LED灯丝照明设备的制作方法

led灯丝照明设备
技术领域
1.本发明涉及led灯丝，即布置在载体基板上的led的线性阵列，其用于例如改型灯泡中。具体地，本发明涉及在led灯丝照明设备中提供更好的光分布和装饰性外观。


背景技术：

2.白炽灯正迅速被基于led的照明解决方案所取代。然而，用户可以理解和期望具有拥有白炽灯泡外观的改型灯。为此，可以简单地利用用于生产基于玻璃的白炽灯的基础设施，并且用发射白光的led代替灯丝。其中一个构思是基于放置在这种灯泡中的led灯丝。这些灯的外观是非常好的，因为它们看起来是高度装饰性的。
3.从us2019/0113181a1中已知一种这样的基于led的解决方案，其描述了一种用于灯的led灯丝，其中多个发光半导体芯片布置在载体上并电接触。发光半导体芯片具有角度相关的发射光的发射特性。这与传统白炽灯的发射特性形成对比，传统白炽灯的发射特性相对独立于发射角。因此，在led灯丝灯中，通常的问题是具有不均匀的光分布，或甚至由该不均匀性导致的暗区或阴影。为了在us2019/0113181a1中提供对该问题的解决方案，提供了一种散射结构以散射光发射芯片的光。通过结构化包围载体的表面形成散射结构。
4.然而，在us2019/0113181a1中提出的解决方案，即通过诸如研磨或蚀刻的方法构造表面是耗时且昂贵的。此外，在led灯丝灯包括多个灯丝的情况下，这些灯丝相对于彼此的定位可能再次导致灯的不均匀的总光分布。
5.us 2018/031185公开了一种照明设备，其包括设置在部分透明的外部容器内并连接到阳极和阴极输出端子的若干led灯丝。每个led灯丝还包括包覆模制在二极管和基板周围的包封，以及形成从包封突出的led灯丝的阳极和阴极的两个电极。
6.wo 2018/202625公开了一种照明设备，该照明设备包括：具有基板的至少一个led灯丝，所述基板具有细长主体和被配置用于以第一空间光分布发射光的多个光源，所述照明设备还包括具有细长主体的至少一个光导，用于以第二空间光分布将光耦合出所述至少一个光导。


技术实现要素：

7.因此，本发明的一个目的是克服这个问题，并提供一种具有相对均匀的总光分布的led灯丝灯。
8.本发明涉及根据独立权利要求1的led灯丝灯。优选实施例由从属权利要求限定。
9.根据本发明的第一方面，该目的和其他目的通过一种led灯丝照明设备来实现，该led灯丝照明设备包括：至少一个led灯丝，每个led灯丝包括安装在细长基板上的多个led；至少一个光散射元件，每个光散射元件包括围绕透明体积的光散射壳体，每个光散射元件被布置为包围至少一个led灯丝中的至少一个led，并且被配置为散射从所包围的led发射的光，由此形成包括由所述至少一个散射元件包围的至少一个led的第一led组，以及包括不由所述至少一个散射元件包围的多个led的第二led组，其中来自该第一led组的光分布
与来自该第二led组的光分布相结合以提供来自该led灯丝照明设备的改进的总光分布。
10.通过这种设计，散射元件将改变所包围的led的空间分布。由此，可以实现来自led灯丝照明设备的改善的且基本上均匀的总光分布。
11.散射元件可以定位成部分地包围导致光的不均匀空间分布的led灯丝的部分。光的总强度可以高于灯丝的其余部分的这种位置的示例可以是长的螺旋形灯丝上的弯曲部，或者可替换地，在多个灯丝的情况下，可以是灯丝相遇的位置。发射光的总强度可以低于灯丝的剩余部分的位置的示例是灯丝连接到电极的位置。
12.光散射元件可以位于led灯丝的端部。这可以是当第一led组位于led灯丝的外端时的情况。
13.第一led组可以至少包括在一个灯丝上的一个红色、一个蓝色和一个绿色led(rgb)，使得灯丝的包围部分可以具有发射白光以及任何其它光颜色的可能性。
14.第一和第二led组都可以被配置成发射具有相同色点(例如相同色温)的光，或者可替换地，这两个led组可以被配置成发射具有不同色点(例如不同色温)的光。
15.透明体积可以是空隙体积，使得光散射元件是中空物体。可替换地，透明体积可以填充有另一种透光的非散射材料，其与空气相比可以具有或可以不具有不同的折射率。例如，透明体积可以由玻璃或塑料构成。
16.光散射元件可以是例如球体，或者可替换地，可以具有任何其它几何形状，例如立方体。光散射元件可以是集成到led灯丝上的单独元件。
17.透明体积可以是对称的，例如球形，或非对称的，例如圆柱形体积。透明体积的几何形状可以遵循或不遵循光散射元件的几何形状。优选地，透明体积遵循光散射元件的形状以提供更好的光混合特性。
18.光散射壳体的厚度可以比透明体积的最大尺寸的0.5倍小，优选比0.3倍小，更优选比0.1倍小。在对称透明体积的情况下，透明体积的所有三维将是相等的。在非对称内部体积的情况下，至少一个尺寸将大于其它尺寸。
19.光散射壳体可以设置为半反射的。由此，光散射元件可以用作混合室，其中由所包围的led发射的光被混合。该混合光然后离开光散射元件，导致更均匀的分布。
20.内表面可具有30－80％，优选35－70％，最优选40－60％的反射率。
21.几个(即至少两个)光散射元件可以包围单个led灯丝的至少一个被包围的led。换句话说，一个led灯丝可以被几个散射元件包围，例如每一端一个。
22.此外，光散射元件可以包围若干(即至少两个)不同led灯丝的至少一个被包围的led。例如，一个散射元件可以包围两个或多个led灯丝的端部。
23.光散射元件可用于将led灯丝固定到另一led灯丝或某一其它结构。例如，散射元件可以将两个或多个细丝彼此机械连接。
24.应当注意，本发明涉及权利要求中所述特征的所有可能组合。
附图说明
25.现在将参考示出本发明实施例的附图更详细地描述本发明的这个和其它方面。
26.图1a至图1c示出了包括led灯丝和沿灯丝长度布置在不同位置的球形散射元件的改型灯泡。
27.图2a示出了根据本发明的至少一个实施例的这种led灯丝的顶视图。
28.图2b至图2d示出了根据本发明不同实施例的led灯丝的侧视图。
29.图3a至图3b示出了发射白光的led灯丝的不同实施例。
30.图4描述了本发明的一个实施例，其中光散射元件具有圆柱形状。
31.图5a和图5b分别示出了球形光散射元件的侧视图和截面图。
32.图6a和图6b分别示出了圆柱形光散射元件的侧视图和截面图。
33.如图所示，为了说明的目的而夸大了层和区域的尺寸，因此提供这些尺寸是为了说明本发明实施例的一般结构。相同的附图标记始终表示相同的元件。
具体实施方式
34.现在将在下文中参考附图更全面地描述本发明，在附图中示出了本发明的当前优选实施例。然而，本发明可以以许多不同的形式实施，并且不应该被解释为限于在此阐述的实施例；相反，提供这些实施例是为了彻底和完整，并且将本发明的范围完全传达给技术人员。
35.图1展示了led灯丝照明设备，在此以改型灯泡100的形式作为示例，该灯泡在本技术中也被称为灯，其中一个或多个led灯丝110被容纳在封壳130内。led灯丝110(下面更详细地解释)连接到电(或机械)连接器140。类似于典型的白炽灯泡，在此图1中，电连接器140(在此为诸如e26或e27的螺纹爱迪生连接器)将灯连接到电插座(未示出)。
36.在本发明的上下文中，并且如图2和图3所示，led灯丝110被限定为提供led灯丝光，并且包括优选地以线性阵列布置的多个发光二极管(led)360。led灯丝110可以具有长度l和宽度w，其中l》5w。led灯丝110可以以诸如图1a和图1b中的直线配置、或者以诸如图1c中所示的弯曲配置、2d/3d螺旋或盘旋、或曲折的非直线配置来布置。
37.优选地，led 360布置在细长载体上，例如基板300，其可以是刚性的(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)。请注意，在本文中，术语“载体”和“基板”可以互换使用，并且除非另有说明，意在暗示相同的含义。
38.刚性材料的载体300可以提供led灯丝110的更好的冷却，这意味着由led110产生的热可以由刚性基板300散发。
39.由于柔性，柔性材料的载体300可以提供用于设计led灯丝110的美观的形状自由度。
40.应当注意，与刚性材料相比，薄的柔性材料(例如箔)的热管理通常可能更差。然而，另一方面，具有刚性材料作为基板300会限制led灯丝110的形状设计。
41.其中布置有led 360的线性阵列可以在细长基板300的方向上。线性阵列优选为n
×
m个led 360的矩阵，其中n＝1(或2)，并且m至少为10，更优选至少为15，最优选至少为20，例如至少为30或36个led 360。
42.载体300可包括第一主表面310和相对的第二主表面320。在载体300包括第一主表面310和相对的第二主表面320的情况下，led360布置在这些表面中的至少一个上。在图2b和图2c的侧视示意图中，led 360分别位于载体300的第一主表面310上以及第一主表面310和第二主表面320两者上。
43.载体300可以是反射的或透光的，例如半透明的并且优选透明的。透射基板可以由例如聚合物、玻璃、石英等构成。
44.光透射基板的优点可以是从led 360发射的光可以传播通过基板300，导致基本上全方向的光发射。
45.对于透射基板，封装物370可以设置在灯丝110的两侧。这在图2b和图2c的侧视图中示出。封装物370可以包括发光材料和/或光散射材料。
46.可替换地，载体120可以是反光的。在该实施例中，由led 360发射的光被反射离开其上布置有led 360的基板(310和/或320)的表面，从而阻碍光传播到灯丝基板300。
47.led灯丝110可以包括至少部分地覆盖多个led 360的封装物370。分别如图2b和图2c以及图2d所示，封装物370还可以至少部分地覆盖第一主表面310或第二主表面320中的至少一者，或两个主表面310，320。封装物370可以是柔性的聚合物材料，例如硅树脂。
48.此外，led 360可以被安排用于发射例如不同颜色或光谱的led光。例如，led 360可以发射具有不同色温的白光，或者可替代地或同时地，led 360中的至少一些可以是具有红(r)361，绿(g)362和蓝(b)363led的组365。图3a和图3b示出了后者的两个实施例。每组中的红色led 361，绿色led 362和蓝色led 363可以布置成图3a中所示的组365，或者如图3b中所示的在led灯丝110的纵向方向上一个接一个地布置。
49.从rgb led发射的光可以混合以提供具有冷或暖色温度的白光。可替换地，封装物370可以包括发光材料，其被配置为将led光至少部分地转换为转换光。发光材料可以是磷光体，例如无机磷光体和/或量子点或棒。第一led组可以不包括具有发光材料的公共和/或连续封装物。第二led组可以包括蓝色和/或uvled，其可以覆盖有发光材料，例如磷光体或无机磷光体，例如yag，luag，ecas和/或ksif。
50.根据本发明，第一led组指的是发光器件中的所有被包围(encompassed)的led。更好地说，第一led组的led可以是连续定位的具有公共led灯丝的led，或者在公共led灯丝的不同部分上，或者可替换地，它们可以是来自发光器件内的几个led灯丝的led。
51.因此，以类似的方式，第二led组指的是发光器件的所有未被包围(non-encompassed)的led；它们是公共led灯丝的连续或分离的led，或来自发光器件内的几个led灯丝。
52.至少一个led灯丝110中的至少一个led被散射元件120封装。回到图1，在图1a中，多个散射元件120封装连接灯丝的led灯丝110的末端部分；点a和b。由于多个灯丝110在这些点a和b处交叉，从灯100的这些点a和b发射的光的强度将比灯丝110的其余部分高得多。散射元件120将有助于通过散射使从灯100发射的光更均匀，因此降低从其包围的部分发射的光的强度，使得离开散射元件120的散射光的所得强度将更接近于从led灯丝110的非包围部分所发射的光的强度。
53.通过诸如张拉(stringing)或夹紧的方法将光散射元件120放置在led灯丝110上。例如，可以是：光散射元件120从一侧仅具有一个孔，使得它可以附着到灯丝110的末端部分。可替换地，光散射元件120可以具有两个分离的孔，其可以贯穿散射元件120的整个主体而是连续的，或者是非连续的，用于分别连接两个led灯丝110，或者张拉一个led灯丝110。可替换地，光散射元件120可以具有两个以上的孔，例如三个或四个或更多。
54.图1b示意性地示出了本发明的另一实施例，其中led灯丝110和散射元件120的位
置与先前实施例不同。在图1b中，散射元件位于单个led灯丝110的自由端点e，以及灯丝连接到电连接器140的点g。在点e和g处，与灯丝110的其余部分相比，从led灯丝110发射的光的强度可以较低。将散射元件120定位在这些点处可以有助于使从灯100发射的全部光更均匀。在诸如点e的点处，类似于上述实施例，这可以通过散射来实现，从而降低从多个led灯丝110的端部115发射的光的总强度。散射元件120还可以帮助平滑从led灯丝110的末端部分115散布的光的陡度。在点g和类似位置处，散射元件包围单个led灯丝110的末端部分115，通过散射降低从末端部分115发射的光的陡度来实现均匀性或均质性。
55.图1c是本发明的另一个实施例，其包括一个具有螺旋形状的灯丝110。如上所述，螺旋形灯丝110可以是柔性材料，其提供柔性。它也可以是预模制为螺旋形状的刚性细丝110。芯柱150将螺旋灯丝110的端点z连接到电连接器140。在该实施例中，在螺旋灯丝110的每个弯曲(点x)处设置散射元件120。同样，在这些弯曲点x处，发射光的强度可以不同于灯丝的其余部分，即更高。将散射元件120放置在这些弯曲点x处可以帮助漫射从灯丝110的该部分发射的光，以获得来自灯100的更均匀的总体光分布。
56.散射元件120，220可以具有球形形状(如图1a，图1b和图1c所示的)，或者可以具有图4所示的圆柱形形状，其位于led灯丝110的一部分中，或者具有任何其它几何形状。
57.在图4所示的实施例中，类似于图1c，灯丝110是螺旋灯丝。圆柱形散射元件220可以定位成覆盖连接螺旋灯丝110的端点z的芯柱150(图4中未示出)。在一些实施例中，也可以是：灯丝110至少部分地在散射元件220内延续。在这种情况下，芯柱150可以更短，或者在灯丝110继续穿过散射元件220的整个长度的情况下，芯柱150可以不存在。在任一情况下，如果散射元件220覆盖芯柱，则由于电接触将隐藏在光散射元件220内，所以散射元件220可以提供更好的美观性。图4中的圆柱形光散射灯丝可以是芯柱150。该实施例将提供更少的所需接线的益处。
58.散射元件的两个不同的实施例，即球形实施例120和圆柱形实施例220分别从图5和图6中的侧视图和横截面图展示。散射元件120，220包括围绕透明体积228的光散射壳体222，至少一个led灯丝110的一部分定位在透明体积228中。
59.壳体222可以具有一定的厚度t，和/或包括一层或多层具有不同反射率的不同材料。注意，散射壳体222的厚度t不必贯穿其整体上相等。
60.透明体积228可以具有最大尺寸d。在诸如球体的对称透明体积228的情况下，透明体积228的所有三个维度将是相等的，这将是图5中的围绕式球形壳体222的内径。在非对称内部容积228的情况下，例如圆柱体，至少一个尺寸将大于其它尺寸。这将是图6中的圆柱体的纵轴。注意，透明体积228的形状不需要遵循围绕式壳体的整个外表面224，因此不需要遵循散射元件120，220的外部形状。壳体222的厚度t可以比透明体积228的最大尺寸d的0.5倍小，优选比0.3倍小，更优选比0.1倍小。例如，在图5b中，壳体222的厚度t约为内部体积228的直径(最大尺寸)d的0.2倍。
61.此外，透明体积228的最长尺寸d可以优选地比每个led灯丝的最长尺寸(图2a中的l)的0.5倍小，并且最优选地比每个led灯丝的最长尺寸的0.3倍小。
62.透明体积228可以具有不同于壳体222的折射率。
63.壳体222可由在彼此之上沉积的多个层组成。在这种情况下，限定光散射元件120，220的形状的外表面224将是构成壳体222的最外层。
64.可替换地，壳体222可由芯、内部材料和沉积在该芯材料的外侧上的一层或多层组成，这些层的最外层也将限定壳体222的外表面224。后一实施例的另一替代方案是一个或多个层沉积在壳体的内侧上的情况。在这种情况下，最内层将限定壳体222的内表面226。可替换地，可以在壳体222的芯材料的内侧和外侧两者上沉积涂层。
65.在一些实施例中，壳体222的一个或多个层可以由半反射材料制成，或者涂覆有半反射涂层。在这种情况下，光在离开光散射元件120，220的外表面224之前可以被反射多次。在这种情况下，半反射材料的反射率将在光线在离开之前在光散射元件120，220的厚度t内在内部反射的平均次数中起重要作用。这又将影响从灯丝110的包围部分发射的光将被漫射到什么程度。作为一般的经验法则，壳体222的厚度t内的散射事件的数量越高，离开光散射元件120，220的壳体222的外表面224的光的耗散越高。
66.可以使得光散射元件120，220的壳体222的外表面224和/或内表面226由基质材料和反射材料限定，使得反射材料可以嵌入基质材料中。基质材料可以是透光的，或半透明的，或半反射的。在反射性的情况下，基质材料的折射率可以不同于半反射材料的折射率。在这种情况下，传播通过基质材料的光可以与传播通过半反射材料时不同地被散射。
67.在一个实施例中，基质材料可包括聚合物材料。该聚合物材料可以是透光的，半透明的或半反射的。
68.在其它实施例中，壳体222的芯材料可包括半反射材料。
69.散射元件120可以由诸如具有光散射颗粒(例如baso4，tio2和/或al2o3)的聚合物基体的材料和/或来自壳体222的外表面224和内表面226中的一者或两者的粗糙化或结构化表面构成。
70.半反射材料的反射率可以在30－80％的范围内，优选为35－70％，最优选为40－60％。在这种情况下，取决于半反射材料的反射率，从光散射元件120，220内的led灯丝110的部分发射的光可以在不经历任何反射的情况下传播通过光散射元件120，220并从光散射元件120，220离开，而所发射的光的一部分可以在离开光散射元件120，220之前经历一次或多次反射。作为包括半反射材料的壳体222的结果，光散射元件可以用作混合室，其中由led灯丝110的包围部分发射的光被混合。在壳体222的内表面226是仅有的具有半反射材料的部分的情况下，光散射元件120，220的透明体积228将充当混合室。这是由于这样的事实，即在光最终通过内表面226传播到壳体222的厚度t中，并最终离开光散射元件120，220的外表面224之前，光将经历从内表面226返回到透明体积228中的多次反射。
71.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，许多修改和变化是可能的。例如，在灯泡中可以有任何其它数量的led灯丝，并且散射元件可以以任何数量的方式布置，而仍然实现本发明。
72.此外，通过研究附图、公开内容和所附权利要求，本领域技术人员在实践所要求保护的本发明时可以理解和实现所公开实施例的变型。在权利要求中，词语“包括”不排除其他元件或步骤，并且不定冠词“一”或“一个”不排除多个。在相互不同的从属权利要求中叙述某些措施的仅有事实并不表示不能有利地使用这些措施的组合。