(19)中华人民共和国国家知识产权局
(12)发明专利申请
(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201810838887.X
(22)申请日 2018.07.27
(71)申请人 五邑大学
地址 529020 广东省江门市蓬江区东成村
22号
(72)发明人 陈毅湛
(74)专利代理机构 广州市红荔专利代理有限公
司 44214
代理人 吴伟文
(51)Int.Cl.
F21V 29/50(2015.01)
F21Y 115/10(2016.01)
(54)发明名称
的方法
(57)摘要
本发明涉及一种用氦气提高LED灯丝灯散热
和发光性能的方法，具体为：向LED灯腔体中充入
50％-90％的氦气，本发明通过向LED灯内充入一
定比例的氦气，由于氦气作为惰性气体，具有很
高的热导系数，从而降低LED灯的结温，以及提高
LED灯的光通量，进而调整LED灯的散热性能和发
光性能，进而控制LED灯的温，以及进一步提高
LED灯的使用寿命。权利要求书1页 说明书4页 附图2页CN 109163317 A 2019.01.08
C N 109163317
A
1.一种用氦气提高LED灯丝灯散热和发光性能的方法，其特征在于：向LED灯腔体中充入50％-90％的氦气。
2.根据权利要求1所述的一种用氦气提高LED灯丝灯散热和发光性能的方法，其特征在于：向LED灯腔体中充入70％-90％的氦气。
3.根据权利要求1所述的一种用氦气提高LED灯丝灯散热和发光性能的方法，其特征在于：向LED灯腔体中充入80％的氦气。
权 利 要 求 书1/1页CN 109163317 A
一种用氦气提高LED灯丝灯散热和发光性能的方法
技术领域
[0001]本发明涉及一种LED技术领域，尤其是一种用氦气提高LED灯丝灯散热和发光性能的方法。
背景技术
[0002]LED灯丝灯的诞生，既迎合了大众对传统灯具的怀旧情怀，也有较高的转化率，一个2W 的B35蜡烛灯就有和25W的白炽灯相同的光通量。诚然LED灯丝灯产业目前还面临着制造成本高和灯具功率做不高的问题的困扰，因为近几年灯丝灯的快速发展，诚然LED灯丝灯产业目前还面临着制造成本高和灯具功率做不高的问题的困扰，但是随着LED灯丝制造工艺、 LED灯丝应用技术、玻璃泡封充气技术、无频闪电源技术等相关领域的深入研究和配套完善， LED灯丝灯和常用LED灯具的差距必然会减少，并且可能在未来在普及度上会超过常用LED 灯具，所以LED灯丝灯是当前最具发展前景的LED灯具之一。
[0003]灯丝一般由芯片、透明支架和荧光粉组成。灯丝的发展根据基体材料的变化经历了三代, 基体材料从透明陶瓷、石英玻璃到蓝宝石。常用基板材料可以分为透明以及非透明材料。透明材料目前市场上为玻璃、蓝宝石、透明陶瓷三种，其三种材料特性各异。玻璃的透光性好，然而散热能力差，导致同等条件下灯丝条的结温普遍高于其他两种材料，不能应用在大功率灯丝灯上。透明陶瓷具有良好的导热能力，然而透光率不高，灯条的光效会不高。蓝宝石因为在透光性和散热性上都有较好的效果，因此它是市场上的较多见的光源。非透明基板常用的材料为金属材料，焊接在不透明基板上的芯片总会有一个方向上的光线会被基板完全吸收，后来改进的工艺是使用有穿孔的基板，利用荧光粉对出射光线的引导功能，让灯丝条产生360°的发光效果，但是某一侧的光线还是比其它方向的光线弱。[0004]A60泡壳是指最大直径为60mm的球型泡壳，以北美的标准又称为A19，理论透过率为 95％，但是因为灯条之间的遮挡和玻璃泡壳自身的吸收，其实际透过率大致为85％。以A60 泡壳制作的产品功率有4W，7W，8W，3款产品的灯条都是以四根灯条串联的方式点焊，在灯头里装有线性驱动，为灯条提供稳定的电流输入，驱动通入的电流4W为13.5mA，7W为 22mA，8W为25mA。A60的产品扩展了B35蜡烛泡等小型灯具所做不到的大功率，同时A60 正常工作所提供的光通量符合大部分公共场所和家庭的照明。论文实验中用到的灯丝条都是与工作企业对应欧标灯丝灯所使用的灯丝条为同款灯丝条，在制作整灯工艺流程上也保持一致，实验灯丝条是正装芯片方式，基板为透明陶瓷基板。4W灯丝灯所用灯丝条尺寸为38mm ×1.5mm，内部有24颗LED芯片串联，7W和8W灯丝灯所用灯丝条尺寸都为50mm×1.8mm，内部有25颗LED芯片串联，而它们之间的差异是内部LED芯片的尺寸大小。
[0005]LED灯丝灯的诞生，既迎合了大众对传统灯具的怀旧情怀，也有较高的转化率，一个2W 的B35蜡烛灯就有和25W的白炽灯相同的光通量。诚然LED灯丝灯产业目前还面临着制造成本高和灯具功率做不高的问题的困扰，因为近几年灯丝灯的快速发展，诚然LED灯丝灯产业目前还面临着制造成本高和灯具功率做不高的问题的困扰，但是随着LED灯丝制造工艺、 LED灯丝应用技术、玻璃泡封充气技术、无频闪电源技术等相关领域的深入研究和配套
完善， LED灯丝灯和常用LED灯具的差距必然会减少，并且可能在未来在普及度上会超过常用LED 灯具，所以LED灯丝灯是当前最具发展前景的LED灯具之一。
[0006]灯丝一般由芯片、透明支架和荧光粉组成。灯丝的发展根据基体材料的变化经历了三代, 基体材料从透明陶瓷、石英玻璃到蓝宝石。常用基板材料可以分为透明以及非透明材料[6]。透明材料目前市场上为玻璃、蓝宝石、透明陶瓷三种，其三种材料特性各异。玻璃的透光性好，然而散热能力差，导致同等条件下灯丝条的结温普遍高于其他两种材料，不能应用在大功率灯丝灯上。透明陶瓷具有良好的导热能力，然而透光率不高，灯条的光效会不高。蓝宝石因为在透光性和散热性上都有较好的效果，因此它是市场上的较多见的光源。非透明基板常用的材料为金属材料，焊接在不透明基板上的芯片总会有一个方向上的光线会被基板完全吸收，后来改进的工艺是使用有穿孔的基板，利用荧光粉对出射光线的引导功能，让灯丝条产生360°的发光效果，但是某一侧的光线还是比其它方向的光线弱。[0007]A60泡壳是指最大直径为60mm的球型泡壳，以北美的标准又称为A19，理论透过率为 95％，但是因为灯条之间的遮
挡和玻璃泡壳自身的吸收，其实际透过率大致为85％。以A60 泡壳制作的产品功率有4W，7W，8W，3款产品的灯条都是以四根灯条串联的方式点焊，在灯头里装有线性驱动，为灯条提供稳定的电流输入，驱动通入的电流4W为13.5mA，7W为 22mA，8W为25mA。A60的产品扩展了B35蜡烛泡等小型灯具所做不到的大功率，同时A60 正常工作所提供的光通量符合大部分公共场所和家庭的照明。论文实验中用到的灯丝条都是与工作企业对应欧标灯丝灯所使用的灯丝条为同款灯丝条，在制作整灯工艺流程上也保持一致，实验灯丝条是正装芯片方式，基板为透明陶瓷基板。4W灯丝灯所用灯丝条尺寸为38mm ×1.5mm，内部有24颗LED芯片串联，7W和8W灯丝灯所用灯丝条尺寸都为50mm×1.8mm，内部有25颗LED芯片串联，而它们之间的差异是内部LED芯片的尺寸大小。
[0008]现有LED灯丝灯拥有几乎和传统白炽灯相同的基本结构，但是其与白炽灯的发光结构部分有本质的不同，白炽灯靠的是钨丝在高温下热辐射发出可见光，而LED灯丝灯是靠LED 芯片和外包荧光粉封装成的灯丝条。但是因为被荧光粉完全包裹，灯丝条在工作时的散热效果变差，散热问题也是制约LED灯丝条功率做大的主要原因。
[0009]现有LED灯的散热方式主要采用散热胶，散热翅片，加宽灯丝条支架、提高灯丝的宽度，和增大灯泡的大小等等方法进行改进。有时单一的散热方式并不会有太好的效果，大功率的灯具甚至需要不止一种散热途径，而这些方式都会增加整灯制作的成本，合理地选择散热方式，而散热效果对大功率LED灯丝灯的发光性能、寿命、室温等影响很大，使所选散热方式能充分发挥其功能，有助于企业减少整灯
制作的成本，提高竞争力。
发明内容
[0010]针对现有技术的不足，本发明提供一种用氦气提高LED灯丝灯散热和发光性能的方法, 本发明通过改变氦气比例，来改善LED灯的散热和发光性能。
[0011]本发明的技术方案为：一种用氦气提高LED灯丝灯散热和发光性能的方法，具体为：
[0012]向LED灯腔体中充入50％-90％的氦气。
[0013]进一步的，向LED灯腔体中充入的氦气为70-90％。
[0014]更进一步的，向LED灯腔体中充入的氦气为80％。
[0015]本发明的有益效果为：本发明通过向LED灯内充入一定比例的氦气，由于氦气作为惰性气体，具有很高的热导系数，从而降低LED灯的结温，以及提高LED灯的光通量，进而调整LED灯的散热性能和发光性能，进而控制LED灯的温，以及进一步提高LED灯的使用寿命。
附图说明
[0016]图1为发明实施例中A60LED灯在不同充氦气量的结温示意图；
[0017]图2为发明实施例中A60LED灯在不同充氦气量的光通量示意图；
[0018]图3为发明实施例中A60LED灯在不同充氦气量的温示意图；
具体实施方式
[0019]下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明：
[0020]本发明提供一种用氦气提高LED灯丝灯散热和发光性能的方法，具体为：[0021]向LED灯腔体中充入50％-90％的氦气，并实时检测LED灯结温以及光通量。[0022]在整个LED灯泡壳内，氦气在流过高温的工作中的LED灯条时，热量会从灯条中传递到氦气中，受热的氦气密度相对周边温度较低的氦气要小，于是膨胀上升，在泡壳处将热量传递到玻璃泡壳中，然后冷却下沉，开始下一个循环，在整个过程中，气体热传导遵循傅里叶定律；
[0023]对流换热是指流体流过固体壁面时会发生能量的交换，并受流体的本身性质和外部因数影响，应用于流体散热时，对流计算如公式如下：
[0024]Q＝hAΔt；
[0025]其中，Q为对流散热量，单位W，h为换热系数，单位为W/m2·℃，A为有效换热面积，单位为m2，Δt为化热表面与流体温差，单位℃；
[0026]由于在流动气体情况下氦气具有低粘性，易变形性等特点，当粘性流体流经固体的表面，流体与固体表面存在温度差异就会发生对流换热，傅里叶定律能应用到该对流换热过程中；
[0027]LED灯的灯条通电工作将产生热量，热量持续从灯条传递到散热气体氦气，随后从散热气体热传递到泡壳温度较高的内表面，然后传递到泡壳的温度较低的外表面，再传递到空气中，在灯泡内部的热对流过程中，在温差和面积相同的条件下，换热系数是影响对流换热的关键因素；其中，LED灯丝灯的发光主波长与芯片结温之间的关系如下：
[0028]λ0(T)＝(λ0(T0)+ΔT×0.2nm/℃)；
[0029]其中，λ0(T)、λ0(T0)分别表示在温度为T和T0时发射光主波长，ΔT＝T-T0为温度差，芯片的主波长会随着温差而发生相应的变化，从而改变了芯片所发光的光谱组成，LED器件的相关温主要是取决于最终输出光中蓝黄光之间的比值，比值变大，相关温也变高，同时，结温的升高也会影响LED灯丝灯的温，使得温发生一定的漂移。
[0030]本发明分别向4W的A60LED灯，7W的A60LED灯、8W的A60LED灯中充入50％、 60％、70％、
80％、90％的氦气，并测量其结温、光通量和温数据，测量温度为25℃，其中，结温采用LEDT300/H进行测试，具体为将灯泡置于LEDT300B/H的腔室内，然后将热偶线和测试灯泡的电流输入线相连接，在测试过程中将热信号转换成电信号，使灯泡工作在正常的工作电
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