被扳彎的角度值分別是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方向由中心坐標點到邊沿各行應該被扳彎的角度值分別是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。安裝發光二極管25時，先將發光二極管25垂直插裝在印刷電路板24上，使管體距離電路板24平面8-10毫米，先焊接固定好其靠近陣列對稱中心的一只管腳，然后根據計算出的相對于X方向和Y方向需要傾斜的角度，用板材如硬直的塑料板將X方向上的每列、Y方向上的每行發光二極管25的管腳整齊地扳彎，使管體沿電路板24平面傾斜，最后再焊接固定另外一只管腳。由于第一照明單元安裝區241的每對插孔均沿Y方向排列，第二照明單元安裝區242的每對插孔均沿X方向排列，因此安裝在第一照明單元安裝區241的每個發光二極管25的一對管腳均沿Y方向排列，安裝在靠近電路板24兩側的第二照明單元安裝區242的每個發光二極管25的一對管腳均沿X方向排列。這樣的排列能保證每個發光二極管25在需要較大傾斜角度的方向上被輕易地扳彎。參照圖9，本發明提供的發光二極管定向照明節能燈具可采用100-260伏交流電源系統供電，在交流電源系統中采用穩壓開關電源，以提高供電效率。參照圖10，本發明提供的發光二極管定向照明節能燈具也可采用太陽能系統供電，系統所需的太陽能電池板、蓄電池和控制器等部件比現有的太陽能路燈系統減少一半，大大節省了建設投資，降低了太陽能路燈應用的門檻，有利于太陽能路燈普及應用。在實際使用中，可根據不同的照明需要，將燈具中的發光二極管進行分組定時控制。例如由于深夜時段里在道路上行駛的車輛較少，為了節約電能此時可熄滅燈具中的一部分發光二極管，然后在天明之前的某個時刻再將其點亮。發光二極管的分組定時控制是這樣實現的將互相獨立的多組發光二極管進行編組，再將每組發光二極管所對應的互相獨立的多個公共電源線路圖形244的接線端245通過板外飛線連接，然后每組引出總匯流線與電源系統連接，通過電源系統的控制器即可實現分組、定時控制。以上結合了實施例對本發明進行了說明，但這并不構成對本發明的限制。任何在同樣的構思下所作出的修改和變化，也均屬于本發明保護的范圍。權利要求1、發光二極管定向照明節能燈具，其特征是包括電路板，沿其平面界定X方向和Y方向；以及照明單元，其包括管體距離所述電路板平面一定高度并呈傾斜安裝的多個發光二極管，多個所述發光二極管沿X方向和Y方向間隔設置成陣列并沿陣列中心對稱分布，每個所述發光二極管分別相對于X方向和Y方向偏離預定的角度、以使所述照明單元在X方向和Y方向分別形成預定的投射角。2、根據權利要求l所述的發光二極管定向照明節能燈具，其特征是所述照明單元包括位于所述電路板中間位置的第一照明單元和對稱設置在所述第一照明單元兩側的第二照明單元，每個所述照明單元均包括管體距離電路板平面一定高度并呈傾斜安裝的多個發光二極管，每個所述照明單元的多個所述發光二極管沿所述電路板的X方向和Y方向間隔設置成陣列并沿陣列中心對稱分布，每個所述發光二極管分別相對于X方向和Y方向偏離預定的角度、以使每個所述照明單元在X方向和Y方向分別形成預定的投射角。3、根據權利要求1或2所述的發光二極管定向照明節能燈具，其特征是每個所述發光二極管在沿X方向延伸且垂直于所述電路板平面的截面上的傾角(Xn，根據以下公式確定an=Arctg(tg55'(n國0.5)/(N/2-0.5))其中N是沿X方向排列的發光二極管的總列數，n是從發光二極管陣列中心沿X方向向外計算該發光二極管所處列的序號；每個所述發光二極管在沿Y方向延伸且垂直于所述電路板平面的截面上的傾角Pm,根據以下公式確定Pm=Arctg(W'(m-0.5)/M/H)其中W是燈具沿Y方向的照射寬度，M是沿Y方向排列的發光二極管的總行數，m是從發光二極管陣列中心沿Y方向向外計算該發光二極管所處行的序號，H是燈具的安裝高度。4、根據權利要求1或2所述的發光二極管定向照明節能燈具，其特征是-所述照明單元在X方向投射角為120度。5、根據權利要求1或2所述的發光二極管定向照明節能燈具，其特征是-所述發光二極管采用投射角小于或等于15度的發光二極管。6、根據權利要求1或2所述的發光二極管定向照明節能燈具，其特征是所述發光二極管采用亮度大于或等于20000毫坎德拉的發光二極管。7、根據權利要求2所述的發光二極管定向照明節能燈具，其特征是所述電路板上形成有第一照明單元安裝區和第二照明單元安裝區，在所述第一照明單元安裝區和所述第二照明單元安裝區中分別設置有沿X方向和Y方向間隔排列的多對插孔，所述第一照明單元安裝區的插孔對與所述第二照明單元安裝區的插孔對排列方向互相垂直，所述發光二極管插設焊固在所述電路板的成對插孔中。8、根據權利要求1或2所述的發光二極管定向照明節能燈具，其特征是所述照明單元的多個發光二極管分成可獨立控制的多組。9、根據權利要求8所述的發光二極管定向照明節能燈具，其特征是所述電路板具有相互獨立的多組公共電源線路圖形，每組所述公共電源線路圖形具有獨立的接線端。10、根據權利要求9所述的發光二極管定向照明節能燈具，其特征是所述公共電源線路圖形具有方波狀的橫向變寬部。11、根據權利要求1或2所述的發光二極管定向照明節能燈具，其特征是還包括燈體，具有由底座和透明燈罩組合而成的中空殼體；以及用于安裝所述電路板的多孔基板，其設置在所述殼體內且與底座、透明燈罩之間均形成散熱通道。12、一種制作發光二極管定向照明節能燈具的方法，包括以下步驟-步驟一、提供一電路板，沿其平面界定X方向和Y方向；步驟二、將多個發光二極管沿X方向和Y方向間隔安裝在電路板上形成照明單元，并使每個所述發光二極管的管體距離電路板平面8-10毫米；步驟三、將每個所述發光二極管的管體傾斜并分別相對于X方向和Y方向偏離預定的角度、以使照明單元在X方向和Y方向分別形成預定的投射角。全文摘要發光二極管定向照明節能燈具及其制造方法，該燈具包括電路板，沿其平面界定X方向和Y方向；以及照明單元，包括位于電路板中間位置的第一照明單元和對稱設置在第一照明單元兩側的第二照明單元，每個照明單元均包括管體距離電路板平面一定高度并呈傾斜安裝的多個發光二極管，多個發光二極管沿電路板的X方向和Y方向間隔設置成陣列并沿陣列中心對稱分布，每個發光二極管分別相對于X方向和Y方向偏離預定的角度、以使每個照明單元在X方向和Y方向分別形成預定的投射角。發光二極管的投射角小于15度、亮度大于20000毫坎德拉。該燈具能實現準確的定向照射，具有良好的照明效果和節能效果，散熱良好，特別適用于道路路面照明。文檔編號F21Y101/02GK101307885SQ200710008968公開日2008年11月19日申請日期2007年5月15日優先權日2007年5月15日發明者劉志勇申請人:劉志勇