CN110081323A - Led灯丝及led球泡灯 - Google Patents

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Abstract

一种LED球泡灯,包括灯壳;灯头,连接于所述灯壳以形成一容置空间,所述灯头中包括一驱动电路;至少二导电支架;以及发光部,所述发光部包括一光转换涂层包覆复数个LED芯片单元、导体段,和分别与所述导电支架连接的至少两个电极,任一所述LED芯片单元包括透过导线连接的至少两个LED芯片,所述LED芯片单元于所述发光部中透过所述导体段进行电性连接;每一所述电极的一部分外露于所述光转换涂层之外;所述电极与LED芯片单元透过第一导线连接,所述导体段与所述LED芯片单元透过第二导线连接;在LED灯丝基板上粘贴有铜箔和LED芯片,每个LED芯片及与LED芯片相连接的第一导线和第二导线单独用第一光转换层包裹,增加了热辐射面积,提升了散热效果和出光效率。

Description

LED灯丝及LED球泡灯
技术领域
本发明涉及照明领域,具体涉及一种LED灯丝及其应用的LED球泡灯。
背景技术
几十年来,白炽灯泡被广泛用于家庭或商业场合的照明,然而,白炽灯泡在能源运用方面通常较没有效率,大约有90%的能源输入会转为以热的形式散逸。且因为白炽灯泡极有限的寿命(约1,000小时),因此需要经常更换。这些传统灯泡逐渐被其他更有效率的电灯取代,如荧光灯、高强度气体放电灯、发光二极体(LED)等。在这些电灯中,LED灯具是最引人注目的照明技术。LED灯具有使用寿命长、体积小、环保等优点,因此其应用不断增长。
近年来,市面上已有具有LED灯丝的LED球泡灯。目前市面上利用LED灯丝作为发光源的LED球泡灯仍有以下问题待改善:
首先,采用LED硬灯丝具有基板(例如:玻璃基板),以及在其基板上的许多LED芯片。不过LED球泡灯的照明效果需倚赖多根硬灯丝组合,才能产生较佳的照明效果,单一硬灯丝的照明效果则无法满足市场上普遍的需求。传统球泡灯具有钨丝,由于钨丝的自然可弯折的性质而能够产生均匀的出光,然而LED硬灯丝难以达到这种均匀的光的效果。让LED灯丝难以达到这种效果的原因有很多种,除了前述的不可弯折之外,其一是基板会挡住LED所发出的光线,再者LED产生的光为点光源,这会导致光线集中。而与之相反的,均匀的光线分布会产生均匀的光照效果,另一方面,集中的光线分布则会导致不均匀且集中的光照效果。
另外,还有一种LED软灯丝,其与上述的灯丝结构类似,而玻璃基板的部分改用具有可挠性基板(以下简称FPC),使得灯丝可具有一定的弯折度。然而,利用FPC所制成的软灯丝具有例如FPC热膨胀系数与包覆灯丝的硅胶不同,长久使用导致LED芯片的移位甚至脱胶;或者是FPC不利于制程条件的灵活改变等缺点。除此之外,灯丝结构在弯折时对芯片间金属打线的稳定性存在挑战,当灯丝中芯片的排布缜密时,如果通过金属打线的方式将相邻的LED芯片进行连接,容易由于灯丝弯曲时造成应力过于集中在灯丝特定部位,使连接LED芯片的金属打线造成破坏甚至断裂,
另外,LED灯丝一般是设置于LED球泡灯之中,而为了呈现外观上的美感,也为了让LED灯丝的光照效果更为均匀且广阔,LED灯丝会被弯折而呈现多种曲线。不过LED灯丝中排列着LED芯片,而LED芯片是相对较坚硬的物体,因此会使得LED灯丝较难被弯折成理想的形状。并且,LED灯丝也容易因为弯折时的应力集中而产生裂痕。
现有一种LED球泡灯,为了增加外观上的美感并使光照效果更均匀,其设置有多条LED灯丝,并将多条LED灯丝设置为不同的摆放角度。不过,由于单一LED球泡灯中需要装设多条LED灯丝,且须这些LED灯丝都需要被个别固定,如此将使制程更加繁琐,提高生产成本。
另外,由于LED灯丝对于点亮的驱动要求与传统的钨丝灯有着本质上的差异。对于LED球泡灯而言,如何设计一个电源电路,使其能够给出稳定的电流使LED灯丝在点亮时的纹波足够低,进而令使用者不至于感受到闪烁,是其中一个设计考虑。其次,由于空间上的限制,如何在实现所需光效及驱动要求的前提下设计出足够简单并且足以容纳至灯头空间的电源电路,也是一个值得关注的重点。
专利号为CN202252991U公开了芯片的上下面或者其四周分别涂布荧光粉,芯片固定在柔性PCB板上并通过绝缘胶粘接封装,绝缘胶是环氧树脂胶;芯片的电极通过金线连接柔性PCB板上的电路;柔性PCB板呈透明或半透明状,柔性PCB板是在聚酰亚胺或聚酯薄膜基板上印刷电路制作而成,采用柔性PCB板代替铝基板支架灯散热部件,改善散热。专利公开号为CN105161608A公开了一种LED灯丝发光条及其制备方法,其采用互不重叠的芯片发光面之间面面对应排布,提高出光均匀性及改善散热。专利公开号为CN103939758A公开了载体的承载面与LED芯片之间的结合面之间形成有透明且导热的散热层,用以与所述LED芯片进行热交换。前述专利分别采用PCB板、调整芯片排布或形成散热层,虽在一定程度上能改善灯丝散热,但因散热效率低,热量易积聚。最后,专利公开号为CN204289439U公开了一种全周发光的LED灯丝,包括混有荧光粉的基板,设置于所述基板上的电极,安装在所述基板上的至少一个LED芯片,以及覆盖于所述LED芯片上的封装胶。通过含有荧光粉的硅树脂形成的基板,免除了玻璃或蓝宝石作为基板的成本,使用所述基板制作的灯丝避免了玻璃或蓝宝石对芯片出光的影响,实现了360度出光,出光均匀性和光效大大提高。但基板因采用硅树脂形成,亦存在耐热性不佳的缺点。
发明内容
特别注意,本公开可实际包括当前要求保护或尚未要求保护的一个或多个发明方案,并且在撰写说明书的过程中为了避免由于这些可能发明方案之间的不必要区分而造成的混淆,本文可能的多个发明方案可在此被共同称为“(本)发明”。
在此概要描述关于“本发明”的许多实施例。然而所述词汇“本发明”仅仅用来描述在此说明书中揭露的某些实施例(不管是否已在权利要求项中),而不是所有可能的实施例的完整描述。以下被描述为“本发明”的各个特征或方面的某些实施例可以不同方式合并以形成一LED球泡灯或其中一部分。
根据本发明的一个实施例,公开一种LED灯丝,包括LED芯片、电极、第一光转换层,其特征在于,还包括PI膜与铜箔,所述PI膜的上表面上贴覆所述铜箔以及所述LED芯片,所述铜箔位于相邻两LED芯片之间;所述电极对应于所述LED芯片配置,所述LED芯片与所述铜箔、所述LED芯片与所述电极通过导线进行电性连接;LED芯片具有p接面和n接面,导线包括与LED芯片的p接面相连接的第一导线和与LED芯片的n接面相连接的第二导线,第一光转换层覆盖单个LED芯片与此LED芯片相连接的第一导线和第二导线,第一光转换层的数量与LED芯片的数量相同。
可选的,所述第一光转换层覆盖所述铜箔的两端,所述铜箔的两端被所述第一光转换层覆盖的面积、平均厚度相等或不相等,所述第一光转换层覆盖所述铜箔的上表面面积的30~40%。
可选的,所述第一光转换层覆盖所述铜箔,所述铜箔的两端被所述第一光转换层覆盖的面积、平均厚度与所述铜箔的中间被所述第一光转换层覆盖的面积、平均厚度不相等,所述铜箔的中间被所述第一光转换层覆盖的厚度为30~50um。
可选的,所述电极为位于灯丝头尾两端并延伸超过所述PI膜的铜箔。
可选的,所述PI膜的下表面覆盖第二光转换层,第二光转换层具有倾斜侧面或带有弧形的倾斜侧面,PI膜的上表面与其下表面相对应。
根据本发明的另一个实施例,公开一种LED灯丝,包括LED段、导体段、至少两个电极以及光转换层,导体段位于相邻两LED段之间,电极对应于LED段配置,且电性连接LED段,导体段位于相邻两LED段之间,导体段与LED段通过导线进行电性连接。
可选的,LED段包括至少两个LED芯片,LED芯片间通过导线相互电性连接。
可选的,导体段可包括波浪状的凹陷结构、波浪状的凸起结构或螺旋结构。
可选的,LED灯丝可包括辅助条,辅助条贯穿导体段。
可选的,导体段中的导体具有波浪状的结构。
可选的,LED段与导体段分别具有不同的颗粒,或LED段与导体段的光转换层是由不同的材质制成。
根据本发明的另一个实施例,本发明提出一种适于制作灯丝基材或光转换层的组合物,此组合物至少包含主材料、改性剂以及添加剂。主材料为一种有机硅改性聚酰亚胺,改性剂为一种热固化剂,添加料则是添加于主材料中的微粒子,可包含荧光粉、散热粒子以及偶联剂。
根据本发明的另一个实施例,本发明提出一种适于制作灯丝基材或光转换层的组合物,此组合物中的主材料为一种有机硅改性聚酰亚胺,是一种含有硅氧烷的聚酰亚胺,其中,有机硅改性聚酰亚胺,包括通式(Ⅰ)所表示的重复单元:
可选的,通式(Ⅰ)中,Ar1为具有苯环或脂环式烃结构的4价有机基团,Ar2为2价有机基团,R分别独立地选自甲基或苯基,n为1~5。
可选的,其中所述Ar1是具有单环系脂环式烃结构或含有桥环的脂环式烃结构的4价有机基团。
可选的,根据本发明的另一实施方式,其中所述Ar2为具有单环系的脂环式烃结构的2价有机基团。
本发明由于采用了以上技术方案,至少可达成了以下所述有益效果之一或其任意组合:(1)在LED灯丝基板上粘贴有铜箔和LED芯片,每个LED芯片及与LED芯片相连接的第一导线和第二导线单独用第一光转换层包裹,增加了热辐射面积,提升了散热效果和出光效率;(2)可实现灯丝弯折点亮,降低了导线的脱落概率,增加了产品的可靠度;(3)将LED灯丝结构区分为LED段和导体段,因此LED灯丝在弯折时容易将应力集中于导体段,使LED段中连接相邻芯片的金线在弯折时减少断裂的机率,藉此提升LED灯丝整体质量;此外,导体段采用铜箔结构,减少金属打线长度,进一步降低导体段金属打线断裂的机率;(6)(材料)以有机硅改性聚酰亚胺作为主体,添加热固化剂后所得的有机硅改性聚酰亚胺树脂组合物具有优异的耐热性能、机械强度和透光性;而采用有机硅改性聚酰亚胺树脂组合物作为灯丝基材,灯丝具有良好的可饶性,使灯丝呈现出多样的形状,实现360°全周光照明;(7)LED球泡灯包括有单一LED灯丝,且LED灯丝具有对称特性,此种对称特性有助于产生均匀、宽广的光线分布,使得LED球泡灯能够产生全周光的效果;以及(9)电源电路能够给出稳定的电流使LED灯丝在点亮时的纹波足够低,进而令使用者不至于感受到闪烁。
附图说明
图1A与图1B所示为根据本发明一实施例的LED球泡灯示意图;
图2A至2E所示为本发明LED灯丝实施例的立体局部剖面示意图;
图3A至3E所示为本发明的分段式LED灯丝的多个实施例的结构示意图;
图4所示为不同规格散热粒子的粒度分布图;
图5A所示为本发明有机硅改性聚酰亚胺树脂组合物复合膜的SEM图;
图5B和图5C所示为本发明有机硅改性聚酰亚胺树脂组合物复合膜实施例的截面示意图;
图6A所示为使用本发明LED灯丝的另一LED球泡灯的示意图;
图6B所示为图6A的LED球泡灯的前视图;
图6C所示为图6A的LED球泡灯的顶视图;
图6D为图6B的LED灯丝呈现在定义有四个象限的二维坐标系中;
图6E为图6C的LED灯丝呈现在定义有四个象限的二维坐标系中;
图7A至图7C所示为本发明一实施例的LED灯丝电路示意图;
具体实施方式
本公开提供了一种新的LED灯丝及其应用的LED球泡灯,将参照附图在下面的实施例中描述本公开。本文中所呈现的本发明的各种实施例的下列描述仅用于图示和示例的目的,而不是旨在排他性的或限于所公开的确切形式。
本文所使用的技术术语仅仅是为了描述具体实施例,而不是旨在限制本发明。在本文所使用的术语中,单数形式“一(a)”或“一个(an)”旨在也包括复数形式,除非上下文清楚地另外指出。在本文所使用的术语中,术语“和/或”包括一个或多个相关联的所列术语中的任一术语和所有组合,并且可简写为“/”。
术语如“约”或“大约”可反映仅以相对小的方式和/或以不显着改变某些组件的操作、功能或结构的形式变化的尺寸、取向或布局。例如,从“约0.1至约1”的范围可涵盖例如在0.1附近偏差0%-5%以及在1附近偏差0%至5%的范围,特别是如果这种偏差维持与所列范围相同的影响。
请参阅图1A及1B,图1A及1B为本发明的第一实施例及第二实施例的结构示意图。图中可以看出,LED球泡灯1a、1b包括灯壳12、连接灯壳12的灯头16、设于灯壳12内的至少二导电支架51a、51b、设于灯头内且电性连接导电支架51a、51b与灯头16的驱动电路518、以及设置于灯壳12内的单一条发光部100,发光部100的实施态样可为LED灯丝,其中包括LED芯片。
导电支架51a、51b用以电性连接发光部100的两个电极506,亦可用于支撑发光部100的重量。驱动电路518为电性连接该导电支架51a、51b与灯头16,当灯头16连接于传统的球泡灯的灯座时,灯座为提供灯头16电源,驱动电路518为从灯头16取得电源后用以驱动该发光部100发光。由于LED球泡灯1a、1b的发光部100在结构、形状、轮廓或曲线等方面的对称特性,或发光部100在出光方向(本发明即LED灯丝的发光面所朝向的方向)上的对称特性(详如后述),LED球泡灯1a、1b可产生全周光。在本实施例中,驱动电路518设置在LED球泡灯之内。然而,在一些实施例中,驱动电路518设置在LED球泡灯之外。
在图1A的实施例中,LED球泡灯1a的导电支架51a、51b是以两个为例,但并不以此为限,可视发光部100的导电或支撑性需求而增加数量。
在图1A与1B的实施例中,LED球泡灯1a、1b还包括芯柱19与散热组件17,芯柱19设于灯壳12内,散热组件17位于灯头16与灯壳12之间且连接芯柱19。在本实施例中,灯头16是透过散热组件17间接连接灯壳12。在其他实施例中,灯头16可直接连接灯壳12且不具有散热组件17。发光部100经由导电支架51a、51b连接芯柱19。芯柱19可用来抽换LED球泡灯1b中的空气,换成氮气与氦气的混合气体。芯柱19还可提供导热的功能,将连接芯柱19的发光部100的热传导致灯壳12之外。散热组件17可以是环绕灯壳12开口的中空柱状体,其连接芯柱19与灯头16并将其所传来的热传导到LED球泡灯1b之外。散热组件17的内部可装设有驱动电路518,散热组件17的外部接触外界的气体已传导热。散热组件17的材质上可选用具有良好导热效果的金属、陶瓷或高导热塑料。散热组件17(连同LED球泡灯的开口/螺口)的材质也可为具有良好导热效果的陶瓷材料,散热组件17亦可与陶瓷芯柱19为一体成形的组件,如此可以免去LED球泡灯的灯头需与散热组件17胶合而增加发光部100散热路径的热阻,从而具有更好的散热效果。
LED芯片单元102、104,或称为LED段102、104,可以是单颗LED芯片,也可以是两颗LED芯片,当然也可以是包含多颗LED芯片,即等于或大于三颗LED芯片。
图2A至2E为本发明LED灯丝实施例的立体局部剖面示意图。如图2A所示,包括LED芯片单元102、104,电极110、112,导线。与前一实施例相异,本实施例的光转换涂层分为第一光转换层121和基层122,基层122的上表面贴覆多个铜箔116以及LED芯片单元102、104,铜箔116位于相邻两LED芯片单元102、104之间;电极110、112对应于LED芯片单元102、104配置,LED芯片单元102、104与铜箔116、LED芯片单元102、104与电极110、112通过导线进行电性连接;LED芯片单元102、104中的每个LED芯片具有p接面和n接面,导线包括连接电极110、112与LED芯片单元的第一导线141和连接铜箔116与LED芯片单元的第二导线142,第一光转换层121覆盖单个LED芯片单元与此LED芯片单元相连接的第一导线141和第二导线142,第一光转换层121的数量与LED芯片单元的数量相同。采用此设计,增加了热辐射面积,提升了散热效果和出光效率;可实现灯丝弯折点亮,降低了导线脱落或断线的概率,增加了产品的可靠度。
依据本实施例,单一LED芯片单元102、104可以是两颗LED芯片,当然也可以是包含多颗LED芯片,即等于或大于三颗LED芯片。LED芯片的形状可以但不限于长条型,长条型的芯片可具有较少的电极,减少遮蔽LED芯片所发出光线的机会。电极110、112配置于串联后的LED芯片单元102、104的两端,每一电极110、112的一部分外露于第一光转换层121之外,LED芯片单元102、104中的LED芯片的六个面的每一个表面都覆盖着第一光转换层121,即所述LED芯片单元102、104的六个面被第一光转换层121覆盖,此覆盖或包裹可以是但不限于直接接触,较佳的,在本实施例中,LED芯片单元102、104的LED芯片的六个面的每一个表面都直接接触第一光转换层121。然而,实施时,第一光转换层121可以仅覆盖每一个LED芯片单元102、104的LED芯片六个表面中的至少一个表面,意即第一光转换层121直接接触该表面,此直接接触的表面可以是顶面。同样的,第一光转换层121可直接接触两个电极110、112或铜箔116的至少一个表面。
导线为金线或铝线,铜箔116搭配金线的组合为灯丝带来稳固而又维持可挠性的导电结构。铜箔116可采用其他具有良好导电性的材料代替,铜箔116开口的宽度或/及长度大于LED芯片单元102、104以限定LED芯片单元102、104的位置,并使LED芯片单元102、104的六个面当中的至少两个面以上均接触并被第一光转换层121包覆。多个所述LED芯片单元102、104通过导线与铜箔116进行连接形成串联电路、并联电路、先串联后再将各串联并联起来的电路或先并联后再将各并联串联起来的电路,然后将该电路的最前端与最后端的LED芯片单元102、104分别与固着于基层122上的两个电极110、112连接,电极110、112即可以连接至电源,为提供LED芯片单元102、104点亮所需的电源。
第一光转换层121覆盖铜箔116的两端,铜箔116的两端被第一光转换层121覆盖的面积、平均厚度相等或不相等,铜箔116的上表面被第一光转换层121覆盖的面积为30~40%。于一实施例中,如图2B所示,相邻的两第一光转换层可以覆盖位于此相邻的两第一光转换层之间的整个铜箔116,铜箔116的两端被第一光转换层121覆盖的面积、平均厚度与铜箔116的中间被第一光转换层121覆盖的面积、平均厚度不相等,铜箔116的中间被第一光转换层121覆盖的厚度为30~50um。第一光转换层121的表面呈弧形,弧形的高度由中间往两侧逐渐降低,弧形两侧与基层122的夹角为锐角或钝角。
第一光转换层121包括荧光粉胶或荧光粉膜,LED芯片单元102、104的六个面的每一个表面都至少有一部分直接接触第一光转换层121和/或LED芯片单元102、104其中一或两面透过固晶胶与第一光转换层121粘接,也属于前述的六个面均被第一光转换层121包覆及/或LED芯片单元102、104直接接触第一光转换层121的等同概念。
如图2C所示,与上述实施例不同之处在于,基层122的下表面覆盖厚度均匀的第二光转换层123,基层122的上表面和下表面相对。如图2D所示,覆盖基层122的下表面的第二光转换层123具有倾斜侧面或带有弧形的倾斜侧面。基层122的下表面覆盖第二光转换层123,可以产生更多的黄色荧光而减少蓝光,因此能减少LED芯片单元102、104正面及背面出光的色温差异,使得LED芯片单元102、104两面出光的色温更接近。
于一实施例中,如图2E所示,第一光转换层121包覆相邻的两个LED芯片单元102、104,位于这两个LED芯片单元102、104之间的铜箔116及与这两个LED芯片单元102、104相连接的第一导线141、第二导线142。于一实施例中,铜箔116上表面具有镀银层118,位于灯丝头尾两端并延伸超过基层122的铜箔116可作为电极110、112。镀银层118不仅能带来良好的导电性外亦具有增加光反射的效果;镀银层表面上可选择性设有保焊膜层(图未示),保焊膜层的厚度为30~50um,保焊膜层为采用OSP(Organic Solderability Preservatives)工艺获得,保焊膜层具有防氧化,耐热冲击,耐湿性。
请参照图3A至图3E,图3A至图3E是分段式的LED灯丝的多种实施例的示意图,图3A至图3C与图3D至图3E为LED灯丝沿着其轴向方向的剖视图。如图3A至图3E所示,在LED灯丝的轴向方向上,LED灯丝可区分为不同的分段,例如LED灯丝可区分为LED段(即前述实施例所称LED芯片单元)102、104与导体段130,但不限于此。单一LED灯丝中的LED段102、104与导体段130的数量可分别为一个或多个,且LED段102、104与导体段130是沿着LED灯丝的轴向方向设置。其中,LED段102、104与导体段130可具有不同的结构特征,以达到不同的效果,详述如后。
如图3A所示,LED灯丝100包括LED段102、104,导体段130、至少两个电极110、112以及光转换层120,导体段130位于相邻两LED段102、104之间,电极110、112对应于LED段102、104配置,且电性连接LED段102、104,相邻两LED段102、104通过导体段130相互电性连接,在本实施例中,导体段130包括连接LED段102、104的导体130a,导线140的长度小于导体130a的长度,或者分别位于相邻两LED段102、104内的两个LED芯片间的最短距离大于单一LED段102/104内相邻两LED芯片之间的距离。此外,在本发明其他较佳实施例中,每一LED段102、104包括至少两个LED芯片142,LED芯片142间相互电性连接,电性连接是通过导线140进行连接;本发明不以此为限。导体段130中的导体130a并非是导线的形态,而是片状或膜状的形态。在一些实施例中,导体130a可为铜箔、金箔或其他可进行电传导的材料。
光转换层120覆盖于LED段102、104、导体段130与电极110、112,并分别使两个电极110、112的一部分外露。本实施例中,LED段102、104中的LED芯片142的六个面中每一个表面都覆盖着光转换层120,即所述六个面被光转换层120覆盖而可称为光转换层120包裹了LED芯片142,此覆盖或包裹可以是但不限于直接接触,较佳的,在本实施例中,LED芯片142的六个面的每一个表面都直接接触光转换层120。在不同实施例中,光转换层120可采用不具有光转换作用的封体,例如导体段130的光转换层120可改为可挠性优良的透明封体。
在一些实施例中,LED灯丝100是设置于LED球泡灯之中,且每个LED球泡灯中仅设置有单一条LED灯丝就能提供足够的照明效果。并且,为了呈现外观上的美感,也为了让单一LED灯丝的光照效果能更为均匀且广阔,甚至达到全周光的效果,因此LED球泡灯中的LED灯丝可以通过弯折挠曲而呈现多样化的曲线,藉由多样化的曲线使LED灯丝的发光方向朝向四面八方,或是藉此调整LED球泡灯整体的发光光型。为了让LED灯丝更容易被弯折形成这样的曲线结构,并且LED灯丝还能承受弯折挠曲的应力,LED灯丝的导体段130中不具有任何LED芯片,而只具有导体130a。导体130a(例如金属线或金属涂层)相对于LED芯片是更容易被弯折的,也就是说,不具有任何LED芯片的导体段130相对于具有LED芯片的LED段102、104会相应的更容易被弯折。
如图3B所示,在本实施例中,LED灯丝100的LED段102、104与导体段130两者具有不同的结构特征。在本实施例中,导体段130更包括波浪状的凹陷结构132a,此波浪状的凹陷结构132a是设置于导体段130的表面边缘上,且是以LED灯丝100的轴向方向为中心环绕设置于导体段130。在本实施例中,凹陷结构132a是由导体段130的表面凹陷进去。多个凹陷结构132a沿着轴向方向间隔排列,且彼此平行,而呈现连续的波浪状。
当LED灯丝在被弯折时,导体段130可作为主要的弯折处,由于导体段130的波浪状的凹陷结构132a,所以导体段130易于延伸、压缩,更有利于被弯折。举例来说,导体段130在弯折处的外侧会延伸而内侧会压缩,而波浪状的凹陷结构132a则可改善这样的延伸与压缩。延伸之后的凹陷结构132a会变得较为疏松而平整,也就是高低落差变小且相邻波峰或波谷的间距变大;而压缩之后的凹陷结构132a则会变得较为紧密而更加凹陷,也就是高低落差变大且相邻波峰或波谷的间距变小。由于波浪状的凹陷结构132a可提供延伸与压缩的裕度,使得导体段130更易于弯折。
如图3C所示,在本实施例中,LED灯丝100的LED段102、104与导体段130两者具有不同的结构特征。在本实施例中,导体段130更包括波浪状的凸起结构132b,此波浪状的凸起结构132b是设置于导体段130的表面边缘上,且是以LED灯丝的轴向方向为中心环绕设置于导体段130。在本实施例中,凸起结构132b是由导体段130的表面凸出来的结构。多个凸起结构132b沿着轴向方向间隔排列,且彼此平行,而呈现连续的波浪状。
当LED灯丝100在被弯折时,导体段130可作为主要的弯折处,由于导体段130的波浪状的凸起结构132b,所以导体段130易于延伸、压缩,更有利于被弯折。举例来说,导体段130在弯折处的外侧会延伸而内侧会压缩,而波浪状的凸起结构132b则可补偿这样的延伸与压缩。延伸之后的凸起结构132b会变得较为疏松而平整,也就是高低落差变小且相邻波峰或波谷的间距变大;而压缩之后的凸起结构132b则会变得较为紧密而更加凸出,也就是高低落差变大且相邻波峰或波谷的间距变小。由于波浪状的凸起结构132b可提供延伸与压缩的裕度,使得导体段130更易于弯折。
如图3D所示,在本实施例中,LED灯丝的LED段102、104的光转换层120与导体段130的光转换层120分别包括有分布其中的颗粒。并且,LED段102、104与导体段130所具有的颗粒彼此可以是结构不同、材质不同、效果不同或分布密度不同的,这是由于LED段102、104与导体段130分别肩负不同的功能,因此LED段102、104与导体段130的光转换层120可分别设置有不同类型的颗粒来达到不同的效果。例如,LED段102、104的光转换层120可包括荧光粉124a,而导体段130光转换层120则包括导光粒子124b。荧光粉124a可吸收LED芯片142发出的光线,并转换光线的波长以降低或提高色温,同时荧光粉124a也兼具光扩散的效果,因此在LED段102、104的光转换层120设置荧光粉124a有助于改变光线色温,也能使光线分散更加均匀。而导体段130不具有LED芯片,且导体段130是作为LED灯丝的主要弯折部分,因此在导体段130的光转换层120中设置有导光粒子124b,导光粒子124b具有光扩散与光传导的效果,有助于将相邻的LED段102、104中的光线传导至导体段130中,并进一步在导体段130中均匀扩散开来。
导光粒子124b例如是聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)或树脂所制成的大小不一的颗粒,但不限于此。在一些实施例中,导体段130所包括的粒子还可具有优良的塑性变形性能,例如塑胶制成的粒子,如此一来可提高导体段130的可弯折性能,并强化LED灯丝100在弯折时的支撑性。
如图3E所示,在本实施例中,LED灯丝100的LED段102、104的光转换层120包括光扩散颗粒,例如荧光粉124a,而导体段130的光转换层120则不包括颗粒。在本实施例中,LED段102、104与导体段130的光转换层120例如是硅胶所制成,而导体段130的光转换层120中没有任何颗粒存在,可提高导体段130的可弯折性。
在一些实施例中,导体段130的光转换层120的材质与LED段102、104的光转换层120的材质可以是不同的。例如,LED段102、104的光转换层120是由硅胶制成,而导体段130的光转换层120则是由导光材料制成,例如导体段130的光转换层120可由PMMA、树脂或其组合制成,但不限于此。由于导体段130的光转换层120的材质与LED段102、104的光转换层120的材质不同,使得导体段130与LED段102、104可以具有不同的性能,例如导体段130与LED段102、104可具有不同的弹性系数,使得LED段102、104的支撑性较好,以保护LED芯片142,并使得导体段130的可弯折性较佳,以使LED灯丝100可被弯折而呈现多样化的曲线。
在本实施例中,各导体段130在相邻的LED段102、104之间会形成平顺过渡的表面曲线,导体段130会由邻接LED段102、104的一端开始,朝着导体段130的中间,逐渐地变细,也就是说,导体段130与LED段102、104的连接处会呈现平顺的曲线,如此一来,当LED灯丝被弯折时,可分散应力,使应力不会集中导体段130与LED段102、104之间,藉此降低光转换层120产生裂痕或甚至破裂的机会。在其他实施例中,导体段130也可相对于LED段102、104较粗,并且,LED段102、104的光转换层120与导体段130的光转换层120可以是由不同的材质制成,例如LED段102、104的光转换层120可以设置为较为坚硬而支撑性佳,而导体段130的光转换层120可改为可挠性好的透明封体,例如以PMMA、树脂或其他单一材质或复合材质制成的封体。
如图3A至3E所示的各个实施例,可以单独实施,也可以组合运用。举例来说,图3B所示的LED灯丝100可以与图3D所示的LED灯丝100组合运用,也就是说,此种LED灯丝100的导体段130具有波浪状的凹陷结构132a,并且LED灯丝的LED段102、104中分布的颗粒与导体段130中分布的颗粒具有不同的大小、不同的材质及/或不同的密度,使得LED灯丝不但有助于被弯折挠曲,且还可让光分布更加均匀,从而加强了全周光照明的效果。
接下来说明本发明LED灯丝关于基层的材料内容。适用于制作软性LED灯丝基材或光转换层的材料必须具备优良的光透过率、较佳的耐热性、优良的热传导率、适当的折射率、优良的机械性质以及不易翘曲等特性。上述的这些特性都可藉由调整有机硅改性聚酰亚胺组合物中所包含的主材料、改性剂以及添加剂的种类及含量比例来满足。本发明提供一种包含有机硅改性聚酰亚胺的组合物所形成灯丝基材或光转换层,该组合物除了可满足上述特性之外,也可藉由调整特定或部分组合物中的主材料、改性剂以及添加剂的种类及含量来整灯丝基材或光转换层的特性,以满足特殊的需求环境。每一种特性的调整方式如以下说明。
有机硅改性聚酰亚胺调配方式
本发明所提出的有机硅改性聚酰亚胺,包括下述通式(Ⅰ)所表示的重复单元:
通式(Ⅰ)中,Ar1为4价有机基团。所述有机基团具有苯环或脂环式烃结构,所述脂环式烃结构可以为单环系的脂环式烃结构,也可以具有含有桥环的脂环式烃结构,作为含有桥环的脂环式烃结构,可以为两环系的脂环式烃结构,也可以为三环系的脂环式烃结构。有机基团也可以是含有活泼氢官能团的苯环结构或脂环式烃结构,活泼氢官能团为羟基、氨基、羧基、酰胺基或硫醇基中的任意一种或一种以上。
Ar2为2价有机基团,所述有机基团可以具有例如单环系的脂环式烃结构,或是含有活泼氢官能团的2价有机基团,活泼氢官能团为羟基、氨基、羧基、酰胺基或硫醇基中的任意一种或一种以上。
R分别独立地选自甲基或苯基。
n为1~5,优选n为1或2或3或5。
通式(Ⅰ)的数均分子量为5000~100000,优选为10000~60000,更优选为20000~40000。数均分子量是基于通过凝胶渗透色谱(GPC)装置使用标准聚苯乙烯制备的校准曲线的聚苯乙烯换算值。数均分子量为5000以下时,固化后难以获得良好的机械性能,特别是伸长率有降低的倾向。另一方面,当它超过100000时,粘度变得太高,使树脂难以形成。
Ar1是来自二酸酐的成分,所述二酸酐可包含芳香族酸酐和脂肪族酸酐,芳香族酸酐包括只含苯环的芳香族酸酐、氟化芳香族酸酐、含酰胺基的芳香族酸酐、含酯基的芳香族酸酐、含醚基的芳香族酸酐、含硫基的芳香族酸酐、含砜基的芳香族酸酐及含羰基的芳香族酸酐等。
只含苯环的芳香族酸酐例如可以举出均苯四甲酸酐(PMDA)、2,3,3',4'-联苯四甲酸二酐(aBPDA)、3,3',4,4'-联苯四羧酸二酐(sBPDA)、4-(2,5-二氧代四氢呋喃-3-基)-1,2,3,4-四氢萘-1,2-二甲酸酐(TDA)等;氟化芳香族酸酐例如简称6FDA的4,4'-(六氟异丙烯)二酞酸酐;含酰胺基的芳香族酸酐包括N,N'-(5,5'-(全氟丙基-2,2-二基)双(2-羟基-5,1-亚苯基))双(1,3-二氧代-1,3-二氢异苯并呋喃)-5-甲酰胺)(6FAP-ATA)、N,N'-(9H-芴-9-亚基二-4,1-亚苯基)二[1,3-二氢-1,3-二氧代-5-异苯并呋喃甲酰胺](FDA-ATA)等;含酯基的芳香族酸酐包括对苯基二(偏苯三酸酯)二酸酐(TAHQ)等;含醚基的芳香族酸酐包括4,4'-(4,4'-异丙基二苯氧基)双(邻苯二甲酸酐)(BPADA)、4,4'-氧双邻苯二甲酸酐(sODPA)、2,3,3',4'-二苯醚四甲酸二酐(aODPA)、4,4'-(4,4'-异丙基二苯氧基)双(邻苯二甲酸酐)(BPADA)等;含硫基的芳香族酸酐包括4,4'-双(邻苯二甲酸酐)硫化物(TPDA)等;含砜基的芳香族酸酐包括3,3',4,4'-二苯基砜四羧酸二酸酐(DSDA)等;含羰基的芳香族酸酐包括3,3',4,4'-二苯酮四酸二酐(BTDA)等。
脂环族酸酐包括简称HPMDA的1,2,4,5-环己烷四甲酸二酐、1,2,3,4-丁烷四羧酸二酐(BDA)、四氢-1H-5,9-甲烷吡喃并[3,4-d]恶英-1,3,6,8(4H)-四酮(TCA)、六氢-4,8-亚乙基-1H,3H-苯并[1,2-C:4,5-C']二呋喃-1,3,5,7-四酮(BODA)、环丁烷四甲酸二酐(CBDA)、1,2,3,4-环戊四羧酸二酐(CpDA)等,或是具有烯烃结构的脂环族酸酐,如双环[2.2.2]辛-7-烯-2,3,5,6-四羧酸二酐(COeDA)。若使用具有乙炔基的酸酐如4,4'-(乙炔-1,2-二基)二酞酸酐(EBPA),可进一步地通过后硬化来确保光转换层的机械强度。
从溶解性的角度考虑,优选4,4'-氧双邻苯二甲酸酐(sODPA)、3,3',4,4'-二苯酮四酸二酐(BTDA)、环丁烷四甲酸二酐(CBDA)、4,4'-(六氟异丙烯)二酞酸酐(6FDA)。上述二酸酐可以单独使用或两种以上组合使用。
Ar2是来自二胺的成分,所述二胺可分为芳香族二胺和脂肪族二胺,芳香族二胺包括只含苯环结构的芳香族二胺、氟化芳香族二胺、含酯基的芳香族二胺、含醚基的芳香族二胺、含酰胺基的芳香族二胺、含羰基的芳香族二胺、含羟基的芳香族二胺、含羧基的芳香族二胺、含砜基的芳香族二胺、含硫基的芳香族二胺等。
只含苯环结构的芳香族二胺包括间苯二胺、对苯二胺、2,4-二氨基甲苯、2,6-二氨基-3,5-二乙基甲苯、4,4'-二氨基-3,3'-二甲基联苯、9,9-双(4-氨基苯基)芴(FDA)、9,9-二(4-氨基-3-甲苯基)芴、2,2-双(4-氨基苯基)丙烷、2,2-双(3-甲基-4-氨基苯基)丙烷、4,4'-二氨基-2,2'-二甲基联苯(APB);氟化芳香族二胺包括2,2'-二(三氟甲基)二氨基联苯(TFMB)、2,2-双(4-氨基苯基)六氟丙烷(6FDAM)、2,2-双[4-(4-氨基苯氧基)苯基]六氟丙烷(HFBAPP)、2,2-双(3-氨基-4-甲苯基)六氟丙烷等)(BIS-AF-AF)等;含酯基的芳香族二胺包括[4-(4-氨基苯甲酰基)氧基苯基]-4-氨基苯甲酸酯(ABHQ)、对苯二甲酸二对氨基苯酯(BPTP)、对氨基苯甲酸对氨基苯酯(APAB)等;含醚基的芳香族二胺包括2,2-双[4-(4-氨基苯氧基)苯基]丙烷)(BAPP)、2,2'-双[4-(4-氨基苯氧基苯基)]丙烷(ET-BDM)、2,7-双(4-氨基苯氧基)-萘(ET-2,7-Na)、1,3-双(3-氨基苯氧基)苯(TPE-M)、4,4'-[1,4-苯基双(氧)]双[3-(三氟甲基)苯胺](p-6FAPB)、3,4'-二氨基二苯醚、4,4'-二氨基二苯醚(ODA)、1,3-双(4-氨基苯氧基)苯(TPE-R)、1,4-双(4-氨基苯氧基)苯(TPE-Q)、4,4'-双(4-氨基苯氧基)联苯(BAPB)等;含酰胺基的芳香族二胺包括N,N'-双(4-氨基苯基)苯-1,4-二甲酰胺(BPTPA)、3,4'-二氨基苯酰替苯胺(m-APABA)、4,4'-二氨基苯酰替苯胺(DABA)等;含羰基的芳香族二胺包括4,4'-二氨基二苯甲酮(4,4'-DABP)、双(4-氨基-3-羧基苯基)甲烷(或称为6,6'-双氨基-3,3'-甲叉基二苯甲酸)等;含羟基的芳香族二胺包括3,3'-二羟基联苯胺(HAB)、2,2-双(3-氨基-4-羟基苯基)六氟丙烷(6FAP)等;含羧基的芳香族二胺包括6,6'-双氨基-3,3'-甲叉基二苯甲酸(MBAA)、3,5-二氨基苯甲酸(DBA)等;含砜基的芳香族二胺包括3,3'-二氨基二苯砜(DDS)、4,4'-二氨基二苯砜、双[4-(4-氨基苯氧基)苯基]砜(BAPS)(或称为4,4'-双(4-氨基苯氧基)二苯砜)、3,3'-二氨基-4,4'-二羟基二苯砜(ABPS);含硫基的芳香族二胺包括4,4'-二氨基二苯硫醚。
脂肪族二胺为不含芳香族结构(如苯环)的二胺,脂环族二胺包括单环脂环式二胺、直链型脂肪族二胺,直链型脂肪族二胺包括硅氧型二胺、直链烷基二胺、含醚基的直链脂肪族二胺,单环脂环式二胺包括4,4'-二氨基二环己基甲烷(PACM)、3,3-二甲基-4,4-二氨基二环己基甲烷(DMDC);硅氧型二胺(或称为氨基改性有机硅)包括α,ω-(3-氨基丙基)聚硅氧烷(KF8010),X22-161A、X22-161B、NH15D、1,3-双(3-氨基丙基)-1,1,3,3-四甲基二硅氧烷(PAME)等;直链烷基二胺的碳原子个数为6~12,优选无取代基的直链烷基二胺;含醚基的直链脂肪族二胺包括乙二醇二(3-氨丙基)醚等。
二胺还可选用含有芴基的二胺,芴基具有庞大的自由体积和刚性稠环结构,能使聚酰亚胺具有良好的耐热、热氧化稳定性、机械性能、光学透明性及在有机溶剂中具有良好的溶解性,含有芴基的二胺,比如9,9-双(3,5-二氟-4-胺基苯基)芴,其可由9-芴酮和2,6-二氯苯胺反应得到。氟化二胺还可选用1,4-双(3’-氨基-5’-三氟甲基苯氧基)联苯,此二胺为具有刚性联苯结构的间位取代含氟二胺,间位取代结构可以阻碍沿着分子链方向的电荷流动,减少分子间共轭作用,从而减少可见光对光的吸收,选用不对称结构的二胺或酸酐在一定程度上会提高有机硅改性聚酰亚胺树脂组合物的透明性。上述二胺可以单独使用或者两种以上组合使用。
具有活性氢的二胺的实例包括含羟基的二胺如3,3'-二氨基-4,4'-二羟基联苯、4,4'-二氨基-3,3'-二羟基-1,1'-联苯(或称为3,3'-二羟基联苯胺)(HAB)、2,2-双(3-氨基-4-羟基苯基)丙烷(BAP)、2,2-双(3-氨基-4-羟基苯基)六氟丙烷(6FAP)、1,3-双(3-羟基-4-氨基苯氧基)苯、1,4-双(3-羟基-4-氨基苯基)苯、3,3'-二氨基-4,4'-二羟基二苯基砜(ABPS)可以列举,作为具有羧基的二胺如3,5-二氨基苯甲酸、双(4-氨基-3-羧基苯基)甲烷(或称为6,6'-双氨基-3,3'-甲叉基二苯甲酸)、3,5-双(4-氨基苯氧基)苯甲酸,1,3-双(4-氨基-2-羧基苯氧基)苯。具有氨基的二胺,例如4,4'-二氨基苯酰替苯胺(DABA)、2-(4-氨基苯基)-5-氨基苯并咪唑、二亚乙基三胺,3,3'-二氨基二丙胺、三亚乙基四胺、N,N'-双(3-氨基丙基)乙二胺(或称为N,N-二(3-氨丙基)乙基乙胺)等。含硫醇基的二胺,例如3,4-二氨基苯硫醇。上述二胺可以单独使用或者两种以上组合使用。
有机硅改性聚酰亚胺可以通过公知的合成方法合成。二酸酐和二胺可以在催化剂存在下通过将它们溶解在有机溶剂中进行酰亚胺化来制备,催化剂的实例包括乙酸酐/三乙胺型,戊内酯/吡啶型等,优选的是,酰亚胺化反应中共沸过程产生的水,使用脱水剂(如甲苯)促进水的脱除。
也可以将酸酐与二胺进行平衡反应得到聚酰胺酸,然后再经过加热脱水得到聚酰亚胺,在其它实施例中,在聚酰亚胺的主链上可具有一小部分酰胺酸,例如聚酰亚胺分子中酰胺酸与酰亚胺的比值为1~3:100,酰胺酸与环氧树脂之间具有相互作用力,从而使基材具有较优的性能。在其它实施例中,也可在聚酰胺酸的状态下加入固态物质(如热固化剂、无机散热粒子与荧光粉)得到基材。此外,也可利用脂环族酸酐与二胺直接加热脱水的方式来得到溶液化聚酰亚胺,以此溶液化聚酰亚胺作为胶材材料,透光性佳,且本身即为液态,因此可使其它固态物质(例如无机散热粒子与荧光粉)能够更充分地分散在胶材中。
酸酐及二胺的反应中,酸酐主链上含有碳碳三键时,碳碳三键的结合力可加强其分子结构;或是采用含有乙烯基硅氧烷结构的二胺。
二酸酐与二胺的摩尔比为1:1。其中含有活泼氢官能团的二胺占整个二胺的摩尔分数为5~25%。
有机硅改性聚酰亚胺可区分为氟化芳香族有机硅改性聚酰亚胺和脂肪族有机硅改性聚酰亚胺两个种类。氟化芳香族有机硅改性聚酰亚胺是由硅氧型二胺、含有氟(F)基团的芳香族二胺(或称为F化芳香族二胺)与含有氟(F)基团的芳香族二酸酐(或称为F化芳香族酸酐)合成;脂肪族有机硅改性聚酰亚胺是由二酸酐、硅氧型二胺和至少一种不含芳香族结构(如苯环)的二胺(或称为脂肪族二胺)合成,或二胺(其中一种二胺为硅氧型二胺)和至少一种不含芳香族结构(如苯环)的二酸酐(或称为脂肪族酸酐)合成,脂肪族有机硅改性聚酰亚胺包括半脂肪族有机硅改性聚酰亚胺和全脂肪族有机硅改性聚酰亚胺,全脂肪族有机硅改性聚酰亚胺由至少一种脂肪族二酸酐、硅氧型二胺和至少一种脂肪族二胺合成;合成半脂肪族有机硅改性聚酰亚胺的原料中至少有一种脂肪族二酸酐或脂肪族二胺。合成有机硅改性聚酰亚胺所需的原料与有机硅改性聚酰亚胺的硅氧含量会对基材的透过率、变色性能、机械性能、翘曲程度及折射率均具有一定影响。
本发明的有机硅改性聚酰亚胺的硅氧烷含量为20~75wt%,优选30~70wt%,玻璃化转变温度为150℃以下,玻璃化转变温度(Tg)的测试条件为使用株式会社岛津制作所制TMA-60测定在有机硅改性聚酰亚胺中加入热固化剂后的玻璃转变温度,测试条件:负荷:5克;升温速度:10℃/min;测量气氛:氮气氛;氮气流速:20毫升/分钟;测量温度范围:-40至300℃。当硅氧烷含量小于20%,由有机硅改性聚酰亚胺树脂组合物制成的膜可能会因荧光粉和导热性填料的填充变得非常硬且脆,同时在干燥固化后产生翘曲,加工性较低;另外,耐热变色性降低;而当硅氧烷含量大于75%,由有机硅改性聚酰亚胺树脂组合物制成的膜变得浑浊,透光性降低,膜的拉伸强度降低。本发明中硅氧烷的含量为硅氧型二胺(结构式如式(A)所示)与有机硅改性聚酰亚胺的重量比,有机硅改性聚酰亚胺的重量为合成有机硅改性聚酰亚胺所用的二胺与二酸酐重量之和减去合成过程中产生的水的重量。
式(A)中R选自甲基或苯基;R优选为甲基,n为1~5,优选1,2,3,5。
合成有机硅改性聚酰亚胺时所需要的有机溶剂只要能够溶解有机硅改性聚酰亚胺且确保与要添加的荧光粉或填料具有亲和性(润湿性)即可,但避免产物中残留较多的溶剂,一般溶剂的摩尔数与二胺和酸酐生成的水的摩尔数相等,例如1mol二胺与1mol酸酐生成的水为1mol,则溶剂的用量为1mol。此外,所选用的有机溶剂在标准大气压下的沸点为80℃以上且小于300℃,更优选为120℃以上且小于250℃。因为涂布后需要在低温下干燥和固化,如果温度低于120℃,则在涂布工艺实施的过程中,可能因为干燥的速度太快而无法很好地涂布。如果选用的有机溶剂沸点温度高于250℃时,低温下的干燥可能会延迟。具体而言,有机溶剂为醚类有机溶剂、酯类有机溶剂、二甲醚类、酮类有机溶剂、醇类有机溶剂、芳香烃类溶剂或其它。醚类有机溶剂包括乙二醇单甲醚、乙二醇单***、丙二醇单甲醚、丙二醇单***;酯类有机溶剂包括乙酸酯类,乙酸酯类包括乙二醇单***乙酸酯、二乙二醇单丁醚乙酸酯,酯类溶剂还可为乳酸甲酯、乳酸乙酯、丁酯;二甲醚类溶剂包括三甘醇二甲醚或四甘醇二甲醚;酮类溶剂包括甲基丁基酮、甲基异丁基酮、环戊酮或2-庚酮;醇类溶剂包括丁醇、异丁醇、3-甲基-3-甲氧基丁醇或双丙酮醇;芳香烃类溶剂包括甲苯或二甲苯;其它溶剂包括γ-丁内酯、N-甲基吡咯烷酮、N,N-二甲基乙酰胺或二甲基亚砜。
本发明提供一种有机硅改性聚酰亚胺树脂组合物,包括上述有机硅改性聚酰亚胺和热固化剂,热固化剂为环氧树脂、异氰酸酯或双恶唑啉化合物。在一实施例中,以有机硅改性聚酰亚胺的重量为基准,热固化剂的用量为有机硅改性聚酰亚胺的重量的5~12%。有机硅改性聚酰亚胺组树脂合物中还可以进一步包括散热粒子和荧光粉。
光透过率
影响有机硅改性聚酰亚胺树脂组合物透光率的因素至少为主材料种类、改性剂(热固化剂)种类、散热粒子种类及含量以及硅氧烷含量。光透过率是指在LED芯片主发光波长段附近的光的通过率,例如蓝光LED芯片的主发光波长段为450nm附近,则组合物或是聚酰亚胺对光波长为450nm附近的吸收率要够低甚至不吸收,才可确保大部分甚至全部的光可以通过该组合物或是该聚酰亚胺。此外LED芯片发出的光穿越两种物质的界面时,两种物质的折射率越接近,出光效率越高,为接近与灯丝基材(或基层)接触的物质(例如固晶胶)的折射率,因而有机硅改性聚酰亚胺组合物的折射率为1.4~1.7,优选1.4~1.55。将有机硅改性聚酰亚胺树脂组合物用于灯丝基材,需有机硅改性聚酰亚胺树脂组合物在蓝色激发白色LED的InGaN的峰值波长处具有良好的透光率。为得到良好的透过率,可以通过改变合成有机硅改性聚酰亚胺的原料、热固化剂及散热粒子,因有机硅改性聚酰亚胺树脂组合物中的荧光粉会对透过率的测试会有一定影响,因此用于测透过率时的有机硅改性聚酰亚胺树脂组合物中不含有荧光粉,此有机硅改性聚酰亚胺树脂组合物的透过率为86~93%,优选88~91%或者优选89~92%或者优选90~93%。
酸酐与二胺进行反应生成聚酰亚胺,当中的酸酐与二胺可以分别选自不同的组成,即不同的酸酐与不同的二胺反应所生成的聚酰亚胺会有不同的光透过率。脂肪族有机硅改性聚酰亚胺树脂组合物包括脂肪族有机硅改性聚酰亚胺和热固化剂,F化芳香族有机硅改性聚酰亚胺树脂组合物包括F化芳香族有机硅改性聚酰亚胺和热固化剂。因脂肪族有机硅改性聚酰亚胺具有脂环结构,所以脂肪族有机硅改性聚酰亚胺树脂组合物的透光率较高。此外,氟化芳香族、半脂肪族以及全脂肪族的聚酰亚胺针对蓝光LED芯片皆具有良好的光透过率。氟化芳香族有机硅改性聚酰亚胺是由硅氧型二胺、含有氟(F)基团的芳香族二胺(或称为F化芳香族二胺)与含有氟(F)基团的芳香族二酸酐(或称为F化芳香族酸酐)合成,即Ar1与Ar2两者都要有氟(F)基团。半脂肪族以及全脂肪族有机硅改性聚酰亚胺是由二酸酐、硅氧型二胺和至少一种不含芳香族结构(如苯环)的二胺(或称为脂肪族二胺)合成,或二胺(其中一种二胺为硅氧型二胺)和至少一种不含芳香族结构(如苯环)的二酸酐(或称为脂肪族酸酐)合成,即Ar1与Ar2两者至少其中之一为脂环式烃结构。
虽然蓝光LED芯片的主发光波长为450nm,但由于芯片的制程条件差异与环境的影响,蓝光LED芯片仍可能会发出少量短波长400nm附近的光。氟化芳香族、半脂肪族以及全脂肪族的聚酰亚胺针对短波长400nm的光的吸收率是有差异的,氟化芳香族聚酰亚胺对短波长400nm附近的光的吸收率约为20%,即波长400nm的光通过氟化芳香族聚酰亚胺的光透过率约为80%。而半脂肪族以及全脂肪族的聚酰亚胺针对短波长400nm的光的吸收率是比氟化芳香族聚酰亚胺对短波长400nm附近的光的吸收率还要低,大约只吸收有12%。因此,于一实施例中,若LED灯丝所采用的LED芯片品质较均一,也较少发出短波长的蓝光时,可采用氟化芳香族有机硅改性聚酰亚胺来制作灯丝基材或光转换层。于另一实施例中,若LED灯丝所采用的LED芯片质量有所差异,且发出较多短波长的蓝光时,可采用半脂肪族或全脂肪族的有机硅改性聚酰亚胺来制作灯丝基材或光转换层。
添加不同的热固化剂对有机硅改性聚酰亚胺的光透过率会有不同的影响。表1-1显示不同热固化剂的添加对全脂肪族有机硅改性聚酰亚胺的光透过率的影响,在蓝光LED芯片的主发光波长450nm的条件下,添加不同的热固化剂对全脂肪族有机硅改性聚酰亚胺的光透过率并没显着差异,但在短波长380nm的条件下,添加不同的热固化剂对全脂肪族有机硅改性聚酰亚胺的光透过率会有影响。有机硅改性聚酰亚胺本身对短波长(380nm)的光的透过率就是会比长波长(450nm)的光的透过率还差,但是差异的程度会随着添加不同的热固化剂而不同。例如当全脂肪族有机硅改性聚酰亚胺添加热固化剂KF105时,光透过率减少的程度较小,但是当全脂肪族有机硅改性聚酰亚胺添加热固化剂2021p时,光透过率减少的程度会较大。因此,于一实施例中,若LED灯丝所采用的LED芯片品质较均一,也较少发出短波长的蓝光时,可添加热固化剂BPA或是热固化剂2021p。相反的,于一实施例中,若LED灯丝所采用的LED芯片质量有所差异,且发出较多短波长的蓝光时,可以选择添加热固化剂KF105。表1-1及表1-2均是采用岛津紫外可见分光亮度计UV-1800进行对其进行透光性测试。它根据白色LED的发光,在波长分别为380nm、410nm及450nm的光透过率。
表1-1
即使是添加相同的热固化剂,当添加量不同时,对光透过率也会有不同的影响。表1-2显示,当全脂肪族有机硅改性聚酰亚胺的热固化剂BPA添加量由4%增加到8%时,光透过率是提升的。但是当添加量再增加到12%时,光透过率的表现就几乎不变。显示光透过率会随着热固化剂添加量的增加而变好,但是当提升到一个程度后,添加再多的热固化剂对光透过率的影响就相当有限。
表1-2
表2
不同的散热粒子会有不同的透光度,若采用透光度低或是光反射率低的散热粒子,则有机硅改性聚酰亚胺树脂组合物的光透过率就会降低。本发明的有机硅改性聚酰亚胺树脂组合物中的散热粒子优选采用透明粉末,或是透光度高的粒子,或是光反射率高的粒子,因为LED软灯丝主要用以发光,因此灯丝基材需要具有良好的透光性。另外,在混合两种以上类型的散热粒子的情况下,可采用透光度高的粒子和透光度低的粒子组合使用,并且使透光度高的粒子所占比例大于透光度低的粒子。例如在一实施例中,透光度高的粒子与透光度低的粒子的重量比为3~5:1。
不同的硅氧烷含量也对光透过率也会有影响。表2可以看出,在硅氧烷含量只有37wt%时,光透过率只有85%,但随着硅氧烷含量提高到超过45%,光透过率都有超过94%的水平表现。
耐热性
影响有机硅改性聚酰亚胺树脂组合物耐热性的因素至少为主材料种类、硅氧含量及改性剂(热固化剂)的种类及含量。
以氟化芳香族、半脂肪族以及全脂肪族的有机硅改性聚酰亚胺合成得到的有机硅改性聚酰亚胺树脂组合物都有优异的耐热性质,均适合制作灯丝基材或光转换层。若再仔细区别,在加速耐热老化实验(300℃×1hr)时发现,氟化芳香族有机硅改性聚酰亚胺比脂肪族有机硅改性聚酰亚胺拥有较好的耐热性质。因此,于一实施例中,若LED灯丝采用高功率、高亮度的LED芯片,可采用氟化芳香族有机硅改性聚酰亚胺来制作灯丝基材或光转换层。
有机硅改性聚酰亚胺中的硅氧烷含量高低会影响有机硅改性聚酰亚胺树脂组合物的耐热变色性质。耐热变色性质指的是将样品置于200℃×24小时的条件下,测定放置后的样品在波长460nm处的透过率。由表2可以看出,当硅氧烷含量只有37wt%时200℃×24小时后的透过率只剩83%,随着硅氧烷含量的增加,200℃×24小时后的透过率是逐渐增加的,当硅氧烷含量有73wt%时200℃×24小时后的透过率仍高达95%,因此提高硅氧烷的含量是可以有效提高有机硅改性聚酰亚胺的耐热变色性。
有机硅改性聚酰亚胺与热固化剂进行交联反应时,热固化剂中具有能与聚酰亚胺中的活泼氢官能团反应的有机基团即可,热固化剂的用量及种类对基材的变色性能、机械性能及折射率具有一定的影响,因而可选择一些耐热性、透过率较佳的热固化剂,热固化剂的实例包括环氧树脂、异氰酸酯、双马来酰亚胺或双恶唑啉化合物。环氧树脂可为双酚A型环氧树脂,例如BPA,还可为硅氧型的环氧树脂,如KF105、X22-163、X22-163A,还可为脂环族环氧树脂,如3,4-环氧环己基甲基3,4-环氧环己基甲酸酯(2021P)、EHPE3150、EHPE3150CE。通过环氧树脂的架桥反应,使得有机硅改性聚酰亚胺与环氧树脂之间形成三维的架桥结构,提高了胶材本身的结构强度。一实施例中,热固化剂的用量还可根据热固化剂与有机硅改性聚酰亚胺中的活泼氢官能团反应的摩尔量决定。于一实施例中,与热固化剂反应的活泼氢官能团的摩尔量等于热固化剂的摩尔量,例如与热固化剂反应的活泼氢官能团的摩尔量为1mol,则热固化剂的摩尔量为1mol。
热传导率
影响有机硅改性聚酰亚胺树脂组合物热传导率的因素至少有荧光粉种类与含量、散热粒子种类与含量以及偶联剂的添加与种类。其中,散热粒子的粒径大小及粒径分布也会影响热传导率。
有机硅改性聚酰亚胺树脂组合物中还可以含有用于获得所需发光特性的荧光粉,荧光粉可以将发光半导体发出的光的波长进行变换,例如黄色荧光粉能将蓝光转换成黄光,红色荧光粉能够将蓝光转换成红光。黄色荧光粉,例如(Ba,Sr,Ca)2SiO4:Eu、(Sr,Ba)2SiO4:Eu(原硅酸钡(BOS))等透明荧光粉,Y3Al5O12:Ce(YAG(钇·铝·石榴石):Ce)、Tb3Al3O12:Ce(YAG(铽·铝·石榴石):Ce)等具有硅酸盐结构的硅酸盐型荧光粉,Ca-α-SiAlON等氮氧化物荧光粉。红色荧光粉包括氮化物荧光粉,例如CaAlSiN3:Eu、CaSiN2:Eu。绿色荧光粉,例如稀土-卤酸盐荧光粉、硅酸盐荧光粉等。荧光粉在有机硅改性聚酰亚胺树脂组合物中的含有比例可以根据所期望的发光特性任意设定。此外,因荧光粉热传导率远大于有机硅改性聚酰亚胺树脂,所以随着荧光粉在有机硅改性聚酰亚胺树脂组合物中含有比例的提升,有机硅改性聚酰亚胺树脂组合物整体的热传导率也会跟着提升。因此,在一实施例中,在满足发光特性的前提下,可适度的提高荧光粉的含量以增加有机硅改性聚酰亚胺树脂组合物的热传导率,有利于灯丝基材或是光转换层的散热性质。另有机硅改性聚酰亚胺树脂组合物作为灯丝基材时,有机硅改性聚酰亚胺树脂组合物中荧光粉的含量、形状、粒径也会对基材的机械性能(例如弹性模量、伸长率、拉伸强度)及翘曲程度有一定的影响。为使基材具有较优的机械性能、热传导率及翘曲程度小,有机硅改性聚酰亚胺树脂组合物中所含有的荧光粉是颗粒状的,荧光粉的形状可为球状、板状或针状,优选荧光粉的形状为球状;荧光粉的最大平均长度(球状时的平均粒径)为0.1μm以上,优选为1μm以上,进一步优选为1~100μm,更优选为1~50μm;荧光粉的用量为不小于有机硅改性聚酰亚胺重量的0.05倍,优选不小于0.1倍,且不大于8倍,优选不大于7倍,例如有机硅改性聚酰亚胺的重量为100重量份,荧光粉的含量为不小于5重量份,优选不小于10重量份,且不大于800重量份,优选不大于700重量份,荧光粉在有机硅改性聚酰亚胺树脂组合物中的含量超过800重量份时,有机硅改性聚酰亚胺树脂组合物的机械性能可能达不到作为灯丝基层所需的强度,造成产品的不良率增加。于一实施例中,同时添加两种荧光粉,比如同时添加红色荧光粉、绿荧光粉时,红荧光粉与绿荧光粉的添加比为1:5~8,优选红荧光粉与绿荧光粉的添加比为1:6~7。于另一实施例中,同时添加两种荧光粉,比如同时添加红色荧光粉、黄色荧光粉时,红色荧光粉与黄色荧光粉的添加比为1:5~8,优选红色荧光粉与黄色荧光粉的添加比为1:6~7。在其它实施例中,可同时添加三种或三种以上的荧光粉。
添加散热粒子的目的主要是增加有机硅改性聚酰亚胺树脂组合物的热导率,维持LED芯片发光色温以及延长LED芯片的使用寿命。散热粒子的实例包括二氧化硅、氧化铝、氧化镁、碳酸镁、氮化铝、氮化硼或金刚石等。从分散性考虑,优选二氧化硅、氧化铝或其两者组合使用。关于散热粒子的颗粒形状,可以为球状、块状等,此球状包括与球状相似的形状,一实施例中,可以采用球状与非球状散热粒子,以保证散热粒子的分散性和基材的热传导率,球状与非球状散热粒子的添加重量比为1:0.15~0.35。
表3-1显示出散热粒子含量与有机硅改性聚酰亚胺树脂组合物热导率的变化关系,随着散热粒子含量的增加,有机硅改性聚酰亚胺树脂组合物的热导率也随之提高,但散热粒子在有机硅改性聚酰亚胺树脂组合物中的含量超过1200重量份时,有机硅改性聚酰亚胺树脂组合物的机械性能可能达不到作为灯丝基层所需的强度,造成产品的不良率增加。于一实施例中,可以添加高含量且透光度高或是反射度高的散热粒子(例如SiO2、Al2O3),除了可以维持有机硅改性聚酰亚胺树脂组合物的透光性,也可以提升有机硅改性聚酰亚胺树脂组合物的散热性。表3-1及表3-2为将所得有机硅改性聚酰亚胺树脂组合物切成膜厚为300um,直径为30mm的圆作为试验片,通过湘科制作的热导率测量装置DRL-Ⅲ测量导热率,测试条件:热极温度:90℃;冷极温度:20℃;负载:350N。
表3-1
重量比[wt%] 0.0% 37.9% 59.8% 69.8% 77.6% 83.9% 89.0%
体积比[vol%] 0.0% 15.0% 30.0% 40.0% 50.0% 60.0% 70.0%
热传导率[W/m*K] 0.17 0.20 0.38 0.54 0.61 0.74 0.81
表3-2
规格
平均粒径[μm] 2.7 6.6 9.0 9.6 13 4.1 12
粒径分布[μm] 1~7 1~20 1~30 0.2~30 0.2~110 0.1~20 0.1~100
热传导率[W/m*K] 1.65 1.48 1.52 1.86 1.68 1.87 2.10
关于散热粒子的粒径大小及分布对有机硅改性聚酰亚胺树脂组合物的热导率的影响请同时参考表3-2与图4。表3-2与图4显示有机硅改性聚酰亚胺树脂组合物分别添加相同比例的7种不同规格的散热粒子及对其热导率的影响结果。适合添加于有机硅改性聚酰亚胺树脂组合物的散热粒子的粒径大小大致可分为小粒径(小于1μm)、中等粒径(1-30μm)以及大粒径(大于30μm)。
比较规格①、②和③,规格①、②和③都只有添加中等粒径的散热粒子,只是平均粒径并不相同。其结果显示,在只添加中等粒径的散热粒子的条件下,散热粒子的平均粒径对有机硅改性聚酰亚胺树脂组合物热导率并无明显的影响。比较规格③和④显示,在平均粒径相似的条件下,添加小粒径与中等粒径的规格④所呈现的热导率明显优于只添加中等粒径的规格③。比较规格④和⑥显示,在都添加小粒径与中等粒径的条件下,虽然散热粒子的平均粒径有所差异,但对有机硅改性聚酰亚胺树脂组合物的热导率并无明显的影响。比较规格④和⑦显示,除了添加小粒径与中等粒径之外,多添加大粒径散热粒子的规格⑦呈现最优异的热传导率。比较规格⑤和⑦,规格⑤和⑦虽然都添加了大、中、小三种粒径的散热粒子,且平均粒径也相似,但规格⑦的热传导率却明显比规格⑤优异,造成这种差异的原因与粒径分布的比例有关。请看图4规格⑦的粒径分布,规格⑦的曲线平滑,斜率大部分都差易不大,显示规格⑦不仅包含每一种粒径大小,且每一种粒径含量皆有适度的比例,且呈现常态的分布状态,例如,小粒径含量大约10%,中粒径含量大约60%,大粒径含量大约30%。反观规格⑤,规格⑤的曲线有两个大斜率的区域,分别在粒径1-2μm与粒径30-70μm,表示规格⑤的粒径大部分分布在粒径1-2μm与粒径30-70μm,且只包含少量粒径大小3-20μm的散热粒子,呈现两头分布的状态。
因此散热粒子的粒径分布影响热传导率的程度是大于散热粒子的平均粒径,当添加了大、中、小三种粒径的散热粒子,且小粒径含量大约5-20%、中粒径含量大约50-70%、大粒径含量大约20-40%时,有机硅改性聚酰亚胺树脂会有最佳的热传导率。因为当有大、中、小三种粒径的条件下,在相同的体积里,散热粒子会有较密集的堆积与接触而形成有效率的散热路径。
于一实施例中例如采用粒径分布为0.1~100μm,平均粒径为12μm的氧化铝或是粒度分布为0.1~20μm,平均粒径为4.1μm的氧化铝,此粒度分布为氧化铝的粒径范围。于另一实施例中,从基材的平滑性考虑,可以选取平均粒径为基材厚度的1/5~2/5,优选1/5~1/3。散热粒子的用量为有机硅改性聚酰亚胺重量(用量)的1~12倍,例如有机硅改性聚酰亚胺为100重量份,散热粒子的含量为100~1200重量份,优选400~900重量份,同时添加两种散热粒子,例如同时添加二氧化硅、氧化铝,氧化铝与二氧化硅的重量比为0.4~25:1,优选1~10:1。
在合成有机硅改性聚酰亚胺树脂组合物时,可以通过添加偶联剂(例如硅烷偶联剂)以提升固态物质(如荧光粉、散热粒子)与胶材(例如有机硅改性聚酰亚胺)之间的密着性且提高整体固态物质的分散均匀度,进而提高光转换层的散热性以及机械强度,偶联剂还可采用钛酸酯偶联剂,优选环氧类钛酸酯偶联剂。偶联剂的用量与散热粒子的添加量及其比表面积有关,偶联剂的用量=(散热粒子用量*散热粒子的比表面积)/偶联剂最小包覆面积,例如采用环氧类钛酸酯偶联剂,偶联剂的用量=(散热粒子用量*散热粒子的比表面积)/331.5。
在本发明其他具体实施例中,为了进一步改善有机硅改性聚酰亚胺树脂组合物在合成工艺中的性质,可以选择性地在有机硅改性聚酰亚胺树脂组合物合成工艺的过程中添加消泡剂、流平剂或粘合剂等添加剂,只要其不影响产品的耐旋光性、机械强度、耐热性及变色性即可。消泡剂用于消除在印刷、涂布和固化时产生的气泡,比如使用丙烯酸类或有机硅类等表面活性剂作为消泡剂。流平剂用于消除在印刷和涂布过程中产生的涂膜表面上的凹凸。具体而言,优选含有0.01~2wt%的表面活性剂成分,可以抑制气泡,可以通过使用如丙烯酸类或有机硅类的流平剂使涂膜平滑,优选不含离子杂质的非离子表面活性剂。粘合剂的实例包括咪唑类化合物、噻唑类化合物、***类化合物、有机铝化合物、有机钛化合物和硅烷偶联剂。优选的,这些添加剂的用量为不大于有机硅改性聚酰亚胺重量的10%。当添加剂的混合量超过10wt%时,所得涂膜的物理性质倾向于降低,并且还会产生由挥发性成分引起的耐旋光性劣化的问题。
机械强度
影响有机硅改性聚酰亚胺树脂组合物机械强度的因素至少有主材料种类、硅氧烷含量、改性剂(热固化剂)种类、荧光粉以及散热粒子含量。
不同的有机硅改性聚酰亚胺树脂拥有不同的特性,表4分别列出氟化芳香族、半脂肪族以及全脂肪族三种有机硅改性聚酰亚胺在硅氧烷含量大约45%时(wt%)的主要特性。氟化芳香族拥有最好的耐热变色性,全脂肪族拥有最佳的光透过率。氟化芳香族同时拥有较高的拉伸强度与弹性模量。表4~表6所示的机械强度的测试条件:有机硅改性聚酰亚胺树脂组合物的厚度为50μm、宽度为10mm,采用ISO527-3:1995标准进行膜的拉伸性能测试,拉伸速度为10mm/min。
表4
灯丝制作时会先通过固晶胶将LED芯片、电极固定在有机硅改性聚酰亚胺树脂组合物所形成的灯丝基材上,后再进行打线程序,用导线对相邻LED芯片、LED芯片与电极之间进行电性连接。为保证固晶与打线品质,提高产品质量,灯丝基材的弹性模量应具一定的水平,以抵抗固晶与打线制程的下压力度,因此,灯丝基材的弹性模量应大于2.0Gpa,优选2~6Gpa,最优选4~6Gpa。表5显示不同硅氧烷含量以及有无粒子(荧光粉与氧化铝)添加对有机硅改性聚酰亚胺树脂组合物弹性模量的影响。在没有添加荧光粉与氧化铝粒子的条件下,有机硅改性聚酰亚胺树脂组合物的弹性模量皆小于2.0Gpa,且随着硅氧烷含量的增加,弹性模量呈现下降的趋势,即有机硅改性聚酰亚胺树脂组合物有被软化的趋势。然而在有添加荧光粉与氧化铝粒子的条件下,有机硅改性聚酰亚胺树脂组合物的弹性模量皆可大幅提升且都大于2.0Gpa。因此,硅氧烷含量的增加可以软化有机硅改性聚酰亚胺树脂组合物,有利于添加更多的填充物,如添加更多的荧光粉或散热粒子。为使基材具有较优的弹性模量及热传导率,关于散热粒子的粒径,可以适当选择粒度分布和混合比例,使得平均粒径在0.1μm至100μm的范围内,或是1μm至50μm的范围内。
为使LED灯丝具有较佳的弯折性能,灯丝基材的断裂伸长率应大于0.5%,优选1~5%,最优选1.5~5%。请参见表5,在没有添加荧光粉与氧化铝粒子的条件下,有机硅改性聚酰亚胺树脂组合物具有优良的断裂伸长率,且增加硅氧烷的含量,断裂伸长率也随着增加,弹性模量随着降低,从而减少翘曲现象的发生。相反的,在有添加荧光粉与氧化铝粒子的条件下,有机硅改性聚酰亚胺树脂组合物反而呈现断裂伸长率下降,弹性模量增加,增加翘曲现象。
表5
添加热固化剂除了提高有机硅改性聚酰亚胺树脂的耐热性和玻璃化转换温度外,也可以提升有机硅改性聚酰亚胺树脂的机械性质,例如提高拉伸强度、弹性模量与断裂伸长率。而添加不同热固化剂,也会有不同的提升效果。表6显示添加了不同的热固化剂之后,有机硅改性聚酰亚胺树脂组合物的拉伸强度与断裂伸长率皆有不同的表现的效果。全脂肪族有机硅改性聚酰亚胺在添加热固化剂EHPE3150之后有较佳的拉伸强度,而添加热固化剂KF105有较佳的伸长率。
表6
表7:BPA的具体信息
表8:2021P的具体信息
表9:EHPE3150、EHPE3150CE的具体信息
表10:PAME、KF8010,X22-161A,X22-161B,NH15D,X22-163,X22-163A,KF-105的具体信息,屈折率又可称为折射率。
本发明的有机硅改性聚酰亚胺树脂组合物可以以膜形态或者附在载体上一起作为基材使用。膜的形成过程包括三道工序,(a)涂布工序:将上述有机硅改性聚酰亚胺树脂组合物在剥离体上展开、涂布形成膜;(b)干燥加热工序:将膜与剥离体一起进行加热干燥以除去膜中的溶剂;(c)剥离:干燥完成之后将膜从剥离体上进行剥离得到膜形态的有机硅改性聚酰亚胺树脂组合物。上述剥离体可采用离心膜或其它与有机硅改性聚酰亚胺树脂组合物不发生化学反应的材料,例如可以采用PET离心膜。
作为涂布工序中的涂布方式,可以使用辊涂机、模涂布机、刮刀涂层机等卷对卷方式的涂布装置,或者印刷法、喷墨法、点胶法、喷涂法等简便的涂布方式。
上述加热干燥工序对应的干燥方法,可以选择真空干燥法,加热干燥法等。加热方法可采用电加热器等热源或热媒加热产生热能,并使其产生间接对流,或者使用从热源发出的红外线来加热的热辐射方式。
上述有机硅改性聚酰亚胺树脂组合物可通过涂布后干燥固化而获得高导热性膜(复合膜),以获得具有以下任一或其组合的特性:优异的透光性、耐化学性、耐热性、导热性、膜机械性能和耐旋光性。
于一实施例中,在氮气气氛下进行酰胺化反应或在合成有机硅改性聚酰亚胺树脂组合物时采用真空脱泡方法或两种方法均采用,可使得有机硅改性聚酰亚胺树脂组合物复合膜中泡孔的体积百分比为5~20%,优选5~10%。如图5B所示,采用有机硅改性聚酰亚胺树脂组合物复合膜作为LED软灯丝的基材(如前述各种LED灯丝实施例),基材420b具有上表面420b1及相对的下表面420b2,图5A所示为在基材表面喷金,在Tescan公司的vega3电镜下观察所得到的基材的表面形态。由图5B和图5A所示的基材表面SEM图可知,基材中存在泡孔4d,泡孔4d占基材420b的体积含量百分比为5~20%,优选5~10%,泡孔4d的横截面为无规则形状,如图5B所示为基材420b的横截面示意图,图5B中的虚线为基准线,基材的上表面420b1包括第一区域4a和第二区域4b,第二区域4b包括泡孔4d,第一区域4a的表面粗糙度小于第二区域4b的表面粗糙度,LED芯片发出的光经第二区域的泡孔进行散射,出光更加均匀;基材的下表面420b2包括第三区域4c,第三区域4c的表面粗糙度大于第一区域4a的表面粗糙度,当LED芯片放置第一区域4a时,因第一区域4a较平整,因而有利于后续的固定打线,当LED芯片放置在第二区域4b、第三区域4c时,固晶时固晶胶与基材的接触面积大,能增加固晶胶与基材的结合强度,因而,将LED芯片放置在上表面420b1上,能同时保证固晶打线及固晶胶与基材的结合强度。采用有机硅改性聚酰亚胺树脂组合物作为LED软灯丝基材时,LED芯片发出的光经基材中的气泡进行散射,出光更加均匀,同时能进一步改善眩光现象。于一实施例中,可采用含有硅树脂或钛酸酯耦合剂处理基层420b的表面,优选采用含有甲醇的硅树脂或含有甲醇的钛酸酯耦合剂,也可采用含有异丙醇的硅树脂,处理过的基层的截面图如图5C所示,基层的上表面420b1具有较均一的表面粗糙度,基层的下表面420b2包括第三区域4c和第四区域4e,第三区域4c的表面粗糙度大于第四区域4e的表面粗糙度。基层的上表面420b1的表面粗糙度可等于第四区域4e的表面粗糙度。将基层420b的表面进行处理,可使反应高、强度高的物质进入部分孔洞4d中,从而提高基层的强度。
采用真空脱泡方法制备有机硅改性聚酰亚胺树脂组合物时,真空脱泡时的真空度为-0.5~-0.09MPa,优选-0.2~-0.09MPa。
根据本发明,可以获得作为LED软灯丝基材所需的透光率,耐化学性,耐热变色性,导热性,膜机械性能和耐旋光性优异的树脂。此外,可以通过诸如印刷法涂布法、喷墨法或点胶法等的简便涂布方法来形成高导热性树脂膜。
有机硅改性聚酰亚胺树脂组合物复合膜作为灯丝基材(或基层)时,LED芯片为六面发光体,LED灯丝制作时,LED芯片的至少二面被顶层包裹,现有LED灯丝在点亮时,会出现顶层与基层色温不均匀的现象,或基层会出现颗粒感,因而作为灯丝基材的复合膜需要具备优异的透明性。
请参照图6A与图6B,图6A为本发明的一个实施例的LED球泡灯的示意图,图6B为图6A的LED球泡灯的前视图(或侧视图)。如图6A与图6B所示,LED球泡灯20d包括灯壳12、连接灯壳12的灯头16、设于灯壳12内的至少二导电支架51a、51b、悬臂15、芯柱19、及单根LED灯丝100。芯柱19包括相对的芯柱底部与芯柱顶部,所述芯柱底部连接所述灯头16,芯柱顶部会沿着芯柱19的延长方向延伸至灯壳12内部,例如芯柱顶部可位于灯壳12内部的中心。在本实施例中,芯柱19包括了立杆19a,此处立杆19a被视为芯柱19整体的一部分,因此芯柱19的顶端即为立杆19a的顶端。导电支架51a、51b连接所述芯柱19。LED灯丝100包括灯丝本体与二电极506,所述二电极506位于所述灯丝本体的相对两端,灯丝本体即为LED灯丝100不包括电极506的其他部分。二灯丝电极506分别连接二导电支架51a、51b,所述灯丝本体环绕所述芯柱19。悬臂15的一端连接芯柱19而另一端连接灯丝本体。
请参照图6C,图6C所示为图6A的LED球泡灯20d的顶视图。如图6C所示,LED灯丝100本体包括主发光面Lm与次发光面Ls。主发光面Lm的任一段在任一角度会朝向灯壳12或灯头16,也就是朝向LED球泡灯20d之外或朝向灯壳12之外,而次发光面Ls的任一段在任一角度朝向芯柱19或芯柱19顶部,也就是朝向LED球泡灯20d之内或朝向灯壳12的中心。换句话说,当使用者由外部观察LED球泡灯20d时,在任何角度下都会看到LED灯丝100的主发光面Lm。基于此种设置,照明的效果会更好。
在LED球泡灯(如LED球泡灯20d)中的LED灯丝100可以形成不同的形状或曲线,且这些LED灯丝100的任一个都会设置为具有对称特性。此对称特性有助于产生均匀且分布广泛的光线,使得LED球泡灯能够产生全周光效果。LED灯丝100的对称特性如下所述。
LED灯丝100的对称特性的定义,可以是基于以LED球泡灯的顶视图所定义的四个象限。在LED球泡灯的顶视图中可以定义出四个象限,这四个象限的原点可定义为LED球泡灯的芯柱或立竿在顶视图中的中心(例如图1A的芯柱19的立竿的顶部中心或图6A的立竿19a的顶部中心)。LED球泡灯的LED灯丝(例如图1B)可在顶视图中呈现环形的结构、形状或轮廓。呈现在顶视图中的四个象限中的LED灯丝会具有对称性。
例如,当LED灯丝运作时,LED灯丝在顶视图中呈现在第一象限的亮度,会对称于LED灯丝在顶视图中呈现在第二象限、第三象限或第四象限的亮度。在一些实施例中,LED灯丝在顶视图中位在第一象限的部分的结构,会对称于LED灯丝在顶视图中位在第二象限、第三象限或第四象限的部分的结构。此外,LED灯丝在顶视图中位在第一象限的部分的出光方向,会对称于LED灯丝在顶视图中位在第二象限、第三象限或第四象限的部分的出光方向。
在其他实施例中,LED灯丝在顶视图中位在第一象限的部分上的LED芯片的配置(如LED灯丝位在第一象限的部分上的LED芯片的密度变化),会对称于LED灯丝在顶视图中位在第二象限、第三象限或第四象限的部分上的LED芯片的配置。
在其他实施例中,LED灯丝在顶视图中位在第一象限的部分上的具有不同功率的LED芯片的功率布置(如LED灯丝位在第一象限的部分上的各种功率的LED芯片的位置分布),会对称于LED灯丝在顶视图中位在第二象限、第三象限或第四象限的部分上的具有不同功率的LED芯片的功率布置。
在其他实施例中,当LED灯丝可区分为多个分段且这些分段是以彼此区别的折射率来定义,则LED灯丝在顶视图中位在第一象限的部分上的多个分段的折射率,会对称于LED灯丝在顶视图中位在第二象限、第三象限或第四象限的部分上的多个分段的折射率。
在其他实施例中,当LED灯丝可区分为多个分段且这些分段是以彼此区别的表面粗糙度来定义,则LED灯丝在顶视图中位在第一象限的部分上的多个分段的表面粗糙度,会对称于LED灯丝在顶视图中位在第二象限、第三象限或第四象限的部分上的多个分段的表面粗糙度。
呈现在顶视图的四个象限中的LED灯丝可以是点对称(例如根据四象限的原点对称)或是线对称(例如根据四象限的两个轴之一对称)。
在顶视图的四个象限中的LED灯丝的对称结构可以具有至多20%-50%的误差,例如,当LED灯丝在第一象限的部分的结构对称于LED灯丝在第二象限的部分的结构的时候,LED灯丝在第一象限的部分上有一个指定点,而LED灯丝在第二象限的部分上有一个对称于此指定点的对称点,此指定点有一个第一位置,此对称点有一个第二位置,第一位置与第二位置可以是完全对称或是有20%-50%的误差。
此外,在顶视图中,当LED灯丝在两个象限对称,也可以定义为LED灯丝在其中一个象限的部分的长度会大致上等于LED灯丝在另外一个象限的部分的长度。LED灯丝在不同象限的部分的长度也可以有20%-50%的误差。其中,所述长度可以是LED灯丝沿着其轴向方向延伸的长度。
LED灯丝100的对称特性的定义,可以是基于LED球泡灯在侧视图、前视图或后视图中定义的四个象限。在本实施例中,LED球泡灯的侧视图包括前视图或后视图。在LED球泡灯(例如图6A的LED球泡灯20d)的侧视图中可以定义出四个象限,在此种情况下,LED球泡灯中的芯柱或立竿(例如图6A的LED球泡灯20d的立竿19a)的延长方向(自灯头16朝向灯壳12远离灯头16的顶端)可定义为Y轴,而X轴则可以横越过立竿的中间,此时四个象限的原点则定义为此立竿的中间,也就是X轴与Y轴的交叉点。在不同的实施例中,X轴可以横越立杆的任何一点,例如,X轴可以横越立杆的顶端、立杆的底端或立杆的特定高度上的一点(如2/3高度处)。
此外,LED灯丝在侧视图中位在第一象限与第二象限(上方象限)的部分,会在亮度上对称(例如对Y轴呈线对称);LED灯丝在侧视图中位在第三象限与第四象限(下方象限)的部分,会在亮度上对称(例如对Y轴呈线对称)。然而,LED灯丝在侧视图中位在上方象限的部分所呈现的亮度,不会对称于LED灯丝在侧视图中位在下方象限的部分所呈现的亮度。
在一些实施例中,LED灯丝位在第一象限与第二象限(即上方两个象限)的部分会在结构上对称(例如以Y轴为对称线的线对称)。LED灯丝位在第三象限与第四象限(即下方两个象限)的部分会也会在结构上对称(例如以Y轴为对称线的线对称)。此外,LED灯丝在侧视图中位在第一象限的部分的出光方向,会对称于LED灯丝在侧视图中位在第二象限的部分的出光方向;LED灯丝在侧视图中位在第三象限的部分的出光方向,会对称于LED灯丝在侧视图中位在第四象限的部分的出光方向。
在其他实施例中,LED灯丝在侧视图中位在第一象限的部分上的LED芯片的配置,会对称于LED灯丝在侧视图中位在第二象限的部分上的LED芯片的配置;LED灯丝在侧视图中位在第三象限的部分上的LED芯片的配置,会对称于LED灯丝在侧视图中位在第四象限的部分上的LED芯片的配置。
在其他实施例中,LED灯丝在侧视图中位在第一象限的部分上的具有不同功率的LED芯片的功率布置,会对称于LED灯丝在侧视图中位在第二象限的部分上的具有不同功率的LED芯片的功率布置;LED灯丝在侧视图中位在第三象限的部分上的具有不同功率的LED芯片的功率布置,会对称于LED灯丝在侧视图中位在第四象限的部分上的具有不同功率的LED芯片的功率布置。
在其他实施例中,当LED灯丝可区分为多个分段且这些分段是以彼此区别的折射率来定义,则LED灯丝在侧视图中位在第一象限的部分上的多个分段的折射率,会对称于LED灯丝在侧视图中位在第二象限的部分上的多个分段的折射率;LED灯丝在侧视图中位在第三象限的部分上的多个分段的折射率,会对称于LED灯丝在侧视图中位在第四象限的部分上的多个分段的折射率。
在其他实施例中,当LED灯丝可区分为多个分段且这些分段是以彼此区别的表面粗糙度来定义,则LED灯丝在侧视图中位在第一象限的部分上的多个分段的表面粗糙度,会对称于LED灯丝在侧视图中位在第二象限的部分上的多个分段的表面粗糙度;LED灯丝在侧视图中位在第三象限的部分上的多个分段的表面粗糙度,会对称于LED灯丝在侧视图中位在第四象限的部分上的多个分段的表面粗糙度。
此外,在侧视图中,LED灯丝呈现在上方两个象限的部分与LED灯丝呈现在下方两个象限的部分则在亮度上是不对称的。在一些实施例中,LED灯丝呈现在第一象限与第四象限的部分在结构上、在长度上、在出光方向上、在LED芯片的配置上、在具有不同功率的LED芯片的功率布置上、在折射率上或在表面粗糙度上是不对称的,而LED灯丝呈现在第二象限与第三象限的部分在结构上、在长度上、在出光方向上、在LED芯片的配置上、在具有不同功率的LED芯片的功率布置上、在折射率上或在表面粗糙度上是不对称的。为了满足全周光灯具的照明目的与要求,在侧视图中自上方象限(远离灯头16的部分)发出的光线应该要多于自下方象限(靠近灯头16的部分)发出的光线。因此,这种LED球泡灯的LED灯丝在上方象限与下方象限之间的不对称特性,可藉由将光线集中在上方象限,而有有助于满足全周光的要求。
LED灯丝在侧视图的第一象限与第二象限中的对称结构可以具有20%-50%的误差(容许误差),例如,LED灯丝在第一象限的部分上有一个指定点,而LED灯丝在第二象限的部分上有一个对称于此指定点的对称点,此指定点有一个第一位置,此对称点有一个第二位置,第一位置与第二位置可以是完全对称或是有20%-50%的误差。此处误差的意义可参照前文的记载。
此外,在侧视图中,LED灯丝在第一象限的部分的长度会大致上等于LED灯丝在第二象限的部分的长度。在侧视图中,LED灯丝在第三象限的部分的长度会大致上等于LED灯丝在第四象限的部分的长度。然而,在侧视图中,LED灯丝在第一象限或第二象限的部分的长度会不同于LED灯丝在第三象限或第四象限的部分的长度。在一些实施例中,在侧视图中,LED灯丝在第三象限或第四象限的部分的长度会小于LED灯丝在第一象限或第二象限的部分的长度。在侧视图中,LED灯丝在第一象限或第二象限的部分的长度或者LED灯丝在第三象限或第四象限的部分的长度也会具有20%-50%的误差。
请参照图6D,图6D为图6B的LED灯丝100呈现在定义有四个象限的二维坐标系中。图6D的LED灯丝100同于图6B的LED灯丝100,图6D是图6A的LED球泡灯20d的前视图(或侧视图)。如图6B与图6D所示,Y轴会对齐芯柱的立杆19a(即,Y轴会位在立杆19a的延长方向上),而X轴会横越立杆19a(即,X轴会垂直于立杆19a的延长方向)。如图6D所示,LED灯丝100在侧视图中会被X轴与Y轴分为第一部分100p1、第二部分100p2、第三部分100p3与第四部分100p4。LED灯丝100的第一部分100p1是在侧视图中呈现在第一象限的部分,LED灯丝100的第二部分100p2是在侧视图中呈现在第二象限的部分,LED灯丝100的第三部分100p3是在侧视图中呈现在第三象限的部分,而LED灯丝100的第四部分100p4是在侧视图中呈现在第四象限的部分。
如图6D所示,LED灯丝100为线对称。LED灯丝100在侧视图中会相对于Y轴对称,也就是说,第一部分100p1与第四部分100p4的几何形状会对称于第二部分100p2、第三部分100p3的几何形状。具体而言,在侧视图中,第一部分100p1会对称于第二部分100p2,更进一步来说,在侧视图中,第一部分100p1与第二部分100p2会在结构上相对于Y轴对称。此外,在侧视图中,第三部分100p3会对称于第四部分100p4,更进一步来说,在侧视图中,第三部分100p3与第四部分100p4会在结构上相对于Y轴对称。
在本实施例中,如图6D所示,侧视图中位于上方象限(即第一象限与第二象限)的第一部分100p1与第二部分100p2与侧视图中位于下方象限(即第三象限与第四象限)的第三部分100p3与第四部分100p4是不对称的。具体而言,侧视图中第一部分100p1与第四部分100p4是不对称的,而侧视图中第二部分100p2与第三部分100p3是不对称的。根据图6D中LED灯丝100在上方象限与下方象限的结构的不对称特性,自上方象限射出且穿过上方灯壳12(远离灯头16的部分)的光线会多于自下方象限射出且穿过下方灯壳12(靠近灯头16的部分)的光线,以满足全周光灯具的照明目的与要求。
基于LED灯丝100的对称特性,侧视图中LED灯丝100的两对称部分的结构(第一部分100p1与第二部分100p2或第三部分100p3与第四部分100p4)可以是完全对称或是在结构上有误差的对称。LED灯丝100在侧视图中的两个对称部分的结构之间的误差(容许误差)可以是20%-50%或更低。
误差可以定义为坐标(即x坐标与y坐标)上的差异,例如,若LED灯丝100在第一象限的第一部分100p1上有一指定点,而LED灯丝100在第二象限的第二部分100p2上有一相对于Y轴对称于所述指定点的对称点,则所述指定点的y坐标或x坐标的绝对值可以等于所述对称点的y坐标或x坐标的绝对值,或可以相对于所述对称点的y坐标或x坐标的绝对值具有20%的差异。
例如,如图6D所示,LED灯丝100在第一象限的第一部分100p1的一个指定点(x1,y1)定义为第一位置,LED灯丝100在第二象限的第二部分100p2的一个对称点(x2,y2)定义为第二位置,对称点(x2,y2)的第二位置相对于Y轴对称于指定点(x1,y1)的第一位置。第一位置与第二位置可以是完全对称或是有20%-50%误差的对称。在本实施例中,第一部分100p1与第二部分100p2在结构上完全对称,也就是说,对称点(x2,y2)的x2会等于指定点(x1,y1)的负x1,而对称点(x2,y2)的y2会等于指定点(x1,y1)的y1。
例如,如图6D所示,LED灯丝100在第三象限的第三部分100p3的一个指定点(x3,y3)定义为第三位置,LED灯丝100在第四象限的第四部分100p4的一个对称点(x4,y4)定义为第四位置,对称点(x4,y4)的第四位置相对于Y轴对称于指定点(x3,y3)的第三位置。第三位置与第四位置可以是完全对称或是有20%-50%误差的对称。在本实施例中,第三部分100p3与第四部分100p4在结构上有误差的对称(例如在坐标上会有小于20%的误差),也就是说,对称点(x4,y4)的x4的绝对值不等于指定点(x3,y3)的x3的绝对值,而对称点(x4,y4)的y4的绝对值不等于指定点(x3,y3)的y3的绝对值。如图6D所示,指定点(x3,y3)的垂直高度稍低于对称点(x4,y4)的垂直高度,而指定点(x3,y3)比起对称点(x4,y4)更靠近Y轴。相应地,y4的绝对值稍小于y3的绝对值,而x4的绝对值稍大于x3的绝对值。
如图6D所示,LED灯丝100在侧视图中的第一象限的第一部分100p1的长度大致上等于LED灯丝100在侧视图中的第二象限的第二部分100p2的长度。在本实施例中,所述长度是在一平面图上(如侧视图、前视图或顶视图)沿着LED灯丝100的延长方向而定义的。例如,第一部分100p1在图6D的侧视图的第一象限延长而形成倒“V”形,其具有分别接触X轴与Y轴的两端,而第一部分100p1的长度则是沿着在X轴与Y轴之间的倒“V”形来定义。
此外,LED灯丝100在侧视图中的第三象限的第三部分100p3的长度大致上等于LED灯丝100在侧视图中的第四象限的第四部分100p4的长度。由于第三部分100p3与第四部分100p4相对于Y轴彼此在结构上有误差的对称,因此第三部分100p3的长度与第四部分100p4的长度有些许误差。此误差可以是20%-50%或更低。
如图6D所示,在侧视图中,第一部分100p1的指定点的出光方向与第二部分100p2的对称点的出光方向,会相对于Y轴在方向上对称。在本实施例中,出光方向可以定义为LED芯片所面对的方向。并且LED芯片面对的方向定义为主发光面Lm面对的方向,因此出光方向也可以定义为主发光面Lm的法线方向。例如,第一部分100p1的指定点(x1,y1)的出光方向ED在图6D中为向上,而第二部分100p2的对称点(x2,y2)的出光方向ED在图6D中为向上。指定点(x1,y1)的出光方向ED与对称点(x2,y2)的出光方向ED相对于Y轴对称。此外,第三部分100p3的指定点(x3,y3)的出光方向ED在图6D中是朝向左下方向,而第四部分100p4的对称点(x4,y4)的出光方向ED在图6D中是朝向右下方向。指定点(x3,y3)的出光方向ED与对称点(x4,y4)的出光方向ED相对于Y轴对称。
请参照图6E,图6E为图6C的LED灯丝100呈现在定义有四个象限的二维坐标系中。图6E的LED灯丝100同于图6C的LED灯丝100,图6E是图6A的LED球泡灯20d的顶视图。如图6C与图6E所示,四个象限的原心被定义为LED球泡灯20d在顶视图中的立杆19a的中心(例如,图6A的立杆19a的顶部中心)。在本实施例中,Y轴在图6E中为垂直,而X轴在图6E中为水平。如图6E所示,LED灯丝100在顶视图中会被X轴与Y轴分为第一部分100p1、第二部分100p2、第三部分100p3与第四部分100p4。LED灯丝100的第一部分100p1是在顶视图中呈现在第一象限的部分,LED灯丝100的第二部分100p2是在顶视图中呈现在第二象限的部分,LED灯丝100的第三部分100p3是在顶视图中呈现在第三象限的部分,而LED灯丝100的第四部分100p4是在顶视图中呈现在第四象限的部分。
在一些实施例中,在顶视图的LED灯丝100可以是点对称(例如根据四象限的原点对称)或是线对称(例如根据四象限的两个轴之一对称)。在本实施例中,如图6E所示,LED灯丝100在顶视图为线对称,且特别是LED灯丝100在顶视图中会相对于Y轴对称,也就是说,第一部分100p1与第四部分100p42的几何形状会对称于第二部分100p2与第三部分100p3的几何形状。具体而言,在顶视图中,第一部分100p1会对称于第二部分100p2,更进一步来说,在顶视图中,第一部分100p1与第二部分100p2会在结构上相对于Y轴对称。此外,在顶视图中,第三部分100p3会对称于第四部分100p4,更进一步来说,在顶视图中,第三部分100p3与第四部分100p4会在结构上相对于Y轴对称。
基于LED灯丝100的对称特性,顶视图中LED灯丝100的两对称部分的结构(第一部分100p1与第二部分100p2或第三部分100p3与第四部分100p4)可以是完全对称或是在结构上有误差的对称。LED灯丝100在顶视图中的两个对称部分的结构之间的误差(容许误差)可以是20%-50%或更低。
例如,如图6E所示,LED灯丝100在第一象限的第一部分100p1的一个指定点(x1,y1)定义为第一位置,LED灯丝100在第二象限的第二部分100p2的一个对称点(x2,y2)定义为第二位置,对称点(x2,y2)的第二位置相对于Y轴对称于指定点(x1,y1)的第一位置。第一位置与第二位置可以是完全对称或是有20%-50%误差的对称。在本实施例中,第一部分100p1与第二部分100p2在结构上完全对称,也就是说,对称点(x2,y2)的x2会等于指定点(x1,y1)的负x1,而对称点(x2,y2)的y2会等于指定点(x1,y1)的y1。
例如,如图6E所示,LED灯丝100在第三象限的第三部分100p3的一个指定点(x3,y3)定义为第三位置,LED灯丝100在第四象限的第四部分100p4的一个对称点(x4,y4)定义为第四位置,对称点(x4,y4)的第四位置相对于Y轴对称于指定点(x3,y3)的第三位置。第三位置与第四位置可以是完全对称或是有20%-50%误差的对称。在本实施例中,第三部分100p3与第四部分100p4在结构上有误差的对称(例如在坐标上会有小于20%的误差),也就是说,对称点(x4,y4)的x4不等于指定点(x3,y3)的x3的负值,而对称点(x4,y4)的y4不等于指定点(x3,y3)的y3。如图6E所示,指定点(x3,y3)的垂直高度稍低于对称点(x4,y4)的垂直高度,而指定点(x3,y3)比起对称点(x4,y4)更靠近Y轴。相应地,y4的绝对值稍小于y3的绝对值,而x4的绝对值稍大于x3的绝对值。
如图6E所示,LED灯丝100在顶视图中的第一象限的第一部分100p1的长度大致上等于LED灯丝100在顶视图中的第二象限的第二部分100p2的长度。在本实施例中,所述长度是在一平面图上(如顶视图、前视图或侧视图)沿着LED灯丝100的延长方向而定义的。例如,第二部分100p2在图6E的顶视图的第二象限延长而形成倒“L”形,其具有分别接触X轴与Y轴的两端,而第二部分100p2的长度则是沿着倒“L”形来定义。
此外,LED灯丝100在顶视图中的第三象限的第三部分100p3的长度大致上等于LED灯丝100在顶视图中的第四象限的第四部分100p4的长度。由于第三部分100p3与第四部分100p4相对于Y轴彼此在结构上有误差的对称,因此第三部分100p3的长度与第四部分100p4的长度有些许误差。此误差可以是20%-50%或更低。
如图6E所示,在顶视图中,第一部分100p1的指定点的出光方向与第二部分100p2的对称点的出光方向,会相对于Y轴在方向上对称。在本实施例中,出光方向可以定义为LED芯片所面对的方向。并且LED芯片面对的方向定义为主发光面Lm面对的方向,因此出光方向也可以定义为主发光面Lm的法线方向。例如,第一部分100p1的指定点(x1,y1)的出光方向ED在图6E中为向右,而第二部分100p2的对称点(x2,y2)的出光方向ED在图6E中为向左。指定点(x1,y1)的出光方向ED与对称点(x2,y2)的出光方向ED相对于Y轴对称。此外,第三部分100p3的指定点(x3,y3)的出光方向ED在图6E中是朝向左下方向,而第四部分100p4的对称点(x4,y4)的出光方向ED在图6E中是朝向右下方向。指定点(x3,y3)的出光方向ED与对称点(x4,y4)的出光方向ED相对于Y轴对称。此外,在顶视图中,第一部分100p1上的任一指定点的出光方向ED与第二部分100p2上的对称于指定点的任一对应对称点的出光方向ED,会相对于Y轴在方向上对称。且在顶视图中,第三部分100p3上的任一指定点的出光方向ED与第四部分100p4上的对称于指定点的任一对应对称点的出光方向ED,会相对于Y轴在方向上对称。
如前所述的实施例,在侧视图(包括前视图或后视图)及/或顶视图中,LED灯丝100的关于对称结构、对称出光方向、LED芯片442的对称配置、LED芯片442的对称功率布置、对称折射率及/或对称表面粗糙度的对称特性,有助于产生均匀分布的光线,且LED芯片442的对称功率布置、对称折射率及/或对称表面粗糙度的对称设计,可搭配上述LED灯丝的分段特性进行综合考虑,使得具有LED灯丝100的LED球泡灯能够产生全周光。
所述全周光的定义,视LED球泡灯所使用的地区而定,且会随着时间而变动。根据不同的机构与国家,宣称可提供全周光的LED球泡灯可能需要满足不同标准。美国能源之星计划的灯具(球泡灯)资格准则第一版(EligibilityCriteriaVersion1.0)第24页,定义了在全周光灯具基座向上的设置下,其要求了在135度至180度之间所发出的光至少应是总光通量(totalflux)(lm)的5%,而90%的亮度测量值为可变化的,但其与在全部平面上的总亮度测量值的平均值的差异不会超过25%。亮度(luminousintensity(cd))是在每一个垂直平面上,以垂直角度5度的增幅(最大值),在0度至135度之间加以测量。而日本的JEL801规范对LED灯要求在光轴的120度范围的区间内,其光通量不应小于球泡灯的总光通量的70%。基于前述实施例的具有对称特性的LED灯丝的设置,带有所述LED灯丝的LED球泡灯可符合全周光灯具的不同标准。
本发明所指的“一根LED灯丝”、“一条LED灯丝”,指的是由前述导体段和LED段共同连接而成,具有相同且连续的光转换层(包括相同且连续形成的顶层或底层),并且仅在两端设置有与灯泡导电支架电性连接的两个导电电极,符合以上结构叙述即为本发明所称的单一LED灯丝结构。
在一些实施例中,LED灯丝100可具有多段LED段,同一LED段中的LED芯片采用串联连接,不同的LED段之间采用并联连接,其中每一LED段的阳极可以作为LED灯丝的正极、并且每一LED段的阴极可以作为LED灯丝的负极分别连接二或二个以上导电支架(如图1A的51a、51b),并且通过导电支架电性连接电源模块(如图1A中的518)。如图7A所示,图7A为本发明一实施例的LED灯丝电路示意图,此实施例中LED灯丝100具有两段LED段402、404,其中每段LED段402/404可包含一或多个LED芯片,同一LED段402/404中的LED芯片用串联连接,并且LED段402、LED段404在相互电性连接后彼此间会具有独立的电流路径(即,采分流方式连接)。更具体的说,本实施例的LED段402和LED段404的阳极连接在一起并且作为LED灯丝100的正极P1,LED段402的阴极作为LED灯丝100的第一负极N1,并且LED段402的阴极作为LED灯丝100的第二负极N2。LED灯丝100的正极P1、第一负极N1和第二负极N2分别通过导电支架电性连接至电源模块,例如如图6A所示的导电支架51a、51b和电源模块。
更具体的说,所述LED灯丝100的正极P1、第一负极N1和第二负极N2与电源模块之间的电性连接关系可如图7B或图7C所示,其中图7B和图7C为本发明不同实施例的LED灯丝的电性连接关系的示意图。请先参照图7B,在本实施例中,LED灯丝100的正极P1电性连接至电源模块518的第一输出端(或称正输出端),并且LED灯丝100的第一负极N1和第二负极N2被电性连接/短路在一起,并且共同电性连接至电源模块518的第二输出端(或称负输出端)。搭配图7A来看,在图7B的电性连接关系下,LED段402和404可视为是并联于电源模块518的输出端上,因此LED段402和404皆是受到第一输出端和第二输出端之间的驱动电压V1所驱动。在LED段402和404所包含的芯片数和配置相同或近似的前提下,电源模块518所提供的驱动电流会均匀的分流至各LED段402和404上,因此会使LED段402和404呈现大致上一致的亮度和/或色温。
请接着参照图7C,在本实施例中,LED灯丝100的正极P1电性连接至电源模块518的第一输出端(或称正输出端),LED灯丝100的第一负极N1电性连接至电源模块518的第二输出端(或称第一负输出端),并且LED灯丝100的第二负极N1电性连接至电源模块518的第三输出端(或称第二负输出端),其中,电源模块518的第一输出端和第二输出端之间会构成一个驱动电压V1输出,并且电源模块518的第一输出端和第三输出端之间会构成另一个驱动电压V2输出。搭配图7A来看,在图7C的电性连接关系下,LED段402是电性连接在第一输出端和第二输出端之间,并且LED段404是电性连接在第一输出端和第三输出端之间,因此LED段402和404可视为是分别受到驱动电压V1和V2所驱动。在此配置底下,电源模块518提供至LED段402/404的驱动电流可通过调变输出的驱动电压V1和V2大小来实现独立控制,进而使LED段402和404可分别具有对应的亮度和/或色温。换言之,在图7C的配置底下,通过电源模块518的设计及控制,即可在单一条LED灯丝上实现分段调光的功能。
在一些实施例中,电源模块518的第二输出端和第三输出端可以通过电阻连接在一起,并且第二输出端和第三输出端其中之一电性连接/短路至接地端。通过此种配置即可构成具有不同电平的负输出端,进而产生具有不同电平的驱动电压V1和V2。在一些实施例中,第二输出端和第三输出端也可以是分别通过电路控制其电平,本发明不仅限于上述实施方式。
以上所述本发明的各种实施例特征,可以在不相互排斥的情况下任意组合变换,并不局限于具体的一种实施例中。例如图A所示的实施例中所述,这些特征虽然未在图C所示的实施例中说明亦可包括有图A实施例所述特征,但很显然,本领域普通技术人员可以根据图A的说明不经创造性的将此等特征应用于图C;又例如,本发明虽然以LED球泡灯为例对各种创作方案进行了说明,但明显的这些设计均可以不经创造性的应用于其他形状或者类型的灯中,例如LED蜡烛灯等,在此不再一一列举。
本发明在上文中已以较佳实施例揭露,然熟悉本项技术者应理解的是,该实施例仅用于描绘本发明,而不应解读为限制本发明的范围。应注意的是,举凡与该实施例等效的变化与置换,均应设为涵盖于本发明的范畴内。因此,本发明的保护范围当以所附的权利要求书所界定的范围为准。

Claims (10)

1.一种LED球泡灯,其特征在于,包括:
灯壳;
灯头,连接于所述灯壳以形成一容置空间,所述灯头中包括一驱动电路;
至少二导电支架,所述导电支架电性连接于所述灯头的驱动电路并设置于所述容置空间中;以及
发光部,所述发光部呈单一弯曲条状,包括一光转换涂层包覆复数个LED芯片单元、导体段,和分别与所述导电支架连接的至少两个电极,任一所述LED芯片单元包括透过导线连接的至少两个LED芯片,所述LED芯片单元于所述发光部中透过所述导体段进行电性连接,所述导体段于所述发光部长度延伸方向上的长度大于所述导线;
其中,每一所述电极的一部分外露于所述光转换涂层之外;
其中,所述电极与LED芯片单元透过第一导线连接,所述导体段与所述LED芯片单元透过第二导线连接;
其中,所述光转换涂层包括第一光转换层和基层,所述基层的上表面贴覆多个所述导体段以及所述LED芯片单元,且所述第一光转换层覆盖所述导体段的两端;
其中,每一所述LED芯片单元中的LED芯片以串联方式连接,且每一所述LED芯片单元的阳极连接在一起作为所述发光部的正极,而其中一所述LED芯片单元的阴极作为所述发光部的第一负极,另一所述LED芯片单元的阴极作为所述发光部的第二负极,其中所述发光部的正极、第一负极和第二负极分别通过所述导电支架电性连接至所述驱动电路。
2.如权利要求第1项所述的LED球泡灯,其特征在于,所述导体段为铜箔,所述导体段两端被所述第一光转换层覆盖的面积、平均厚度相等或不相等,所述导体段的上表面被所述第一光转换层覆盖的面积为30~40%。
3.如权利要求第2项所述的LED球泡灯,其特征在于,所述导体段包括波浪状的凹陷结构,所述波浪状的凹陷结构设置于所述导体段的表面边缘上,且以所述LED发光部的轴向方向为中心环绕设置于所述导体段。
4.如权利要求第2项所述的LED球泡灯,其特征在于,所述导体段包括波浪状的凸起结构,所述波浪状的凸起结构设置于所述导体段的表面边缘上,且以所述LED发光部的轴向方向为中心环绕设置于所述导体段。
5.如权利要求第2项所述的LED球泡灯,其特征在于,于所述基层的下表面还覆盖有厚度均匀的第二光转换层,所述基层的上表面和下表面相对,所述第二光转换层具有倾斜侧面或带有弧形的倾斜侧面。
6.如权利要求第2项所述的LED球泡灯,其特征在于,所述第一光转换层覆盖单个所述LED芯片单元与该所述LED芯片单元相连接的所述第一导线和第二导线,且所述第一光转换层的数量与LED芯片单元的数量相同。
7.如权利要求5所述的LED球泡灯,其特征在于,所述第一光转换层和第二光转换层中包括光扩散粒子和导光粒子,所述光扩散粒子为萤光粉,所述导光粒子为聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)或树脂。
8.如权利要求2所述的LED球泡灯,其特征在于,所述基层由有机硅改性聚酰亚胺树脂组合物涂布干燥后形成,所述组合物包括含有下述通式(Ⅰ)所表示重复单元的有机硅改性聚酰亚胺,以及热固化剂、荧光粉及散热粒子,所述热固化剂为环氧树脂、异氰酸酯或双噁唑啉化合物;
通式(Ⅰ)中,Ar1为具有苯环或脂环式烃结构的4价有机基团,Ar2为2价有机基团,R分别独立地选自甲基或苯基,n为1~5。
9.如权利要求8所述的LED球泡灯,其特征在于,所述Ar1为具有含有活泼氢官能团的苯环结构或脂环式烃结构的4价有机基团,所述活泼氢官能团为羟基、氨基、羧基或硫醇基中的任意一种,所述Ar2为含有活泼氢官能团的2价有机基团,所述活泼氢官能团为羟基、氨基、羧基或硫醇基中的任意一种。
10.如权利要求8所述的LED球泡灯,其特征在于,所述驱动电路包括一电源模块,所述发光部的正极电性连接至所述电源模块的第一输出端,所述发光部的第一负极和第二负极电性连接,并且共同连接至所述电源模块的第二输出端,其中所述第一输出端相异于所述第二输出端。
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Effective date of registration: 20221214

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Pledgor: Jiaxing Super Lighting Electric Appliance Co.,Ltd.

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