CN110553163A - 一种高导热的led灯丝灯及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高导热的LED灯丝灯及其制造方法，该LED灯丝灯包括：灯头，所述灯头上罩设有泡壳；芯柱，所述芯柱设于泡壳内部，包括相连的玻璃杆和封接件；LED发光条，所述LED发光条固定在芯柱上，且数量至少为一条；所述玻璃杆为中空结构且与封接件内部连通，所述玻璃杆的中空部分和封接件内部填充有导热材料，所述LED发光条通过容置于玻璃杆靠近顶端的中空部分且插入导热材料内部的连接部件固定于芯柱之上。本发明可实现全角度发光，散热效果好，结构简单且稳固。

Description

一种高导热的LED灯丝灯及其制造方法

技术领域

本发明涉及一种LED灯具，具体涉及一种高导热的LED灯丝灯。

背景技术

众所周知，LED封装的特性是120°发光，加装透镜后一般也只能实现180°发光，与传统白炽灯相比并不具有优势。近年新兴的LED灯丝灯将LED光源和传统的白炽灯形态进行结合，通过把芯片封装在长条形基板上，表面附以黄色荧光粉，两端各引出正负极引脚，制作出LED灯丝，并利用白炽灯原有的玻璃支架设计LED灯丝的连接，和驱动电源、玻璃泡、标准灯头组装而成。LED灯丝灯具有与白炽灯相似的形态和配光曲线，是目前代替白炽灯最理想的光源，因此倍受消费者尤其是欧洲市场的欢迎。

然而，现有的LED灯丝灯仍然存在不足。一是LED半导体热敏感的特性容易导致光衰和缩减使用寿命，而目前大部分LED灯丝灯采用向球泡内部充入导热气体的方式进行散热，如公告号为CN103307464B的中国专利所记载的LED灯丝灯，其散热效果并不理想，因此功率一般不超过10W,尚未能等效替代较高功率(100W以上)的白炽灯；二是由于LED灯丝并非真正360°全周发光，LED灯丝灯仍未能完全解决暗区的问题，导致整灯的光分布不佳。

本发明所涉及的技术术语以及更多常规技术细节，可参照标准《GB7000.1-2015灯具第1部分：一般要求与试验》《GB/T34446－2017固定式通用LED灯具性能要求》《GB/T24823-2017普通照明用LED模块性能要求》《GBT 24826-2016普通照明用LED产品和相关设备术语和定义》。

发明内容

本发明的目的是提供一种高导热的LED灯丝灯，克服现有技术的不足，其可实现全角度发光，散热效果好，结构简单且稳固。

本发明解决其技术问题所采用的的技术方案是：

一种高导热的LED灯丝灯，包括：灯头，所述灯头上罩设有泡壳；芯柱，所述芯柱设于所述泡壳内部，包括相连的玻璃杆和封接件；LED发光条，所述LED发光条固定在芯柱上，且数量至少为一条；所述玻璃杆为中空结构且与封接件内部连通，所述玻璃杆的中空部分和封接件内部填充有导热材料，所述LED发光条通过容置于玻璃杆靠近顶端的中空部分且插入导热材料内部的连接部件固定于芯柱之上。所述导热材料为氧化石墨烯基导热硅胶，所述氧化石墨烯基导热硅胶包括重量比份的氧化石墨烯1～3份；金属氧化物10～20份；硅烷偶联剂2～3份；分散剂1～3份；水性丙烯酸树脂6～8份；硅胶10～20份

本发明于芯柱内部填充导热材料，并将LED发光条通过插入导热材料内部的连接部件固定在芯柱上，合理巧妙地利用芯柱内部的空间作为散热通道，使LED发光条所产生的热量经过支架，以导热材料作为媒介，沿着芯柱传递到灯头和泡壳并向外散发，有效地提升了散热效果。

作为上述技术方案的改进，所述连接部件呈“T”形，其包括水平抵架和竖直固定部，所述水平抵架卡抵在玻璃杆的顶端，所述竖直固定部插入玻璃杆中空部分的导热材料内部。通过上述结构可将LED发光条牢牢固定在芯柱上，避免产生晃动和脱落。

进一步地，所述竖直固定部的外表面设有至少一个凸起部，通过增加连接部件和导热材料的接触面积，提升导热效果。

进一步地，所述凸起部呈圆柱状，其以高于水平面的角度向外延伸，所述凸起部和竖直固定部之间的夹角为30°到45°，可使得连接部件与导热材料之间的结合更加牢固。

进一步地，所述凸起部的直径大小为d，竖直固定部的直径大小为D，d：D＝1:8～1:4。

进一步地，所述连接部件的表面粗糙度Ra＝0.15～0.3μm。

进一步地，所述导热材料为氧化石墨烯基导热硅胶。

进一步地，所述玻璃杆的外表面设有反光层，可将更多的光反射出去，使得光分布更均匀，解决暗区的问题。

本发明还提供一种导热材料的制备方法，包括以下步骤：

S1：将重量比份的氧化石墨烯1～3份与金属氧化物10～20份加入两者重量之和的2倍水中，分散均匀后研磨成浆料；

S2：将S1中的浆料加入重量比份的水10～12份，进行水浴超声处理60～80min制成悬浊液；

S3：将S2中所制得的悬浊液加入重量比份的硅烷偶联剂2～3份；密封超声处理30～50min制得混合液；

S4：将S3所制得混合液加入重量比份的分散剂1～3份；水性丙烯酸树脂6～8份；硅胶10～20份超声处理均匀分散得到复合溶液；

S5：将S4所制得的复合溶液置于脱泡机中，搅拌10～15min并脱除气泡；放入130℃烘箱中，固化12～15min，得到导热材料。

金属氧化物包括不限于氧化铝、氧化镁、氧化钙、氧化铈、氧化锌的一种及多种。

经氧化的石墨烯和金属氧化物在研磨后，石墨烯呈片状，再经硅烷偶联剂和分散剂的作用，很好地解决了石墨烯的团聚作用，有效地提高了导热材料的导热性能，石墨烯的添加有效提高导热材料的断裂韧性和强度，研磨后的金属氧化物呈微观球形，在硅烷偶联剂的作用下，起到支撑石墨烯和硅胶的作用，将石墨烯串联起来，起到很好的均匀导热作用。片状的石墨烯和超细的金属氧化物以及一起复合固化后得到的导热材料，具有很好的光学性能。

进一步地，所述反光层为电镀层。

本发明还提供高导热的LED灯丝灯的制造方法，包括如下步骤：

步骤一，在玻璃杆的外表面设置反光层；

步骤二，将导热材料从玻璃杆的顶端注入芯柱内部；

步骤三，将LED发光条的一端焊接在连接部件上；

步骤四，把连接部件的竖直固定部对准玻璃杆的中空部分插入导热材料；

步骤五，将LED发光条的另一端和导线连接；

步骤六，把LED发光条和芯柱放入泡壳中，将封接件与泡壳熔封；

步骤七，充入导热气体；

步骤八，将密封好的泡壳安装在灯头上。

有益效果：通过过联偶剂和分散剂很好地将氧化石墨烯与金属氧化物和硅胶混合固化制备成导热材料，金属氧化物经研磨后成超细金属氧化物，其表面物理特性趋向微小颗粒物的共有特性，联偶剂将氧化石墨烯与金属氧化物串联在一起，构成导热通道，同时，金属氧化物具有很好的储能功能，在传导热量的同时，还能进一起的储存热量，导热材料在外端散热较慢的情况下，还能很好的储存一部分能量。经研磨后的石墨烯片状更薄，其透交性更好，超细的金属氧化物以及硅胶一起复合固化后得到的导热材料，还具有很好的光学性能，实现全角度发光。

本发明的LED灯丝灯于芯柱内部填充导热材料，并将LED发光条通过插入导热材料内部的连接部件固定在芯柱上，合理巧妙地利用芯柱内部的空间作为散热通道，使LED发光条所产生的热量经过支架，以导热材料作为媒介，沿着芯柱传递到灯头和泡壳并向外散发，有效地提升了散热效果，因而LED灯丝灯的功率可以做得更高，应用场景更广阔；玻璃杆的外表面设有反光层，可弥补由于在芯柱内部填充导热材料带来的透光损失，将更多的光反射出去，使得光分布更均匀，解决暗区的问题。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

图1是本发明LED灯丝灯的实施例一的结构示意图；

图2是图1中A部分的放大图。

图3是本发明LED灯丝灯的实施例二的竖直固定部放大图。

图中：1、灯头，2、泡壳，3、芯柱，31、玻璃杆，32、封接件，4、LED发光条，5、导热材料，6、连接部件，61、水平抵架，62、竖直固定部，63、凸起部，7、导线。

具体实施方式

参照图1、图2的实施例一，一种高导热的LED灯丝灯，包括灯头1、泡壳2、芯柱3和LED发光条4，芯柱3和LED发光条4设置于泡壳2内部，泡壳2罩设于灯头1之上。泡壳2采用标准规格，如型号A19、A60等，其内壁可喷涂钛白粉，对光源进行折射和漫反射，以改善光型。灯头也采用标准规格，如型号E14、E27、E12等。芯柱3由玻璃杆31和封接件32相连所组成。玻璃杆31为中空结构，其竖直固定于封接件32之上且与封接件32内部连通。封接件32呈开口向下的喇叭状，其开口的边缘和泡壳2的边缘熔封。

玻璃杆31的中空部分和封接件32内部皆填充有导热材料5。LED发光条4整体呈长条状，其两端为金属导体，两端之间为光源部分，由混合荧光粉的封装胶体包裹固定在基板上的LED芯片所形成。LED发光条4通过连接部件6固定于芯柱3之上，连接部件6容置于玻璃杆31靠近顶端的中空部分且插入导热材料5内部。连接部件6呈“T”形，其包括相互连接的水平抵架61和竖直固定部62，所述水平抵架61的宽度大于玻璃杆31的中空部分，能够卡抵在玻璃杆31的顶端，而竖直固定部62的长度足以插入玻璃杆31中空部分的导热材料内部，从而将连接部件6固定在芯柱3之上。连接部件6优先选用具有一定柔韧性、导电、导热性能良好的材料，其表面粗糙度Ra＝0.15～0.3μm，既能确保生产过程中连接部件顺利插入导热材料内部，也可以使得竖直固定部62和导热材料5之间具有足够的摩擦力。芯柱3还设有用于支撑固定LED发光条4并连接到电源的导线7，所述导线7穿过封接件32并弯折成一定形状。LED发光条4的两端分别与连接部件6、导线7相连，使得LED发光条4固定于泡壳2内部，具体的连接方式和电路排布方法属于本领域的常规技术，在此不做冗述。LED发光条的数量可以根据实际需要而调整，LED发光条之间以大致相等的间隔分布于芯柱外围。

导热材料5的主要作用如下：一、作为媒介，将LED发光条4产生的热量沿芯柱3内部传递到灯头1和泡壳2并向外散发；二、与插入导热材料的连接部件6之间产生粘附作用，从而固定LED发光条。在本发明中，导热材料5优选为氧化石墨烯基导热硅胶，氧化石墨烯基导热硅胶是近年新兴的复合材料，其将硅橡胶材料耐腐蚀、力学性能优异的特点和氧化石墨烯优异的热导率、高比表面积和高柔韧性的优点进行结合，是电子电学领域的弹性粘接、定位、散热、绝缘及密封使用的理想材料。更多关于氧化石墨烯基导热硅胶的技术信息可参考《氧化石墨烯复合室温硫化硅橡胶的研究》(《粘结》2017年第01期)，以及公开号CN106433131B、CN109294236A的中国专利。

玻璃杆31的外表面设有反光层，如采用电镀工艺形成反光膜。这样可弥补由于在芯柱内部填充导热材料带来的透光损失，将更多的光反射出去，使得光分布更均匀，解决暗区的问题。

本实施例还公开了一种导热材料的制备方法，包括以下步骤：

S1：将重量比份的氧化石墨烯1份与氧化镁10份加入两者重量之和的2倍水中，分散均匀后研磨成浆料；

S2：将S1中的浆料加入重量比份的水10份，进行水浴超声处理60min制成悬浊液；

S3：将S2中所制得的悬浊液加入重量比份的硅烷偶联剂2份；密封超声处理30min制得混合液；

S4：将S3所制得混合液加入重量比份的分散剂1份；水性丙烯酸树脂6份；硅胶10份超声处理均匀分散得到复合溶液；

S5：将S4所制得的复合溶液置于脱泡机中，搅拌10min并脱除气泡；放入130℃烘箱中，固化12min，得到导热材料。

本实施例所制备的导热材料的热导率为6～8W/(m·K)，储存能量值为72～83KJ/KG。以上实施热导率采用NETZSCHLFA 457MicroFlash激光导热仪进行测试；储能通过型号为PyrisDiamondDSC的差式扫描量热分析系统(DSC)进行测定。

参照图3的实施例二，其与实施例一大致相同，主要区别点在于：竖直固定部62的外表面设有多个圆柱状凸起部63，其以高于水平面的角度向外延伸。这样，一方面增加连接部件和导热材料的接触面积，提升导热效果，另一方面当连接部件具有竖直向上移动的趋势时，会遇到凸起部63和导热材料5之间产生的额外阻力，使得连接部件6与导热材料5之间的结合更加牢固，防止脱落，类似于植物扎根于大地的原理。凸起部63的延伸方向和竖直固定部62之间的夹角θ应在30°到45°的范围，凸起部63和竖直固定部62的直径大小比例为1:8～1:4，这是由于若角度或直径比例过大，则玻璃杆内部没有足够的空间容纳凸起部，若角度或直径比例过小，则连接部件与导热材料之间的结合不够牢固，散热效果也会受到影响。

生产本发明的LED灯丝灯，先在玻璃杆31的外表面设置反光层，然后将导热材料5从玻璃杆31的顶端注入芯柱3内部，再将LED发光条4的一端焊接在连接部件6上，把连接部件6的竖直固定部62对准玻璃杆31的中空部分插入导热材料5，将LED发光条4的另一端和导线7连接，并根据需要将LED发光条的排列弯折成一定形状，把LED发光条4和芯柱3放入泡壳2中，将封接件32与泡壳2熔封，充入导热气体，最后将密封好的泡壳2安装在灯头1上，LED灯丝灯制造完成。

本实施例还公开了一种导热材料的制备方法，包括以下步骤：

S1：将重量比份的氧化石墨烯3份与氧化铝20份加入两者重量之和的2倍水中，分散均匀后研磨成浆料；

S2：将S1中的浆料加入重量比份的水12份，进行水浴超声处理80min制成悬浊液；

S3：将S2中所制得的悬浊液加入重量比份的硅烷偶联剂3份；密封超声处理50min制得混合液；

S4：将S3所制得混合液加入重量比份的分散剂3份；水性丙烯酸树脂8份；硅胶20份超声处理均匀分散得到复合溶液；

S5：将S4所制得的复合溶液置于脱泡机中，搅拌15min并脱除气泡；放入130℃烘箱中，固化15min，得到导热材料。

本实施例所制备的导热材料的热导率为6.2～8.3W/(m·K)，储存能量值为73～85KJ/KG。以上实施热导率采用NETZSCHLFA 457MicroFlash激光导热仪进行测试；储能通过型号为PyrisDiamondDSC的差式扫描量热分析系统(DSC)进行测定。

综上所述，本发明的LED灯丝灯于芯柱内部填充导热材料，并将LED发光条通过插入导热材料内部的连接部件固定在芯柱上，合理巧妙地利用芯柱内部的空间作为散热通道，使LED发光条所产生的热量经过支架，以导热材料作为媒介，沿着芯柱传递到灯头和泡壳并向外散发，有效地提升了散热效果，因而LED灯丝灯的功率可以做得更高，应用场景更广阔；玻璃杆的外表面设有反光层，可弥补由于在芯柱内部填充导热材料带来的透光损失，将更多的光反射出去，使得光分布更均匀，解决暗区的问题。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种高导热的LED灯丝灯，包括：

灯头，所述灯头上罩设有泡壳；

芯柱，所述芯柱设于泡壳内部，包括相连的玻璃杆和封接件；

LED发光条，所述LED发光条固定在芯柱上，且数量至少为一条；

其特征在于：所述玻璃杆为中空结构且与封接件内部连通，所述玻璃杆的中空部分和封接件内部填充有导热材料，所述LED发光条通过容置于玻璃杆靠近顶端的中空部分且插入导热材料内部的连接部件固定于芯柱之上；

所述导热材料为氧化石墨烯基导热硅胶，所述氧化石墨烯基导热硅胶包括重量比份的氧化石墨烯1～3份；金属氧化物10～20份；硅烷偶联剂2～3份；分散剂1～3份；水性丙烯酸树脂6～8份；硅胶10～20份。

2.根据权利要求1所述的高导热的LED灯丝灯，其特征在于：所述连接部件呈“T”形，其包括水平抵架和竖直固定部，所述水平抵架卡抵在玻璃杆的顶端，所述竖直固定部插入玻璃杆中空部分的导热材料内部。

3.根据权利要求2所述的高导热的LED灯丝灯，其特征在于：所述竖直固定部的外表面设有至少一个凸起部。

4.根据权利要求3所述的高导热的LED灯丝灯，其特征在于：所述凸起部呈圆柱状，其以高于水平面的角度向外延伸，所述凸起部和竖直固定部之间的夹角为30°到45°。

5.根据权利要求3所述的高导热的LED灯丝灯，其特征在于：所述凸起部的直径大小为d，所述竖直固定部的直径大小为D，d：D＝1:8～1:4。

6.根据权利要求2所述的高导热的LED灯丝灯，其特征在于：所述连接部件的表面粗糙度Ra＝0.15～0.3μm。

7.根据权利要求1-6任一项所述的芯柱内部填充有导热材料的制备方法，其特征在于；包括以下步骤：

S1：将重量比份的氧化石墨烯1～3份与金属氧化物10～20份加入两者重量之和的2倍水中，分散均匀后研磨成浆料；

S2：将S1中的浆料加入重量比份的水10～12份，进行水浴超声处理60～80min制成悬浊液；

S3：将S2中所制得的悬浊液加入重量比份的硅烷偶联剂2～3份；密封超声处理30～50min制得混合液；

S4：将S3所制得混合液加入重量比份的分散剂1～3份；水性丙烯酸树脂6～8份；硅胶10～20份超声处理均匀分散得到复合溶液；

S5：将S4所制得的复合溶液置于脱泡机中，搅拌10～15min并脱除气泡；放入130℃烘箱中，固化12～15min，得到导热材料。

8.根据权利要求1-6任一项所述的一种高导热的LED灯丝灯，其特征在于：所述玻璃杆的外表面设有反光层。

9.根据权利要求8所述的一种高导热的LED灯丝灯，其特征在于：所述反光层为电镀层。

10.一种高导热的LED灯丝灯的制造方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一，在玻璃杆的外表面设置反光层；

步骤二，将导热材料从玻璃杆的顶端注入芯柱内部；

步骤三，将LED发光条的一端焊接在连接部件上；

步骤四，把连接部件的竖直固定部对准玻璃杆的中空部分插入导热材料；

步骤五，将LED发光条的另一端和导线连接；

步骤六，把LED发光条和芯柱放入泡壳中，将封接件与泡壳熔封；

步骤七，充入导热气体；

步骤八，将密封好的泡壳安装在灯头上。