侧发光LED平板灯
作者:吴懿平 博士
引言
LED平板灯因其为单面发光面光源，且一般嵌装于室内天花板上直接替代格栅灯，而成为一种市场容量较大的LED光源。侧发光式LED平板灯技术源于液晶面板的背光技术，其轻薄时尚的外观受到消费者的喜爱。目前工业生产的平板灯的传统方案普遍是将贴有LED灯珠的长条形铝基板粘贴在平板灯边框内侧，再依次将扩散板、导光板、反光纸、海绵垫放进框内，用螺丝将背板紧密固定到边框上。但是随着市场发展，这种方案批量生产的弊端开始显露：由于消费者对大发光面的追求，这就要求平板灯边框越来越窄，而这种大功率的平板灯主要依赖边框散热的方案已无法满足要求；生产过程中一旦平板灯外框有所更改，其他所有物料尺寸也需要相应调整，难以满足不断增加的消费者对外观定制的需求；由于大尺寸的平板灯所使用的背板无可避免会有翘曲变形，而导致平板灯出现波浪纹等发光不均匀的现象。基于以上亟需解决的问题，我们提出了一体化侧发光模组结构。只需要对现有的背板重新开模改进，其他物料及工艺可以无缝对接使用，能迅速大批量投产。基于一体化侧发光模组我们设计了一款短边进光的平板灯。传统的300 mm×600 mm矩形平板灯都是长边进光，其低光
效和边缘偏亮现象一直难以有效解决，深入分析原因发现主要是因为长边进光导致导光板导光距离不够，使得整灯光效偏低，且贴有灯条一边明显偏亮。而短边进光的创新方案增加了导光距离并且对称分布了光源，解决了以上问题。
一体化侧发光模组
传统的平板灯方案
平板灯起源于液晶面板的背光技术，传统的平板灯结构如图1所示，灯条用导热胶布粘贴到外框内侧，依次将扩散板、导光板、反光纸、海绵垫放入框中，并用螺丝将金属背板固定到外框上使以上结构紧密贴合，LED光源发出的光入射到导光板，经过导光板上的光学结构多次反射折射使侧光源转化为面光源，通过扩散板使面光源光线均匀分布。
这种传统结构灯珠散热主要依靠边框传导，为了增加平板灯发光面积占比，边框越来越轻薄，使平板灯散热面积大幅缩减，大功率平板灯灯珠热量传导不出，高温工作严重影响寿命和光效，并且这种平板灯结构工业生产组装起来并不是最高效。为了克服上述弊端，我们在现有的生产工艺和条件上设计了一体化侧发光模组结构的平板灯。性能评估表明这种模组结构已经成熟，能够为照明市场提供一种散热良好、组装高效、节约资源且性能优异的平板LED灯。
一体化侧发光模组结构
一体化侧发光模组结构如图2所示，包括带有压点的金属背板、LED灯条、反光纸、具有一定微结构的导光板以及扩散板。将LED灯条用导热硅胶布粘接到金属背板上，将反光纸、导光板以及扩散板按从下往上的顺序依次放入金属背板中，用压点将这些部件紧固在一起，再用防漏光的反光胶布将灯珠与扩散板之间的间隙贴上，形成一体化的发光模组。
一体化侧发光模组实现了发光部分与平板灯边框部分独立结构，生产上模组通用，边框可随意更换，大幅精简了组装过程，提高了生产柔性。各层光学部件均被包裹在金属背板中并被背板上的压点紧密压合，结构紧凑，发光均匀。图3为一体化侧发光模组的实物图及其点亮效果。
一体化侧发光模组散热通道由边框散热变成整个背板散热，极大的增加了散热面积，使光源工作在良好的散热条件下，保证了大瓦数平板灯长期使用的可靠性。为了验证一体化侧发光模组散热的优良性，我们设计了温度测试实验：将10 W、20 W、36 W、48 W方案的灯条分别用导热胶布贴在对应尺寸的背板上，点亮3h至温度温度，用热电偶测试灯珠负极温度，然后将相同的灯条贴在对应尺寸的边框上重复以上测试，图4为传统边框贴灯条方案与一体化侧模组方案的温度对比测试。从表1的测试结果可以看出，平板灯做小功率时传统方案与模组方案光源温度差异不大，但做大功率时传统方案的光源温度远高于模组方案，论证了一体化侧发光模组的散热的优良性。
基于一体化侧发光模组的平板灯
设计背景
目前，常规生产300 mm×600 mm的平板灯方案（24～26 lm的4014灯珠10并10串，长边进光）光效只能达到65～70 lm/W，而消费者对平板灯光效要求越来越严苛，需要300 mm×600 mm平板灯光效达到80 lm/W以上。且由于市场竞争，提高单颗光源的光通量和增加光源数量来满足要求都会大幅增加物料成本，低代价提高这款灯的光效一度成为非常棘手的问题，最终我们通过反复研究与试验论证，发现之所以300 mm×600 mm、300 mm×1200 mm这类平板灯光效难以提高，是因为采用的长边进光方案，导光板导光距离过短导致出光效率大幅降低。因此我们运用以上一体化侧发光模组设计了一款短边进光的300 mm×600 mm平板灯。
灯具结构
运用以上模组方案，使用钣金弯折的铝背板，采用4014贴片光源，5并10串的灯条对称地用导热胶布粘贴在背板的短边上，按以上提到的组装方法完成模组组装（图5为
300 mm×600 mm平板灯的爆炸图），后用金属小弹片固定到外框上如图6所示，外框可随意拆卸更换，而不影响模组结构。
300 mm×600 mm平板灯光效测试………..
关键词：
LED平板灯；侧发光LED模组；导光板；扩散板