CN111623253A - 具有v形几何形状的发光二极管灯丝灯 - Google Patents

具有v形几何形状的发光二极管灯丝灯 Download PDF

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Abstract

本申请公开了具有V形几何形状的发光二极管灯丝灯，其中的光引擎包括：延伸到支撑芯柱内的电引线；及与电引线电连接的具有V形几何形状的灯丝组件，其包括至少两个发光二极管灯丝，其中灯丝组件的第一端与电引线电接触并提供V形几何形状的尖部，及灯丝组件的与所述第一端相对的第二端具有比所述尖部的第一宽度大的第二宽度；及包括连接至少两个发光二极管灯丝的第二端的导电通路。

Description

具有V形几何形状的发光二极管灯丝灯
技术领域
本发明总体上涉及灯组件中采用的光引擎，尤其涉及采用发光二极管作为光源的光引擎。
背景技术
由于成本和环境影响，对电能的节约和管理的关注日益增长。在多个不同的照明应用中，用于照明的发光二极管(LED)开始出现用作可能解决这些关注的照明源。LED光源寿命长、能量效率高、耐用且可跨宽温度范围工作。在LED照明对某些应用正变得有吸引力的同时，其对于许多应用并非最佳方案。因此，需要改进的LED照明系统。
发明内容
一方面，相较于采用设置成倒V形几何形状(由于目前LED灯技术发展水平的灯丝光引擎的倒V形，有时称为圣诞树几何形状)的灯丝的现有灯，本发明的方法和结构通过提供V形几何形状用于发光二极管灯丝的布置而改善发光二极管(LED)光引擎的光分布模式。本发明的光引擎的V形几何形状包括用于灯丝的组装的基座，其连接到延伸到灯的支撑芯柱内的电引线，及其直径小于灯丝组件的延伸到灯的光学元件内与芯柱相对的区域的部分。
在一实施例中，本发明提供包括延伸到支撑芯柱内的电引线的光引擎。灯丝组件与电引线电连接并包括至少两个发光二极管(LED)灯丝。灯丝组件具有V形几何形状，其中灯丝组件的第一端提供V形几何形状的尖部。灯丝组件的第一端与电引线电接触。至少两个发光二极管灯丝中的第一灯丝电连接到电引线的阳极，及至少两个发光二极管灯丝中的第二灯丝电连接到电引线的阴极。灯丝组件的与第一端相对的第二端具有比尖部的第一宽度大的第二宽度。导电通路连接至少两个发光二极管灯丝中的第一和第二灯丝的第二端。
在一实施例中，提供一种灯，其包括包含光投射端及具有用于与灯架连接的电连接器的灯头的灯壳，及包括包含位于灯壳的光投射端处的发光二极管(LED)的光引擎。光引擎包括延伸到支撑芯柱内的电引线。灯丝组件与电引线电连接并包括至少两个发光二极管灯丝。灯丝组件具有V形几何形状，其中灯丝组件的第一端提供V形几何形状的尖部。灯丝组件的第一端与电引线电接触。灯丝组件的与第一端相对的第二端具有比尖部的第一宽度大的第二宽度。导电通路连接至少两个发光二极管灯丝中的第一和第二灯丝的第二端。驱动器组件与灯壳的灯头的电连接器及到光引擎的电引线电通信。驱动器组件位于灯壳中。
在本发明的另一方面，提供灯的组装方法，其包括将灯丝组件连接到灯的支撑芯柱。该芯柱包括心轴和电引线。灯丝组件包括至少两个发光二极管灯丝，每一灯丝包括从至少两个发光二极管灯丝中的每一个的第二端到滑环的连接导电通路。心轴位于电引线的阳极与阴极之间。将灯丝组件连接到支撑芯柱包括将至少两个发光二极管灯丝中的第一灯丝的第一端电连接到所述阳极，及将至少两个发光二极管灯丝中的第二灯丝的第一端电连接到所述阴极，其中心轴位于滑环的开口内。帽件放在心轴上且在滑环上方。连接到芯柱的灯丝组件之后被插入到光学元件的开端内，及位于滑环上方的帽件接触光学元件的圆顶部分，其中随着芯柱被使得达到其坐落位置，帽件压下滑环从而在心轴上向下滑动滑环。向下滑动滑环推动电连接到至少两个发光二极管灯丝的第二端的连接导电通路远离心轴。至少两个发光二极管灯丝的第一端实质上与心轴相邻固定。至少两个发光二极管灯丝的第二端处的第二分隔宽度大于至少两个发光二极管灯丝的第一端处的第一分隔宽度，使得在芯柱处于其坐落位置时至少两个发光二极管灯丝设置成V形几何形状。
附图说明
下面的描述将结合附图提供实施方式的细节，其中：
图1为根据本发明一实施例的灯丝组件的侧向截面图，其在灯的光学元件内包括设置成V形几何形状的至少两个发光二极管灯丝，其中这些灯丝的与其连接到芯柱的那一端反向的端部通过环形导电通路连接，环包围芯柱的心轴。
图2A-2C为根据本发明一实施例的发光二极管灯丝的立体图。
图3为另一实施例的灯丝组件的侧向截面图，其在灯的光学元件内包括设置成V形几何形状的至少两个发光二极管灯丝，其中这些灯丝的与其连接到芯柱的那一端反向的端部通过导电通路连接，导电通路通过芯柱的心轴。
图4和5为又一实施例的灯丝组件的侧向截面图，其在灯的光学元件内包括设置成V形几何形状的至少两个发光二极管灯丝，其中这些灯丝的与其连接到芯柱的那一端反向的端部通过环形导电通路连接，环包围芯柱的心轴，及另外的机械支撑由通过芯柱的心轴从而连接相对的灯丝的金属导线提供。
图6为灯丝组件的侧向立体图，其包括至少两个用于灯的光引擎的发光二极管灯丝，其中该灯丝组件为具有在灯组装期间能插入穿过灯光学元件的开口的总宽度的几何形状。
图7为根据本发明一实施例的灯的光学元件的侧向截面图，其中灯丝组件安装在该光学元件内，使得灯丝组件包括设置成V形几何形状的至少两个发光二极管灯丝。
图8为图示源自具有设置成V形几何形状的发光二极管灯丝的光引擎测试样本与具有设置成倒V形几何形状的发光二极管灯丝的光引擎比较例子的发光强度分布的比较的曲线图，倒V形几何形状为目前的技术发展水平。
图9示出了灯的角度，其针对用于通过角度测定术测量照明进行定义。
图10为根据本发明一实施例的包括灯丝组件的灯的分解图，灯丝组件具有设置成V形几何形状的至少两个发光二极管灯丝。
图11为根据本发明一实施例的包括灯丝组件的灯的立体图，灯丝组件具有设置成V形几何形状的至少两个发光二极管灯丝。
具体实施方式
本说明书中提及“一实施例”或“实施例”及其其它变化形式意味着结合该实施例描述的特定特征、结构、特性等被包括在本发明的至少一实施例中。因而，短语“在一实施例中”或“在实施例中”及任何其它变化形式在说明书的多个不同地方的出现不必然均指同一实施例。如在此使用的，“直接电接触”指跨物理导电介质如金属丝的电通信。术语“电通信”指能量传输即功率转移或者电流，但不需要进行电通信的元件之间的直接接触。
在一些发光二极管(LED)灯丝灯中，灯丝安排成使得灯丝顶部即最靠近光学元件(也称为灯泡)的上圆顶的部分形成的圆的有效直径小于由灯丝底部即最靠近用于与灯架通信的电极的部分形成的直径。换言之，灯丝安排成锥形几何形状，看上去类似于倒V形，灯丝锥底部的直径大于锥顶的直径。
本发明的结构和方法提供包括发光二极管(LED)灯丝的光引擎，灯丝安排成将使能改善光分布模式的几何形状，而现有倒V形几何形状不可能实现这样的光分布模式。本发明的光引擎采用发光二极管(LED)灯丝，其安排成V形几何形状，与倒V形几何形状相反。在一些实施例中，LED灯丝布局的新几何形状即V形几何形状可用在装饰灯丝灯中。现在参考图1-11描述本发明的方法和结构。
图1-7示出了灯丝组件的一些实施例100a、100b、100c、100d、100e，灯丝组件包括在灯的光学元件75内设置成V形几何形状的至少两个发光二极管(LED)灯丝50a、50b，其中灯丝50a、50b的与其连接到芯柱25的那一端反向的端部通过导电通路55、55a、55b、55c连接。在图1所示的实施例中，导电通路55为包围芯柱25的心轴30的环形。
发光二极管(LED)为固态光发射器的形式。术语“固态”指通过固态场致发光发射的光，与白炽灯泡(其使用热辐射)或荧光管(其使用低压力Hg放电)相反。广义上讲，发光二极管(LED)为半导体器件，其在电流通过它时发射可见光。适合在此描述的方法和结构的固态光发射器的一些例子包括无机半导体发光二极管(LED)、表面安装发光二极管(SMT LED)或其组合。
在一些实施例中，光引擎100a、100b、100c、100d、100e中采用的发光二极管(LED)为发光二极管(LED)灯丝。参考图2A-2C，每一发光二极管(LED)灯丝结构50a、50b的衬底28包括多个串联连接的发光二极管(LED)29，其呈现在衬底28上并从阴极接触部分27延伸到阳极接触部分26。
图2A示出了位于阳极接触部分26与阴极接触部分27之间的衬底28的一实施例。在一些实施例中，衬底28可以是透明衬底，其可由玻璃如硅(Si)和/或二氧化硅(SiO2)或者蓝宝石如氧化铝(Al2O3)制成。该透明性使发射的光能均匀散布，而没有任何干扰或光损耗。在一些其它实施例中，衬底28可以是金属条。应注意，尽管图2A-2C示出了具有附图标记50a的LED灯丝，图2A-2C中所示的LED灯丝的描述可同等应用于在此描述的具有附图标记50b的LED灯丝。在一些实施例中，图2A中所示的衬底28可称为LED灯丝50a、50b的第一层。
参考图2B，在一些实施例中，每一发光二极管(LED)灯丝结构50a包括按行布置在小条上的LED 29(也称为LED管芯)。任一灯丝上的LED管芯29的数量可为10个以上。在一例子中，布置在发光二极管(LED)灯丝结构50a的衬底28上的LED 29的数量可为10到50个LED。在另一例子中，布置在衬底28上的LED 29的数量可为15到40个LED。在又一例子中，布置在衬底28上的LED 29的数量可为20到30个LED。衬底28上的LED 29可串联电连接并从阴极接触部分27延伸到阳极接触部分26。在图2B所示的实施例中，LED 29可使用连接导线通过商业上称为引线接合法的工艺串联互连。
在一例子中，LED 29为未封装的LED管芯。LED 29和提供串联连接的连接元件可称为灯丝LED的第二层，其存在于衬底28的上面。LED管芯29可由InxGayNz制成，其中x、y和z指不同化学当量的成分。LED 29的管芯的形状因子可以是1128、0922、0815、0714、0627或更小。前两位和后两位为管芯的尺寸(数千分之一英寸)。该列表绝非排他性的列表，其它形状因子也在本发明的范围内。
图2C示出了存在于LED 29上面的磷光体涂层31的一实施例。在一例子中，灯丝条即衬底28上的LED 29发射蓝光。例如，由LED灯丝50a的灯丝条即衬底28上的LED 29发射的蓝光可具有从约430nm到470nm的波长。为提供“白光”，在硅酮树脂粘合材料中的磷光体涂层31可放在LED 29上方以转换由LED 29产生的蓝光。白光不是一种颜色，而是所有颜色的组合，因此，白光包含从约400nm到700nm的所有波长。磷光体涂层31的不同化学组成和性质可用于改变LED 29发射的光的颜色。使用的典型磷光体化学组成为掺铈的钇铝石榴石。该磷光体将蓝光转换为黄光。在未被转换时，来自管芯的蓝光与来自磷光体的黄光组合，大脑产生白光的感觉。在一些实施例中，图2C中所示的磷光体涂层31可称为灯丝LED 50a、50b的第三层。
参考图1-7，LED灯丝50a、50b的长度可为20mm(3/4”)以上。在一例子中，发光二极管(LED)灯丝结构50a、50b中的每一个可具有100mm(4”)级的长度和3mm(1/8”)级的宽度。在一些例子中，适合与光引擎100a、100b、100c、100d、100e一起使用的灯丝LED灯可包括如20mm-40mm的短灯丝和如40mm-60mm的长灯丝。
参考图1-7，在一些实施例中，发光二极管(LED)灯丝结构50a、50b发射的白光具有从2700K到6500K范围的色温。在一例子中，LED灯丝结构50a、50b发射的白光可称为“日间白”，具有从3800K到4200K范围的色温。在另一例子中，发光二极管(LED)灯丝结构50a、50b发射的白光可具有暖白光，其具有从约2600K到3000K范围的色温。应注意，上面的例子仅为说明目的给出，并不意于限制本发明。
在一些实施例中，发光二极管(LED)灯丝50a、50b针对装饰性灯丝灯进行选择。装饰性灯丝灯可具有发射可见光谱的红或绿或蓝(R-G-B)部分的发光灯丝。装饰灯可具有彩色玻璃灯泡作为外壳。装饰灯也可具有彩色发光灯丝与彩色玻璃灯泡的组合。彩色发光灯丝具有沉积在发射蓝光的半导体管芯上的、适当的磷光体混合物，使得来自管芯的蓝光与磷光体混合物发射的光的组合导致实质上红光或绿光或蓝光发射。一般地，蓝光在本说明书中定义为包括400-500nm波长的光。红光包括600-700nm的波长，及绿光包括500-600nm的波长。蓝、绿及红光波长可由在此描述的发光二极管(LED)灯丝发射。
灯丝50a、50b被设置在光引擎100a、100b、100c、100d、100e中，具有V形几何形状，其中灯丝50a、50b的最靠近灯头65的部分称为灯丝50a、50b的“第一”端，灯头具有用于与灯架连接的电连接器66。每一灯丝的第一端连接到从光引擎100a、100b、100c、100d、100e的芯柱25延伸的电引线76、77并为光引擎100a、100b、100c、100d、100e提供V形几何形状的尖部。每一灯丝50a、50b的第二端通过导电通路55彼此电连接。每一灯丝50a、50b的第二端与相应灯丝的第一端反向，其中灯丝50a、50b的第二端在光引擎100a、100b、100c、100d、100e安装在灯中时最靠近灯泡75的圆顶的最上部。为提供V形几何形状，相对的发光二极管灯丝50a、50b的第二端的分隔宽度W2大于相对的发光二极管灯丝50a、50b的第一端的分隔宽度W1。在一实施例中，相对的发光二极管灯丝50a、50b的第二端的分隔宽度W2可为28mm到50mm，及相对的发光二极管灯丝50a、50b的第一端的分隔宽度W1可为4mm到14mm。
在一些实施例中，心轴30从芯柱25纵向延伸并位于相对的发光二极管(LED)灯丝50a、50b之间。在一些实施例中，心轴30的高度实质上等于发光二极管(LED)灯丝50a、50b的高度。为提供V形几何形状，心轴30两侧的发光二极管(LED)灯丝50a、50b之间的分隔宽度可从发光二极管(LED)灯丝50a、50b的第一端处的基座到发光二极管(LED)灯丝50a、50b的第二端处的上表面而增加，其中锥形通过在发光二极管(LED)灯丝50a、50b的第一端处在发光二极管(LED)灯丝50a、50b之一与心轴30之间测得的锥角α确定。在一些实施例中，锥角α可为2到45度(相对于心轴30)，如图1和3-7中所示。在另一实施例中，锥角α可为5到30度(相对于心轴30)。在一些例子中，锥角α可以是5°、10°、15°、20°、25°、30°、35°、40°以及包括上面提及的值之一作为下限及上面提及的值之一作为上限的任何角度范围。
锥角α从发光二极管(LED)灯丝50a、50b的连接到从芯柱25延伸的电引线76、77的第一端进行测量。玻璃芯柱25包围电引线76、77，其引入从驱动器(未示出)到发光二极管(LED)灯丝50a、50b的DC(直流)。图1和3-5示出了四个灯丝50a、50b，其被连接为两个灯丝并联及两个灯丝串联(2P2S)结构。例如，光引擎100a、100b、100c、100d的至少两个发光二极管(LED)灯丝50a、50b可包括与第一组发光二极管(LED)灯丝50a和第二组发光二极管(LED)灯丝50b，第一组发光二极管(LED)灯丝50a在灯丝组件的第一端并联连接到从芯柱25延伸的心轴30的第一侧上的电引线76的阳极，第二组发光二极管(LED)灯丝50b在灯丝组件100a、100b、100c、100d的第一端并联连接到从芯柱25延伸的心轴30的第二侧上的电引线77的阴极。第一和第二组发光二极管(LED)灯丝50a、50b在灯丝组件100a、100b、100c、100d的第二端通过导电通路55、55a、55b、55c串联连接。
尽管图1和3-5示出了具有四个发光二极管(LED)灯丝50a、50b的光引擎(LED)100a、100b、100c 100d，本发明不限于该数量。也可有两个灯丝、六个灯丝等等。
相对的灯丝50a、50b在灯丝的第二端即灯丝顶部通过导电通路55、55a、55b、55c电连接，在一些实施例中，导电通路可由连接导线提供。在一些实施例中，导电通路55具有环形几何形状，其可通过适当的连接方法连接到发光二极管(LED)灯丝的第二元件，前述方法可包括点焊，如图1和4中所示。图1中所示的提供导电通路55的环可由任何适当的导电材料如镀镍钢、铝、铜等组成。图3示出了灯丝组件的另一实施例100b，其包括在灯的光学元件75内设置成V形几何形状的至少两个发光二极管(LED)灯丝50a、50b，其中灯丝50a、50b的第一端连接到芯柱25。在图3中所示的实施例中，有两组发光二极管(LED)灯丝50a、50b。两组发光二极管(LED)灯丝50a、50b通过导电通路55a、55b电连接，其中每一直线导线从一发光二极管(LED)灯丝跨越心轴30延伸到对面的发光二极管(LED)灯丝从而连接它们的第二端。
在一些实施例中，图1和3中所示的光引擎100a、100b具有15度或更小的锥角α。锥角α使得光引擎100a、100b上表面处的发光二极管(LED)灯丝的分隔大于光引擎100a、100b基座处的发光二极管(LED)灯丝的分隔，其中光引擎100a、100b的基座提供光引擎100a、100b的V形几何形状的尖部(顶部)。发光二极管(LED)灯丝的V形几何形状提供增强的光分布模式，这对于具有设置成倒V形几何形状的发光二极管(LED)灯丝的光引擎是不可能的。例如，当被采用在灯中发射装饰性光如红或蓝或绿光或其任何组合时，由具有设置成V形几何形状的发光二极管(LED)灯丝的光引擎提供的新的更均匀的光分布模式尤其有利。
图4和5示出了灯丝组件的又一实施例，其包括在灯的光学元件内设置成V形几何形状的至少两个发光二极管(LED)灯丝，其中灯丝的与连接到芯柱的那一端反向的端部通过环形的导电通路55连接，环形包围芯柱的心轴，及另外的机械支撑由金属导线55a、55b提供，其通过芯柱的心轴以连接相对的灯丝。在一些实施例中，金属导线55a、55b接触环的部分。
图1和3-5中所示的光引擎100a、100b、100c、100d的V形几何形状相较于倒V形几何形状提供更均匀的光分布。然而，在一些实施例中，如图4中所示，当本发明的V形光引擎100a、100b、100c、100d可被更加增强时(通过相对于纵向即心轴30的高度提供V形几何形状的更大锥角α，这样在V形几何形状的顶部具有更大的直径W2)，可能将更多的光导向灯的下部区域。灯的下部区域指从约135度到180度或者从-135度到180度的角度空间，如图9中所示。通过增加灯的下部区域中的光，光引擎可向地面提供更多光。这对于酒吧、餐厅等中的舞池将产生合乎需要的、增强的迪斯科效果，尤其在灯与脉冲电驱动器连接时。在一些实施例中，用于迪斯科型应用的灯包括闪光。
图4示出了光引擎的一实施例100c，其发光二极管(LED)灯丝50a、50b具有增强的V形几何形状，其中锥角α选择成提供更宽的、灯丝50a、50b的上分隔尺寸，即在光引擎的上表面处，其中更宽的V形几何形状提供增加的灯下部照明。提供增加的下部照明的、增强的V形几何形状具有超过15并可能30度大的锥角α(也称为倾斜角)。使用图4中所示的增强的V形构造，可在130/180/+135度区域测到增大的流明，其为导向地面的光。具有这些特性的照明尤其适合地面照明，例如舞池照明。具有这样的几何形状及锥角α(例如锥角α超过15度但小于30度)的光引擎的测量结果还表明在30/0/+30区域朝向灯顶的流明增加。朝向灯顶增加的流明可提供使灯的黑区最小化的优点。
参考图1和3-7，在一些实施例中，在此描述的光引擎100a、100b、100c、100d、100e包括心轴30，其可由玻璃棒提供，其居中位于光引擎100a、100b、100c、100d、100e中并嵌入在玻璃芯柱25中。在一些实施例中，在心轴30的顶表面上面有按钮31。与心轴30类似，按钮31也可由玻璃组成。在图1所示的实施例中，在提供导电通路55的环与心轴30之间没有物理连接，在那里提供按钮用于该连接。这种连接可能需要，例如在需要增加环的机械稳定性时，如图4和5中所示。在图4和5所示的实施例中，有连接环的相对端的导电导线55a、55b、55c。导线可通过位于嵌入在芯柱25中的玻璃心轴30顶部的玻璃按钮31。在图3所示的实施例中，环可省略，其中光引擎100b的导电通路55a、55b由通过心轴30顶部的玻璃按钮31而与对侧发光二极管(LED)灯丝50a、50b的第二端电接触的连接导线提供。
参考图1和3-7，玻璃芯柱25被密封到玻璃灯泡即光学元件75，其经排气口24排空空气然后回填适当高导热的混合气体。保持支撑棒即心轴30的玻璃芯柱25因而及光引擎被密封到玻璃灯泡(也称为光学元件75)。玻璃灯泡75可属于多种类型的灯形状中的任何一种，如A19、A21、G、BR、B、C等。来自密封灯泡(光学元件75)的空气经位于芯柱25中的排气口排出。密封且排空的灯泡(光学元件75)可通过排气口24回填适当的高导热混合气体，然后通向排气口24的管(未示出)被断开从而产生包含适当的混合气体及光引擎的密封玻璃灯泡(光学元件75)。
在一些实施例中，芯柱25由玻璃组成，并包括两根直角形电引线76、77。这些电引线76、77可由镀镍(Ni)钢或其它适当材料组成。例如，电引线76、77也可以是包括按内部引线、杜美(Dumet)丝(铜包镍铁丝)和外部引线的顺序联合在一起的合成导线。
在另一方面，已参考图1、3-7描述的光引擎100a、100b、100c、100d、100e被包含在灯500中，如图10-11所示。图10-11示出了灯的一实施例500，其可包括包含光投射端(存在于光学元件75处)的外壳及具有用于与灯架连接的电连接器66的灯头65；及位于外壳内、具有设置成V形几何形状的至少两个发光二极管(LED)灯丝50a、50b的光引擎100’，穿过光投射端投射光。图10和11中所示的光引擎100’可以是在此已参考图1、3-7描述的光引擎100a、100b、100c、100d、100e中的任何一个。该描述组合于此，用于描述参考图10和11描述的灯500的光引擎100’。
如图10和11中所示，灯泡形的灯500为灯泡形LED灯，其可用于替代白炽电灯，其中灯头65连接到透明灯泡75。包括发光二极管(LED)灯丝结构50a、50b的光引擎100’被包围在灯泡75中。包括设置成V形几何形状的发光二极管(LED)灯丝结构50a、50b的光引擎100’直接固定到芯柱25，芯柱25朝向灯泡75的内部延伸穿过灯泡75的开口71。芯柱25与驱动器电子电路如照明电路80电通信，其中驱动器电子电路与用于与灯架啮合的灯头65电通信。
在一些实施例中，灯泡75为中空透明部件，将光引擎100’包围于其内，及将来自光引擎100’的光传到灯500外面。在一些实施例中，灯泡75为由对可见光透明的石英玻璃制成的中空玻璃灯泡。灯泡75可具有一端为封闭球形及另一端具有开口71的形状。在一些实施例中，灯泡75的形状为，中空球的一部分收窄同时远离球心延伸，及开口71被形成在远离球心的部分处。在图10和11所示的实施例中，灯泡75的形状为A型(JIS C7710)，其与常见的白炽灯泡相同。应注意，该几何形状仅为说明目的提供，不意于限制本发明。例如，灯泡75的形状也可以是G型、BR型或其它类型。灯泡75的与开口71反向的那一部分可称为“光学元件的圆顶部分”。
光引擎100’通过连接到由芯柱25支撑的引线76和77而位于灯泡75内。芯柱25为朝向灯泡75的内部延伸的支柱。在一些实施例中，芯柱结构25位于光引擎100’与驱动器电子电路80之间。在一些实施例中，芯柱25的主体的、与引线76、77从其延伸到光引擎100’的那一部分相对的另一端部包括符合开口71的形状的扩口形状。芯柱25的主体的、形成在扩口形状中的部分可与灯泡75的开口71连接以封闭灯泡75的开口。在其它实施例中，芯柱25的扩口形状可与灯头壳65的第一表面和灯泡75啮合，及还可接触灯头壳65的第二分开的表面，其中在灯头壳65、灯泡75和芯柱25的扩口端部之间，提供密封结构。另外，两根引线76和77的部分可部分密封在芯柱25中。因而，可能从灯泡75外面向灯泡75中的光引擎100’供电，保持灯泡75气密。因而，灯泡形的灯500可长时间防止水或水蒸气进入灯泡75，可能抑制光引擎100’及连接该光引擎和引线76、77的部分因湿气而降级。
灯500还可包括光芯柱25，其包括连接到光引擎100’的发光二极管(LED)灯丝的第一端的正和负引线即引线76、77。芯柱25可由对可见光透明的软玻璃制成。这种灯泡形的灯500的结构通过芯柱25抑制来自光引擎100’的光的损耗。此外，灯泡形灯500可通过芯柱25防止投影。此外，光引擎100’发射的光可照亮芯柱25。除向光引擎100’的LED灯丝50a、50b提供电流之外，两根引线76、77还支撑光引擎100’并将光引擎100’保持在灯泡75中的恒定位置。
参考图10和11，在一实施例中，驱动器电子电路80例如照明电路为导致多个发光二极管(LED)灯丝结构50a、50b的LED发光的电路，其被包围在灯头壳65中。更具体地，驱动器电子电路80如照明电路包括多个电路元件及每一电路元件安装于其上的电路板。在该实施例中，驱动器电子电路80如照明电路将从灯头壳65的灯头66接收的AC功率转换为DC功率，并通过两根引线76、77将DC功率供应给多个发光二极管(LED)灯丝结构50a、50b的LED。在一实施例中，驱动器电子电路80为照明电路，其可包括用于整流的二极管桥、用于平滑的电容器及用于调节电流的电阻。照明电路不限于平滑电路，而是可为光调节电路、升压器等的适当组合。
驱动器电子电路80可被包围在由树脂材料组成的灯头壳65内。灯头壳65可被提供在灯泡75的开口71处。更具体地，灯头壳65使用粘合剂如胶合剂连接到灯泡75以覆盖灯泡75的开口71。灯头66连接到灯头壳65的、与最靠近灯泡75的那一端反向的端部。在图10和11所示的实施例中，灯头66为E26灯头。灯泡形灯500可连接到用于E26灯头并连接到商用AC电源的灯座。应注意，灯头66不必须为E26灯头，而是可为其它大小的灯头，如E17。此外，灯头66不必须为螺纹灯头，而是可为不同形状的灯头如插接式灯头。
将该新几何形状的光引擎100’连接到以脉冲方式向发光二极管(LED)灯丝50a、50b提供电能的电子驱动器80也在本发明的范围内。更具体地，可使用位于灯500的E26/E27灯头如灯头壳65中的电子驱动器80，其以脉冲方式向LED灯丝50a、50b供应DC(直流)使得灯闪光从而产生对迪斯科酒吧照明有用的娱乐效果。电子驱动器80设计成使得光引擎100’以约1Hz到3Hz的频率闪光。换言之，在该运行模式下，灯将约1秒闪光一次到约1秒闪光3次。
图6和7示出了用于将V形光引擎100e组装到灯结构内的一些方法。包括设置成V形几何形状的至少两个发光二极管灯丝50a、50b的光引擎100e可以是已参考图1-5描述的光引擎100a、100b、100c、100d中的任何一个。相应描述组合于此，用于在参考图6和7描述的灯结构组装方法中描述光引擎100e。图6为在组装到灯500的玻璃灯泡即光学元件75内之前的光引擎100e。图7为在组装到玻璃灯泡即光学元件75内之后的光引擎100e。
在一实施例中，灯500的组装方法包括将光引擎100e的灯丝组件连接到灯500的支撑芯柱25，其中该芯柱25包括心轴30及在心轴30两侧从芯柱25延伸的电引线76、77，如图6中所示。在一实施例中，图6中所示的灯丝组件100e包括至少两个发光二极管(LED)灯丝50a、50b，每一灯丝包括从至少两个发光二极管(LED)灯丝50a、50b中的每一个的第二端到滑环40的连接导电通路55a、55b。在一些实施例中，将灯丝组件100e连接到支撑芯柱25包括将至少两个发光二极管(LED)灯丝50a、50b的第一端电连接到芯柱25的电引线76、77，其中心轴30位于滑环40的开口内。
在图6所示的实施例中，发光二极管(LED)灯丝50a、50b的数量等于4。在一些实施例中，第一组至少两个发光二极管(LED)灯丝50a电连接到电引线76的阳极，及第二组至少两个发光二极管(LED)灯丝50b电连接到电引线77的阴极。在图6所示的实施例中，至少两个发光二极管(LED)灯丝包括在灯丝组件100e的第一端并联连接到心轴30的第一侧上的从芯柱25延伸的电引线76的阳极的第一组发光二极管(LED)灯丝50a，及在灯丝组件100e的第一端并联连接到心轴30的第二侧上的从芯柱25延伸的电引线77的阴极的第二组发光二极管(LED)灯丝50b，第一和第二组发光二极管(LED)灯丝50a、50b在灯丝组件的第二端通过导电通路55a、55b串联连接。
心轴30放在滑环40的开口内以确保滑环40可按从心轴30的顶部到心轴30的基座的方向滑动。滑环40由导电材料组成，如金属，例如钢、铝和/或不锈钢。滑环40与导电通路55a、55b直接接触。导电通路55a、55b可由导线状几何结构组成，及可由导电材料组成，如钢、铝和/或不锈钢。在导电通路55a、55b具有导线状几何形状的实施例中，导电通路55a、55b也可称为电引线。
通过导电通路55a、55b与发光二极管(LED)灯丝接触的滑环40位于心轴30上以使得发光二极管灯丝50a、50b与心轴30的侧壁实质上相邻，其中与心轴30相邻地定位发光二极管灯丝50a、50b的长度为光引擎100e提供宽度，从而使光引擎100e能通过光学元件75的开口71。对于图6所示的结构，光引擎100e的宽度计划小于光学元件75的开口71的宽度，以使图6中所示的结构能插入到光学元件75内。例如，在组装之前，发光二极管灯丝50a、50b以1-5度的倾斜角向外稍微倾斜，该倾斜角即为中心棒即心轴30与发光二极管灯丝50a、50b之间的锥角α。然而，灯丝组件的最大伸展(或直径)小于灯泡75的颈部直径，这样，光引擎可在组装期间插入到灯泡内。
图6还示出了将帽件41定位在滑环40上方、心轴30上。帽件41具有接触灯泡75的圆顶的上表面，及帽件41的长度选择成接触灯泡75的圆顶并在滑环40上施加力以在心轴30上向下推如滑动滑环，光引擎100’和芯柱25被使得与灯泡75的基座啮合。
帽件41可以是其上面加帽的中空管。帽件41的管的中空部分的直径选择成在心轴30上滑动以提供帽件41相对于心轴30的滑动接合。滑环40被帽件41的底端的侧壁接触，即具有中空开口的那一端，与帽件41的加帽端相对，及在将光引擎100e安装到灯泡内期间，滑环40通过帽件41被向下推。帽件41为优选由玻璃制成的中空管并具有涂覆塑料的尖端，其在组装到玻璃灯泡75内之后接触玻璃灯泡75的圆顶。随着光引擎凸入到灯泡内，尖端将被玻璃灯泡接触并向下推。尖端的塑料优选由树脂制成，例如TeflonTM聚氟乙烯。
参考图7，包括灯丝组件50a、50b的、连接到芯柱25的光引擎100e被插入到光学元件75的开端内。存在于滑环40上方的帽件41接触光学元件75的圆顶部分，其中随着芯柱25被使得处于其坐落位置，帽件41压下滑环40从而在心轴30上向下推滑环40。随着光引擎100e逐渐进入其坐落位置，帽件41压下滑环40，其中滑环40连接到与至少两个发光二极管灯丝50a、50b的第二端电连接的导电通路55a、55b，导致LED灯丝的第二端远离心轴30，而至少两个发光二极管灯丝50a、50b的第一端通过连接到引线76、77而实质上与心轴30相邻固定。远离心轴30的侧壁推至少两个发光二极管灯丝50a、50b的第二端，同时至少两个发光二极管灯丝50a、50b的第一端经连接到芯柱25的电引线76、77而实质上固定，使得在芯柱25与光学元件75处于坐落位置时至少两个LED灯丝50a、50b布置成V形几何形状。当位于心轴上的加大结构43接触滑环40时，帽件41的向下运动停止。这防止帽件41进一步向下移动。在一些实施例中，远离心轴30的侧壁推发光二极管灯丝50a、50b的第二端对V形几何形状提供从5度到30度范围的锥角α。提供增加的下部照明的、增强的V形几何形状具有超过15度并可能30度大的锥角α(也称为倾斜角)。使用图4中所示的增强的V形构造，在-130/180/+135度区域可测得增加的流明，其为导向地面的光。
在一些实施例中，玻璃芯柱25可被密封到光学元件75，其经排气口24排空空气然后回填适当高导热的混合气体。
总之，V形LE的组装步骤的顺序如下：
自动设备取如图6中所示的V形光引擎结构100e。
机器人将该结构纵向地插入到玻璃灯泡即光学元件75内，穿过位于灯泡底部的可用开口71。
随着V形光引擎结构100e进入灯泡并向上移动，在某一时间，帽件41的塑料尖端将接触玻璃灯泡圆顶的内顶。
心轴30和帽件41的进一步向上移动导致滑环40压缩及灯丝50a、50b的V形伸展以增大锥角α。
V形的伸展即锥角α的增大持续，直到滑环40接触心轴30上的机械止挡43为止。
V的角度通过导线55a、55b与灯丝50a、50b的相对长度确定。
然后，进行标准的玻璃滴密封工艺以使芯柱25与灯泡75联结。
发光二极管(LED)灯丝的V形几何形状提供增强的光分布模式，这对于具有设置成倒V形几何形状的发光二极管(LED)灯丝的光引擎是不可能的。例如，当被采用在灯中发射装饰性光如红或蓝或绿光或其任何组合时，由具有设置成V形几何形状的发光二极管(LED)灯丝的光引擎提供的新的更均匀的光分布模式尤其有利。该源自新的光引擎几何形状的光分布属性可增加装饰性照明的吸引力，例如在生日会、年会、舞会等场合。该属性对宗教场合如万圣节、复活节、圣诞节、排灯节、光明节、古尔邦节等的照明同样有吸引力。由具有设置成V形几何形状的发光二极管(LED)灯丝的光引擎提供的更均匀的光分布模式现在将通过数据和记录的实验更详细地描述。
光分布测量结果
使用角度计测量包括具有设置成V形几何形状的发光二极管(LED)灯丝的灯丝组件的光引擎测试样本的光分布。包括具有设置成V形几何形状的至少两个发光二极管(LED)灯丝的灯丝组件的光引擎已在上面参考图1和2-6进行描述。例如，光引擎包括四个发光二极管(LED)灯丝，其连接成两个灯丝并联及两个灯丝串联(2P2S)结构。
还从具有同样类型和数量的发光二极管(LED)灯丝的比较例子测量光分布，但在比较例子中，光引擎采用设置成倒V形几何形状的发光二极管(LED)灯丝。角度计将光源的发光强度(坎德拉)测量为角度的函数。
图8为图示使用角度计测得的源自具有设置成V形几何形状的发光二极管(LED)灯丝的光引擎测试样本的发光强度分布与具有设置成倒V形几何形状的发光二极管(LED)灯丝的光引擎比较例子的发光强度分布的比较的曲线图。附图标记200所指的曲线为从具有设置成V形几何形状的发光二极管(LED)灯丝的光引擎测试样本测得的光强度分布。附图标记300所指的曲线为从具有设置成倒V形几何形状的发光二极管(LED)灯丝的光引擎比较例子测得的光强度分布。
图9示出了怎样定义图8的x轴上的角度。高于130度的角度指灯下部附近(靠近灯头)的区域，低于45度的角度指较靠近灯顶部的区域，90度指灯的中心平面。
在图8中观察到，对于本发明教导的V形光引擎几何形状(例如如图1和2-6中所示)，发光强度更均匀，相较于倒V形光引擎结构而言。从具有设置成V形几何形状的发光二极管(LED)灯丝的光引擎测试样本测得的发光强度(坎德拉)的0度到-180度之间及0度到180度之间，曲线200的两个局部最大值被标记为201a、201b。从具有设置成倒V形几何形状的发光二极管(LED)灯丝的光引擎比较例子测得的发光强度(坎德拉)的0度到-180度之间及0度到180度之间，曲线300的两个局部最大值被标记为301a、301b。从曲线200、300上标记的最大值201a、201b、301a、301b，在其坎德拉与局部最大值相差5％或更小的每一区域确定两个角度。两个角度之间的差为发光强度高且几乎平坦或者均匀的角度空间。该角度空间越大，光引擎的发光强度分布越均匀和越好。表1示出了两个光引擎之间的比较。可以看出，提供曲线200的V形光引擎具有约50+50或约100度的均匀照明角度空间，而提供曲线300的标准倒V形光引擎的均匀角度空间为约37.5+40或约77.5度。
表1：照明均匀度的比较
Figure BDA0002395788120000171
因此，本发明的V形光引擎(如参考图1和2-7所述)就照明用途而言优于具有倒V形的光引擎。
应意识到，下面的“/”、“和/或”及“至少一个”的任一个的使用，例如在“A/B”、“A和/或B”及“A和B中的至少一个”的情形下，计划涵盖仅选择第一列出的选项(A)、或仅选择第二列出的选项(B)、或选择两个选项(A和B)。作为另一例子，在“A、B和/C”及“A、B和C中的至少一个”的情形下，这样的短语涵盖仅选择第一列出的选项(A)、或仅选择第二列出的选项(B)、或仅选择第三列出的选项(C)、或仅选择第一和第二列出的选项(A和B)、或仅选择第一和第三列出的选项(A和C)、或仅选择第二和第三列出的选项(B和C)、或选择所有三个选项(A和B和C)。对本领域及相关领域的一般技术人员显而易见的是，这可扩展到列出更多选项的情形。
空间上相对的术语，如“前”、“后”、“左”、“右”、“顺时针方向”、“逆时针方向”、“下方”、“下面”、“下部”、“上面”、“上部”等，可在此使用以有助于描述图中所示的一个元件或特征与另一元件或特征的关系。应当理解，空间上相对的术语除图中所示的方向之外还涵盖设备在使用或运行时的不同方向。
已描述具有V形几何形状的发光二极管灯丝灯的优选实施例，应注意，本领域技术人员依据上面的教导可进行修改和变化。因此，应当理解，在所公开的特定实施例中可进行变化，这样的变化在本发明范围内。

Claims (19)

1.一种光引擎，包括：
延伸到支撑芯柱内的电引线；及
与电引线电连接的具有V形几何形状的灯丝组件，其包括至少两个发光二极管灯丝，其中灯丝组件的第一端与电引线电接触并提供V形几何形状的尖部，及灯丝组件的与所述第一端相对的第二端具有比所述尖部的第一宽度大的第二宽度；及包括连接至少两个发光二极管灯丝的第二端的导电通路。
2.根据权利要求1所述的光引擎，其中至少两个发光二极管灯丝中的第一灯丝电连接到电引线的阳极，及至少两个发光二极管灯丝中的第二灯丝电连接到电引线的阴极。
3.根据权利要求2所述的光引擎，其中心轴从所述芯柱延伸，所述心轴的高度实质上等于所述灯丝组件在第二端处的高度。
4.根据权利要求3所述的光引擎，其中所述导电通路具有包围所述心轴的环的几何形状并连接至少两个发光二极管灯丝中的每一灯丝的第二端。
5.根据权利要求3所述的光引擎，其中所述导电通路包括直线导线状几何形状，其从至少两个发光二极管灯丝中的第一灯丝的第二端穿过所述心轴延伸到至少两个发光二极管灯丝中的第二灯丝。
6.根据权利要求3所述的光引擎，其中所述导电通路具有包围所述心轴的环的几何形状并连接至少两个发光二极管灯丝中的每一灯丝的第二端，及直线导线状几何形状支撑结构从至少两个发光二极管灯丝中的第一灯丝的第二端穿过所述心轴延伸到至少两个发光二极管灯丝中的第二灯丝。
7.根据权利要求1所述的光引擎，其中至少两个发光二极管灯丝包括第一组发光二极管灯丝和第二组发光二极管灯丝，第一组发光二极管灯丝在所述灯丝组件的第一端并联连接到在从所述芯柱延伸的心轴的第一侧上的电引线的阳极，第二组发光二极管灯丝在所述灯丝组件的第一端并联连接到在从所述芯柱延伸的心轴的第二侧上的电引线的阴极，第一和第二组发光二极管灯丝在所述灯丝组件的第二端通过导电通路串联连接。
8.一种灯，包括：
包含光投射端及具有用于与灯架连接的电连接器的灯头的灯壳；
包含位于灯壳的光投射端处的发光二极管的光引擎，所述光引擎包括包含至少两个发光二极管灯丝并具有V形几何形状的灯丝组件，至少两个发光二极管灯丝在灯丝组件的第一端连接到延伸到与灯壳的灯头连接的支撑芯柱内的电引线，灯丝组件的第一端提供V形几何形状的尖部，灯丝组件的与所述第一端相对的第二端具有比所述尖部的第一宽度大的第二宽度，其中导电通路连接至少两个发光二极管灯丝中的第一和第二灯丝的第二端；及
位于灯壳中的驱动器组件，其与灯壳的灯头的电连接器及到光引擎的电引线电通信。
9.根据权利要求8所述的灯，其中至少两个发光二极管灯丝中的第一灯丝电连接到电引线的阳极，及至少两个发光二极管灯丝中的第二灯丝电连接到电引线的阴极。
10.根据权利要求9所述的灯，其中心轴从所述芯柱延伸，所述心轴的高度实质上等于所述灯丝组件在第二端处的高度。
11.根据权利要求10所述的灯，其中所述导电通路具有包围所述心轴的环的几何形状并连接至少两个发光二极管灯丝中的每一个的第二端。
12.根据权利要求10所述的灯，其中所述导电通路包括直线导线状几何形状，其从至少两个发光二极管灯丝中的第一灯丝的第二端穿过所述心轴延伸到至少两个发光二极管灯丝中的第二灯丝。
13.根据权利要求8所述的灯，其中至少两个发光二极管灯丝包括第一组发光二极管灯丝和第二组发光二极管灯丝，第一组发光二极管灯丝在所述灯丝组件的第一端并联连接到在从所述芯柱延伸的心轴的第一侧上的电引线的阳极，第二组发光二极管灯丝在所述灯丝组件的第一端并联连接到在从所述芯柱延伸的心轴的第二侧上的电引线的阴极，第一和第二组发光二极管灯丝在所述灯丝组件的第二端通过导电通路串联连接。
14.一种灯的组装方法，包括：
将灯丝组件连接到灯的支撑芯柱，所述支撑芯柱包括心轴和在心轴两侧从所述支撑芯柱延伸的电引线，所述灯丝组件包括至少两个发光二极管灯丝，每一灯丝包括从至少两个发光二极管灯丝中的每一个的第二端到滑环的连接导电通路，其中所述将灯丝组件连接到灯的支撑芯柱包括将至少两个发光二极管灯丝的第一端电连接到所述电引线，其中心轴位于滑环的开口内；
将帽件定位在心轴上且在滑环上方；及
将连接到支撑芯柱的灯丝组件插入到光学元件的开端内，位于滑环上方的帽件接触光学元件的圆顶部分，其中随着芯柱被使得达到其坐落位置，所述接触压下滑环从而在心轴上向下推滑环，及推动电连接到至少两个发光二极管灯丝的第二端的连接导电通路远离心轴，同时，至少两个发光二极管灯丝的第一端实质上与心轴相邻固定，使得至少两个发光二极管灯丝在所述支撑芯柱处于其坐落位置时设置成V形几何形状。
15.根据权利要求14所述的方法，其中至少两个发光二极管灯丝的第二端处的第二分隔宽度大于至少两个发光二极管灯丝的第一端处的第一分隔宽度。
16.根据权利要求15所述的方法，其中至少两个发光二极管灯丝中的第一灯丝电连接到电引线的阳极，及至少两个发光二极管灯丝中的第二灯丝电连接到电引线的阴极。
17.根据权利要求15所述的方法，其中至少两个发光二极管灯丝包括第一组发光二极管灯丝和第二组发光二极管灯丝，第一组发光二极管灯丝在所述灯丝组件的第一端并联连接到在从所述芯柱延伸的心轴的第一侧上的电引线的阳极，第二组发光二极管灯丝在所述灯丝组件的第一端并联连接到在从所述芯柱延伸的心轴的第二侧上的电引线的阴极，第一和第二组发光二极管灯丝在所述灯丝组件的第二端通过导电通路串联连接。
18.根据权利要求15所述的方法，其中所述导电通路包括由金属组成的直线导线。
19.根据权利要求15所述的方法，其中所述滑环由导电材料组成。
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