CN106257666B - Led灯丝 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种LED灯丝，所述LED灯丝包括：透明支架，所述透明支架内掺有荧光粉；金属电极，分别设于所述透明支架的相对两端；所述金属电极中间设有孔洞，所述透明支架穿越所述孔洞；LED芯片单元，设于所述透明支架的空间内，所述LED芯片单元之间、所述LED芯片单元与所述金属电极电性连接；以及硅胶，覆盖所述LED芯片单元及部分所述金属电极；所述LED芯片为交流型发光二极管或高压型发光二极管。本发明具有较好的散热效果与发光效率。

Description

LED灯丝
技术领域
本发明涉及照明领域，具体涉及一种LED灯丝。
背景技术
LED具有环保、节能、高效率与长寿命的优势，因此在近几年来普遍受到重视，逐渐取代传统照明灯具的地位。然而LED的发光具有指向性，不像传统灯具能做出大广角范围的照明，因此如何设计出达到超大广角、全周光照明的LED灯具，遂成为LED业界努力研发的目标。
近几年来，一种能让LED光源类似传统钨丝球泡灯发光，达成360°全角度照明的LED灯丝日渐受到业界的重视。这种LED灯丝的制作是将多颗LED芯片串接固定在一片狭小细长的玻璃基板上，然后以掺有荧光粉的硅胶包裹整支玻璃基板，再进行电气连接即可完成。然而玻璃基板导热不佳，且容易因震动而断裂，造成LED芯片的串接断线而失效。所以就有人改以不易断裂的金属基板取而代之，但是金属基板无法透光，会有遮蔽光线的缺陷，造成LED灯丝发光效率低落，因此如何同时强化LED灯丝基板的坚韧性而同时兼顾其导热特性与LED灯丝的发光效率就成为LED照明业界共同努力的目标。
发明内容
因此，本发明的目的是克服现有技术的上述缺陷，提供一种LED灯丝。
本发明提供了一种LED灯丝，所述LED灯丝包括：
透明支架，透明支架为无底的边框,所述透明支架内掺有荧光粉，可做成发光支架；透明支架没有底部时，在整个全方位上支架不会遮蔽光线，可全向发光而提升灯丝的发光效率；
金属电极，分别设于所述透明支架的相对两端；所述金属电极中间设有孔洞，所述透明支架穿越所述孔洞；可使金属电极在透明支架上具有良好的稳固性。
LED芯片单元，设于透明支架内，LED芯片单元，设于所述透明支架的空间内，所述LED芯片单元之间、所述LED芯片单元与所述金属电极电性连接；以及
硅胶，覆盖所述LED芯片单元及所述金属电极。硅胶具有一定的柔软度与折射率，适合用来保护LED芯片单元与提升其出光率。当采用较硬的硅胶时，由于其具有足够的硬度来支撑保护整个LED灯串，因此不需要再使用任何支架来支撑LED灯串，即可形成无支架的LED灯丝，不会有支架遮蔽光线或是传统玻璃基板容易断裂的问题。
所述LED芯片为交流型发光二极管或高压型发光二极管。可以减少整流与降压电子器件的成本。
进一步地，所述透明支架上设有金属导电线路，所述LED芯片单元采用并联方式连接时，部分LED芯片单元正负电极逆向并联到所述金属导电线路；交流电源的正负周期转换之间LED芯片单元会轮流点亮，可减少LED芯片单元的热源产生，同时也可以减少整流电子器件的成本。
进一步地，所述透明支架所用材料的光折射率介于所述硅胶与空气之间。
进一步地，所述LED芯片单元包括至少两个LED芯片，所述LED芯片组合成桥式整流电路。可将市面所供应的交流电转换为直流电LED芯片使用。
进一步地，所述LED芯片单元的长宽比例为2:1～10:1，所述LED芯片单元的表面镀有铟锡氧化物。对于芯片的电流均匀扩散分布与发光效率也能有所提升。
进一步地，采用金线打线的方式或覆晶结构的方式形成所述电气连接。采用金线打线连接时，金线具有极佳的延展性，可适时释放LED灯串内芯片挤压的应力，较不易发生电气连接断线的问题。
进一步地，所述LED芯片单元包括至少两个LED芯片，相邻LED芯片之间的距离至少为1～3mm，使LED芯片间的排列不过于密集，提高散热。
进一步地，所述透明支架的内部具有上下对应突出的小支架，所述小支架上设有金属导电线路。小支架可以支撑LED芯片单元，提高稳固性。
进一步地，复数个所述LED芯片串联组成一个小单元，所述小单元以金线连接到所述透明支架的金属导电线路上，形成并联电气连接组合。
进一步地，所述LED芯片为长条型LED芯片。长条型的芯片无电流扩散均匀分布的问题。
本发明的有益效果是：与现有技术相比，本发明包括以下任一效果或其任意组合：
1)采用无底部的透明支架，相比于传统基板，因光线没有被遮蔽，灯丝的发光效率得以提升；
2)LED灯丝以提升硬度的硅胶来支撑LED芯片单元，不需要额外的支架，所以具有更好的散热效果与发光效率；
3)在交流电源的正负周期转换之间LED芯片单元会轮流点亮，可减少LED芯片单元的热源产生，同时也可以减少整流电子器件的成本。
4)相邻LED芯片之间的距离至少为1～3mm，使LED芯片间的排列不过于密集，提高散热。
附图说明
图1是本发明第一实施例LED芯片单元串联的LED灯丝结构图；
图2是本发明第一实施例LED芯片单元并联的LED灯丝结构图；
图3是本发明第二实施例LED芯片单元串联的LED灯丝结构图；
图4示出了图3的局部放大结构图；
图5是本发明第二实施例LED芯片单元并联的LED灯丝结构图；
图6示出了图5的局部放大结构图；
图7是本发明第三实施例LED灯丝的结构图；
图8示出了本发明第三实施例LED灯丝的局部放大结构图；
图9示出了本发明第四实施例的LED芯片单元并联电路结构图。
具体实施方式
图1所示为本创作发明的一实施例，一LED灯丝1包括：透明支架2、设于透明支架2两端的金属电极3、设于透明支架2内的LED芯片单元4单元与金线5以及设于透明支架2内部包裹住LED芯片单元4与金线5的硅胶6。透明支架2为无底的边框，其大小约为40×2.4mm2，厚度为0.6mm，材料为耐高温透光材料，可选用耐高温透明硅胶或其它具有相同性质的各种塑料，其光折射率介于包裹LED芯片的硅胶与空气之间，因为透明支架2没有底部，所以在整个全方位上不会有遮蔽光线的疑虑，可全向发光而提升灯丝的发光效率。此外，也可以适度的在透明支架2内掺入荧光粉，做成可发光的支架。透明支架2的两端预埋金属件作为灯丝的金属电极3，金属件的大小约为3×1mm2，厚度为0.4mm，其中间可预设一些孔洞，在以例如嵌入成型(insert molding)技术制作支架过程中，可将金属件内嵌于模穴中，让作为支架的材料穿过这些孔洞再凝结，如此对金属电极3于支架上的稳固性有良好的帮助。金属电极在支架的外侧端可设置一孔洞或挂钩(图未示)，供LED灯丝1在组装球泡灯时作为电气连接使用。支架的上面亦可设置金属导电线路，帮助后续放在支架中间的LED芯片单元4做电气连接。
LED芯片单元4可以预先放置在一载具上，以金线打线来串联多颗LED芯片单元4形成LED灯串，然后将LED灯串移置于透明支架2的中间，同样以金线打线将LED灯串的首尾两颗LED芯片单元4与透明支架2两端的金属电极3做电气连结，再从透明支架2上方将掺有荧光粉的高导热硅胶6涂布于透明支架2的中间而覆盖所有的LED芯片单元4与透明支架2内部的金属电极3，接着移开LED芯片单元4底下的载具，再从透明支架2背面继续将掺有荧光粉的高导热硅胶6注入透明支架2的中间而完全包裹住LED芯片单元4，等硅胶6冷却凝结之后即完成了透明框架的LED灯丝制作。前述的载具也可以选用硬度较高的硅胶板，经过加工切割成条状再使用，如此就不需要移除载具和从透明支架2背面再注入高导热硅胶6，可简化灯丝的制程步骤。
LED芯片单元可以是单颗LED芯片构成，也可以如前所述是由多颗LED芯片组合而成，LED芯片的规格以长条型的形状为优选，长条型的芯片较无电流扩散均匀分布的问题，所以不一定要在原电极上再加上延伸电极来帮助电流扩散，而过多的电极会遮蔽LED芯片发光，影响其发光效率，例如10×20规格的LED芯片就很适用，以长达40mm的一条灯丝而言，扣除LED芯片之间的间距之后，其上面应可放置18颗LED芯片。此外，在LED芯片单元4的表面镀上一层可导电的透明铟锡氧化物(Indium Tim Oxide,ITO)，对于芯片的电流均匀扩散分布与发光效率也能有所提升。
图3-6所示为本创作发明的另一实施例，承上述的制作方法稍做改变，在LED灯串与透明支架2两端的金属电极3以金线打线做电气连结之后，可将LED芯片单元4底下的载具先移走，再将LED灯串与透明支架2一起放入模具内，以模造(molding)的方式将掺有荧光粉的高导热硅胶6注入填满透明支架2内部而完全包裹住LED灯串，即可完成透明支架的LED灯丝制作。然而硅胶6注入透明支架2内部时，并不一定要填满整个透明支架2内部所有空间，只要能适度包裹住所有LED芯片单元4即可，例如图3-6所示，藉由模造模具的设计或硅胶涂布方法的改变，注入的硅胶6并未填满透明支架2内部，仅是完整的包裹住LED芯片单元4而已，甚至可在芯片外层形成透镜调整发光角度，而空出来的空间让LED灯串更容易散热。由于灯丝内的LED芯片单元4是以金线5连接，而金线5本身即具有极佳的延展性，可适时释放LED灯串内芯片挤压的应力，较不易发生电气连接断线的问题。
前述的LED灯串是以电气串联的方式组合而成，然而LED芯片单元4之间的连接方式并不限定在此一模式，芯片的电气连接也可藉由透明支架2上铺设的金属导电线路(图未示)来完成。例如在图2中所有LED芯片单元4的正电极可藉由金线5连接到上方支架的金属导电线路，再由金属导电线路连接到支架一端的金属电极3。同样的，所有LED芯片单元4的负电极藉由金线5连接到下方支架的金属导电线路，再由金属导电线路连接到支架另一端的金属电极3，因此形成LED灯串是以电气并联的方式组合而成。然而LED灯串的芯片电气连接并不限定在这两种模式，也可以复数颗芯片串联组成一个小单元之后，再将多个小单元以金线连接到支架的金属导电线路上，形成并联电气连接组合而成。
进一步的，在本创作发明各实施例中用来掺杂荧光粉涂布LED芯片单元4的高导热硅胶6具有一定的柔软度与折射率，适合用来保护LED芯片单元4与提升其出光率。此外，可选用硬度较高的耐高温透明硅胶或其它具有相同性质不易变形的各种塑料来取代原有的硅胶，或是在原有的硅胶6内掺入其它物质以增强硅胶的硬度。当此硅胶6以模造的方式完整的包裹着整个LED灯串与两端的金属电极3时，由于其具有足够的硬度来支撑保护整个LED灯串，因此不需要再使用任何支架来支撑LED灯串，即可形成无支架的LED灯丝，不会有支架遮蔽光线或是传统玻璃基板容易断裂的问题。
图7-8为本创作发明的另一实施例，灯丝透明支架2亦为无底的边框，其材料为耐高温透光材料，可选用耐高温透明硅胶或其它具有相同性质的各种塑料。如图所示，与前一实施例相异之处在于支架的内部有复数根上下对应凸出的小支架21，其功能主要是用来支撑LED芯片单元4。因为透明支架2没有底部，所以不会有遮蔽光线的疑虑，可提升灯丝的发光效率。同前一实施例所述，透明支架2的两端预埋金属件作为灯丝的金属电极3，金属件的大小如前所述，其中间可预设一些孔洞，再以例如嵌入成型(insert molding)技术制作支架过程中，可将金属件内嵌于模穴中，让作为支架的材料穿过这些孔洞再凝结，如此对金属电极3于支架上的稳固性有良好的帮助。支架与凸出的小支架21的上面亦可设置金属导电线路，帮助后续放在支架中间的LED芯片单元4做电气连接。由于小支架21上也可布有金属导电线路，因此在本实施例的LED芯片单元4除了以金线打线的方式形成电气连接之外，也可以选择以覆晶(flip-chip)结构的方式来形成电气连接，排除金线打线的不便利。硅胶6的涂布方式也可以只涂布单颗LED芯片单元4的周边，不需填满整个透明支架2内部，仅是完整的包裹住LED芯片单元4而已，甚至可在芯片外层形成透镜调整发光角度，而空出来的空间让LED更容易散热。
请参照本创作发明的另一实施例，传统的LED在完成所有芯片制程工艺之后，必须将外延片切割分开成一颗颗的LED芯片。然而在本实施例中，并不一定要将LED外延片完全切割分开成一颗颗的LED芯片来使用，也可以将复数颗LED芯片组合成一个小单元来使用，优选的复数颗LED芯片排列成长条形LED光条11(图未示)，更适合用来制作LED光源，如此不但在LED芯片制程工艺上可以节省多道芯片切割步骤，在LED芯片封装工艺上也可以减少固晶打线的次数，对整体的制程良率品质提升有很大的帮助。此外，外延片的衬底蓝宝石基板可用来取代市场上惯用的玻璃基板，不需要另外再将LED芯片黏固到其它基板或支架上，且蓝宝石基板的导热系数高达120W/mK，远比传统玻璃的1W/mK还好，对于灯丝上LED芯片单元4的散热效果和发光效率提升都有大的好处。LED光条11上的LED芯片单元4彼此之间可以封装工艺打上金线5做电气连接，也可以藉由半导体制程工艺在LED芯片单元4之间镀上金属导线来连接。
制作完成的LED光条11可在其两端底部以高导热胶或锡膏黏上金属电极3，再以封装打线的工艺在LED光条11两端的LED芯片单元4与金属电极3之间打上金线5做电气连结，此外亦可以覆晶封装的方式来黏合LED光条11两端的金属电极3。最后再将搭载金属电极3的LED光条11放入模具中，以模造的方式在LED光条11周边包裹上掺有荧光粉的硅胶6，即可完成LED灯丝的制作。金属电极3的大小如前所述，其中间可预设一些孔洞，在模造制程中硅胶可以穿过这些孔洞再凝结，如此对金属电极3的稳固性有良好的帮助。
进一步的，在本创作发明的所有实施例中，所采用LED芯片单元4以长条型为优选，如前所述，LED芯片单元4可以是单颗LED芯片构成，也可以是由多颗LED芯片组合而成，长条型的LED芯片较无电流扩散均匀分布的问题，所以不一定要在原电极上再加上延伸电极来帮助电流扩散，过多的电极会遮蔽LED芯片发光，影响其发光效率。而长条型的LED芯片单元4更可符合LED灯丝的结构形状需求，具体的LED芯片单元长宽比例可设定在2:1～10:1。此外，考虑到散热的问题，长条形LED芯片单元4内的LED芯片排列不宜过于密集，彼此之间的距离至少应该为1～3mm，抑或是LED芯片单元4内的LED芯片不同时而轮流点亮，也可以不点亮LED芯片单元4内的所有的LED芯片，减少热源的产生，而部分不点亮的LED芯片可以使用在其它用途，例如可选用复数颗LED芯片组合成桥式整流电路，将市面所供应的交流电转换为直流电LED芯片使用。另外也可以调整LED芯片单元4的并联电气连接，例如图9所示，在原图2与图5的LED芯片单元4并联电气连接方式里，让部分的LED芯片单元4正负电极逆向并联到透明支架上的导电线路，当此LED灯丝接通交流电源之时，仅有处于顺向电流的LED芯片单元4会亮，处于逆向电流的LED芯片单元4则不会亮，因此在交流电源的正负周期转换之间LED芯片单元4会轮流点亮，可减少LED芯片单元4的热源产生，同时也可以减少整流电子器件的成本。另外，LED芯片单元4也可以使用大功率的LED芯片，然后以低电流来操作，如此LED芯片单元4虽然维持在低电流密度的情况之下，仍可保有足够的亮度，且LED芯片不会产生大量的热源，让整体的发光效率良好。
然而本发明创作能使用的LED芯片单元4并不限定在前文所述及的LED芯片种类范围，例如交流型发光二极管(AC LED)与高压型发光二极管(HV LED)也是制作LED灯丝绝佳的选择。由于LED照明器具必须使用市电，而市面上所提供的电源为高压交流电源，并不适合直接使用在LED光源上，必须在LED照明器具上额外增加整流与降压的电子零件。由于LED本身即为一种二极管组件，适当的组合即具有整流的功效，且多颗LED的串接即类似多颗电阻串联在一起，可以承受高压电流，因此交流型发光二极管与高压型发光二极管也非常适用于制作LED灯丝，可以减少整流与降压电子器件的成本。
如上所述，本发明完全符合专利三要件：新颖性、创造性和产业上的实用性。本发明在上文中已以较佳实施例揭露，然熟悉本项技术者应理解的是，该实施例仅用于描绘本发明，而不应解读为限制本发明的范围。应注意的是，举凡与该实施例等效的变化与置换，均应设为涵盖于本发明的范畴内。因此，本发明的保护范围当以所附的权利要求书所界定的范围为准。

Claims (9)

1.一种LED灯丝，其特征在于，所述LED灯丝包括：
透明支架，所述透明支架为无底的边框，所述透明支架内掺有荧光粉；
金属电极，分别设于所述透明支架的相对两端；所述金属电极中间设有孔洞，所述透明支架穿过所述孔洞；
LED芯片单元，设于所述透明支架的空间内，所述LED芯片单元之间、所述LED芯片单元与所述金属电极电性连接；以及
硅胶，覆盖所述LED芯片单元及透明支架内部的金属电极，所述硅胶与所述透明支架之间存在一定的间距；
所述LED芯片为交流型发光二极管或高压型发光二极管；
所述透明支架上设有金属导电线路，所述LED芯片单元采用并联方式连接时，部分LED芯片单元正负电极逆向并联到所述金属导电线路。
2.如权利要求1所述的LED灯丝，其特征在于，所述透明支架所用材料的光折射率介于所述硅胶与空气之间。
3.如权利要求1所述的LED灯丝，其特征在于，所述LED芯片单元包括至少两个LED芯片，所述LED芯片组合成桥式整流电路。
4.如权利要求3所述的LED灯丝，其特征在于，所述LED芯片单元的长宽比例为2:1～10:1，所述LED芯片单元的表面镀有铟锡氧化物。
5.如权利要求1所述的LED灯丝，其特征在于，采用金线打线的方式或覆晶结构的方式形成电气连接。
6.如权利要求5所述的LED灯丝，其特征在于，所述LED芯片单元包括至少两个LED芯片，相邻所述LED芯片之间的距离至少为1～3mm。
7.如权利要求5所述的LED灯丝，其特征在于，所述透明支架的内部具有上下对应突出的小支架，所述小支架上设有所述金属导电线路。
8.如权利要求7所述的LED灯丝，其特征在于，复数个所述LED芯片串联组成一个小单元，所述小单元以金线连接到所述透明支架的金属导电线路上，形成并联电气连接组合。
9.如权利要求8所述的LED灯丝，其特征在于，所述LED芯片为长条型LED芯片。
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