CN109185724A - 一种灯泡、灯丝及制作方法 - Google Patents

Abstract

一种灯泡、灯丝及制作方法，其中灯泡包括泡壳、芯柱、导电接头及灯丝，所述泡壳与芯柱密封形成密闭腔体，所述灯丝设置于所述密闭腔体内，灯丝通过芯柱连接至导电接头，并通过导电接头与外部电源形成电气连接；其中，灯丝包括衬底及衬底上的外延叠层，所述外延叠层包括至少二个发光单元，所述至少二个发光单元间设置有导电线路得以电导通。所述灯丝还设计有一引出电极，引出电极连接至所述发光单元。所述灯丝还设置有导电引脚，导电引脚连接合于所述引出电极上，连接至所述发光单元。

Description

一种灯泡、灯丝及制作方法

技术领域

本发明属于照明技术领域，尤其涉及一种灯泡以及其使用的灯丝的设计。

背景技术

1772年燃气照明才进入人们的生活，这是人类照明历史上的第一次革命。1879年爱迪生发明白炽灯，让人类照明进入了一个崭新的时代，这是人类照明历史上的第二次革命。在当前全球能源供给日趋紧张，节能环保成为全球共识的背景下，各国政府相继推出了淘汰白炽灯的政策。LED照明凭借着节能环保等优势，将代替白炽灯和荧光灯进入普通照明领域，成为第三代照明灯具。

传统LED灯泡采用塑料泡壳，将封装好的LED灯珠(SMD)贴在PCB板上，放置在泡壳内，PCB板连接驱动电源和散热部件。这种灯泡发光角度较小，不能做到白炽灯的360度全周光，且外观与传统白炽灯有较大差异，无法完全替代白炽灯。

开发出一种能够360度全周发光，且外观与传统白炽灯相似，又节能、环保的灯泡，成为白炽灯最理想的替代产品，具有非常重要的意义。

发明内容

为此，需要提供一种新型的能够便于生产的灯泡、灯丝及制作方法。

为实现上述目的，发明人提供了一种灯泡，其特征在于，包括泡壳、芯柱、导电接头及灯丝，所述泡壳与芯柱密封形成密闭腔体，所述灯丝设置于所述密闭腔体内，灯丝通过芯柱连接至导电接头，并通过导电接头与外部电源形成电气连接；

其中，灯丝包括衬底及衬底上的外延叠层，所述外延叠层包括至少二个发光单元，所述至少二个发光单元间设置有导电线路得以电导通。

进一步地，所述泡壳内还填充有导热材料，所述导热材料包括导热气体、导热液体或导热胶。

优选地，所述灯丝外周还包覆有荧光层，所述荧光层为荧光粉层或荧光膜。

进一步地，所述灯丝外周还设有外罩，所述外罩内设有荧光层。

进一步地，所述的灯丝包括至少二组发光单元组，各所述的发光单元组至少包括一个发光单元，其中至少一组发光单元组包覆低色温荧光层，另至少一组发光单元组包覆高色温荧光层。

进一步地，所述的灯丝包括至少三组发光单元组，各所述的发光单元组至少包括一个发光单元，其中至少一组发光单元组包覆红色荧光层，另至少一组发光单元组包覆绿色荧光层。

进一步地，包括驱动电源，所述驱动电源可设置于导电接头内，所述灯丝连接至驱动电源，通过驱动电源连接至导电接头。

进一步地，包括电阻，所述灯丝连接电阻，通过电阻连接至导电接头。

进一步地，所述灯丝相互连接，形成一个平面排布的一字型、弧形、V字型、N字型或W字型。

进一步地，所述灯丝两端的外延叠层还被蚀刻至衬底，且在衬底上设计有一引出电极，引出电极连接至所述发光单元。

进一步地，所述灯丝还设置有导电引脚，导电引脚连接至所述发光单元。

具体地，所述至少二个发光单元包括有第一发光单元以及第二发光单元，其中所述第一发光单元包括第一N型半导体层、第一有源层和第一P型半导体层，所述第二发光单元包括第二N型半导体层、第二有源层和第二P型半导体层，第一N型半导体层与第二P型半导体层间设置有导电线路得以电导通，第一P型半导体层、第二N型半导体层分别与一导电引脚连接。

具体地，所述灯丝包括第三发光单元，所述第三发光单元包括第三N型半导体层、第三有源层和第三P型半导体层，所述第一发光单元、第二发光单元、第三发光单元并联并与引出电极连接。

具体地，所述灯丝包括第四发光单元，所述第四发光单元包括第四N型半导体层、第四有源层和第四P型半导体层，所述第一发光单元、第四发光单元、第二发光单元相互串联连接。

具体地，所述灯丝包括至少四个发光单元，至少二个发光单元之间设置有导电线路以电导通；

其中，所述至少二个发光单元与另至少二个发光单元的导通方向相反。

具体地，所述灯丝包括第五发光单元、第六发光单元，所述第五发光单元包括第五N型半导体层、第五有源层和第五P型半导体层；第六发光单元包括第六N型半导体层、第六有源层和第六P型半导体层；第五发光单元与第六发光单元之间设置有导电线路得以电导通，所述第五发光单元、第六发光单元还与引出电极连接，所述第五发光单元、第六发光单元的导通方向与第一发光单元、第二发光单元的导通方向相反，交流电输入时，交替导通发光。

具体地，所述灯丝包括至少五个发光单元，其中所述四个发光单元连接组成桥式整流电路，桥式整流电路的输入端连接外部电源，桥式整流电路的输出端连接至少一个所述发光单元。

具体地，所述灯丝包括第七发光单元、第八发光单元、第九发光单元、第十发光单元、导电线路；

所述第七发光单元包括第七N型半导体层、第七有源层和第七P型半导体层；第八发光单元包括第八N型半导体层、第八有源层和第八P型半导体层；第九发光单元包括第九N型半导体层、第九有源层和第九P型半导体层；第十发光单元包括第十N型半导体层、第十有源层和第十P型半导体层；

所述第七P型半导体层与第八N型半导体层连接，第七N型半导体层与第九N型半导体层连接，第八P型半导体层与第十P型半导体层连接，第九P型半导体层与第十N型半导体层连接，组成桥式整流电路。

进一步地，所述灯丝包括集成电路IC，所述集成电路IC连接所述发光单元，用于控制发光单元的电输入。

具体地，所述灯丝包括恒流IC，所述恒流IC用于使输入至发光单元的电流恒定。

具体地，包括至少两条灯丝，所述灯丝按相同导通方向连接，两端再与支撑导线连接。

具体地，包括至少两条灯丝，两条灯丝两端相互连接，导通方向相反，交流电输入时，两条灯丝交替导通发光。

具体地，包括第一灯丝对，所述灯丝对内的灯丝平行设置，两端相互连接，灯丝的导通方向相反，灯丝对的两端分别与支撑导线连接。

进一步地，包括两个或两个以上的灯丝对，所述灯丝对首尾依次连接，两端再与支撑导线连接。

具体地，包括多条灯丝，芯柱中延伸出多条支撑导线；部分支撑导线从芯柱中间向四周延伸，并连接至灯丝，用于支撑和固定灯丝。而由于本发明的灯丝发光效率高，散热性能好，灯丝尺寸可以做得足够小，为了更接近传统钨丝灯的外形结构，灯丝可以无需竖直设置，而是采用平面设置，灯丝与水平方向可以具有一定的倾斜角度，灯丝与灯丝之间可以不要完全在同一水平面上，可以具有一定的夹角，这样设计出来的灯泡结构美观，外形结构与发光角度与白炽灯相似，是白炽灯最理想的替代品。

一种灯丝，包括衬底及衬底上的外延叠层，所述外延叠层包括第一发光单元、第二发光单元，所述第一发光单元、第二发光单元相互隔开；第一发光单元与第二发光单元间设置有导电线路得以电导通。

优选地，所述衬底为透明衬底。

进一步地，灯丝两端的外延叠层还被蚀刻至衬底，且在衬底上设计有一引出电极，引出电极连接至所述发光单元。

进一步地，所述灯丝还设置有导电引脚，导电引脚连接至所述发光单元。

具体地，第一发光单元包括第一N型半导体层、第一有源层和第一P型半导体层，所述第二发光单元包括第二N型半导体层、第二有源层和第二P型半导体层，第一N型半导体层与第二P型半导体层间设置有导电线路得以电导通，第一P型半导体层、第二N型半导体层分别与一导电引脚连接。

具体地，包括第三发光单元，所述第三发光单元包括第三N型半导体层、第三有源层和第三P型半导体层，所述第一发光单元、第二发光单元、第三发光单元并联并与引出电极连接。

具体地，所述灯丝包括第四发光单元，所述第四发光单元包括第四N型半导体层、第四有源层和第四P型半导体层，所述第一发光单元、第四发光单元、第二发光单元相互串联连接。

具体地，所述灯丝包括至少四个发光单元，至少二个发光单元之间设置有导电线路以电导通；

其中，所述至少二个发光单元与另至少二个发光单元的导通方向相反。

具体地，所述灯丝包括第五发光单元、第六发光单元，所述第五发光单元包括第五N型半导体层、第五有源层和第五P型半导体层；第六发光单元包括第六N型半导体层、第六有源层和第六P型半导体层；第五发光单元与第六发光单元之间设置有导电线路得以电导通，所述第五发光单元、第六发光单元还与引出电极连接，所述第五发光单元、第六发光单元的导通方向与第一发光单元、第二发光单元的导通方向相反，交流电输入时，交替导通发光。

具体地，所述灯丝包括至少五个发光单元，其中所述四个发光单元连接组成桥式整流电路，桥式整流电路的输入端连接外部电源，桥式整流电路的输出端连接至少一个所述发光单元。

具体地，所述灯丝包括第七发光单元、第八发光单元、第九发光单元、第十发光单元、导电线路；

所述第七发光单元包括第七N型半导体层、第七有源层和第七P型半导体层；第八发光单元包括第八N型半导体层、第八有源层和第八P型半导体层；第九发光单元包括第九N型半导体层、第九有源层和第九P型半导体层；第十发光单元包括第十N型半导体层、第十有源层和第十P型半导体层；

所述第七P型半导体层与第八N型半导体层连接，第七N型半导体层与第九N型半导体层连接，第八P型半导体层与第十P型半导体层连接，第九P型半导体层与第十N型半导体层连接，组成桥式整流电路。

进一步地，所述灯丝包括集成电路IC，所述集成电路IC连接所述发光单元，用于控制发光单元的电输入。

具体地，所述灯丝包括恒流IC，所述恒流IC用于使输入至发光单元的电流恒定。

一种灯丝制作方法，包括如下步骤：

准备生长衬底；

在生长衬底上生长外延叠层，外延叠层包括N型半导体层、有源层和P型半导体层；

图形化所述外延叠层，以形成至少二个发光单元；

在所述外延叠层和衬底上，制作导电线路，连接各发光单元；

切割分离生长衬底及外延叠层，得到若干个灯丝。

进一步地，所述步骤包括，蚀刻所述外延叠层，使得外延叠层被蚀刻成具有间隙，相互隔离开的发光单元，发光单元之间还通过镀膜形成的导电线路连接。

进一步地，蚀刻两端的外延叠层至衬底，在衬底上制作一引出电极，并且制作导电线路连接引出电极连接和所述发光单元。

进一步地，还包括步骤，将一导电引脚接合于所述衬底上，并且与所述发光单元形成电气连接。

进一步地，还包括步骤，在灯丝的外围包覆荧光膜或涂布荧光粉层。

具体地，所述蚀刻为湿式蚀刻，还包括步骤，设计蚀刻图案，使得蚀刻后晶圆片上的发光单元为列对齐式的排布，根据对晶圆片进行切割，得到单列多发光单元排布的灯丝。

具体地，所述图形化制程为，设计发光单元图形及排布方式，采用光刻和蚀刻工艺将衬底上的外延叠层蚀刻为所设计的若干个发光单元。

具体地，导电线路的制作为，在发光单元之间的隔离沟道上制作绝缘层，然后在绝缘层及发光单元上，采用金属镀膜的工艺形成导电线路。

进一步地，还包括步骤，使用激光切割，将晶圆片切割成一个平面排布的一字型、弧形、V字型、N字型或W字型的灯丝。

进一步地，所述灯丝的长宽比大于10:1。

具体地，切割后的发光单元为双列、各列多发光单元排布的灯丝，

还包括步骤，设计蚀刻图案，双列发光单元的导通方向相反。

具体地，包括步骤，设计蚀刻图案，使得灯丝具备中间的发光单元面积较大且两边的发光单元面积较小排列结构，亦即，灯丝的发光单元宽度呈越靠近两端宽度越小的排列结构。

具体地，还包括步骤，在切割分离前，先包覆荧光粉层或贴上荧光膜，再进行切割分离，得到带有荧光层的灯丝。

区别于现有技术，上述技术方案通过在生长衬底上集成发光单元，形成灯丝，较小的尺寸就能获得很高的亮度，可以采用平面排列的方式制作灯泡，这样设计出来的灯泡结构美观，外形结构与发光角度与白炽灯相似，是白炽灯最理想的替代品。本发明灯丝的制作省掉了传统LED封装的固晶和焊线工艺，工艺制程简单，生产良率高，产品散热性能好，可靠性高。

附图说明

图1为本案较佳实施例中所述的灯泡结构示意图；

图2为本案较佳实施例中所述的灯丝结构示意图；

图3为本案较佳实施例中所述的灯丝剖视图；

图4为本案较佳实施例中所述的发光单元并联连接的灯丝结构示意图；

图5为本案较佳实施例中所述的带导电引脚的灯丝结构示意图；

图6为本案较佳实施例中所述的交流灯丝结构示意图；

图7本案较佳实施例中所述的包括两组发光单元组的灯丝结构示意图

图8为本案较佳实施例中所述的带桥式整流电路的交流灯丝结构示意图；

图9为本案较佳实施例中所述的带桥式整流电路的交流灯丝原理图；

图10为本案较佳实施例中所述的灯泡结构示意图；

图11为本案较佳实施例中所述的灯泡结构示意图。

附图标记说明：

10、灯泡；

100、泡壳；

101、芯柱；

11、灯丝；

102、第二灯丝；

103、第三灯丝；

104、第四灯丝；

105、第五灯丝；

106、第六灯丝；

107、第七灯丝；

108、第八灯丝；

109、第九灯丝；

110、衬底；

111、第一发光单元；

1111、第一P型半导体层；

1112、第一有源层；

1113、第一N型半导体层；

112、第二发光单元；

1121、第二P型半导体层；

1122、第二有源层；

1123、第二N型半导体层；

113、第三发光单元；

114、第四发光单元；

115、第五发光单元；

116、第六发光单元；

117、第七发光单元；

118、第八发光单元；

119、第九发光单元；

1110、第十发光单元；

12、导电接头；

13、导电线路；

14、引出电极；

15、绝缘层；

16、支撑导线；

161、第一支撑导线；

162、第二支撑导线；

163、第三支撑导线；

164、第四支撑导线；

165、第五支撑导线；

17、导电引脚；

18、驱动电源。

具体实施方式

为详细说明技术方案的技术内容、构造特征、所实现目的及效果，以下结合具体实施例并配合附图详予说明。

请参阅图1，为本实施例一种灯泡10，包括泡壳100、导电接头12、芯柱101及灯丝11，如图中所示，所述泡壳100与芯柱101密封形成密闭腔体，所述芯柱101包括支撑导线16。所述灯丝11设置于所述密闭腔体内，灯丝11通过芯柱的支撑导线16连接至导电接头12，并通过导电接头12与外部电源形成电气连接；

图2及图3展示了灯丝的具体结构，从图3中我们可以看到，灯丝11包括衬底110及衬底上的外延叠层，在下面的描述例中我们将会知道，外延叠层是通电后能够发生电子迁移从而发光的结构部件，具有多个材料组分结构，在这里我们先介绍外延叠层包括第一发光单元111、第二发光单元112，图中第一发光单元、第二发光单元相互隔开，共性是它们都生长在衬底上。在本实施例的结构中，第一发光单元与第二发光单元间设置有导电线路13得以电导通，第一发光单元、第二发光单元还与引出电极14连接。这种灯丝可以通过第一、第二发光单元的发光，较小的尺寸就能获得很高的亮度，可以采用平面排列的方式制作灯泡，这样设计出来的灯泡结构美观，外形结构与发光角度与白炽灯相似，是白炽灯最理想的替代品。

其他一些进一步的实施例中，所述泡壳100内还填充有导热材料，所述导热材料包括导热气体、导热液体或导热胶。导热材料的作用是增大灯丝周围介质的导热效率，保证灯丝工作时产生的热量能够及时疏导。这里导热气体可以是常规用于填充在灯泡内的惰性气体，如氦气、氖气等等，导热液体或导热胶可以是灯泡的灌封胶，如有机硅液体、导热灌封胶等。

在某些优选的实施例中，我们还在灯丝外周还包覆有荧光层，荧光层用于使灯丝发出不同颜色的光，在本发明的实施例中，所述荧光层可以为涂布在灯丝外周的荧光粉层或包覆在灯丝外周的荧光膜。荧光粉层可以通过灯丝外周还设有外罩，设置在所述的外罩内。

进一步地，所述的灯丝包括至少二组发光单元组，各所述的发光单元组至少包括一个发光单元，其中至少一组发光单元组包覆低色温荧光层，例如色温2700K荧光层，另至少一组发光单元组包覆高色温荧光层，例如色温6500K荧光层。

进一步地，所述的灯丝包括至少三组发光单元组，各所述的发光单元组至少包括一个发光单元，其中至少一组发光单元组包覆红色荧光层，发出红色光，另至少一组发光单元组包覆绿色荧光层，发出绿色光，另一组发光单元组不包覆荧光层，发出蓝色本色光，组成RGB的光；还可以再包括一组发光单元组包覆白光荧光层，发出白光，组成RGBW的光。

在进一步的实施例中，如图1所示，本发明灯泡还包括驱动电源18，在本领域中，驱动电源指是把电源供应转换为特定的电压电流以驱动LED发光的电源转换器，通常情况下，LED驱动电源的输入包括高压工频交流(即市电)、低压直流、高压直流、低压高频交流(如电子变压器的输出)等。该实施例的驱动电源设置于导电接头12内，所述驱动电源用于与外部电源连接。通过设计驱动电源，能够得到满足灯丝工作要求的工作电压，从而使得灯泡更加稳定、高效地工作。

在具体的某些实施例中，如图2及图3所示，灯泡的灯丝的外延叠层可以包括多个半导体层，如所述第一发光单元111从上至下包括第一P型半导体层1111、第一有源层1112和第一N型半导体层1113，所述第二发光单元112包括第二P型半导体层1121、第二有源层1122和第二N型半导体层1123，有源层如多量子阱能够在整个结构通电之后在半导体层之间形成电子迁移从而发出光亮。当然，外延叠层形成P型半导体在下，N型半导体在上的结构也是可以的。如图所示的实施例中我们通过在第一N型半导体层与第二P型半导体层间设置有导电线路13得以电导通，而第一P型半导体层、第二N型半导体层上分别与一导电引脚17连接。从而使得灯丝能够与外部电路导通。

进一步，所述第一发光单元111的第一N型半导体层1113以及所述第二发光单元112的第二N型半导体层1123上，分别设置有绝缘层15，所述绝缘层15可以对导电线路13进行电气绝缘。

又如一些具体的实施例中，本发明的灯丝11可以设置多个相互独立的外延叠层，而相互独立的外延叠层之间通过不同的连接方式能够获得不同的实施电路。这里请看图4，本发明的灯丝可以包括第三发光单元113，所述第三发光单元113包括第三P型半导体层、第三有源层和第三N型半导体层(结构参见第一、第二发光单元，下同)，所述第一发光单元、第二发光单元、第三发光单元并联，即如图中所示的外延叠层俯视图中，外延叠层右侧露出的N型半导体层之间通过导电线路13相互连接，其余的P型半导体层之间相互连接之后，分别与灯丝上的两个引出电极14连接，从而在灯丝内部实现并联电路，当然举一反三地，在灯丝11上设计多个并联的发光单元也能够通过上述设计来实现。

而另一些图5所示的具体实施例中，所述灯丝11包括第四发光单元114，所述第四发光单元包括第四P型半导体层、第四有源层和第四N型半导体层，所述第一发光单元111串联至第四发光单元114，第四发光单元串联至第二发光单元112，多个发光单元通过导电线路13相互串联连接，两端的发光单元连接至引出电极。当然举一反三地，再行设计更多的串联的发光单元也能够通过上述设计来实现灯丝内部的多发光单元的串联。另，如图所示，灯丝两端的衬底上设置导电引脚17，一金属引脚接合于所述引出电极14，形成导电引脚17。

另外一些图6所示的具体的实施例中，所述灯丝11包括第五发光单元115、第六发光单元116，所述第五发光单元115包括第五P型半导体层、第五有源层和第五N型半导体层；第六发光单元包括第六P型半导体层、第六有源层和第六N型半导体层；第五发光单元与第六发光单元之间设置有导电线路得以电导通，所述第五发光单元、第六发光单元还与引出电极14连接，同时第一发光单元、第二发光单元也正常连接到引出电极14，第五发光单元、第六发光单元的导通方向与第一发光单元、第二发光单元的导通方向相反。这里的导电方向相反，其与同一引出电极14相连接的极性相反，当第一发光单元、第二发光单元所在的支路为导通时第五发光单元、第六发光单元所在的支路为不导通。在图6所示的情况便是，第一发光单元111与第二发光单元112所在的支路从右至左导通，而第五发光单元115、第六发光单元116所在的支路从左至右导通。所述第五发光单元115、第六发光单元116的导通方向与第一发光单元111、第二发光单元112的导通方向相反，交流电输入时，交替导通发光。当然举一反三地，第五发光单元115、第六发光单元116之间及第一发光单元111、第二发光单元112之间可以设置更多的发光单元，从而使得所在支路的发光效果更好，亮度更高，而本实施例的设计方法能够使得导通方向相反的两个支路在直接接入交流电路时还能够保持发光效果。可以省去外部整流电路或驱动电源的设计负担。同时在实际的应用例中，两支路可以并排设置，外延叠层一般设计较小，并不会导致灯丝的宽度增大过多，而同样保证了灯丝的发光效果。

另请参看图7，其揭示了另一种包括两组发光单元组的灯丝结构实施态样，其中第五发光单元115、第六发光单元116的导通方向与第一发光单元111、第二发光单元112的导通方向相同。

请看图8及9，在另一具体实施例中，所述灯丝包括至少五个发光单元，其中所述四个发光单元连接组成桥式整流电路，桥式整流电路的输入端连接外部电源，桥式整流电路的输出端连接至少一个所述发光单元。在该具体实施例中，灯丝包括第七发光单元117、第八发光单元118、第九发光单元119、第十发光单元1110、导电线路；

同样的，第七发光单元117包括第七P型半导体层、第七有源层和第七N型半导体层；第八发光单元118包括第八P型半导体层、第八有源层和第八N型半导体层；第九发光单元119包括第九P型半导体层、第九有源层和第九N型半导体层；第十发光单元1110包括第十P型半导体层、第十有源层和第十N型半导体层；

具体的连接电路请看图9，本发明的第七至第十发光单元可以形成桥式电路集成在灯丝中，从而起到整流的作用使得灯丝外可以不用接驱动电源或整流电路，能够自整流从而让通过整流导出线接出的其他发光单元正常工作，具体连接可以试举例如下，所述第七P型半导体层与第八N型半导体层连接，第七N型半导体层与第九N型半导体层连接，第八P型半导体层与第十P型半导体层连接，第九P型半导体层与第十N型半导体层连接。导电线路将第七发光单元117与第十发光单元1110之间、第八发光单元118与第九发光单元119之间的电流引出至下级电路。通过上述设计，我们能够通过在芯片上设置多个独立的外延叠层执行整流工作从而提高灯丝的外部电路适应性，那么明显地，当本发明的灯丝每个都能够自主地完成整流工作后，能够省掉现有的LED灯的驱动电源的设计，能够降低灯泡成本，并且使得整个灯泡更加的轻便。

其他一些具体的实施例中，我们设计的灯丝11还可以包括集成电路IC，所述集成电路IC一同设计在衬底基板、如蓝宝石基板上，放置集成电路IC的区域上没有外延叠层，但其上设置有控制电路，这里的控制电路可以是一个简单的门电路、抑或加入简单的晶振进行计时，发出脉冲控制给三极管开关等方式简单地用于发出致能信号即可，而其他部分的外延叠层需要连入PCB电路接收致能信号，通过集成电路IC与引出电极14连接。从而本发明的设计能够通过控制电路控制灯丝内部LED外延叠层单元的工作模式，如频闪、保持、开启、关闭等等，更好地达到了防钨丝灯的多元化工作模式设计的技术效果。另，所述灯丝包括恒流IC，所述恒流IC用于使输入至发光单元的电流恒定。

再进一步的具体实施例中，灯泡内包括至少两个灯丝11，一些情况下，本发明的两条或多条灯丝可以根据相同导通方向首尾依次连接，达到灯丝之间的串联，串联好的灯丝组的两端再与芯柱的支撑导线连接，从而能够达到多个灯丝共同工作的效果。如图10所示的实施例中，我们还可以设计包括第二灯丝102、第三灯丝103、第四灯丝104、第五灯丝105，所述第二灯丝102的正极与一支撑导线16连接，第二灯丝102的负极与第三灯丝103的正极连接，第三灯丝的负极与第四灯丝的正极连接，第四灯丝的正极与第五灯丝的负极连接，第五灯丝的负极与另一支撑导线连接。通过这样的连接设计，灯丝连接形成一个平面的弧形，使得灯泡在结构上就更为贴近传统的钨丝灯设计。

又如图11所示的具体实施例中，如图所示的灯泡结构示意图，泡壳中设置了第六灯丝106、第七灯丝107、第八灯丝108和第九灯丝109，芯柱中延伸出至少包括五条支撑导线如第一支撑导线161、第二支撑导线162、第三支撑导线163、第四支撑导线164、第五支撑导线165；部分支撑导线从芯柱中间向四周延伸。从图中我们可以看到，灯泡的第一支撑导线161、第二支撑导线162、第三支撑导线163、第四支撑导线164、第五支撑导线165顶部的多个接电部位分别与灯丝的一端连接。而由于本发明的灯丝发光效率高，散热性能好，灯丝尺寸可以做得足够小，为了更接近传统钨丝灯的外形结构，灯丝可以无需竖直设置，而是采用平面设置，灯丝与水平方向可以具有一定的倾斜角度，灯丝与灯丝之间可以不要完全在同一水平面上，可以具有一定的夹角，这样设计出来的灯泡结构美观，外形结构与发光角度与白炽灯相似，是白炽灯最理想的替代品。

进一步地，所述灯丝相互连接，形成一个平面排布的弧形、V字型、N字型或W字型。

那么在进一步的实施例中，多个灯丝11包括第一灯丝对，所述灯丝对内的灯丝平行设置，两端相互连接，灯丝的导通方向相反，这里的灯丝11可以为内部的外延叠层单元单向导通的灯丝结构，灯丝对的两端分别与支撑导线连接。通过该种设计，能够使得本发明的灯丝能够直接接入交流电路中使用，能够为防钨丝灯的设计省却驱动电源或整流电路，降低灯泡的重量、成本。优选的实施例中为了提升灯泡的亮度。包括两个以上的灯丝对，所述灯丝对首尾依次连接，两端再与支撑导线连接。同样多个灯丝对于外接交流电路也能够很好地适应。

为了提供满足上述要求的灯泡及其设计，本发明的实施例中还提供一种新型灯丝及其制备方法，包括衬底及衬底上的外延叠层，其中衬底可选用透明衬底，优选地可以采用蓝宝石基底，然后采用在基底上生长外延的方法，生长外延叠层，再对外延叠层进行蚀刻从而获得相互隔开的第一发光单元111、第二发光单元112；第一发光单元与第二发光单元间设置有导电线路得以电导通，导电线路可以通过金属镀膜来获得，具体的一些实施例中，本发明的外延叠层生长包括N型半导体层、有源层、P型半导体层，而从上到下的排布顺序不论。作为某个具体的实施例，第一发光单元由内至外可以包括第一N型半导体层、第一有源层和第一P型半导体层，第二发光单元同样包括第二N型半导体层、第二有源层和第二P型半导体层，第一N型半导体层与第二P型半导体层间设置有导电线路得以电导通，第一P型半导体层、第二N型半导体层分别与一导电引脚17连接。

在其它的一些实施例中，灯丝的两端的外延叠层还被蚀刻直至露出衬底，并且在露出的衬底上制作引出电极14，引出电极14通过导电线路连接至发光单元。在另一些实施例中，还将一金属结构铆接在引出电极14上，形成导电引脚17，那么通过将外延叠层蚀刻至衬底的阶梯结构能够有限防止金属结构于外延叠层接触，避免了短路情况的产生。

在灯丝制作的时候，还可以制作第三发光单元，所述第三发光单元包括第三N型半导体层、第三有源层和第三P型半导体层，所述第一发光单元、第二发光单元、第三发光单元并联并与引出电极14连接。灯丝还可以制作第四发光单元，所述第四发光单元包括第四N型半导体层、第四有源层和第四P型半导体层，所述第一发光单元、第四发光单元、第二发光单元相互串联连接。当然还可以同时在灯丝制作的时候通过画不同的电路图来制作更多的发光单元、来进行相互串联、并联的连接，从而最终达到整个灯丝的协同工作，用户可以设置足够多的发光单元排布来满足灯丝光量的需求。

更具体地说，所述灯丝包括第五发光单元、第六发光单元，所述第五发光单元包括第五N型半导体层、第五有源层和第五P型半导体层；第六发光单元包括第六N型半导体层、第六有源层和第六P型半导体层；第五发光单元与第六发光单元之间设置有导电线路得以电导通，所述第五发光单元、第六发光单元还与引出电极14连接，所述第五发光单元、第六发光单元的导通方向与第一发光单元、第二发光单元的导通方向相反。这种结构是一种能满足交流电直通需求的灯丝结构设计，一般地，第五发光单元、第六发光单元所在的支路与第一发光单元、第二发光单元所在的支路并排设置在灯丝上，也就是说，不同于前述单排发光单元设计、单排切割的灯丝，本实施例的灯丝的发光单元为双排，并且从蚀刻电路图入手，将两列的发光单元的导通方向设置为相反，能够有效提高本发明灯丝设计的实用性。

其他一些具体的实施例中，所述灯丝包括第七发光单元、第八发光单元、第九发光单元、第十发光单元、导电线路；第七发光单元至第十发光单元形成电桥从而对外接的交流电路进行调制，能够达到灯丝提高对外接交流电路的适应性，并且降低灯丝中除桥接电路以外的其他发光单元的工作负荷。还可以通过印刷电路图的设计，在蚀刻的时候在灯丝上设计集成电路IC，根据电路图设计的不同达到不同的功能，如简单的发光控制电路，所述控制电路用于发出致能信号，还可以集成晶振或设计脉冲电路调制等等。

本发明还包括一种灯丝制作方法，包括如下步骤：

准备生长衬底；

在生长衬底上生长外延叠层，外延叠层包括N型半导体层、有源层和P型半导体层；

图形化所述外延叠层，以形成至少二个发光单元；

在所述外延叠层和衬底上，制作导电线路，连接各发光单元；

切割分离生长衬底及外延叠层，得到若干个灯丝。

这里的发光单元可以是生长好的外延被蚀刻后形成的外延叠层单元，最终使得外延腐蚀成相互间隔的发光单元，发光单元之间通过金属镀膜制成的导电线路电连接，再行通过激光切割晶圆片，得到包括两个以上发光单元的灯丝。

还进行步骤，将一导电引脚接合于所述衬底上，并且与所述发光单元形成电气连接。

最后再在灯丝的外围包覆荧光膜或涂布荧光粉层。这里的荧光膜能够根据需要进行贴合、切割。具体的实施例中还包括步骤，在切割分离前，先包覆荧光粉层或贴上荧光膜，再进行切割分离，得到带有荧光层的灯丝。可以在晶圆片上贴合不同颜色的荧光膜，最终切割后的灯丝就能达到发出不同颜色光线的技术效果。

在进一步的实施例中，本发明的灯丝的长宽比优选为大于10:1。这是由于外延叠层单元的粒径本身足够小，大多数是在1mm以下，设计单列十个以上排布的灯丝外延叠层单元能够更好地匹配驱动电源和达到提供足够亮度的技术效果，并满足仿钨丝灯的LED灯丝的设计需求，在保证美观、实用的同时还能够减少灯丝的体积，从而产生更少的发热及满足高亮度需求。

在其他一些具体的实施例中，我们可以通过步骤改变设计蚀刻图案，使得切割后的发光单元为双列、各列多发光单元排布的灯丝，双列发光单元的导通方向相反。又如其他一种设计图案能够使得灯丝具备中间的发光单元面积较大且两边的发光单元面积较小排列结构，亦即发光单元宽度呈越靠近灯丝两端宽度越小的排列结构。这种发光单元结构能够使得灯丝的热分布更均匀，提高灯丝的使用寿命。

需要说明的是，尽管在本文中已经对上述各实施例进行了描述，但并非因此限制本发明的专利保护范围。因此，基于本发明的创新理念，对本文所述实施例进行的变更和修改，或利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，直接或间接地将以上技术方案运用在其他相关的技术领域，均包括在本发明的专利保护范围之内。

Claims (36)

1.一种灯泡，其特征在于，包括泡壳、芯柱、导电接头及灯丝，

所述泡壳与芯柱密封形成密闭腔体，所述灯丝设置于所述密闭腔体内，灯丝通过芯柱连接至导电接头，并通过导电接头与外部电源形成电气连接；

其中，灯丝包括衬底及衬底上的外延叠层，所述外延叠层包括至少二个发光单元，所述至少二个发光单元间设置有导电线路得以电导通。

2.根据权利要求1所述的灯泡，其特征在于，所述泡壳内还填充有导热材料，所述导热材料包括导热气体、导热液体或导热胶。

3.根据权利要求1所述的灯泡，其特征在于，所述灯丝外周还包覆有荧光层，所述荧光层为荧光粉层或荧光膜。

4.根据权利要求1所述的灯泡，其特征在于，所述灯丝外周还设有外罩，所述外罩内设有荧光层。

5.根据权利要求1所述的灯泡，其特征在于，所述的灯丝包括至少二组发光单元组，各所述的发光单元组至少包括一个发光单元，其中至少一组发光单元组包覆低色温荧光层，另至少一组发光单元组包覆高色温荧光层。

6.根据权利要求1所述的灯泡，其特征在于，所述的灯丝包括至少三组发光单元组，各所述的发光单元组至少包括一个发光单元，其中至少一组发光单元组包覆红色荧光层，另至少一组发光单元组包覆绿色荧光层。

7.根据权利要求1所述的灯泡，其特征在于，包括驱动电源，所述灯丝连接至驱动电源，通过驱动电源连接至导电接头。

8.根据权利要求1所述的灯泡，其特征在于，包括电阻，所述灯丝连接电阻，通过电阻连接至导电接头。

9.根据权利要求1所述的灯泡，其特征在于，所述灯丝还设置有导电引脚，导电引脚连接至所述发光单元。

10.根据权利要求1所述的灯泡，其特征在于，所述至少二个发光单元包括有第一发光单元以及第二发光单元，其中第一发光单元包括第一N型半导体层、第一有源层和第一P型半导体层，所述第二发光单元包括第二N型半导体层、第二有源层和第二P型半导体层，第一N型半导体层与第二P型半导体层间设置有导电线路得以电导通，第一P型半导体层、第二N型半导体层分别与所述导电引脚连接。

11.根据权利要求1所述的灯泡，其特征在于，所述灯丝的至少二个发光单元并联连接。

12.根据权利要求1所述的灯泡，其特征在于，所述灯丝的至少二个发光单元相互串联连接。

13.根据权利要求1所述的灯泡，其特征在于，所述灯丝的至少二个发光单元相互连接，导通方向相反，交流电输入时，发光单元交替导通发光。

14.根据权利要求1所述的灯泡，所述灯丝包括至少五个发光单元，其中所述四个发光单元连接组成桥式整流电路，桥式整流电路的输入端连接外部电源，桥式整流电路的输出端连接至少一个所述发光单元。

15.根据权利要求1所述的灯泡，其特征在于，所述灯丝包括集成电路IC，所述集成电路IC连接所述发光单元，用于控制发光单元的电输入。

16.根据权利要求1所述的灯泡，其特征在于，包括两条或多条灯丝，两条或多条灯丝根据相同导通方向首尾依次连接，两端再与芯柱的一支撑导线连接，所述支撑导线连接至所述导电接头。

17.根据权利要求1所述的灯泡，其特征在于，包括至少两条灯丝，两条灯丝两端相互连接，导通方向相反，交流电输入时，两条灯丝交替导通发光。

18.根据权利要求1所述的灯泡，其特征在于，所述灯丝相互连接，形成一个平面排布的一字型、弧形、V字型、N字型或W字型。

19.一种灯丝，其特征在于，包括衬底及衬底上的外延叠层，所述外延叠层包括至少二个发光单元，所述至少二个发光单元间设置有导电线路得以电导通。

20.根据权利要求19所述的灯丝，其特征在于，还设置有导电引脚，导电引脚连接至所述发光单元。

21.根据权利要求19所述的灯丝，其特征在于，所述至少二个发光单元包括有第一发光单元以及第二发光单元，其中第一发光单元包括第一N型半导体层、第一有源层和第一P型半导体层，所述第二发光单元包括第二N型半导体层、第二有源层和第二P型半导体层，第一N型半导体层与第二P型半导体层间设置有导电线路得以电导通，第一P型半导体层、第二N型半导体层分别与所述导电引脚连接。

22.根据权利要求19所述的灯丝，其特征在于，外周还包覆有荧光层，所述荧光层为荧光粉层或荧光膜。

23.根据权利要求19所述的灯丝，其特征在于，外周还设有外罩，所述外罩内设有荧光层。

24.根据权利要求19所述的灯丝，其特征在于，包括至少二组发光单元组，各所述的发光单元组至少包括一个发光单元，其中至少一组发光单元组包覆低色温荧光层，另至少一组发光单元组包覆高色温荧光层。

25.根据权利要求19所述的灯丝，其特征在于，包括至少三组发光单元组，各所述的发光单元组至少包括一个发光单元，其中至少一组发光单元组包覆红色荧光层，另至少一组发光单元组包覆绿色荧光层。

26.根据权利要求19所述的灯丝，其特征在于，所述至少二个发光单元并联连接。

27.根据权利要求19所述的灯丝，其特征在于，所述至少二个发光单元相互串联连接。

28.根据权利要求19所述的灯丝，其特征在于，所述至少二个发光单元相互连接，导通方向相反，交流电输入时，发光单元交替导通发光。

29.根据权利要求19所述的灯丝，其特征在于，包括至少五个发光单元，其中所述四个发光单元连接组成桥式整流电路，桥式整流电路的输入端连接外部电源，桥式整流电路的输出端连接至少一个所述发光单元。

30.根据权利要求19所述的灯丝，其特征在于，包括集成电路IC，所述集成电路IC连接所述发光单元，用于控制发光单元的电输入。

31.一种灯丝制作方法，其特征在于，包括如下步骤：

准备生长衬底；

在生长衬底上生长外延叠层，外延叠层包括N型半导体层、有源层和P型半导体层；

图形化所述外延叠层，以形成至少二个发光单元；

在所述外延叠层和衬底上，制作导电线路，连接各发光单元；

切割分离生长衬底及外延叠层，得到若干个灯丝。

32.根据权利要求31所述的灯丝制作方法，其特征在于，还包括步骤，将一导电引脚接合于所述衬底上，并且与所述发光单元形成电气连接。

33.根据权利要求31所述的灯丝制作方法，其特征在于，还包括步骤，在灯丝的外围包覆荧光膜或涂布荧光粉层。

34.根据权利要求31所述的灯丝制作方法，其特征在于，还包括步骤，使用激光切割，将晶圆片切割成一个平面排布的一字型、弧形、V字型、N字型或W字型的灯丝。

35.根据权利要求31所述的灯丝制作方法，其特征在于，包括步骤，设计蚀刻图案，使得灯丝具备中间的发光单元面积较大且两边的发光单元面积较小排列结构。

36.根据权利要求31所述的灯丝制作方法，其特征在于，还包括步骤，在切割分离前，先包覆荧光粉层或贴上荧光膜，再进行切割分离，得到带有荧光层的灯丝。