高辐射LED灯丝的制作方法

本实用新型涉及LED照明技术领域，特别是涉及一种高辐射LED灯丝。

背景技术：

目前的灯丝灯光源的基本形式是把几十颗LED串联封装在一个长条型的导热基板101上，导热基板101的材质一般为透明陶瓷或不透明金属，当采用透明陶瓷作为导热基板101时，考虑到蓝光泄漏问题，必须根据LED所需色温参数及芯片波段确定好荧光粉型号，然后将其与硅胶或亚克力树脂混合后形成浅黄色荧光胶102，将荧光胶102涂于已集成式焊接好的LED蓝光芯片上，这样可直接将蓝光转换为白光。将制备好的LED灯丝安装在铜丝支架上，并一起放置于充满了高导热气体103(如氢和氦的混合气体)的透明或半透明密封泡壳内(通常是玻璃)，辅以外置的恒流控制电源，就组成了LED灯丝灯，如图1所示。灯丝灯的形态和传统的钨丝灯很接近，制作工艺有和传统灯泡类似，作为一个新型节能光源非常为市场所看好。

但目前的灯丝灯实际应用功率都较小，一般为2～8W，主要的瓶颈就与其有限的散热能力有关。LED的工作结温的期望值是在100℃以下，实际的光电转换效率应该在30％以下，即有大于70％的多余热能量是需要传输出去才能使其正常工作。所以LED照明应用中的散热功能是非常关键的技术。

LED灯丝的散热主要是通过高导热气体分子的对流，把灯丝表面的热能带到玻璃泡壳的内壁，再由泡壳玻璃表面的辐射来实现降温的。其主要的散热方式为：气体散热、直接传导散热及辐射散热。

在泡壳中增加高散热性能气体的含量(如增大氢气的比例)和浓度，可以增加气体散热性能，在一定程度上提升光电转换效率，但是收效甚微，无法从根本上解决散热问题。

LED的光谱相对较窄，没有红外辐射部分，传热途径基本仅限于接触传导，而灯丝的直接传导散热能力是很有限的，仅有灯丝两端的金属导体和连接的铜丝支架可以实现热传导，但铜丝支架一般是安装在一个绝缘的玻璃体上，本身也是主要依赖壳内的气体对流来实现散热，所以其温度差很小，热传导的能力也非常小。

目前灯丝的热辐射能力也非常有限。陶瓷导热基板灯丝表层的荧光涂层使陶瓷导热基板本身的辐射热无法传递出去，更严重的是这些辐射热会被荧光涂层吸收而导致荧光表面层的温度上升，带来更不理想的应用效果。而金属基的灯丝灯表面是直接暴露在外，可以借壳内环境的气体对流通过表面散热，所以金属基的灯丝散热要较陶瓷基的要更优一些。为了考虑光反射及工艺简化的要求，金属基一般采用高光洁度的银镀层，如图2所示，采用金属铁层104和金属镍层105两层结构作为金属基，金属铁层104和金属镍层105的一个表面贴合，另一表面镀上光洁的银镀层，LED灯106黏着于一裸露的银镀层1071表面，另一裸露的银镀层1072表面作为散热面。但是光洁的银镀层的热辐射系数非常小，表面热辐射系数(emissivity)定义最高为1，最差为0，那么光洁的银镀层的热辐射系数只有0.02-0.05，这样就导致导热基板的辐射能力非常差。所以目前金属基灯丝的热辐射散热能力也非常差，虽然金属基灯丝背面有较大的辐射面积，其辐射散热对灯丝灯系统散热的贡献微乎其微。

此外，还可以通过增加泡壳的辐射表面积(采用大的泡壳)或增大LED灯丝的表面积以提高气体分子碰撞的概率(加粗灯丝)等方式提高LED灯丝的散热性能，但是效果均不理想。

因此，如何从根本上提高LED灯丝的散热性能，进而提高LED灯丝灯的功率已成为本领域技术人员亟待解决的问题之一。

技术实现要素：

鉴于以上所述现有技术的缺点，本实用新型的目的在于提供一种高辐射LED灯丝，用于解决现有技术中LED灯丝的散热问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本实用新型提供一种高辐射LED灯丝，所述高辐射LED灯丝至少包括：

一导热基板，所述导热基板的第一表面上固定有多个串联的LED灯，与所述第一表面相对的第二表面上形成有高辐射材料层；所述高辐射材料层与所述第二表面通过化学键形式连接。

优选地，所述化学键包括金属键、离子键、共价键。

优选地，所述高辐射材料层通过气相表面反应、电镀、物理溅射、离子注入、化学气相沉积、物理气相沉积或高温烧结的方式形成。

优选地，所述高辐射材料层的热辐射系数不小于0.5。

优选地，所述高辐射材料层包括：镍铬铁合金、镍铬铁合金的氧化物、镍铬合金的氧化物、铁的氧化物、镍的氧化物、青铜、铸铁、白陶瓷、铜的氧化物、铅的氧化物、钢、钢的氧化物或铝的氧化物。

优选地，所述导热基板的材质为金属、陶瓷、玻璃、蓝宝石、氮化铝或石英。

优选地，所述导热基板包括一层导热材料或多层不同的导热材料。

优选地，所述LED灯为正装LED芯片；各正装LED芯片通过接着剂固定于所述导热基板上，以焊线连接各正装LED芯片表面的焊板实现各正装LED芯片的串联。

优选地，所述LED灯为倒装LED芯片；通过底部的表面焊盘直接焊接在所述导热基板上，由所述导热基板上的印刷连接线实现串联连接。

更优选地，所述第一表面设置有一表面光洁的反光层。

优选地，所述LED灯为倒装LED芯片；所述导热基板的第一表面设置有一绝缘材料层，所述绝缘材料层上印刷有金属连线，各倒装LED芯片通过底部的焊板与所述金属连线连接实现串联连接。

更优选地，所述绝缘材料层的表面设置有一表面光洁的反光层。

优选地，所述高辐射材料层的裸露面为不平整的非光洁表面。

如上所述，本实用新型的高辐射LED灯丝，具有以下有益效果：

本实用新型的高辐射LED灯丝在导热基板的暴露面通过机械加工或者化学、物理形式的工艺形成和导热基板通过化学键连接的具有高热辐射系数的表面层，不涵盖通过外置敷加高辐射系数材料涂层而覆盖形成的表面，使热辐射成为LED灯丝的有效散热途径，从而提高灯丝的散热能力并适应于更大功率的实际应用。

附图说明

图1显示为现有技术中的LED灯丝灯的结构示意图。

图2显示为现有技术中的金属基LED灯丝的结构示意图。

图3显示为本实用新型的高辐射LED灯丝的正装结构示意图。

图4显示为本实用新型的高辐射LED灯丝的倒装结构示意图。

元件标号说明

101 导热基板

102 荧光胶

103 高导热气体

104 金属铁层

105 金属镍层

106 LED灯

1071～1072 银镀层

1 LED灯

2 导热基板

3 高辐射材料层

4 反光层

5 接着剂

6 焊板

7 焊线

8 绝缘材料层

9 金属连线

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本实用新型的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本实用新型的其他优点与功效。本实用新型还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本实用新型的精神下进行各种修饰或改变。

请参阅图3～图4。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本实用新型的基本构想，遂图式中仅显示与本实用新型中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。

如图3～图4所示，本实用新型提供一种高辐射LED灯丝，所述高辐射LED灯丝包括：

LED灯1、导热基板2、高辐射材料层3以及反光层4。

所述LED灯1固定于所述导热基板2的第一表面。

具体地，如图3所示，作为本实用新型的一实施方式，所述LED灯1为正装LED芯片，进一步，为了提高光的反射光效率，在所述导热基板2的第一表面镀上一层表面光洁的反光层4，使得所述LED灯1及所述导热基板2之间形成高反光率材料层以提高光的反射光效率。在本实施例中，所述反光层4的材质优选为银。各正装LED芯片通过接着剂5固定于所述反光层4上，各正装LED芯片的表面设置有焊板6，通过焊线7将多个正装LED芯片串联在一起，以形成光源。

具体地，如图4所示，作为本实用新型的另一实施方式，所述LED灯1为倒装LED芯片，所述导热基板2的第一表面设置有一绝缘材料层8，所述绝缘材料层8上印刷有金属连线9，各倒装LED芯片通过底部的焊板6与所述金属连线9连接实现串联连接。为进一步提高光的反射光效率，所述绝缘材料层8的表面设置有表面光洁的反光层4，所述反光层4可通过涂刷反光油形成。

如图3～图4所示，所述导热基板2用于承载所述LED灯1，并进行热量的传递。

具体地，如图3～图4所示，所述导热基板2的材质包括但不限于金属(单质金属或合金)、陶瓷、玻璃、蓝宝石、氮化铝或石英，在本实施例中，所述导热基板2为单一金属层，在实际使用中，所述导热基板2可以是多层不同材质的导热材料，不以本实施例为限。

如图3～图4所示，所述高辐射材料层3形成于所述导热基板2的第二表面，所述第二表面与所述第一表面相对。所述高辐射材料层3将所述导热基板2传导过来的热量通过所述高辐射材料层3裸露的背面辐射到外部气体中，进而实现散热以减小温度对LED灯的工作电压及工作电流的影响。

具体地，所述高辐射材料层3与所述导热基板2通过化学键形式连接，所述化学键包括但不限于金属键、离子键、共价键。本实用新型不包括通过简单粘连或涂覆的方式将所述高辐射材料层3覆盖于所述导热基板2的第二表面。

更具体地，所述高辐射材料层的形成方式包括但不限于气相表面反应(如氧化)、电镀、物理溅射、离子注入、化学气相沉积、物理气相沉积或高温烧结。

具体地，所述高辐射材料层3的热辐射系数不低于0.5。在本实施例中，所述高辐射材料层3的材质包括但不限于镍铬铁合金、镍铬铁合金的氧化物、镍铬合金的氧化物、铁的氧化物、镍的氧化物、青铜、铸铁、白陶瓷、铜的氧化物、铅的氧化物、钢、钢的氧化物或铝的氧化物。任意能通过机械加工或者化学、物理形式的工艺形成的，且和所述导热基板2通过化学键连接的具有高热辐射系数的材料均适用于本实用新型的高辐射材料层3，在此不一一列举。

具体地，为了进一步提高所述高辐射材料层3的辐射系数，将所述高辐射材料层3的裸露面通过表面加工的方式形成不平整的非光洁面，以增加所述高辐射材料层3的表面积。在本实施例中，所述表面加工的工艺包括但不限于喷砂、磨削、压印。

实施例一

采用金属铁或铁合金作为所述导热基板2，将所述导热基板2置于氧化环境中，通过氧化形成铁的氧化物，进而提高辐射系数。在本实施例中，形成的铁的氧化物以四氧化三铁为例，其辐射系数大于0.74。

实施例二

采用金属铁作为所述导热基板2，在所述导热基板2的第二表面通过离子注入方式依次注入镍离子和铬离子以形成具有高辐射系数的镍铬铁合金表面，所述镍铬铁合金的辐射系数大于0.8。

实施例三

采用310奥式体不锈钢(其化学式为Ni20Cr25Fe55)作为所述导热基板2，在所述导热基板2的第二表面进行高温氧化处理，以得到镍铬铁合金的氧化物，其辐射系数可达0.97。在同样的表面积条件下，相较于现有技术中的LED灯丝，其辐射性能提高了30～50倍。

实施例四

采用任意金属作为所述导热基板2，在所述导热基板2的第二表面涂釉并进行高温烧结以形成白陶瓷表层，其辐射指数大于0.78。

实施例五

在所述导热基板2上形成可处理的表面层，再进行氧化处理形成较理想的高辐射表面。

具体地，在原A3003普通钢基板的背面镀上几十微米的镍金属，通过滚压的方式在镍金属表面形成微米级的凹凸不平整面，以提高表面积，然后通过氧化工艺形成粗糙的氧化镍表面层。氧化镍的辐射系数维持在0.85～0.9，经过表面粗糙后可以更进一步地提高灯丝的有效辐射能力。

以上的实施例经作为示例，可以基于本实用新型所揭示的原理引伸至不同材料的应用，在此不一一赘述。

如上所述，本实用新型的高辐射LED灯丝，具有以下有益效果：

本实用新型的高辐射LED灯丝在导热基板的暴露面通过机械加工或者化学、物理形式的工艺形成和导热基板通过化学键连接的具有高热辐射系数的表面层，使热辐射成为LED灯丝的有效散热途径，从而提高灯丝的散热能力并适应于更大功率的实际应用。

综上所述，本实用新型提供一种高辐射LED灯丝，至少包括：一导热基板，所述导热基板的第一表面上固定有多个串联的LED灯，与所述第一表面相对的第二表面上形成有高辐射材料层；所述高辐射材料层与所述第二表面通过化学键形式连接。本实用新型的高辐射LED灯丝在导热基板的暴露面通过机械加工或者化学、物理形式的工艺形成和导热基板通过化学键连接的具有高热辐射系数的表面层，使热辐射成为LED灯丝的有效散热途径，从而提高灯丝的散热能力并适应于更大功率的实际应用。所以，本实用新型有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本实用新型的原理及其功效，而非用于限制本实用新型。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本实用新型的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本实用新型所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本实用新型的权利要求所涵盖。