一种LED灯丝组件、组建LED灯丝灯泡的方法及LED灯丝灯泡

摘要

本发明公开了一种LED灯丝组件、组建LED灯丝灯泡的方法及LED灯丝灯泡，该LED灯丝组件包括一个或多个两端设有电连接端子（1.3）的LED灯丝（1.1），LED灯丝（1.1）两端的电连接端子（1.3）分别与两个导热和导电的端子支架（1.4）相连。本发明的LED灯丝组件不仅可以提高LED的出光率，而且可以提高散热效率；本发明组建LED灯丝灯泡的方法及LED灯丝灯泡则可摆脱现有LED照明灯需要散热器的限制，能实现较大的功率的LED灯丝灯光源，可直接替代现有大功率照明产品的光源，而无需更换灯具。

说明书

技术领域

本发明涉及一种LED灯丝组件、组建LED灯丝灯泡的方法及LED灯丝灯泡，属于LED照明技术领域。

背景技术

LED半导体照明作为新一代照明技术，具有光电转换率高、光源方向易控、照明时段和方式易控、光源显色性高、合理设计下具有较高的功率因数等其它现有照明技术无法比拟的五大节能优势，受到全球投资者的青睐和各国政府的大力扶持。LED照明虽然受到重视，然后在推广过程中也存在诸多问题，首先，LED照明灯多为一体化结构，缺乏可更换的标准光源；其次，即使采用国标GB1406系列灯头做成LED光源，基本是无法实现调光运行，且同时也不具备防水等防护性功能，应用范围较窄；再者，发光半导体在电的触发下是四面发光的，但实际应用中，LED芯片大多被封装在一个不透明的基板上，半导体一半的出光被遮挡转换成了热量，发光效率低下。

近年市场出现了采用透明条形基板的LED灯丝灯，顺应符合了半导体照明四面发光的基本原理，但其应用功率还比较低下，一般不超过10W；且不具备防水功能，应用范围相对较窄，这些缺陷极大地制约了LED照明的推广使用。

现有LED灯丝制作的最好方案是以条形蓝宝石为基板粘接绑定LED芯片于其上，值得注意的是一方面LED芯片经过贴装粘接后，光折射损失较大，光电转换效率降低较多。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种LED灯丝组件、组建LED灯丝灯泡的方法及LED灯丝灯泡。本发明的LED灯丝组件不仅可以提高LED的出光率，而且可以提高散热效率；本发明组建LED灯丝灯泡的方法及LED灯丝灯泡则可摆脱现有LED照明灯需要散热器的限制，能实现较大的功率的LED灯丝灯光源，可直接替代现有大功率照明产品的光源，而无需更换灯具。

本发明的技术方案：一种LED灯丝组件，其特点是：包括一个或多个两端设有电连接端子的LED灯丝，LED灯丝两端的电连接端子分别与两个导热和导电的端子支架相连。为有利于热传递，靠近端子支架的电连接端子部分可适度加宽或倒圆角处理。

上述的LED灯丝组件中，所述LED灯丝包括LED灯丝模组和两端的电连接端子，或还包LED灯丝模组上连接LED负载分段结点的电连接线（用于连接多个LED灯丝中的LED负载的分段结点）；LED灯丝模组包括条状或块状的灯丝模组衬底和灯丝模组衬底上的LED芯片串联组，LED灯丝模组外设有透明封装。

前述的LED灯丝组件中，所述LED灯丝模组是由LED照明大芯片裁剪成包含有一行或多行LED芯片组的条状或块状结构；或者，所述LED灯丝模组是由多个LED串联组或多个并联的LED串联组封装在条形灯丝模组衬底上构成，LED串联组由多个LED芯片或LEDPN结通过串联形式组成。

前述的LED灯丝组件中，所述LED灯丝模组上设有尺寸与LED灯丝模组同宽度，留出焊接长度的透明盖板（最佳选择为玻璃），透明盖板盖住LED灯丝模组，LED灯丝模组的两端通过端子支架上的焊接固定孔直接与端子支架焊接并粘接。透明盖板与LED灯丝模组周围的缝隙采用透明材料封装。

使用前述的LED灯丝组件构建LED灯丝灯泡的方法，其特点是：在带驱动组件和灯头组件的灯泡壳内设置LED灯丝组件的，LED灯丝组件通过固定在导线支架上的电连接导线与驱动组件和灯头组件相连，通过控制灯泡壳内的热辐射体组件面积达到控制灯泡内部温度的目的，并使热辐射体组件上的平均温度趋近芯片结温来平衡LED灯丝产生的热量，其中所述热辐射体组件包括LED灯丝、端子支架、导线支架和电连接导线。

前述的构建LED灯丝灯泡的方法中，所述热辐射体组件还包含连接端子支架的热辐射支架，热辐射支架上还连接有热辐射环，灯泡壳内填充高导热系数的惰性气体，使灯泡壳内的热量通过传导和对流形式均衡热辐射体组件上的温度，同时也能将热辐射体组件上的部分热量传递到灯泡壳上；所述的灯泡壳为一体吹成或分多段同材质或异材质连接而成；热辐射支架和热辐射环均紧贴灯泡壳，使LED灯丝产生的热能传导到灯泡壳上，让受热的灯泡壳受热成为热辐射体组件的组成部分，辅助增强热辐射体组件的热辐射能力。

前述的构建LED灯丝灯泡的方法中，所述热辐射体组件不能反射又不能透过热射线（可见光波和红外线光波）的一面上涂敷黑色导热材料（最佳选择为超导石墨或石墨烯涂敷层），形成辐射黑体面；能反射但不能透过热射线的一面设置为反射镜面；。

前述的构建LED灯丝灯泡的方法中，所述LED灯丝组件端部通过热管与贴近灯泡壳的其它热辐射体组件连接，使灯泡壳内的热辐射体组件迅速均热。

前述的构建LED灯丝灯泡的方法中，所述的灯头组件包括灯头支架，灯头支架采用内空结构，用于放置所述的驱动组件；灯头支架上设置带螺纹的电气接插件公头，公头内设插针4根，分别接电气端的电源和调光控制信号，电气接插件公头与灯头支架为一体结构，灯头支架主体采用螺纹结构且设置定位槽，定位槽安装方向与灯泡光照方向一致，通过配套固定螺母固定整个灯泡；灯头支架与灯泡壳连接的一端为突出螺纹主体的圆台状环形结构。

根据前述方法构建的带反射镜面的侧出光LED灯丝灯泡，其特点是：包括带驱动组件和灯头组件的灯泡壳，灯泡壳内设置有LED灯丝组件、导线支架、电连接导线、热辐射支架和热辐射环；所述LED灯丝组件两端的端子支架分别与两个平行的热辐射支架相连，热辐射支架上设有紧贴灯泡壳的圆弧结构；所述热辐射环为不封闭的圆筒结构，且分离处的两端分别与两个热辐射支架相连，热辐射环的内侧为反射镜面，外侧为紧贴灯泡壳的辐射黑体面；所述LED灯丝组件通过电连接导线与驱动组件和灯头组件相连，电连接导线通过导线支架固定。

前述的带反射镜面的侧出光LED灯丝灯泡中，所述热辐射环分离处的端部与端子支架通过固定压条和热辐射支架压紧连接在一起，且热辐射环分离处的其中一个端部与端子支架的连接出还设有绝缘导热隔离条，绝缘导热隔离条位于端子支架和热辐射环之间。热辐射环的一端和热辐射支架上设有椭圆开孔，可以通过固定螺钉固定，便于调整热辐射环与灯泡壳内弧面的距离。

前述的带反射镜面的侧出光LED灯丝灯泡中，所述热辐射环的两个分离端之间设有多组并行的LED灯丝组件，相邻的LED灯丝组件之间通过固定压条和热辐射支架连接，且每个连接处的热辐射支架均设有紧贴灯泡壳的圆弧结构。

前述的带反射镜面的侧出光LED灯丝灯泡中，所述热辐射环的筒状结构的筒顶和筒底分别设有内上固定盖和内下固定盖，内上固定盖和内下固定盖紧贴灯泡壳以固定支撑热辐射环。

根据前述方法构建的带反射镜面的下出光LED灯丝灯泡，其特点是：包括带驱动组件和灯头组件的灯泡壳，灯泡壳内设置有LED灯丝组件、导线支架、电连接导线、热辐射支架和热辐射环；所述热辐射环为封闭的圆筒结构，圆筒结构下端内侧为内凹的锥台形薄壳结构，所述LED灯丝组件固定在锥台形薄壳结构，LED灯丝组件的两个端子支架分别与锥台形薄壳结构的上、下沿口连接；热辐射环外侧为紧贴灯泡壳，其中热辐射环不能被LED灯丝组件的光线照射到的面为的辐射黑体面，能被LED灯丝组件的光线照射到的面为反射镜面，所述LED灯丝组件通过电连接导线与驱动组件和灯头组件相连，电连接导线通过导线支架固定。

前述的带反射镜面的下出光LED灯丝灯泡中，所述LED灯丝组件的两个端子支架为两个大小不同的环形结构，其中尺寸小的端子支架通过尺寸小的环形固定压条与锥台形薄壳结构上沿口固定，尺寸小的固定压条通过热管与环形热辐射支架连接一体，环形热辐射支架与热辐射环连接；尺寸大的端子支架通过尺寸大的环形固定压条与锥台形薄壳结构下沿口固定（用塑料固定螺钉连接），所述尺寸小的端子支架与锥台形薄壳结构上沿口之间设有环形的绝缘导热隔离条；所述环形的固定压条和环形热辐射支架位于热辐射环的圆筒结构内侧。

与现有技术相比，本发明的LED灯丝组件无需设置LED芯片基板，可以使LED的各个出光方向不受阻碍，特别是红外热射线的透出，大大提高了出光效率，而且本发明利用端子支架不仅可以对LED灯丝进行各种造型的固定，而且极其有利于LED灯丝的热量传导到其它热辐射体组件，以利于LED灯丝的散热。

本发明组建LED灯丝灯泡的方法，在LED灯丝组件的基础上，利用了灯泡壳内的各个组件作为热辐射体组件，设计有足够大的无辐射遮挡的有效热辐射体组件面积来控制灯泡内部温度和尽可能使热辐射体组件上的平均温度趋近芯片结温来平衡LED灯丝产生的热量，进而通过热辐射原理降低LED灯丝上的芯片结温。利用本发明方法制作的LED灯丝灯泡摆脱了LED照明灯需要散热器的传统基本理念，该LED灯丝灯产品可直接替代现有大功率照明产品的光源，而无需更换灯具，如直接替代道路照明的大功率高压钠灯等，将使LED照明应用上一个新台阶。经实际测试，利用本发明的方法能做到200LM/W，甚至更高的灯泡成品光源。

另外，本发明的两种带反射镜面的LED灯丝灯泡，利用了热辐射支架和热辐射环对LED灯丝组件进行灯泡壳内的连接固定，同时可作为额外增加的热辐射体组件，热辐射环具双面无辐射遮挡条件，增大有效的热辐射面积，从而提高LED的降温效率，保障大功率LED也能够有效的运行。

附图说明

图1为本发明的LED灯丝用LED照明大芯片分割示意图；

图2为本发明的LED灯丝内部结构图；

图3为本发明的用透明盖板的LED灯丝内部结构图

图4为本发明的连接端子支架的LED灯丝模组图；

图5为本发明的LED灯丝组件成品图；

图6为本发明的加宽端子支架的LED灯丝组件成品图；

图7本发明的采用片状灯丝的LED灯丝组件成品图；

图8为本发明的带反射镜面的侧出光LED灯丝灯泡剖开图；

图9为本发明的连接了热辐射支架和反射镜面型热辐射环的LED灯丝组件；

图10为本发明的热辐射支架上设有二组并行灯丝组件（上凹）的带反射镜面的侧出光LED灯丝灯泡图；

图11为本发明的热辐射支架上设有二组并行灯丝组件（下凸）的带反射镜面的侧出光LED灯丝灯泡图；

图12为本发明的图11的A局部图；

图13为本发明的带热管方案的热辐射环和热辐射支架与灯丝组件的连接结构图；

图14为本发明的采用片状灯丝和热管方案采用防水灯头组件有二组并行灯丝组件的带反射镜面的侧出光LED灯丝灯泡图；

图15为本发明的采用防水灯头组件的图11灯丝灯泡另侧图；

图16为本发明的防水灯头组件外观图；

图17为本发明的有热管带反射镜面的下出光LED灯丝灯泡的结构示意图；

图18为图17的分解结构示意图；

图19为本发明的带热管的带反射镜面的侧出光LED灯丝灯泡的结构示意图。

附图中的标记为：1-LED灯丝组件，1.1-LED灯丝，1.2-LED灯丝模组，1.2.1-灯丝模组衬底，1.3-电连接端子，1.4-端子支架，1.7-焊接固定孔，1.8-电连接线，2-灯头组件，2.1-电源脚位V1+（正极或火线），2.2.-电源脚位V1-（负极或零线）,2.3-信号脚位V2-（信号负极）,2.4-信号脚位V2+（信号正极）,2.5-灯头支架，2.6-接插件公头，2.7-插针，2.8-定位槽，2.9-固定螺母，3-驱动组件，4.1-导线支架，4.2-电连接导线，5.1-热辐射支架，5.11-环形热辐射支架，5.3-热辐射环，5.31-反射镜面，5.32-辐射黑体面，6-灯泡壳，7.1-内上固定盖，7.2-内下固定盖，7.3-固定螺钉,7.31-塑料固定螺钉，7.4-固定压条，7.5-绝缘导热隔离条，7.10-LOGO表示处，7.13-椭圆开孔，7.16-热管，106-防水电气接插件，420-LED照明集成大芯片,420.1-大芯片端电极，420.2-LED负载分段电连接处。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明，但并不作为对本发明限制的依据。

实施例。一种LED灯丝组件，如图4和图5所示，包括一个或多个两端设有电连接端子1.3的LED灯丝1.1，LED灯丝1.1两端的电连接端子1.3分别与两个导热的端子支架1.4相连。所述LED灯丝1.1包括LED灯丝模组1.2和两端的电连接端子1.3，LED灯丝模组1.2包括条状或块状的灯丝模组衬底1.2.1和灯丝模组衬底1.2.1上的LED芯片串联组，LED灯丝模组1.2外设有透明封装。为有利于热传递，靠近端子支架1.4的电连接端子1.3部分可适度加宽或倒圆角处理，如图6所示；为提高透光效果，特别是用于种植业照明时，采用玻璃盖板1.2.2封装方案，形成块状灯丝组件方案，如图7所示。

所述LED灯丝模组1.2是由LED照明大芯片420裁剪成包含有一行或多行LED芯片组的条状或块状结构，如图1所示；或者，所述LED灯丝模组1.2是由多个LED串联组或多个并联的LED串联组封装在条形灯丝模组衬底1.2.1上构成，LED串联组由多个LED芯片或LEDPN结通过串联形式组成，如图2所示。

其中，LED照明大芯片是基于本发明人在先申请的申请号为201410214077.9专利申请中的LED照明大芯片，经裁切的LED照明大芯片根据功率包含有一行或多行LED芯片组；LED照明大芯片是经直接长晶生成，发光半导体材料与芯片衬底间为无间隙连接，所述LED照明大芯片衬底采用高纯氧化铝（单晶或多晶）材料且衬底背面不设金属反射层，可使半导体产生的朝衬底的光直接透过芯片衬底对外最外溢出，使芯片发热最小；所述LED照明大芯片衬底采用单晶硅或单晶碳化硅材料，经试验，当芯片发热后，所产生的热射线波长界于红外线波段，红外线波能直接透过单晶硅或单晶碳化硅射出，使芯片具有较好的导热性能。

使用前述的LED灯丝组件构建LED灯丝灯泡的方法：在带驱动组件3和灯头组件2的灯泡壳6内设置LED灯丝组件1的，LED灯丝组件1通过固定在导线支架4.1上的电连接导线4.2与驱动组件3和灯头组件2相连，通过控制灯泡壳6内的热辐射体组件面积达到控制灯泡内部温度的目的，并使热辐射体组件上的平均温度趋近芯片结温来平衡LED灯丝1.1产生的热量，其中所述热辐射体组件包括LED灯丝1.1、端子支架1.4、导线支架4.1和电连接导线4.2。

在LED功率更大时，可以额外增加热辐射体组件，如图8所示，具体可以是在连接端子支架1.4上设置热辐射支架5.1、热辐射支架5.1上还连接有热辐射环5.3，灯泡壳6内填充高导热系数的惰性气体，使灯泡壳6内的热量通过传导和对流形式均衡热辐射体组件上的温度，同时也能将热辐射体组件上的部分热量传递到灯泡壳上；所述的灯泡壳6为一体吹成或分多段同材质或异材质连接而成；热辐射支架5.1和热辐射环5.3均紧贴灯泡壳6，使LED灯丝1.1产生的热能传导到灯泡壳6上，让受热的灯泡壳成为热辐射体组件的组成部分，辅助增强热辐射体组件的热辐射能力。

所述热辐射体组件不能反射又不能透过热射线可见光波和红外线光波的一面上涂敷黑色导热材料最佳选择为超导石墨或石墨烯涂敷层，形成辐射黑体面5.32；能反射但不能透过热射线的一面设置为反射镜面5.31。

所述LED灯丝组件1端部通过热管7.16与贴近灯泡壳6的其它热辐射体组件连接，使灯泡壳6内的热辐射体组件迅速均热。如图13、图14和19所示。

所述驱动组件，可以是基于本发明人申请号为201410211945.8和201410214074.5中国专利申请的方法来制作的驱动电源，它是将LED负载分1～6段来驱动，可以获得较高的电源效率（大于99%），只有这样当LED灯泡功率较高时，灯头组件内才能放置驱动电源，以至于不会出现过热使电源工作不稳定。否则，当灯泡功率较大时，灯头组件对外无法散除驱动电源所发出的热量；基于这个电源方案，以本发明构建的LED灯泡以低成本或无成本具备了调光功能。

所述的灯头组件包括灯头支架2.5和电气连接端，电气连接端可以是基于本发明人申请号为201210253574.0中国专利申请中的电气接插件，电气接插件与灯头支架2.5为一体结构，与灯泡壳连接的灯头支架2.5采用螺纹结构且设置定位槽2.8，定位槽设在灯泡光照方向一则，通过固定螺母2.9将灯泡固定在灯泡万向安装界面支架上；驱动组件3放置在灯头支架2.5内。这样带来显著的使用效果，基于国家标准型式的所有灯头组件其电源连接端均为裸露结构，不能防水，需要在灯具上做防水设计。而本发明申请的结构形式简单实用，使LED灯泡具备防水功能，这样使灯具不需考虑防水，灯具造价会大幅降低。所述的灯头组件型式和尺寸可以基于GB/T1406（1406.1～1406.5）系列标准，但对于其中有4针结构的灯头方案在不改变其规则时，则将其中2针定义为调光信号接入,即增加信号脚位V2-2.3和信号脚位V2+2.4；这样使整个灯泡具有调光功能，当信号电平在0～5VDC变化时，灯泡的亮度从最大亮度变化到亮度为零，可通过光控、声控、时段控制和红外感应等方式对灯泡的亮度实现控制，有利于将本发明应用到各类需要调光的场所，特别是用于种植业或道路照明时，达到高度节能的目的。

带反射镜面的侧出光LED灯丝灯泡，如图8和图9所示：包括带驱动组件3和灯头组件2的灯泡壳6，灯泡壳6内设置有LED灯丝组件1、导线支架4.1、电连接导线4.2、热辐射支架5.1和热辐射环5.3；所述LED灯丝组件1两端的端子支架1.4分别与两个平行的热辐射支架5.1相连，热辐射支架5.1上设有紧贴灯泡壳6的圆弧结构；所述热辐射环5.3为不封闭的圆筒结构，且分离处的两端分别与两个热辐射支架5.1相连，热辐射环5.3的内侧为反射镜面5.31，外侧为紧贴灯泡壳6的辐射黑体面5.32；所述LED灯丝组件1通过电连接导线4.2与驱动组件3和灯头组件2相连，电连接导线4.2通过导线支架4.1固定。

所述热辐射环5.3分离处的端部与端子支架1.4通过固定压条7.4和热辐射支架5.1压紧连接在一起，且热辐射环5.3分离处的其中一个端部与端子支架1.4的连接出还设有绝缘导热隔离条7.5，绝缘导热隔离条7.5位于端子支架1.4和热辐射环5.3之间。热辐射环的一端和热辐射支架上设有椭圆开孔，通过固定螺钉7.3固定，便于调整热辐射环与灯泡壳内的弧面距离。所述热辐射环5.3的筒状结构的筒顶和筒底分别设有内上固定盖7.1和内下固定盖7.2，内上固定盖7.1和内下固定盖7.2紧贴灯泡壳6。

所述热辐射环5.3的两个分离端之间设有多组并行的LED灯丝组件1，相邻的LED灯丝组件1之间通过固定压条7.4和热辐射支架5.1连接，且每个连接处的热辐射支架5.1均设有紧贴灯泡壳6的圆弧结构。如图9、8、9和10所示。当灯头组件为防水接头组件时，如12和13所示，具体的防水接头可采用图16所示的具体结构。

带反射镜面的下出光LED灯丝灯泡，如图17和18所示：包括带驱动组件3和灯头组件2的灯泡壳6，灯泡壳6内设置有LED灯丝组件1、导线支架4.1、电连接导线4.2、热辐射支架5.1和热辐射环5.3；所述热辐射环5.3为封闭的圆筒结构，圆筒结构下端内侧为内凹的锥台形薄壳结构，所述LED灯丝组件1固定在锥台形薄壳结构，LED灯丝组件1的两个端子支架1.4分别与锥台形薄壳结构的上、下沿口连接；热辐射环5.3外侧为紧贴灯泡壳6，其中热辐射环5.3不能被LED灯丝组件1的光线照射到的面为的辐射黑体面5.32，能被LED灯丝组件1的光线照射到的面为反射镜面5.31，所述LED灯丝组件1通过电连接导线4.2与驱动组件3和灯头组件2相连，电连接导线4.2通过导线支架4.1固定。所述LED灯丝组件1的两个端子支架1.4为两个大小不同的环形结构，其中尺寸小的端子支架1.4通过尺寸小的环形固定压条7.4与锥台形薄壳结构上沿口固定，尺寸小的固定压条7.4通过热管7.16与环形热辐射支架5.11连接一体，环形热辐射支架5.11与热辐射环5.3连接；尺寸大的端子支架1.4通过尺寸大的环形固定压条7.4与锥台形薄壳结构下沿口固定，所述尺寸小的端子支架1.4与锥台形薄壳结构上沿口之间设有环形的绝缘导热隔离条7.5；所述环形的固定压条7.4和环形热辐射支架5.11位于热辐射环5.3的圆筒结构内侧。