一种具有4π发光板的电源内置型LED灯的制作方法

本实用新型涉及到照明技术领域，特别是涉及一种具有4π发光板的电源内置型LED灯。

背景技术：

19世纪钨丝白炽灯的出现带领全世界走进了人工照明时代。自20世纪出现革命性的新光源—LED，凭借着节能环保，寿命长等优点迅速走红照明市场，LED成了未来主流的照明光源，广泛应用于商业照明，工业照明，户外照明等。但是以往的LED光源，像插件LED、贴片LED、COB（Chip On Board，板上芯片封装）、集成大功率等LED灯珠，在不加透镜之类的光学器件情况下，都只能是平面光源。

2008年，日本牛尾光源推出以白炽灯原型配置LED灯丝的灯泡式灯具。“LED灯丝灯”的出现真正的实现了360度全角度发光立体光源，满足客户全视角发光需求，带来前所未有的照明体验且更加节能。自日本牛尾光源率先推出并量产，以LED灯丝为光源的蜡烛灯、灯泡壳等产品在市场上逐渐受到愈来愈多消费者的青睐。

现有的LED灯一般采用4π发光的LED发光条密封在充有气体的泡壳中，并将驱动器装在灯头中。其4π发光的LED发光条通常为条状的透明基板，其上分布4π发光的LED芯片，并用荧光粉层包裹以实现4π发光。

然而，现有的LED灯存在着以下问题，制约了LED灯的进一步发展。

一是散热问题。LED灯的热量主要由LED芯片及驱动电路的功率器件产生。现有技术的LED灯一般用低压大电流的功率型LED，一个LED芯片一个PN结，工作电流大到0.35A甚至几A，1W至几W或更大的电功率集中在1至几平方毫米的芯片上，而其外量子效率仅仅只有约30%，加上注入电子和产生的光子的能量差、PN结产生的光子和最后出射的光子的能量差，有约70%的电功率将转变成热，如何把这大量的热散发掉一直是LED灯丝灯的关键难题之一。LED是半导体器件，其PN结的结温升高、将导致发光效率迅速下降、甚至烧毁PN结，且随着温度升高，用于包裹LED芯片的硅胶将会出现龟裂问题，直接影响LED灯丝灯的使用寿命。

对于单个LED而言，如果热量集中在尺寸很小的芯片内而不能有效散出，则会导致芯片温度升高，引起热应力的非均匀分布、芯片发光效率和荧光粉激射效率下降。研究表明：当温度超过一定值，器件的失效率将呈指数规律攀升，元件温度每上升2℃，可靠性下降10%。为了保证器件的寿命，一般要求PN结结温在110℃以下。随着PN结的温升，白光LED器件的发光波长将发生红移。统计资料表明：在100℃的温度下，波长可以红移4~9nm，从而导致YAG荧光粉随着温度升高，导致荧光粉的非辐射增加，转换光能量减少，使得转换效率下降，总的发光强度会减少，白光色度变差。在室温附近，温度每升高1℃，LED的发光强度会相应地减少1%左右。

二是电源效率低的问题。现有的LED灯采用交流电源供电，而LED是一个具有PN结结构的半导体器件，具有势垒电势，这就形成了导通门限电压，加在LED上的电压值超过这个门限电压时 LED才会充分导通。以市电220V为例，当使用220V市电供电时，由于交流电的电压按照正弦函数规律变化，LED的门限电压为平均电压220V的1.2倍，即260~280V，当电压低于此数值时，LED灯并不会亮，因此其电源效率仅为30%左右。

三是LED灯的频闪问题。如上所述，当电压低于LED的门限电压时，LED灯就不会亮，由此便带来了频闪问题，对人体带来危害。为解决频闪问题，有人在驱动器中加入了滤波电容，解决了频闪问题。但是电容是对温度非常敏感的器件，LED灯内的高温环境会降低电容的使用寿命，进而降低了LED灯的使用寿命。

四是现有的LED灯的驱动器一般放在灯头内，而灯头为导电金属，所以驱动器要套上绝缘套后方可放入灯头，需要手工操作，工序烦琐，效率低，并且由于灯头内的空间狭小，放入驱动器后使得灯头与灯泡壳的粘结空间不够，粘结牢度下降，容易脱落，且粘结需要经过 300 度的高温，这对驱动器中的电子器件的寿命影响大，综合故障率高。

为了解决该问题，也有人将电源内置到灯泡壳内，但是如上所述，驱动器中的电容是对温度非常敏感的器件，而LED灯在工作时，灯泡壳内的温度会很高，容易造成电容损坏，影响LED灯的使用寿命。另一方面，电容的体积也比较大，安装在灯泡壳内部也会造成生产工艺复杂化。

五是现有的LED灯一般采用带有支架的芯柱，所述支架为延伸入灯泡中心的玻璃支架，LED灯丝分散固定在玻璃支架上。LED灯丝是一种精细而微小的工业零件产品，唯有自动化机器生产才能保持它们的一致性、可靠性。因此灯丝衬底基材的生产、引脚和支架的安装、LED灯珠的绑定固晶、金线连接、荧光粉的裹涂等都应在工业化自动生产机器设备中自动完成。现有的LED灯丝一端焊接在支架上端，另一端焊接在芯座下端，焊接点位分为上下两端，且现有LED灯丝一般采用串联或串并联以适应电压的要求，这就需要更多的LED灯丝，焊接点位进一步增加，灯芯组装更加复杂。

综上所述，为使LED灯能得到进一步的发展，现有技术还有待于进一步的改进和发展。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于解决现有技术中存在的上述问题和缺陷的至少一个方面。相应地，本实用新型的目的是提供一种散热性能优异、生产工艺简单、无频闪、电源效率高、使用寿命长的4π发光的LED灯。

为解决上述问题，本实用新型的技术方案如下：

一种具有4π发光板的电源内置型LED灯，包括灯泡壳、带有排气管的芯座、电容器、灯头以及一个4πLED发光板；所述灯泡壳与芯座真空密封形成真空密封腔体，所述真空密封腔体内设有高导热率气体；所述4πLED发光板位于真空密封腔体内部，通过至少两根金属线固定在芯座上，所述4πLED发光板包括板式基板以及设置在所述板式基板上的驱动器和若干个LED芯片，所述板式基板为透明的，所述驱动器与LED芯片电连接，所述LED芯片相互串联或串并联连接，所述4πLED发光板的正反两面设置有荧光胶层，所述荧光胶层包含折射率大于1.4且热辐射率大于0.8的热辐射材料；所述电容器设置在真空密封腔体外所述灯头内，通过所述金属线与所述驱动器电连接。

进一步地，所述板式基板为矩形基板、方形基板、圆形基板、椭圆形基板或不规则形状基板中的任一种，所述板式基板为透明的玻璃基板、透明或半透明的陶瓷基板中的任一种。

进一步地，所述板式基板为垂直摆放、水平摆放或倾斜摆放。

进一步地，所述LED芯片设置在所述4π发光板的一面或两面。

进一步地，所述金属线的数量为2根或4根。

进一步地，所述荧光胶层包括荧光粉、热辐射材料以及胶体，所述热辐射材料的质量占所述荧光胶层总质量的0.5~10%；所述荧光粉的质量占所述荧光胶层总质量的25~45%；所述胶体的质量占所述荧光胶层总质量的45~74.5%。

进一步地，所述热辐射材料折射率由云母粉、氮化硼、氧化铝、氧化硅或氟化钙中的一种或多种组成，也可由云母粉与氮化硼、氧化铝、氧化硅或氟化钙中的一种或多种共价键结合而成。

进一步地，所述灯泡壳为红外透射率大于0.8的硅酸盐系玻璃泡壳。

进一步地，所述驱动器还包括驱动器壳体和驱动电路；所述驱动电路位于驱动器壳体的内部，所述驱动电路为阻容降压电源、线性恒流电源或开关恒流电源中的任一种。

进一步地，所述灯泡壳采用A型泡壳、G型泡壳、PAR型泡壳、T型泡壳、烛型泡壳、P型泡壳、PS型泡壳、BR型泡壳、ER型泡壳或BRL型泡壳；所述灯头采用E12型、E14型、E27型、E26型、E40型、GU型、BX型、BA型、EP型、EX型、GY型、GX型、GR型、GZ型或G型。

本实用新型的有益效果包括：

安全可靠，寿命长。本实用新型提供的一种具有4π发光板的电源内置型LED灯，将驱动器设置在4πLED发光板上并均放置在密封的泡壳体内，由于高工作电压被隔离在泡壳内，其安全、可靠，克服了现有LED灯泡散热器容易带高压电，不安全的问题；驱动器放置在空间较大的泡壳体内，不影响灯头与泡壳体的粘结，从而使灯头与泡壳体的粘结与传统白炽灯的粘结相同，可以使用机器进行组装，大大提高了生产效率，也可保障驱动器的电子器件寿命。而且驱动器和LED灯丝均密封在充有惰性气体的泡壳中，也可以避免周围环境的水汽等的影响，使用寿命长。

生产效率高。本实用新型采用4πLED发光板，在透明的板式基板上设置以串联或串并联的方式电连接的若干个LED芯片，实现360度全方位发光，可以集成多数量的LED，焊接点少，简化生产工艺，大大提高了生产效率。而现有的采用发光条的LED灯，每个发光条上摆放的LED芯片数量有限，只能用多条发光条进行组合，每条发光条两端都需要焊接，生产工艺复杂。

散热效果好。针对驱动器以及LED芯片产生的散热问题，本实用新型在4πLED发光板的正反两面设置有荧光胶层，所述荧光胶中结合热辐射材料，可以直接将LED芯片及荧光胶产生的热量转换成2~20μm的红外波，再透过红外透射率大于0.8的硅酸盐系玻璃泡壳透射到周围环境中，无需额外设置散热装置或喷涂散热涂层，且散热性能良好；而且，灯泡壳内的高导热率气体还可以通过气体对流将热量传导到玻璃泡壳上，进而传导到周围环境中，多方位实现散热。

电源利用率高。本实用新型的驱动器还与电容器连接，当整流电压高于电容电压时电容充电，当整流电压低于电容电压时电容放电，使输出电压基本稳定，由此利用电容滤波特征来提高电源利用率，而且本实用新型是将电容器设置在真空密封腔体外所述灯头内，解决了电容在高温环境下易损坏问题，提高电容使用寿命，在提高电源效率的同时还解决了频闪问题。

附图说明

图1为根据实用新型的一个实施例的具有4π发光板的电源内置型LED灯的结构示意图。

图2根据实用新型的又一个实施例的具有4π发光板的电源内置型LED灯的结构示意图。

图3为电源内置型4πLED发光板的结构示意图。

图4为电源内置型4πLED发光板的侧面结构示意图。

图5为4πLED发光板的剖面结构示意图。

图6为本实用新型的具有4π发光板的电源内置型LED灯的电路原理图。

图7为本实用新型的具有4π发光板的电源内置型LED灯的结构原理图。

附图标记说明：1、灯泡壳；2、芯座；3、电容器；4、灯头；5、4πLED发光板；6、高导热率气体；7、金属线；21、排气管； 51、LED芯片；52、板式基板；53、电连接线；54、荧光胶层；55、驱动器。

具体实施方式

下面详细描述本实用新型的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接或可以相互通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

下文的公开提供了许多不同的实施方式或例子用来实现本实用新型的不同结构。为了简化本实用新型的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本实用新型。此外，本实用新型可以在不同例子中重复参考数字和/或参考字母，这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施方式和/或设置之间的关系。此外，本实用新型提供了的各种特定的工艺和材料的例子，但是本领域普通技术人员可以意识到其他工艺的应用和/或其他材料的使用。

图1为根据本实用新型的具有4π发光板的电源内置型LED灯的一个实施例。所述具有4π发光板的电源内置型LED灯，包括灯泡壳1、带有排气管21的芯座2、电容器3、灯头4以及一个4πLED发光板5。在实际应用中，灯泡壳1与芯座2接合位置处利用高温加热处理将二者熔封，构成真空密封腔体，其工艺与传统的白炽灯的熔封工艺相同，在此不再赘述。在密封时，经排气管21把真空密封腔体抽真空后，充入高导热率气体6。高导热率气体6为氦气或氢气，或氦气与氢气的混合气体，其气体压力为在室温下50-1520 Torr之间的任意一值，容易形成有效的对流散热，把4πLED发光板5工作时产生的热量带走，进一步地，各元器件被氦气等惰性气体保护且被真空密封，因此完全不受周围环境中水汽的影响，使得LED使用寿命更长。

在实际应用中，参见图1或图2，排气管21位于芯座2的内部，排气管21的末端口设有熔封头。

在实际应用中，芯座2并没有现有技术中用于固定LED灯丝的狭长的延伸入灯泡壳内部的支柱或支架，4πLED发光板5的固定点均在芯座2上端的同一平面上。在进行灯芯组装工艺时，4πLED发光板5可通过金属线7直接焊接在芯座2上端，焊接点位少，简化了生产工艺。在实际应用中，金属线7可以是两根或四根，在本实施例中，金属线为四根，使得4πLED发光板5在芯座2上的固定更牢固。优选地，金属线7可采用硬体金属，以加强其机械强度，保证4πLED发光板5固定的稳定性。

如图1所示，4πLED发光板5位于真空密封腔体内部，通过金属线7固定在芯座2上，4πLED发光板5包括透明的板式基板52。优选地，板式基板52可以垂直摆放、水平摆放或倾斜摆放。在本实施例中，板式基板52为垂直摆放。优选地，板式基板52可以为矩形基板、方形基板、圆形基板、椭圆形基板或不规则形状基板中的任一种，在本实施例中，板式基板52为矩形基板。进一步地，板式基板52为透明的玻璃基板或透明的陶瓷基板，也可以是半透明的陶瓷基板，设置在板式基板52上的若干个LED芯片51发出的光向透明基板出射，以实现全方位出光即4π发光，且由于真空密封腔体内部充有高导热率气体6进行快速散热，无需采用能承受LED芯片51产生的高温的材质，本实用新型的透明基板52采用的透明玻璃或透明陶瓷材料较为平价，可大大降低4πLED发光板5的制作成本，在本实施例中，透明基板52为透明的玻璃基板。

如图1所示，4πLED发光板5还包括设置在板式基板52上的驱动器55和若干个LED芯片51。在实际应用中，驱动器55可以包括驱动器壳体和驱动电路，所述驱动电路位于驱动器壳体的内部，所述驱动电路为阻容降压电源、线性恒流电源或开关恒流电源中的任一种，本实施例中，所述驱动电路为线性恒流电源，如图7所示，具体为四个二极管的桥式整流电路。若干个LED芯片51依靠电连接线53以串联或串并联的方式电连接，进一步地，驱动器55与串联或串并联的方式电连接的LED芯片组电连接。如图7所示，所述芯片组再与电容器3并联，利用电容滤波特征提高电源利用率，所述电路原理如图6所示。

如图3所示，驱动器55与LED芯片组电连接依靠荧光胶层54被封装在4πLED发光板5上。如图1所示，电容器3设置在真空密封腔体外的灯头4内，驱动器55与电容器3通过金属线7电连接。在图1所示的实施例中，驱动器55与电容器3通过四根金属线7其中的两根金属线电连接。在实际应用中， LED芯片51为蓝光LED芯片、红光LED芯片、绿光LED芯片、黄光LED芯片、紫光LED芯片中的一种或其任意组合。进一步地，LED芯片51设置在板式基板52的一面或两面，在图1的实施例中，驱动器55与串联或串并联的方式电连接的LED芯片组依靠荧光胶层54被封装在板式基板52的单面上，以较少数量的LED芯片51即可实现360度全方位发光，发光效率高。

如图3所示，所述4πLED发光板5的正反两面设置有荧光胶层54，以保证灯丝全部被荧光粉层包裹不会漏蓝光。进一步地，所述荧光胶层54包括荧光粉、热辐射材料以及胶体，所述热辐射材料的质量占所述荧光胶层总质量的0.5~10%；所述荧光粉的质量占所述荧光胶层总质量的25~45%；所述胶体的质量占所述荧光胶层总质量的45~74.5%。

在实际应用中，其中所述荧光粉为YAG系列黄粉、黄绿粉，或硅酸盐系列黄粉、黄绿粉、橙粉，或氮化物、氮氧化物系列红粉或YAG系列荧光粉、硅酸盐系列荧光粉、氮化物、氮氧化物系列荧光粉的任意组合，所述荧光粉的粒径为5~20um。

在实际应用中，所述热辐射材料折射率大于1.4且热辐射率大于0.8，优选地，由云母粉、氮化硼、氧化铝、氧化硅或氟化钙中的一种或多种组成，也可由云母粉与氮化硼、氧化铝、氧化硅或氟化钙中的一种或多种共价键结合而成，云母粉与其他热辐射材料通过键与键之间的结合方式，具有更加稳定的结构，且云母粉还可以作为良好的分散剂和偶联剂，将热辐射材料与荧光粉均匀地分散到胶体之中。

其中，所述胶体为甲基类有机硅胶或苯基类有机硅胶，例如可以是有机硅胶、环氧树脂、改性环氧树脂、塑料、透明胶、透明漆和聚合物中的一种或多种。由于这类胶与所述玻璃基板或半透明的陶瓷基板的光折射率相近，LED出射光在各介质界面上的光损失很少，因而LED的4π出光率高。

相应的，灯泡壳1为红外透射率大于0.8的硅酸盐系玻璃泡壳，硅酸盐系玻璃泡拥有良好的红外透射率，红外透射率在0.9以上，当热量被转换成红外波时，便可以高效轻松地被传送出去。在实际应用中，根据不同的需求，灯泡壳1可以为透明泡壳、乳白泡壳、磨沙泡壳、有色泡壳、部分表面带有反射层的泡壳、部分表面带有棱镜的泡壳、部分表面带有透镜的泡壳或硅系泡壳。

在实际应用中，根据不同的需求，灯泡壳1可以采用A型泡壳、G型泡壳、PAR型泡壳、T型泡壳、烛型泡壳、P型泡壳、PS型泡壳、BR型泡壳、ER型泡壳或BRL型泡壳；所述灯头采用E12型、E14型、E27型、E26型、E40型、GU型、BX型、BA型、EP型、EX型、GY型、GX型、GR型、GZ型或G型，以适应不同的灯座。如图2或图3所示，这些实施例中的灯泡壳1采用的是A60型号的灯泡壳，为现有灯泡的灯泡壳中的一种。

图2为根据本实用新型的具有4π发光板的电源内置型LED灯的又一个实施例。在本实施例中，板式基板52为水平摆放。优选地，本实施例中，将4πLED发光板5固定在芯座2上的金属线7为四根，以增强水平放置的板式基板52的稳固性。在本实施例中，板式基板52为椭圆形，串联或串并联的方式电连接的LED芯片组与驱动器55依靠荧光胶层54被封装在板式基板52与芯座2相对那侧的反面上，以较少数量的LED芯片51即可实现360度全方位发光。本实施例中的其他设置与图1中的实施例相同。

本实用新型将驱动器55设置在4πLED发光板5上并均放置在密封的灯泡壳1内，由于高工作电压被隔离在泡壳内，其安全、可靠，克服了现有LED灯泡散热器容易带高压电，不安全的问题；本实用新型采用4πLED发光板，在透明的板式基板上设置以串联或串并联的方式电连接的若干个LED芯片51，可以集成多数量的LED，焊接点少，简化生产工艺，大大提高了生产效率；其中所述4πLED发光板5的正反两面设置有荧光胶层54，所述荧光胶中结合热辐射材料，可以直接将LED芯片51及荧光胶层54产生的热量转换成2~20μm的红外波，再透过红外透射率大于0.8的硅酸盐系玻璃泡壳透射到周围环境中，无需额外设置散热装置或喷涂散热涂层，且散热性能良好，灯泡壳1内的高导热率气体还可以通过气体对流将热量传导到玻璃泡壳上，进而传导到周围环境中，多方位实现散热；且本实用新型的驱动器55与电容器3连接，当整流电压高于电容电压时电容充电，当整流电压低于电容电压时电容放电，使输出电压基本稳定，由此利用电容滤波特征来提高电源利用率，而且将电容器设置在真空密封腔体外所述灯头内，解决了对温度非常敏感的电容在高温环境下易损坏问题，提高电容使用寿命，进而提高电源效率并解决LED灯频闪问题。

应当理解的是，本实用新型的应用不限于上述的举例，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进和变换都应属于本实用新型所附权利要求的保护范围。