CN114207345A - 颜色可控led灯丝和具有这样的灯丝的灯 - Google Patents
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Abstract
一种LED灯丝包括布置在载体基板上的LED线性阵列，其中线性阵列被划分为两个单独的纵向区段：仅包括被配置为发射白光的LED的第一纵向区段和仅包括被配置为发射颜色可控光的LED的第二纵向区段。本发明建议将有色LED限制到阵列的第二纵向区段，使得阵列的第一纵向区段能够发射在该区段中的LED的范围内的色温的均质白光。
Description
技术领域
本发明涉及例如用于改型灯泡中的LED灯丝，即，布置在载体基板上的LED线性阵列。具体地，本发明涉及颜色可控LED灯丝。
背景技术
白炽灯正在迅速被固态光源所取代，该固态光源例如为基于发光二极管(LED)的照明解决方案。尽管如此，用户仍然欣赏并且期望拥有具有白炽灯泡样子的改型灯。为此，人们可以简单地利用用于生产基于玻璃的白炽灯的基础设施，并且用“LED灯丝”(即，布置在柔性载体基板上的LED线性阵列)代替常规灯丝。一个或若干这样的LED灯丝可以布置在改型灯中，即，布置在具有常规白炽灯泡的外观和接口的灯泡中。因此，这样的改型LED灯泡将包括标准插座(例如，E26)、透明(例如，玻璃)外壳、和布置在外壳中的一个或若干LED灯丝。这样的改型灯泡因其实用和装饰性的照明能力而变得越来越受欢迎。
大多数商用LED改型灯包括LED灯丝，该LED灯丝提供具有单一色温的白光。这样的LED灯丝通常包括由发光涂层(例如，磷光体层)覆盖的一种类型的LED(例如，蓝色或UVLED)。然而，最近，提出了在暖白(WW)与冷白(CW)之间可控的LED灯丝。这样的温度控制可以利用由发光涂层(例如，磷光体层)覆盖的交替的蓝色和红色LED(R-B-R-B-R-B)的阵列来实现。通过改变红色和蓝色LED的相对强度，所得到的白光将具有不同色温。替代地，如WO2018/157428中所示，相同LED的两个阵列可以被提供有不同类型的磷光体。再次，色温可以通过控制两个阵列中的LED的相对强度来控制。
将期望提供一种也颜色可控的LED灯丝。
在US9967943B中，公开了一种包括以下元件的照明装置。发光二极管模块的第一集合包括多种发光二极管元件，其中不同类型的发光二极管元件具有不同色温特性。驱动电路向发光二极管模块的第一集合供应功率，使得多个发光二极管元件发射光。此外，驱动电路可以供应具有不同总值的电流，并且发光二极管模块的第一集合的光学特性相应地改变，以改变色温。
在WO 2018/221952中，公开了一种LED包装物，该LED包装物包括基板、设置在基板上并且包括至少一个第一LED芯片的第一LED包装物、设置在基板上并且包括至少一个第二LED芯片的第二LED包装物、以及设置在基板上的电阻器，该电阻器串联连接到第一LED包装物，并且并联连接到第二LED包装物，其中第二LED包装物并联连接到第一LED包装物和电阻器，并且第一LED包装物和第二LED包装物被配置为发射具有不同色温的光。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种颜色可控的LED灯丝。
LED灯丝提供LED灯丝光，并且包括以线性阵列布置的多个发光二极管(LED)。优选地，LED灯丝具有长度L和宽度W，其中L>5W。LED灯丝可以被布置为笔直配置或非笔直配置，诸如例如弯曲配置、2D/3D螺旋或涡旋。优选地，LED被布置在像比如基板的细长载体上，载体可以是刚性的(例如由聚合物、玻璃、石英、金属或蓝宝石制成)或柔性的(例如，由聚合物或金属制成，例如膜或箔)。
在载体包括第一主表面和相对的第二主表面的情况下，LED被布置在这些表面中的至少一个表面上。载体可以是反射的或光透射的，诸如半透明的和优选透明的。
LED灯丝可以包括至少部分地覆盖多个LED的至少一部分的封装物。封装物还可以至少部分地覆盖第一主表面或第二主表面中的至少一个主表面。封装物可以是聚合物材料，该聚合物材料可以是柔性的，诸如例如硅酮。此外，LED可以被布置用于发射例如不同颜色或光谱的LED光。封装物可以包括发光材料，发光材料被配置为将LED光至少部分地转换为转换光。发光材料可以是磷光体(诸如无机磷光体)和/或量子点或棒。
LED灯丝可以包括多个子灯丝。
根据本发明的第一方面，该目的和其他目的通过一种LED灯丝来实现，该LED灯丝包括布置在载体基板上的LED的线性阵列，其中线性阵列被划分为两个单独的纵向区段：仅包括被配置为发射白光的LED的第一纵向区段，和仅包括被配置为发射颜色可控光的LED的第二纵向区段。
“颜色可控”在这里意指所发射的光的波长可以控制，并且可以包括在色谱中的波长以及白光。颜色可控光可以是一种单一的(均质的)颜色，或者可以是若干单独的(异质的)颜色。
注意，具有白色和有色LED的各种组合的LED灯丝在本领域中是已知的，例如根据上述WO 2018/157428。然而，颜色可控LED灯丝的常规方法通常涉及白色和有色LED的均匀分布，例如以W-R-G-B组。当基于这样的LED组的LED灯丝主要用于暖白光时，绿色和蓝色LED将是低的或完全关闭，从而可能导致不期望的斑点。
因此，本发明建议将有色LED限制到阵列的第二纵向区段，使得阵列的第一纵向区段能够发射在该区段中的LED的范围内的(可能可控的)色温的均质白光。第二区段中的LED可以被控制以发射有色光或者具有与第一区段的LED相似或不同的色温的白光。
第一纵向区段的长度(第一长度)优选地大于第二纵向区段的长度(第二长度)。例如，第一长度是第二长度的至少两倍、或三倍、或五倍。这种长度分布使LED灯丝适合主要发射白光。
第二区段可以包括至少三组红色、绿色和蓝色(RGB)LED(即，每个组至少包括红色、绿色和蓝色LED)。优选地，第二区段包括至少四个、至少五个、至少六个或至少七个RGB组。RGB LED组是从LED提供颜色可控光的便利方式。利用这种设计，第二区段中的LED可以被控制以仅发射红光、仅发射蓝光、仅发射绿光或这些颜色的任何组合(即，在RGB颜色空间内的波长)——包括白光。
每个组中的LED可以布置成：在它们之间具有较小组内距离并且在组之间具有较大组间距离。替代地，LED以等距布置成阵列，即，相邻LED之间的距离相同。在这种情况下，LED的顺序可以交替，例如R-G-B-R-G-B-R-G-B或R-B-G-R-B-G-R-B-G。
为了便于颜色控制，红色、绿色和蓝色LED可以以同样颜色的集合电串联连接，即，红色LED的集合、绿色LED的集合和蓝色LED的集合。
“被配置为发射白光的LED”在这里旨在包括如下LED：该LED发射非白光，然后该非白光由波长转换层进行波长转换，该波长转换层包括例如发光材料。波长转换后的光将形成第一区段中的LED灯丝光。因此，第一区段(即，白色区段)中的LED可以由包括发光材料的封装物覆盖。覆盖第一区段的封装物可以是单层或多层封装物。例如，可以使用蓝色或UVLED，并且从它们发射的光可以通过例如磷光体的发光材料进行颜色转换。所发射的光将是蓝光和/或UV光和颜色转换后的光的混合物。
第一区段中的LED可以是可控的，以发射白光，该白光具有的色温在范围1800K-2500K内(通常称为“暖”白光)、优选地在范围2000K-2400K内、更优选地在范围2100K-2400K内、并且最优选地在范围2150K-2350K内。为了实现可控色温，第一区段中的LED可以包括至少两种颜色的LED，例如红色和蓝色LED。通过控制每种类型的LED的相对强度，可以控制所发射的光的色温。
第二区段中的LED可以由包括光散射材料(例如TiO2、BaSO4或Al2O3颗粒)的封装物覆盖。这样的散射材料将用于使从第二区段发射的光均质，即，更好地混合来自不同颜色LED的颜色贡献。注意，覆盖第二区段的封装物通常不包括任何发光材料。覆盖第二区段的封装物可以是单层或多层封装物。
载体基板可以是光透射的，以便允许在所有方向上发射光。“透射的”优选地是指半透明的、最优选地是透明的。
取决于实施方式，第一纵向区段的适当长度可以是至少两厘米、至少三厘米或至少五厘米。这是常规LED灯丝的典型长度。
根据本发明的第一方面的一个或若干LED灯丝可以被包括在改型灯泡中，该改型灯泡还包括至少部分地围绕LED灯丝的透射外壳、以及用于将灯泡电连接和机械连接到插座的连接器。
这样的灯泡还可以包括控制器，该控制器用于控制第一纵向区段中的LED，并且用于控制第二纵向区段中的LED。如果适当的话，控制器可以被实施为两个单独的子控制器。
注意，本发明涉及权利要求中记载的特征的所有可能组合。
附图说明
现在将参考示出本发明的实施例的附图更详细地描述本发明的这个方面和其他方面。
图1示意性地示出了根据本发明的一个实施例的改型灯泡。
图2示出了图1中的LED灯丝的第一实施例。
图3示出了图1中的LED灯丝的第二实施例。
图4a至图4c示出了根据本发明的实施例的对LED灯丝的控制的三个示例。
具体实施方式
现在，将在下文中参考附图更充分地描述本发明，附图中示出了本发明的当前优选实施例。然而，本发明可以以很多不同形式体现，并且不应当被解释为限于本文中阐述的实施例；相反，这些实施例被提供是为了透彻和完整，并且将本发明的范围充分传达给技术人员。
图1是根据本发明的一个实施例的颜色可调灯丝灯10的示意性侧视图。颜色可调灯丝灯10可以称为改型LED灯泡。类似于常规的灯泡，改型灯10包括例如由玻璃制成的透射外壳11、和连接器12，连接器12在这里是螺纹爱迪生连接器，诸如E26或E27。连接器12被配置为将灯10机械连接和电连接到常规灯插座(未示出)。
灯10还包括至少一个LED灯丝13，该至少一个LED灯丝13布置在外壳11内部并且电连接到驱动器14，驱动器14转而电连接到连接器12。驱动器14用于将来自市电电源的AC功率转换为用于驱动LED灯丝的适当DC功率。在所示示例中，灯10包括两个LED灯丝13，但是可以包括任何其他数目的LED灯丝，诸如三个、四个或更多个LED灯丝。
灯10还可以包括连接到驱动器的控制器15、和无线通信单元16，无线通信单元16被配置为接收要施加到控制器以确保灯10的期望操作的控制信号。注意，驱动器14、控制器15和无线单元16仅在图1中示意性地图示。
LED灯丝13的示例在图2和图3中更详细地示出。这里的LED灯丝包括以线性阵列布置在柔性基板22上的多个LED 21。LED 21布置在两个单独的纵向区段24a、24b中：仅包括被配置为发射白光的LED 21a的第一纵向区段24a，和仅包括被配置为发射颜色可控光的LED21b的第二纵向区段24b。在所示示例中，第一纵向区段24a的长度d1是第二纵向区段24b的长度d2的大约两倍。然而，其他长度关系可以是优选的，诸如d1>1.5×d2或d1>1.8×d2。作为一个示例，第一区段24a的长度d1可以是厘米数量级，例如两厘米左右。
基板机械地支撑和固定LED 21，并且还承载用于LED的电连接的导电路径(未示出)。导电路径以及因此LED电连接到电极23a、23b，以用于LED灯丝12的电连接。
在所示情况下，灯丝12在每一端具有连接电极23a、23b。例如，第一端的电极23a可以连接到被配置为发射白光的LED 21a，而另一相对端的电极23b可以连接到被配置为发射颜色可控光的LED 21b。
替代地，所有电极位于灯丝12的相同端。换言之，连接到被配置为发射白光的LED21a的电极和连接到被配置为发射颜色可控光的LED 21b的电极全都位于灯丝12的相同端。
此外，被配置为发射白光的LED 21a和/或被配置为发射颜色可控光的LED 21b的电极可以布置在载体/基板22的背面上。
注意，被配置为发射颜色可控光的LED 21b通过使用至少四个电极来控制。连接到发射第一颜色的LED的第一电极、连接到发射第二颜色的LED的第二电极、连接到发射第三颜色的LED的第三电极、以及连接到所有LED 21b的第四电极(即，共享电极)。
LED 21a可以是由封装物26覆盖的蓝色或UV LED，封装物26包括发光材料(诸如磷光体颗粒)。发光材料将提供来自LED的光的波长转换，并且从区段24a发射的光将是由蓝色/UV光和波长转换后的光的混合物组成的白光。白光可以具有在黑体线上的色温。例如，LED 21a可以被配置为发射相对较暖的白光，例如在1800K-2500K的范围内，优选地在范围2200K-2300K内。白色LED的光优选地具有至少80、更优选至少85、最优选至少90的显色指数。
在一个实施例中，白光的色温可以是预设的和静态的。在另一实施例中，白光具有可调节色温。这可以通过在区段24a中包括至少两种不同类型的LED 21a来实现，例如红色和蓝色LED。通过控制每种类型LED的相对强度，可以控制所发射的光的色温。另一种方法可以是只具有一种类型的LED(例如，蓝色LED)，但是具有由不同类型的封装物覆盖的不同区域。再次，通过控制与不同封装物相关联的LED的相对强度，可以控制所发射的光的色温。
这里的颜色可控LED 21b包括多个LED组27，每个LED组27包括红色LED 27a、绿色LED 27b和蓝色LED 27c。如图2中，每个组27中的红色LED 27a、绿色LED 27b和蓝色LED 27c可以一个接一个地设置在RGB LED灯丝13的纵向方向上。
在另外的实施例中，第一区段24a和第二区段24b可以以短的相对距离来布置，比如类似于一个区段中的两个相邻LED之间的距离。这允许封装物26、28覆盖区段24a和24b两者的LED。第一区段24a上的LED可以与第二区段24b上的LED隔开较大距离，比如3mm或5mm，从而允许分别在区段24a和24b之上施加单独的封装物26和28。在第一区段24a与第二区段24b之间可以存在弯曲。替代地，如图3所示，组27中的红色(微型)LED 27a、绿色(微型)LED27b和蓝色(微型)LED 27c之间的“组内”距离可以小于组之间的“组间”距离。例如，组内距离可以≤1mm，而组间距离可以是几毫米。红色LED 27a、绿色LED 27b和蓝色LED 27c可以是微型LED(例如具有在100μm-200μm范围内的芯片尺寸)，并且一起放置在集成单元27中。LED的组27可以以线性阵列布置，类似于第一区段24a中白色LED 21a的布置。在每个组27内，LED 27a-c可以非线性地布置，例如，以如图3所指示的三角形方式。
第二区段24b中的LED 21b可以由封装物28覆盖，封装物28可选地包括光散射材料。
如图2所示，基板22可以是透明的，并且然后，封装物层26和28可以设置在基板的两侧。替代地，在基板的两侧可以布置有LED。
红色LED 27a提供红色通道，绿色LED 27b提供绿色通道，并且蓝色LED 27c提供蓝色通道，并且其中红色、绿色和蓝色通道由控制器15独立地可寻址，使得通道可以在输出(通量)方面独立地变化。
LED的两个集合(即，白色LED 21a的集合和颜色可控LED 21b的集合)可由控制器15独立地控制，以允许对两个区段24a、24b的单独控制。
具体地，控制器15被配置为控制LED 21b，使得从第二区段24b发射的光的颜色对应于由(人类)用户或机器选择的第一设置点。第一设置点可以被传送到无线单元16，并且作为控制信号被施加到控制器15。控制器15控制驱动器14，以对LED 21b施加适当的电流或电压控制。
此外，控制器15可选地被配置为控制LED 21a，使得由第一区段24a发射的白光的色温对应于由(人类)用户或机器选择的第二设置点。而且，第二设置点可以被传送到无线单元16，并且作为控制信号被施加到控制器15。控制器15控制驱动器14，以对LED 21a施加适当的电流或电压控制。
注意，控制器15可以被实施为两个单独的子控制器，一个子控制器用于第一区段24a，并且一个子控制器用于第二区段24b。
图4a至图4c提供了可以由灯丝13实现的可能的控制方案的一些示例。在图4a中，有色区段24b被控制以发射与白色区段24a相同色温的白光，以提供基本上均质的白光输出。在图4b中，有色区段24b被控制以发射与白色区段24a不同的色温的白光。例如，白色区段24a可以被配置为(即，被预设或控制为)发射暖白光(例如，2200K)，而有色区段24b被控制为发射冷白光(例如，4000K)。在图4c中，白色区段24a关闭，而有色区段发射期望颜色的有色光。结果是具有期望颜色的光输出或具有色调的白光。
本领域技术人员认识到，本发明决不限于上述优选实施例。相反，在所附权利要求的范围内，很多修改和变化是可能的。例如，存在在灯中布置LED灯丝的很多不同方式，包括机械地和电地两者。这样的细节不被认为是涉及LED灯丝的设计的本发明的重要部分。
此外，通过研究附图、公开内容和所附权利要求，技术人员在实践所要求保护的发明时可以理解和实现对所公开的实施例的变化。在权利要求中，“包括”一词不排除其他元素或步骤，并且不定冠词“一个(a)”或“一个(an)”不排除多个。在相互不同的从属权利要求中记载某些措施的简单事实并不表示不能有利地使用这些措施的组合。
Claims (14)
1.一种LED灯丝(13)，包括布置在载体基板(22)上的LED的线性阵列(24)，其中：
所述线性阵列(24)被划分为两个单独的纵向区段：仅包括被配置为发射白光的LED(21a)的第一纵向区段(24a)，和仅包括被配置为发射颜色可控光的颜色可控LED(21b)的第二纵向区段(24b)，所述颜色可控LED(21b)包括LED组(27)，每个LED组(27)包括红色LED(27a)、绿色LED(27b)和蓝色LED(27c)。
2.根据权利要求1所述的LED灯丝，其中所述第一纵向区段具有第一长度，所述第二纵向区段具有第二长度，并且其中所述第一长度大于所述第二长度，优选地，所述第一长度是所述第二长度的至少两倍。
3.根据权利要求1或2所述的LED灯丝，其中每个组中的LED以第一组内距离隔开，并且其中组以第二组间距离隔开，其中所述组间距离大于所述组内距离。
4.根据前述权利要求中一项所述的LED灯丝，其中所述LED以等距布置成阵列。
5.根据前述权利要求中一项所述的LED灯丝，其中所述第一区段中的所述LED由封装物覆盖，所述封装物包括发光材料。
6.根据权利要求5所述的LED灯丝，其中所述第一区段中的所述LED是可控的，以发射色温在范围1800K-2500K内的白光。
7.根据前述权利要求中一项所述的LED灯丝，其中所述第二区段中的所述LED由包括光散射材料的封装物覆盖。
8.根据前述权利要求中一项所述的LED灯丝，其中所述载体基板是光透射的。
9.一种改型灯泡，包括：至少一个根据前述权利要求中一项所述的LED灯丝、至少部分地围绕所述LED灯丝的透射外壳、以及用于将所述灯泡电连接和机械连接到插座的连接器。
10.根据权利要求9所述的改型灯泡，还包括控制器，所述控制器用于控制所述第一纵向区段中的所述LED，并且用于控制所述第二纵向区段中的所述LED。
11.一种用于控制根据权利要求1至8中一项所述的LED灯丝的方法，包括：控制由所述第一区段中的所述LED发射的光的色温，以及独立地控制由所述第二区段中的所述LED发射的光的颜色和/或色温。
12.根据权利要求11所述的方法，其中所述第二区段中的所述LED被控制以发射白光。
13.根据权利要求12所述的方法，其中所述第二区段中的所述LED被控制以发射白光，所述白光具有与由所述第一区段中的所述LED发射的光相同的色温。
14.根据权利要求13所述的方法，其中所述第一区段中的所述LED被控制以发射具有相对较暖色温的白光，并且所述第二区段中的所述LED被控制以发射具有相对较冷色温的白光。
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