DE102017126915B4

DE102017126915B4 - LED-Leuchtfaden für omnidirektionale Lampen

Info

Publication number: DE102017126915B4
Application number: DE102017126915.0A
Authority: DE
Inventors: Jing Lin; Shijun Nie; Shaozhu Yang
Original assignee: Ledvance GmbH
Current assignee: Ledvance GmbH
Priority date: 2016-11-16
Filing date: 2017-11-15
Publication date: 2020-11-26
Anticipated expiration: 2037-11-16
Also published as: US10663119B2; DE102017126915A1; US20180135810A1; CN207034659U

Abstract

LED-Leuchtfaden, umfassend einen ersten longitudinalen Leuchtfadenabschnitt (10) umfassend eine Vielzahl von LEDs (2), einen zweiten longitudinalen Leuchtfadenabschnitt (20) umfassend eine Vielzahl von LEDs (2) und einen flexiblen Verbindungsabschnitt (4), der den ersten Leuchtfadenabschnitt (10) und den zweiten Leuchtfadenabschnitt (20) elektrisch leitend verbindet, dadurch gekennzeichnet, dass in einem ungebogenen Zustand des Verbindungsabschnitts ein Ende des ersten Leuchtfadenabschnitts und ein Ende des zweiten Leuchtfadenabschnitts nebeneinander angeordnet sind.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf LED-Leuchtfäden, die das Design von omnidirektionalen Lampen vereinfachen.
Hintergrund
Eine spezielle Art von LED-Lampen verwendet LED-Leuchtfäden, d.h. streifenförmige LED-Elemente, die typischerweise eine Vielzahl von LEDs umfassen, die in einer Reihe auf einem streifenförmigen Träger (z. B. Metall-, Glas- oder Saphirmaterialien) angeordnet sind. Die LEDs können mit einer Beschichtung beschichtet werden, um das von den LEDs erzeugte Licht in einen gewünschten Wellenlängenbereich umzuwandeln. Mehrere LED-Leuchtfäden sind üblicherweise innerhalb eines Kolbens einer Lampe angeordnet (z. B. eine LED-Retrofitlampe mit einem Edison-Lampensockel, wie E27 oder E14). LED-Leuchtfäden sind üblicherweise im Wesentlichen parallel zur Längsachse der Lampe angeordnet. Um die Erzeugung von Schatten zu minimieren, können die LED-Leuchtfäden in einer Lampe mit einer leichten Abweichung von der Längsrichtung angeordnet werden, so dass nicht alle LED-Leuchtfäden parallel zueinander angeordnet sind.
LEDs zeigen gewöhnlich eine Lambertsche Lichtverteilung, d.h. die höchste Intensität wird in Richtung einer Hauptrichtung (üblicherweise senkrecht zur Oberfläche der LED) emittiert, und die Intensität nimmt in anderen Richtungen mit dem Kosinus des Winkels zwischen der anderen Richtung und der Hauptrichtung ab. Die Lichtemission in Längsrichtung des LED-Leuchtfadens ist daher sehr begrenzt. Dementsprechend ist die Lichtverteilung solcher Lampen inhomogen. Insbesondere wird in der Längsrichtung der Lampe viel weniger Licht emittiert als in lateraler Richtung. Wenn zum Beispiel eine Lampe mit LED-Leuchtfäden von der Decke hängt (z. B. über einem Tisch), erhält der Bereich direkt unter der Lampe viel weniger Licht als die Bereiche zur Seite der Lampe.
Eine solche inhomogene Lichtverteilung ist oft unerwünscht und z. B. ein Hindernis für die Erlangung der EnergyStar-Zertifizierung, welche verlangt, dass 90% der gemessenen Intensitätswerte in einer vertikalen Ebene um nicht mehr als 25% vom Durchschnitt aller Messwerte in allen Ebenen abweichen.
Aus den Druckschriften CN 205 619 017 U , CN 205 350 910 U und CN 203 907 532 U sind LED-Leuchtfäden bekannt, die aus mehreren Leuchtfadenabschnitten zusammengesetzt sind.
Zusammenfassung der Erfindung
Angesichts des bekannten Standes der Technik ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen LED-Leuchtfaden bereitzustellen, der die Gestaltung von LED-Lampen mit verbesserter Homogenität der Lichtverteilung ermöglicht, wie z. B. omnidirektionale LED-Lampen, insbesondere Retrofit-LED-Lampen.
Diese Aufgabe wird durch einen LED-Leuchtfaden gemäß dem unabhängigen Anspruch gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen sind durch die abhängigen Ansprüche gegeben.
Ein erfindungsgemäßer LED-Leuchtfaden umfasst einen ersten longitudinalen Leuchtfadenabschnitt und einen zweiten longitudinalen Leuchtfadenabschnitt, wobei jeder Leuchtfadenabschnitt mit einer Vielzahl von LEDs versehen ist.
Longitudinal wird derart verstanden, dass die Ausdehnung des Leuchtfadenabschnitts in einer Richtung größer ist als die Ausdehnung in der senkrechten Richtung. In der Regel werden bei bekannten LED-Leuchtfäden LEDs in einer Reihe positioniert und benachbarte LEDs sind elektrisch miteinander verbunden. Das gleiche Design kann zum Positionieren der LEDs auf jedem der beiden Leuchtfadenabschnitte verwendet werden. Im Wesentlichen entspricht jeder Leuchtfadenabschnitt dem Leuchtfadenabschnitt eines bekannten LED-Leuchtfadens, obwohl er gewöhnlich kürzer sein wird.
Ein flexibler Verbindungsabschnitt verbindet den ersten Leuchtfadenabschnitt und den zweiten Leuchtfadenabschnitt elektrisch leitend. Dementsprechend sind beide Leuchtfadenabschnitte über den Verbindungsabschnitt miteinander verbunden. Da der Verbindungsabschnitt flexibel ist, d.h. er kann entweder von Hand oder durch eine Maschine, die den erfindungsgemäßen LED-Leuchtfaden erzeugt, in eine andere Form gebogen werden, kann die relative Positionierung (und insbesondere der Winkel) zwischen den beiden Leuchtfadenabschnitten eingestellt werden. Vorzugsweise behält der Verbindungsabschnitt seine Form, nachdem er in die gewünschte Form verformt worden ist.
Der flexible Verbindungsabschnitt kann in nicht beanspruchten Beispielen zumindest teilweise zwischen dem ersten Leuchtfadenabschnitt und dem zweiten Leuchtfadenabschnitt angeordnet sein, so dass beide Leuchtfadenabschnitte voneinander um einen Abstand voneinander getrennt sind, der gleich oder kleiner als die Länge des Verbindungsabschnitts ist. Erfindungsgemäß ist der Verbindungsabschnitt an dem Leuchtfadenabschnitt so angebracht, dass in einem ungebogenen Zustand des Verbindungsabschnitts ein Ende des ersten Leuchtfadenabschnitts und ein Ende des zweiten Leuchtfadenabschnitts nebeneinander angeordnet sind, wodurch das Aussehen eines konventionellen LED-Leuchtfadens mit nur einem einzigen Leuchtfaden Abschnitt gegeben ist.
Vorzugsweise umfasst jeder Leuchtfadenabschnitt ein Substrat, wobei die LEDs jedes Leuchtfadenabschnitts auf dem jeweiligen Substrat angebracht sind. Das Substrat kann aus Glas, Saphir, einem PCB-Material, Kunststoff, Metall oder irgendeinem anderen Material hergestellt sein, das für die Verwendung als ein LED-Substrat geeignet ist.
Der erste Leuchtfadenabschnitt und/oder der zweite Leuchtfadenabschnitt können eine Umwandlungsschicht umfassen, die über die Vielzahl von LEDs aufgebracht wird, um die Farbe des von den LEDs während des Betriebs emittierten Lichts umzuwandeln. Dadurch kann die Farbe des vom LED-Leuchtfaden emittierten Lichts entsprechend den gewünschten Parametern gewählt werden. Eine solche Umwandlungsschicht kann beispielsweise Phosphor umfassen. Insbesondere kann der LED-Leuchtfaden weißes Licht aussenden. Dies kann beispielsweise durch LEDs erreicht werden, die blaues Licht emittieren, und eine Phosphorschicht, die einen Teil des emittierten blauen Lichts in gelbes Licht umwandelt. Die Mischung aus dem direkt emittierten blauen Licht und dem umgewandelten gelben Licht erscheint dann weiß.
Jeder Leuchtfadenabschnitt kann an seinem Ende (äußeres Ende), das gegenüberliegend zu dem Ende mit dem flexiblen Verbindungsabschnitt (inneres Ende) ist, einen elektrischen Verbinder umfassen. So kann der erfindungsgemäße LED-Leuchtfaden in gleicher Weise und für die gleichen Anwendungen wie bekannte LED-Leuchtfäden verwendet werden, insbesondere ist die Gesamtlänge des erfindungsgemäßen LED-Leuchtfadens im Wesentlichen gleich der Länge eines bekannten LED-Leuchtfadens.
LED-Leuchtfäden gemäß der vorliegenden Erfindung können in bekannten Anwendungen sowie in Anwendungen, die mit bekannten LED-Leuchtfäden nicht möglich oder zumindest schwer zu realisieren sind, angewendet werden. Da der Verbindungsabschnitt in unterschiedliche Formen gebogen werden kann, sind verschiedene Konfigurationen des LED-Leuchtfadens möglich, was eine Vielzahl von Lampenentwürfen ermöglicht, auch ohne die Notwendigkeit zusätzlicher optischer Elemente wie Linsen oder Reflektoren.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Verbindungsabschnitt aus dem gleichen Material wie die elektrischen Verbinder hergestellt. Dadurch können die Verfahren zum Befestigen der elektrischen Verbinder an den Leuchtfadenabschnitten auch zum Befestigen des Verbindungsabschnitts an den Leuchtfadenabschnitten verwendet werden. Dies vereinfacht die Herstellung des erfindungsgemäßen LED-Leuchtfadens.
Der flexible Verbindungsabschnitt kann umfassen oder besteht ausschließlich aus einem Metalldraht oder einem Blechstück. Dies vereinfacht die Herstellung des erfindungsgemäßen LED-Leuchtfadens weiter.
Die vorliegende Erfindung betrifft ferner eine Lampe, die einen lichtdurchlässigen (vorzugsweise transparenten) Kolben, eine Lampenfassung und einen oder mehrere LED-Glühfäden gemäß der vorliegenden Erfindung, wie oben erläutert, umfasst. Vorzugsweise sind die LED-Leuchtfäden an einem Halter befestigt, der die LED-Leuchtfäden in einer gewünschten relativen Orientierung zueinander hält. Die LED-Leuchtfäden können in einer geraden Konfiguration, einer gebogenen Konfiguration oder einer Kombination der beiden verwendet werden. Die Halterung kann auch elektrische Leiter umfassen, mit denen die LED-Leuchtfäden mit elektrischer Energie versorgt werden können. Der Lampensockel kann ein beliebiger bekannter Lampensockel sein, wie beispielsweise ein Gewindelampensockel vom Typ Edison (z.B. E14, E27), ein Bajonettlampensockel, ein Lampensockel vom Typ Dual Pin usw. Die Lampe kann aus Kunststoff oder Glas oder jedem anderen geeigneten lichtdurchlässigen (vorzugsweise transparente) Material gefertigt sein.
Figurenliste
Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen erläutert. Es wird gezeigt in:

1a/b schematische Zeichnungen einer ersten, beispielhaften Ausführungsform eines LED-Leuchtfadens, der nicht von den Ansprüchen umfasst ist, in zwei Konfigurationen;
2a/b schematische Zeichnungen einer zweiten Ausführungsform eines LED-Leuchtfadens gemäß der vorliegenden Erfindung in zwei Konfigurationen;
3 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform einer Lampe gemäß der vorliegenden Erfindung; und
4 ein Diagramm der simulierten Lichtverteilung einer Lampe gemäß der vorliegenden Erfindung.

Detaillierte Beschreibung der Figuren
Im Folgenden werden bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung und vergleichende Beispiele unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. Die gleichen oder ähnliche Elemente oder Elemente mit der gleichen Wirkung können in der Zeichnung mit der gleichen Bezugsziffer angegeben werden. Die Wiederholung der Beschreibung solcher Elemente kann weggelassen sein, um redundante Beschreibungen zu vermeiden.
In 1a ist eine schematische Darstellung einer ersten, beispielhaften Ausführungsform eines LED-Leuchtfadens gezeigt. Der LED-Leuchtfaden umfasst zwei Leuchtfadenabschnitten 10, 20, wobei jeder Leuchtfadenabschnitt ein Substrat 1 umfasst, auf dem mehrere LEDs 2 vorgesehen sind. Die LEDs 2 sind auf dem Substrat 1 montiert und sind in gleicher Weise mit elektrischen Verbindungen versehen, wie sie für bekannte LED-Leuchtfäden verwendet werden. Eine Phosphor-Umwandlungsschicht 3 wird über die LEDs 2 aufgebracht und wandelt das von den LEDs 2 emittierte Licht in eine gewünschte Wellenlänge um.
Die Leuchtfadenabschnitte 10, 20 sind mechanisch und elektrisch miteinander durch einen Verbindungsabschnitt 4 verbunden, der einen Metalldraht umfasst.
Am Ende gegenüber dem mit dem Verbindungsabschnitt verbundenen Ende ist jeder Leuchtfadenabschnitt 10, 20 mit einem elektrischen Verbinder 5 versehen, der einen Metalldraht umfasst.
1a zeigt den LED-Leuchtfaden in einer geraden Konfiguration, wobei sich beide Leuchtfadenabschnitte 10, 20 im Wesentlichen in derselben Richtung erstrecken. In 1b ist die gleiche Ausführungsform eines LED-Leuchtfadens in einer abgewinkelten Konfiguration gezeigt, wo der Verbindungsabschnitt 4 so gebogen worden ist, dass sich die Leuchtfadenabschnitte 10, 20 in verschiedenen Richtungen erstrecken, die dazwischen einen Winkel bilden.
In 2a ist eine schematische Darstellung einer zweiten Ausführungsform eines LED-Leuchtfadens gemäß der vorliegenden Erfindung gezeigt. Der LED-Leuchtfaden besteht aus zwei Leuchtfadenabschnitten 10, 20, wobei jeder Leuchtfadenabschnitt 10, 20 ähnlich zu den Leuchtfadenabschnitten 10, 20 der ersten Ausführungsform konfiguriert ist. Als ein Unterschied zwischen der ersten und der zweiten Ausführungsform sind die LEDs 2 auf dem Substrat 1 bis nahe an dem Ende des Substrats 1 positioniert, das mit dem Verbindungsabschnitt 4 versehen ist. Somit ist in der in 2a gezeigten geraden Konfiguration, der Spalt zwischen den innersten LEDs 2' an jedem Leuchtfadenabschnitt 10, 20 viel kleiner als der entsprechende Spalt in der ersten Ausführungsform. Die Lichtverteilung des LED-Leuchtfadens gemäß der zweiten Ausführungsform ähnelt daher der Lichtverteilung eines bekannten „einstückigen“ LED-Leuchtfadens. Selbst in der in 2b gezeigten gebogenen Konfiguration ist der Abstand zwischen den innersten LEDs 2' sehr klein, was eine homogenere Lichtverteilung gewährleistet.
3 zeigt eine Ausführungsform einer Lampe gemäß der vorliegenden Erfindung. Die Lampe umfasst einen transparenten Glaskolben 30, der an einem Lampensockel 31 des Edison-Typs befestigt ist. Innerhalb des Kolbens 31 sind mehrere LED-Leuchtfäden 40 gemäß der vorliegenden Erfindung an einer Haltekonstruktion 32 befestigt. Die Lampe kann 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 oder irgendeine andere Anzahl von LED-Leuchtfäden 40 umfassen. Um ein besseres Verständnis der Zeichnung zu ermöglichen, sind in 3 nur zwei LED-Leuchtfäden 40 gezeigt. Jeder LED-Leuchtfaden 40 umfasst zwei Leuchtfadenabschnitte 10, 20, welche durch einen Verbindungsabschnitt 4 elektrisch verbunden sind. Der Verbindungsabschnitt 4 ist so gebogen, dass die beiden Leuchtfadenabschnitte 10, 20 unter einem Winkel von etwa 45 ° angeordnet sind. Dementsprechend emittieren die LED-Leuchtfäden 40 nicht nur zur Seite der Lampe Licht, sondern auch in Längsrichtung (angedeutet durch die Längsachse A), wodurch eine Lichtverteilung erzeugt wird, die homogener ist als die Lichtverteilung von Lampen unter Verwendung bekannter LED-Leuchtfäden.
Die Haltekonstruktion 32 ist an einem Sockel 33 befestigt, der seinerseits an dem Lampensockel 31 befestigt ist. Ein Treiber für die LED-Leuchtfäden 40 kann innerhalb des Lampensockels 31 angeordnet sein und ist in 3 nicht sichtbar. Abhängig von der Anzahl und der Betriebsparameter der LED-Leuchtfäden 40 ist ein Treiber nicht unbedingt erforderlich. Sockel 33 und Halter 32 umfassen auch elektrische Anschlüsse zur Stromversorgung der LED-Leuchtfäden 40.
4 zeigt ein Diagramm der simulierten Lichtverteilung einer Lampe, wie in 3 gezeigt, unter Verwendung von vier LED-Leuchtfäden gemäß der vorliegenden Erfindung. Das Diagramm zeigt in Polarkoordinaten die relativen Intensitäten des emittierten Lichts in verschiedenen Richtungen. Die simulierten Intensitätswerte sind in 4 für eine einzelne Ebene, welche die Längsachse der Lampe einschließt, dargestellt. Für Θ <20° ist die Intensität sehr klein, da das von den LED-Leuchtfäden emittierte Licht durch den Lampensockel blockiert wird. Von Θ = 20 ° bis Θ = 180 ° ist die Intensität hoch und variiert nur geringfügig und erfüllt damit die EnergyStar-Anforderung, dass 90% der gemessenen Intensitätswerte in einer vertikalen Ebene um nicht mehr als 25% vom Durchschnitt aller Messwerte abweichen.
Obwohl die Erfindung durch die oben erläuterten Ausführungsformen detailliert dargestellt und beschrieben worden ist, ist sie nicht auf diese Ausführungsformen beschränkt. Andere Variationen können vom Fachmann abgeleitet werden, ohne den Umfang der beigefügten Ansprüche zu verlassen.
Im Allgemeinen kann „a“ oder „a“ als Singular oder Plural verstanden werden, insbesondere mit der Bedeutung „mindestens eines“, „eins oder mehr“ usw., sofern dies nicht explizit ausgeschlossen ist, zum Beispiel mit dem Begriff „genau“ ein “ , etc.
Darüber hinaus können numerische Werte den genauen Wert sowie ein übliches Toleranzintervall enthalten, sofern dies nicht explizit ausgeschlossen ist.
Die in den Ausführungsformen gezeigten Merkmale, insbesondere in verschiedenen Ausführungsformen, können kombiniert oder ersetzt werden, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
Bezugszeichenliste

1: Substrat
2, 2': LED
3: Umwandlungsschicht
4: Verbindungsabschnitt
5: elektrischer Verbinder
10: erster Leuchtfadenabschnitt
20: zweiter Leuchtfadenabschnitt
30: Kolben
31: Lampensockel
32: Halter
33: Sockel
40: LED-Leuchtfaden

Claims

LED-Leuchtfaden, umfassend einen ersten longitudinalen Leuchtfadenabschnitt (10) umfassend eine Vielzahl von LEDs (2), einen zweiten longitudinalen Leuchtfadenabschnitt (20) umfassend eine Vielzahl von LEDs (2) und einen flexiblen Verbindungsabschnitt (4), der den ersten Leuchtfadenabschnitt (10) und den zweiten Leuchtfadenabschnitt (20) elektrisch leitend verbindet, dadurch gekennzeichnet, dass in einem ungebogenen Zustand des Verbindungsabschnitts ein Ende des ersten Leuchtfadenabschnitts und ein Ende des zweiten Leuchtfadenabschnitts nebeneinander angeordnet sind.
LED-Leuchtfaden gemäß Anspruch 1, wobei der erste Leuchtfadenabschnitt (10) und der zweite Leuchtfadenabschnitt (20) jeweils ein Substrat (1) umfassen, wobei die LEDs (2) jedes Leuchtfadenabschnitts (10, 20) auf dem jeweiligen Substrat (1) angebracht sind.
LED-Leuchtfaden gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der erste Leuchtfadenabschnitte (10) und/oder der zweite Leuchtfadenabschnitt (20) eine Umwandlungsschicht (3) umfasst, die über der Mehrzahl von LEDs (2) zum Umwandeln der Farbe des Lichts, das von den LEDs (2) während des Betriebs ausgesendet wird, aufgebracht ist.
LED-Leuchtfaden gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der erste Leuchtfadenabschnitt (10) und der zweite Leuchtfadenabschnitt (20) jeweils einen elektrischen Verbinder (5) an seinem dem Ende mit dem flexiblen Verbindungsabschnitt (4) gegenüberliegenden Ende aufweisen.
LED-Leuchtfaden gemäß Anspruch 4, wobei der Verbindungsabschnitt (4) aus dem gleichen Material wie der elektrischen Verbinder (5) gefertigt ist.
Leuchtfaden gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der flexible Verbindungsabschnitt (4) einen Metalldraht oder ein Blechstück umfasst.
Lampe umfassend einen Kolben (30), einen Lampensockel (31) und einen oder mehrere LED-Leuchtfäden (40) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche.