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Gebiet der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Feld der Beleuchtungstechniken, insbesondere eine LED-Beleuchtungsleiste und eine diese benutzende Glühlampe wie gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 der
US-Patentschrift 2008/285,279 A1 beschrieben.
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Allgemeiner Stand der Technik
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Nach dem Stand der Technik besteht eine LED-Glühbirne anstelle einer Glühlampe typischerweise aus einer oder mehreren Leistungs-LED(s); einer Metallbasis-Leiterplatte (MPCB), einem Kühlkörper mit einer Serie von Abführungsrippen, einem ein Schaltnetzteil und eine Konstantstrom-Vorrichtung umfassenden Treiber, einem Verbindungselement, einer Blendschutz-Glühbirnenhülle und einem elektrischen Anschluss. Gegenwärtig hat eine Lumineszenzausbeute einer solchen Glühbirne die von weit verbreiteten Energiespar-Leuchtstofflampen eingeholt. Die Lumineszenzausbeute liegt bei allen Energiespar-Leuchtstofflampen bei 40–70 lm/W, aber die Lumineszenzausbeute weißer LED-Elemente hat schon bis zu 130 lm/W erreicht. Aus diesem Grund besteht ein Bedarf an einer weiteren Verbesserung der LED-Glühbirne. Die Hauptprobleme der gegenwärtigen LED-Glühbirnen liegen in zu hohen Kosten und Verkaufspreisen, die ein Mehrfaches der von Energiespar-Leuchtstofflampen unter der Voraussetzung gleichen Lichtstroms betragen und daher schwierig eine Verbreitung finden können. Der Faktor, der die hohen Kosten verursacht, ist nicht der LED-Chip selbst, sondern die hohen Kosten für den Kühlkörper aus einer Aluminiumlegierung, der Treiber, der eine Schaltmodus-Leistungsversorgung aufweist und eine Konstantstrom-Vorrichtung sowie das LED-Packaging. Ein derartiger bedingt nicht nur hohe Kosten, sondern hat auch einen niedrigen Wirkungsgrad. Darüber hinaus umfasst dieser Treiber ferner weitere Elemente wie Triode, Transformator und elektrolytischen Kondensator, die eine kurze Lebensdauer aufweisen, die nicht an die der LED angepasst ist. Die Nenn-Lebensdauer dieser Elemente beträgt im Durchschnitt in der Regel weniger als 25.000 Stunden, während die Lebensdauer der LED selbst bis zu 50.000–100.000 Stunden betragen dürfte. Das heißt, dass die bekannte LED-Glühbirne zum Ersetzen der Glühlampe eine relativ niedrige Gesamt-Lumineszenzausbeute, zu hohe Kosten und nicht viel Lebensdauer aufweist. Wenn die LED-Glühbirne als Ersatz für eine Glühlampe vorgesehen ist und die Energiespar-Leuchtstofflampe weit verbreitet zur Anwendung kommt und sich zur Hauptrichtung für allgemeine Beleuchtung entwickelt, müssen deren Wirkungsgrad weiter gesteigert, deren Kosten signifikant verringert und deren Lebensdauer verlängert werden, und sie sollte im Wesentlichen das gleiche Gewicht und Volumen wie das der Glühlampe aufweisen.
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Von LED emittiertes Licht stammt von PN-Übergängen der LED. Der PN-Übergang ist ursprünglich ein 4π-Leuchtmittel. Beim Stand der Technik ist, um Licht zu konzentrieren oder für einen Kontakt mit einem Metallkühlkörper, der PN-Übergang der LED mit einer reflektierenden Schicht, einer reflektierenden Schale oder einem Kühlkörper auf einer Seite davon angeordnet, das heißt, dass das ursprüngliche 4π-Leuchtmittel als 2π-Leuchtmittel oder weniger als 2π-Leuchtmittel hergestellt wird. Demzufolge werden 2π-Strahlen, die gegen den Kühlkörper gerichtet werden, von dort nach einfacher Reflexion, mehrfachen Reflexionen oder unterschiedlichen Absorptionen ausgehen; während ein Teil der 2π-Lichtstrahlen, die gegen eine Lichtausgangsfläche gerichtet werden, auch nach Reflexion, mehrfachen Reflexionen oder unterschiedlichen Absorptionen ausgehen, da dieser Teil von 2π-Licht gegen den Kühlkörper gerichtet wird, wobei eine Lichtausgangsrate des PN-Übergangs stark verringert wird, das heißt. der Wirkungsgrad der LED wird verringert. Gegenwärtig beträgt eine interne Quantenausbeute von durch den PN-Übergang der LED emittiertem Licht bereits annähernd 90 Prozent, während die externe Quantenausbeute davon nur ungefähr 30 Prozent beträgt. Die Angabe, dass "die interne Quantenausbaute 90 Prozent" beträgt, besagt, dass innerhalb der PN-Übergänge nur 10 Prozent der injizierten Elektronen ohne Photonenerzeugung abfließen, während 90 Prozent der injizierten Elektronen ein Photon erzeugen. Ein wichtiger Grund dafür, dass die "externe Quantenausbeute nur ungefähr 30 Prozent beträgt", ist jedoch, dass der ursprünglich 4π-Licht emittierende PN-Übergang ein 2π-Leuchtmittel wird. Wenn der PN-Übergang von LED fähig zur Emission von 4π-Licht sein kann, wird dies mit Sicherheit die Lumineszenzausbeute der LED signifikant steigern.
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In dieser Hinsicht sind frühere Forschungen ausgeführt worden. So beschreibt zum Beispiel das
Chinesische Patent Nr. 200510089384.X , dass ein einzelner LED-Chip in einer Licht übertragenden Substanz aufgehängt wurde, um dem Chip eine Emission von 4π-Licht zu ermöglichen. Damit ist allerdings ein Problem der Wärmeabfuhr vom Chip nicht gelöst. Dieser Chip ist ohne eine Stützplatte aufgehängt, und demzufolge weisen die Stromleiter am Chip geringe Zuverlässigkeit auf. Somit kann nur ein einzelner, kleiner Leistungschip verwendet werden, und es ist schwierig, ein zuverlässiges Licht herzustellen, das ausreichenden Ausgabelichtstrom aufweist. Und zum Beispiel in der veröffentlichten US-Patentanmeldung Nr. 2007/0139949 ist eine Vielzahl kleiner Chips in Reihe auf einem teuren durchsichtigen, wärmeleitenden Substrat wie Saphir, Diamant, GaN oder einem undurchsichtigen wärmeleitenden Substrat wie Kupfer, SiC installiert. Dann wird die LED-Glühbirne, die eine Form der Glühlampe aufweist, durch Verbinden des oben beschriebenen Substrats mit einem Lampenkolben durch wärmeleitende Leitungsdrähte und eine Klammer zur Wärmeabfuhr sowie Bereitstellen einer Lampenhülle auf der Außenseite davon, die nicht vakuumversiegelt aber darin mit Luft gefüllt ist und mit der Umgebungsatmosphäre kommuniziert, gebildet. Wie in der vorstehenden US-Patentanmeldung beschrieben, ist das durchsichtige wärmeleitende Substrat, wie Saphir und Diamant, sehr teuer und schwierig in der praktischen Anwendung; und da Kupfer, SiC und dergleichen nicht durchsichtig sind, ist es unmöglich, ein Emittieren von 4π-Licht zu erreichen. Ein Pfad zur Abfuhr von Wärme bei diesem Typ von Glühbirne ist Chip → wärmeleitendes Substrat → wärmeleitender Leitungsdraht → wärmeleitende Klammer → Lampenkolben. Der Pfad der Wärmeabfuhr endet am Lampenkolben, was in Schwierigkeiten bei der Herstellung einer Wärmeverbindung und in einer begrenzten Wirkung der Wärmeabfuhr resultiert. Wenn der Treiber der LED im Lampenkolben angeordnet ist, bewirkt dies eine Unterbrechung des Wärmeabfuhrpfads und einen Ausfall. Wenn bei dieser Voraussetzung der Lampenkolben vakuumversiegelt ist, wird auch der Wärmeabfuhrpfad aufgebrochen. Deshalb ist es schwierig, ein praktisches Licht herzustellen, das einen ausreichenden Ausgabelichtstrom aufweist.
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Bei der Mehrzahl herkömmlicher LED-Glühbirnen werden Leistungs-LED eingesetzt, die niedrige Spannung und hohen Strom aufweisen. Jeder LED-Chip hat einen PN-Übergang, sein Betriebsstrom ist so hoch wie 0,35 A, auch mehrere Ampere, und die elektrische Leistung beträgt von 1 W bis zu mehreren Watt und ist darüber hinaus auf die Fläche von einem bis zu mehreren Quadratmillimetern des Chips konzentriert. Da die externe Quantenausbeute davon nur ungefähr 30 Prozent beträgt, zusätzlich zu einer Energiedifferenz zwischen dem injizierten Elektron und dem davon erzeugten Photon ebenso wie einer Energiedifferenz zwischen dem von den PN-Übergängen erzeugten Photon und dem schließlich ausgehenden Photon, werden ungefähr 70 Prozent der elektrischen Leistung in Wärme umgewandelt. Die Abfuhr von so viel Wärme war schon immer ein Problem seit dem ersten Erscheinen dieses Typs von Leistungs-LED. Eine LED ist ein Halbleiter-Bauelement, und ein Temperaturanstieg bei dessen PN-Übergängen bewirkt ein rasches Abfallen der Lumineszenzausbeute und auch Abbrennen der PN-Übergänge. Bis zur heutigen Zeit ist die Wärmeabfuhr ein kritisches Problem bei diesem Typ von Niederspannungs- und Hochstrom-Leistungs-LED-Beleuchtung, zu der auch LED-Glühbirnen zählen.
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Um das Problem der Wärmeableitung zu lösen, werden bei der bekannten LED-Glühbirne hauptsächlich passive Metall-Kühlkörper mit Wärme abführenden Rippen eingesetzt. Die Materialien und Formen dieses Kühlkörpers ebenso wie das Steigern des Wärmeaustauschs durch Konvektion über Luft ist untersucht und beschrieben in Patenten wie dem
chinesischen Patent Nr. 200510062323.4 und den
US-Patenten Nr. 6787999 bzw.
7144135 . Diese Kühlkörper sind typischerweise aus einer Aluminiumlegierung hergestellt, haben ein sperriges Volumen, hohes Gewicht und einen hohen Preis. Dies ist einer der ausschlaggebenden Faktoren für die hohen Kosten der bekannten LED-Glühbirnen.
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Anstelle des oben beschriebenen Metall-Kühlkörpers ist auch eine Wärmeabfuhr mithilfe von Flüssigkeit untersucht worden, siehe zum Beispiel die
chinesischen Patentschriften Nr. 200810093378.5 , Nr.
200910100681.8 und Nr.
200910101643.4 . Die LED sind in einer versiegelten Glühbirnenhülle platziert worden, die mit Wärme leitender Flüssigkeit mit der Fähigkeit zum Übertragen von Licht gefüllt war, zum Beispiel Wasser, Öl, Glykol oder einer anderen inerten Flüssigkeit. Einerseits hat die Flüssigkeit einen viel niedrigeren Wärmeleitfähigkeitskoeffizienten als das Metall. Als ein Beispiel beträgt der Wärmeleitfähigkeitskoeffizient von Wasser etwa 0,7 W/(m·K), während der Wärmeleitfähigkeitskoeffizient des Metalls 50–415 W/(m·K) beträgt. Der Wärmeleitfähigkeitskoeffizient der Aluminiumlegierung, die in im Allgemeinen für den Kühlkörper der LED-Glühbirne verwendet wird, beträgt 96–226 W/(m·K). Aus dem Obigen ist erkennbar, dass die Flüssigkeit eine viel niedrigere Wärmeleitfähigkeit besitzt als das Metall. Andererseits ist bei einem sehr hohen Viskositätskoeffizienten, Wasser zum Beispiel hat eine Viskosität von 8937 µP, das Ausbilden einer Konvektion bei diesen schwierig. Was das vorstehend Gesagte anbelangt, hat die Flüssigkeit schwachen Einfluss auf die Wärmeabfuhr durch Wärmeleitung und Konvektion. Darüber hinaus führt die Verwendung von Flüssigkeit zur Wärmeabfuhr zum Auftreten von Problemen durch eine Elektroanalyse der Flüssigkeit, eine Erosion der Flüssigkeit an der LED, einen Ausfall der Wärmeabfuhr oder sogar Explosion durch Bildung einer Gasphasenschicht auf einer Oberfläche der LED, wahrscheinlich aufgrund des Phasenübergangs der Flüssigkeit, eine Kontamination der Flüssigkeit nach einem Bruch der Glühlampenhülle und das hohe Gewicht. Das Erreichen einer praktischen Anwendung und weitverbreiteten Akzeptanz sind somit nicht einfach.
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Die Verwendung von Gas zur Abfuhr von Wärme an Stelle von, wie vorstehend beschrieben, (festem) Metall und Flüssigkeit zur Wärmeabfuhr ist bereits untersucht worden. Die LED-Glühbirne gemäß dem
chinesischen Patent Nr. 201010176451.2 zum Beispiel benutzt das Stickstoffanion, versiegelt in der Glühbirnenhülle, zur Wärmeabfuhr. Und zum Beispiel bei der LED-Glühbirne gemäß dem
chinesischen Patent Nr. 200910250434.6 wird ein Gasgemisch aus Stickstoff und Argon verwendet, das in der Glühbirnenhülle versiegelt ist und zur Wärmeabfuhr dient. Zusätzlich zu diesen LED-Glühbirnen können andere Typen der Lampen (wie Kaltkathoden-Leuchtstofflampen) Wärme durch Beaufschlagen mit Gas von hoher Wärmeleitfähigkeit (wie He oder einem Mischgas von He und H
2) abführen, wie zum Beispiel in der
chinesischen Patentschrift Nr. 200710148853.X beschrieben. Es ist aber schwierig, eine begrenzte Konvektion zu erzeugen, die in einer begrenzten Wirkung von Wärmeleitung und -abfuhr resultiert, da die Röhre der Kaltkathoden-Leuchtstofflampe ein großes Volumen hat, das annähernd die gesamte Lampenhülle beansprucht. Aus diesem Grund kommt sie heutzutage praktisch nicht zur Anwendung. Und Metall-Halogen-Lampen, als weiteres Beispiel, erfordern ein Befüllen der Lampenhülle mit einem Gas wie Stickstoff und/oder Wasserstoff, wie aus der
chinesischen Patentschrift Nr. 200580039670.3 hervorgeht. Die Leuchtstofflampe kann auch mit dem Gas, wie Stickstoff und/oder Wasserstoff, gefüllt werden. Diese Lampen unterscheiden sich jedoch von der LED-Glühbirne.
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Über das vorgenannte Problem der Wärmeabfuhr hinaus besteht bei der bekannten LED-Glühbirne auch ein Antriebsproblem beim Umformen der handelsüblichen Hochspannung in niedrige Spannung und hohen Strom. Wie bereits beschrieben, benutzt die Mehrzahl der herkömmlichen LED-Glühlampen Leistungs-LED, deren Betrieb Gleichspannung, niedrige Spannung und hohen Strom voraussetzt. Ihre Betriebsspannungen liegen im Bereich von einigen Volt bis zu zig Volt, und die Stromwerte liegen im Bereich von 0,35 A bis zu mehreren Ampere. Die bekannten Leuchtstofflampen und Energiesparlampen für allgemeine Beleuchtungszwecke benutzen handelsübliche Wechselspannung mit einer Spannung von 110–230 V. Deshalb wird, wenn ein direkter Ersatz beabsichtigt ist, ein Treiber mit einem AC/DC-Wandler erforderlich, um den Wechselspannung mit der hohen Spannung in den Gleichspannung mit der niedrigen Spannung und einem hohen Stromwert umzuwandeln. Ein solcher Treiber umfasst in der Regel ein Schaltnetzteil mit solchen Bauelementen wie Trioden, Transformatoren und elektrolytischen Kondensatoren und einen Konstantstromkreis. Da das Volumen der LED-Leuchte zum Ersetzen der Leuchtstofflampe nicht zu groß ist, muss das Volumen des Treibers und der Transformatoren so klein wie möglich gehalten werden, während der Unterschied zwischen der Eingangsspannung und der Ausgangsspannung sehr groß ist; dies resultiert in einem niedrigen Wirkungsgrad bei der elektrische Umwandlung, typischerweise 70–80 Prozent. Dies reduziert die Lumineszenzausbeute der gesamten Leuchte. Dabei erzeugt sie aufgrund des geringen Wirkungsgrades eine große Menge Wärme. Bei Betrachtung der genannten, vom Treiber erzeugten Wärme und der von der LED erzeugten Wärme, steigt die Temperatur des Treibers schnell an, was allerdings nicht nur den Wirkungsgrad des Treibers verringert, sondern auch die Lebensdauer des Treibers. Die Bauelemente wie Trioden, Transformatoren und elektrolytische Kondensatoren, die temperaturempfindlich sind, sind im Treiber enthalten. Wenn die Temperatur ansteigt, werden deren Wirkungsgrad, Lebensdauer und Zuverlässigkeit signifikant reduziert. Dies führt mit sich, dass die Lebensdauer der bekannten LED-Glühbirne nicht hauptsächlich abhängig von der LED ist, sondern vom Treiber. Darüber hinaus hat der Treiber, der das Schaltnetzteil mit dem Transformator und dem Konstantstromkreis umfasst, eine komplizierte Schaltung, was stellt hohe Anforderungen an die Bauelemente stellt, und somit sind die Kosten hierfür hoch, was wiederum ein weiterer kritischer Faktor ist, der bei der bekannten LED-Glühbirne zu einem hohen Preis führt.
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Um einen solchen Treiber zu ersetzen, befindet sich eine Technologie mit der Bezeichnung ACLED (Alternating Current LED) in Entwicklung, wie zum Beispiel aus den
chinesischen Patenten Nr. 200510020493.6 und
200610099185.1 und den
US-Patenten Nr. 7,515,248 und
7,535,028 und auch als Produc AX3221 et al. hervorgeht. Eine Serie von Niederstrom-LED-Chips ist auf eine Weise ähnlich wie bei einem Brückengleichrichter-Schaltkreis in Reihe geschaltet, auf einer MPCB und mit einem Kühlkörper versehen. Die LED-Chips können direkt mit marktüblichem Wechselspannung betrieben werden, und dadurch ist die Antriebsschaltung relativ einfach. Allerdings ist der Wirkungsgrad solcher LED gegenwärtig relativ niedrig, und sie müssen eng und thermisch mit einem Metall-Kühlkörper verbunden werden, der der Luft ausgesetzt sein muss. Da die ACLED mit hochgespanntem Wechselspannung verbunden wird, wird der Kühlkörper leicht aufgeladen und damit unsicher. Für die bekannte HVLED (High-Voltage-LED), die zum Beispiel im
chinesischen Patent Nr. 201020159200.9 beschrieben ist, gelten ebenfalls die gleichen Sicherheitsaspekte.
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Desweiteren ist die LED eine Art von Punktlichtquelle, und etwa 100 lm des Lichts ist auf eine Fläche von 1 mm2 konzentriert, somit beträgt eine Lichtintensität zig Millionen Nit. Wenn das Auge einer Person direkt darauf gerichtet wird, entsteht eine starke Blendung, der einen Schatten im Sichtfeld hinterlässt, und danach ist die Ansicht innerhalb einer kurzen Zeit stark beeinträchtigt. Aus diesem Grund müssten Haushaltleuchten mit einer Blendschutz-Lampenhülle oder anderen Vorrichtung zur Lichtdispersion versehen sein. Um ein gutes Gefühl für das Licht zu erhalten, muss eine Lichtstreuschicht der Blendschutz-Lampenhülle eine ausreichende Dicke aufweisen, wobei das auch den Transmissionswirkungsgrad der Lampenhülle reduzieren wird. Typischerweise wird sie ungefähr 15 % Licht verlieren. Dies wiederum reduziert die Lumineszenzausbeute der gesamten Lampe.
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Im Hinblick auf das oben Gesagte müssen, wenn die Absicht besteht, LED-Licht in großem Umfang als Ersatz für Glühlampen und Leuchtstofflampen für allgemeine Beleuchtungszwecke einzusetzen, beim LED-Licht die Lumineszenzausbeute weiter verbessert, die Kosten signifikant verringert, die Lebensdauer verlängert und sowohl das Volumen als auch das Gewicht in die Nähe der Glühlampe gebracht werden.
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Zusammenfassung der Erfindung
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In Anbetracht der vorgenannten Nachteile des Standes der Technik besteht eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung in der in einer Verbesserung bei wenigstens einem Aspekt der obigen Probleme und Mängel.
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Dementsprechend besteht eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung in der Bereitstellung eines LED-Licht emittierenden Streifens mit der Fähigkeit zum Emittieren von 4π-Licht mit einer hohen Ausbeute.
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Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht in der Bereitstellung einer LED-Glühbirne von hohem Wirkungsgrad mit LED-Chips, die 4π-Licht mit einer hohen Ausbeute emittieren. Eine andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht in der Bereitstellung einer kostengünstigen LED-Glühbirne von hohem Wirkungsgrad mit LED-Chips, die 4π-Licht emittieren.
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Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht in der Bereitstellung einer LED-Glühbirne von langer Haltbarkeit und von hohem Wirkungsgrad mit LED-Chips, die 4π-Licht emittieren. Eine noch andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht in der Bereitstellung einer LED-Glühbirne von hohem Wirkungsgrad mit LED-Chips, die 4π-Licht emittieren, bei der das Volumen und das Gewicht in der Nähe des einer Glühlampe liegen.
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In Übereinstimmung mit einem Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine LED-Glühlampe bereitgestellt, die Folgendes umfasst: eine LED-Glühbirnenhülle; eine Kernsäule mit einem Auslassrohr und einer Klammer; mindestens einem LED-Licht emittierenden Streifen mit LED-Chips darin, die 4π-Licht emittieren; einen Treiber; und einen elektrischen Anschluss, wobei die LED-Glühbirnenhülle mit der Kernsäule vakuumversiegelt ist, um eine vakuumversiegelte Kammer zu bilden, die mit einem Gas gefüllt ist, das einen niedrigen Viskositätskoeffizienten und einen hohen Wärmeleitfähigkeitskoeffizienten aufweist, wobei die Klammer und der auf der Klammer befestigte LED-Licht emittierende Streifen in der vakuumversiegelten Kammer angeordnet sind, wobei der LED-Licht emittierende Streifen seinerseits elektrisch verbunden ist mit dem Treiber, dem elektrischen Anschluss, wobei der elektrische Anschluss zur elektrischen Verbindung mit einer externe Stromquelle verwendet wird, um die LED-Licht emittierenden Streifen zum Leuchten zu bringen.
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In Übereinstimmung mit einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein LED-Licht emittierender Streifen mit LED-Chips, die 4π-Licht emittieren, bereitgestellt, wobei der LED-Licht emittierende Streifen ein durchsichtiges Substrat und mindestens eine Serie von LED-Chips auf dem durchsichtigen Substrat aufweist, die auf solche Weise in Reihe angeschlossen sind, dass die PN-Übergänge darin eine gleiche Richtung aufweisen, wobei die LED-Chips durchsichtige Chipsubstrate aufweisen, Elektroden der LED-Chips durch eine Elektrodenleitvorrichtung der LED-Chips, die an zwei Enden des durchsichtigen Substrats bereitgestellt ist, geleitet sind, wobei das durchsichtige Substrat aus Weichglas, Hartglas, Quarzglas, durchsichtiger Keramik oder Kunststoff hergestellt ist.
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In Übereinstimmung mit einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein LED-Licht emittierender Streifen mit LED-Chips, die 4π-Licht emittieren, bereitgestellt, wobei der LED-Licht emittierende Streifen ein durchsichtiges Substrat und mindestens eine Serie von LED-Chips auf dem durchsichtigen Substrat aufweist, die auf solche Weise in Reihe angeschlossen sind, dass die PN-Übergänge darin eine gleiche Richtung aufweisen, wobei die LED-Chips durchsichtige Chipsubstrate aufweisen, Elektroden der LED-Chips durch eine Elektrodenleitvorrichtung der LED-Chips, die an zwei Enden des durchsichtigen Substrats bereitgestellt ist, geleitet sind, wobei ein Teil der LED-Chips Blaulicht-Chips ist, während der andere Teil davon Rotlicht-Chips ist, eine Phosphorpulver-Lumineszenzschicht um die LED-Chips und das durchsichtige Substrat, auf dem die LED-Chips installiert sind, verteilt ist, um einen Teil des von den LED-Chips emittierten Blaulichts in Gelblicht umzuwandeln, während der andere Teil des Blaulichts mit dem Gelblicht und dem Rotlicht gemischt wird, um Weißlicht zu erzeugen, wobei Weißlicht einen hohen Farbwiedergabeindex aufweist, oder ein andersfarbiges Licht.
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In Übereinstimmung mit einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein LED-Licht emittierender Streifen mit LED-Chips, die 4π-Licht emittieren, bereitgestellt, wobei der LED-Licht emittierende Streifen ein durchsichtiges Substrat und mindestens eine Serie von LED-Chips auf dem durchsichtigen Substrat aufweist, die auf solche Weise in Reihe angeschlossen sind, dass die PN-Übergänge darin eine gleiche Richtung aufweisen, wobei die LED-Chips durchsichtige Chipsubstrate aufweisen, Elektroden der LED-Chips durch eine Elektrodenleitvorrichtung der LED-Chips, die an zwei Enden des durchsichtigen Substrats bereitgestellt ist, geleitet sind, wobei eine durchsichtige Röhre oder eine Röhre aus durchsichtigem Lumineszenz-Phosphorpulver auf einer äußersten Seite der LED-Chips und des durchsichtigen Substrats eingeschlossen sind.
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In Übereinstimmung mit einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein LED-Licht emittierender Streifen mit LED-Chips, die 4π-Licht emittieren, bereitgestellt, wobei der LED-Licht emittierende Streifen ein durchsichtiges Substrat und mindestens eine Serie von LED-Chips auf dem durchsichtigen Substrat aufweist, die auf solche Weise in Reihe angeschlossen sind, dass die PN-Übergänge darin eine gleiche Richtung aufweisen, wobei LED-Chips durchsichtige Chipsubstrate aufweisen, Elektroden der LED-Chips durch eine Elektrodenleitvorrichtung der LED-Chips, die an zwei Enden des durchsichtigen Substrats bereitgestellt ist, geleitet sind, wobei die LED-Chips durchsichtige Hochspannungs-LED-Chips sind, die jeder mindestens zwei in Reihe geschaltete LED-PN-Übergänge aufweisen.
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Eine erfindungsgemäße LED-Glühbirne von hohem Wirkungsgrad, mit LED-Chips, die 4π-Licht emittieren, umfasst eine Licht durchlassende Glühbirnenhülle, eine Kernsäule mit einem Auslassrohr, eine Stromleitung und einer Klammer, mindestens einen LED-Licht emittierenden Streifen mit LED-Chips, die 4π-Licht emittieren, einen Treiber, einen elektrischen Anschluss, eine Glühbirnenhülle und ein Anschlussstück zum Verbinden mit dem elektrischen Anschluss, wobei die Licht durchlassende Glühbirnenhülle und die Kernsäule vakuumversiegelt sind, um eine vakuumversiegelte Kammer zu bilden, die mit Gas gefüllt ist, das einen niedrigen Viskositätskoeffizienten und einen hohen Wärmeleitfähigkeitskoeffizienten aufweist; wobei die Glühbirnenhülle, der LED-Licht emittierende Streifen, der Treiber, der elektrische Anschluss und das Anschlussstück elektrisch miteinander verbunden sind um eine vollständige Glühbirne zu bilden; wobei der LED-Licht emittierende Streifen an der Kernsäule befestigt ist, Elektroden des LED-Licht emittierenden Streifens mit dem Treiber verbunden sind, und der elektrische Anschluss über die Stromleitung der Kernsäule schließlich mit der externen Stromversorgung zum Einschalten der externen Stromversorgung verbunden ist, d. h. um den LED-Licht emittierenden Streifen zum Leuchten zu bringen.
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Aus dem vorstehend Gesagten geht hervor, dass bei der vorliegenden Ausführungsform die Licht durchlassende LED-Glühbirne mit der Kernsäule vakuumversiegelt ist, um darin die entsprechende Klammer und den daran befestigten LED-Licht emittierenden Streifen aufzunehmen. Darüber hinaus sind der Treiber und der elektrische Anschluss außerhalb der vakuumversiegelten Kammer angeordnet.
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Die von der Licht durchlassenden Glühbirnenhülle und der Kernsäule gebildete vakuumversiegelte Kammer ist mit dem einen niedrigen Viskositätskoeffizienten und einen hohen Wärmeleitfähigkeitskoeffizienten aufweisenden Gas, zum Beispiel He, H2 oder einem Mischgas von He und H2, gefüllt. Bei Raumtemperatur hat das Gas einen Gasdruck im Bereich von 50–1520 Torr. Es ist bekannt, dass jedes statische Gas ein guter Wärmeisolator ist, und die Wärmeabfuhr vom Gas ist hauptsächlich abhängig von der Konvektion. Das bedeutet, dass es notwendig ist, ein Gas zu wählen, das einen niedrigen Viskositätskoeffizienten aufweist. Helium hat unter den Gasen den niedrigsten Viskositätskoeffizienten, nur 116 µP (der von H2 beträgt 173 µP, der von Luft 922 µP, der von Wasser 8937 µP), und bildet dabei einfach eine wirksame Konvektion der Wärmeabfuhr aus. Andererseits hat der LED-Licht emittierende Streifen ein geringes Volumen und ist einfacher auszubilden als eine wirksame Konvektion des Gases, wobei die bei Betrieb des LED-Licht emittierenden Streifens erzeugte Wärme durch die Konvektion und Wärmeleitfähigkeit des Gases und durch die Glühbirnenhülle wirksam entfernt wird. Darüber hinaus ist der LED-Licht emittierende Streifen geschützt durch Inertgas wie He oder anderes Gas, das einen niedrigen Viskositätskoeffizienten aufweist, und vakuumversiegelt. Da der LED-Licht emittierende Streifen völlig unbeeinflusst ist von Wasserdampf usw. in der umgebenden Umgebung, weisen der LED-Licht emittierende Streifen und die LED-Chips darin eine lange Lebensdauer auf.
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Der LED-Licht emittierende Streifen mit den 4π-Licht emittierenden LED-Chips darin umfasst ein durchsichtiges Substrat und mindestens eine Serie von LED-Chips auf dem durchsichtigen Substrat, die auf solche Weise in Reihe angeschlossen sind, dass die PN-Übergänge darin eine gleiche Richtung aufweisen. Die LED-Chips haben durchsichtige Chipsubstrate und sind auf den durchsichtigen Substraten befestigt mit Klarsichtkleber wie Silikonkleber, modifiziertem Harz oder Epoxidharz und dergleichen. Der LED-Chip emittiert 4π-Licht und hat eine hohe Lumineszenzausbeute. Die LED-Elektroden werden durch Stromleiter an zwei Enden des durchsichtigen Substrats geleitet.
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Das durchsichtige Substrat des LED-Licht emittierenden Streifens ist aus Glas, Hartglas, durchsichtiger Keramik oder Kunststoff und dergleichen. Die Stromleiter an zwei Enden des LED-Licht emittierenden Streifens sind an beiden Enden des durchsichtigen Substrats durch Hochtemperaturkleber, Kunststoff Silberschlamm oder niedrigschmelzendes Glas befestigt.
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Die mindestens eine Serie von LED-Chips ist separat miteinander auf dem durchsichtigen Substrat befestigt. Die jeweiligen Chips können nebeneinander angeordnet oder auf einem bestimmten Abstand voneinander beabstandet werden. Zum Beispiel beträgt der Abstand zwischen den Chips mehr als 0,01 mm. Die bei Betrieb der LED erzeugte Wärme gestreut verteilt und einfach abzuführen, Da von der LED emittiertes Licht gestreut verteilt ist, verringert sich das Blenden der LED. In Reihe geschaltete Chips, die auf dem durchsichtigen Substrat installiert sind, können LED-Chips mit identischen Lumineszenzfarben sein, zum Beispiel identisches Blaulicht, Ultraviolettlicht oder ein anderes monochromatisches Licht emittieren. Die Chips können auch drei RGB-Primärfarben oder Mehrfach-Primärfarben emittieren, damit Weißlicht oder das unterschiedlich gefärbte Mischlicht erhalten wird. Wenn verschiedene Anzahlen von LED mit mehrfachen Lumineszenzfarben gewählt sind, ist es möglich Weißlicht von hohem Farbwiedergabeindex zu erhalten.
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Eine durchsichtige dielektrische Schicht, die eine hohe Lichtdurchlässigkeit und einen hohen Brechungsindex aufweist, zum Beispiel Silikonkleber, Kunstharz oder Epoxidharz, kann auf einer Oberfläche des durchsichtigen Substrat des LED-Licht emittierenden Streifens mit Chips und auf den Chips aufgetragen werden, wodurch der Ausgangswirkungsgrad des Lichts erhöht und die LED-Chips und deren elektrische Anschlussleitungen geschützt werden.
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Wenn die LED-Chips Blaulicht oder Ultraviolettlicht emittieren und Lumineszenz-Phosphorpulver benötigen, um diese in Weißlicht oder anderes Farblicht umzuwandeln, ist auch eine gleichförmige Lumineszenz-Phosphorpulver-Schicht auf der Außenseite des Licht emittierenden Streifens und den Chips darauf erforderlich.
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Das Lumineszenz-Phosphorpulver kann auf Außenflächen um das durchsichtige Substrat und den Chips aufgetragen werden.
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Die Lumineszenz-Phosphorpulver-Schicht kann auf einer Außenfläche um das durchsichtige Substrat des Licht emittierenden Streifens und einer Fläche darauf, auf der die Chips installiert sind, und auch auf der durchsichtigen dielektrischen Schicht der Chips aufgetragen werden.
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Eine durchsichtige dielektrische Schicht kann zuerst um den durchsichtigen Licht emittierenden Streifen und die Chips aufgetragen werden, und danach wird eine gleichmäßige Lumineszenz-Phosphorpulver-Schicht darauf aufgetragen.
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Eine gleichmäßige Lumineszenz-Phosphorpulver-Schicht kann zuerst um das durchsichtige Substrat des Licht emittierenden Streifens und die Chips aufgetragen werden, und danach wird eine durchsichtige dielektrische Schicht darauf aufgetragen.
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Die Lumineszenz-Phosphorpulver-Schicht wird aufbereitet durch Vermischen des Lumineszenz-Pulvers mit durchsichtigem Dielektrikum, welches sehr lichtdurchlässig, hochbrechend und stark wärmeleitend ist, zum Beispiel Silikonkleber, Epoxidharz, Kunststoff, Klarsichtkleber, Klarlack und organisches makromolekulares Material usw.
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Das Lumineszenz-Phosphorpulver und das durchsichtige Dielektrikum werden im Voraus vermischt, um einen gleichmäßigen lumineszenten Film zu ergeben, der danach um das durchsichtige Substrat und die durchsichtige dielektrische Schicht auf den Chips gewickelt wird.
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Die Lumineszenz-Phosphorpulver-Schicht, die durch Vermischen des Lumineszenz-Phosphorpulvers mit dem durchsichtigem Dielektrikum hergestellt wird, kann auch als eine durchsichtige dielektrische Lumineszenz-Phosphorpulver-Röhre hergestellt werden. Die Lumineszenz-Phosphorpulver-Röhre kann außenseitig des durchsichtigen Substrats und der Chips platziert werden. Das durchsichtige Dielektrikum kann zum Beispiel Silikonkleber, Epoxidharz, Kunststoff und Glass usw. sein.
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Das Lumineszenz-Phosphorpulver kann auch auf einer inneren oder äußeren Wand einer Glasröhre aufgetragen und als eine Lumineszenz-Phosphorpulver-Glasröhre hergestellt werden. Und dann kann das durchsichtige Substrat, installiert mit mindestens einer Serie von LED-Chips, innerhalb der Lumineszenz-Phosphorpulver-Glasröhre platziert werden. Ein Dielektrikum, das hohe Lichtdurchlässigkeit, hohe Wärmeleitfähigkeit und einen hohen Brechungsindex aufweist, zum Beispiel Silikonkleber, Epoxidharz, Kunststoff usw. kann zwischen der durchsichtigen dielektrischen Lumineszenz-Phosphorpulver-Röhre oder der Lumineszenz-Phosphorpulver-Glasröhre und den LED-Chips und dem durchsichtigen Substrat eingefüllt werden. Zwei Enden der oben genannten durchsichtigen dielektrischen Lumineszenz-Phosphorpulver-Röhre können mit der Stromleitung an beiden Enden des durchsichtigen Substrats befestigt oder versiegelt werden.
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Das Lumineszenz-Phosphorpulver kann auch auf der Innenwand der durchsichtigen Glühbirnenhülle aufgetragen werden.
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Der LED-Licht emittierende Streifen und die 4π-Licht emittierenden LED-Chips darin weist mindestens eine Serie von in Reihe geschalteten LED-Chips auf, die Hochspannungs-LED-Chips sein können. Jeder der Hochspannungs-LED-Chips umfasst mindestens zwei in Reihe geschaltete LED-PN-Übergänge, von denen jeweils zwei dazwischen mindestens einen elektrischen Verbindungsdraht aufweisen. Mindestens eine Metallelektrode für Schweißen und Bondingdraht ist an zwei Enden jedes Hochspannungs-Chips vorgesehen. Mindestens ein elektrischer Anschlussdraht ist zwischen jeweils zwei Hochspannungs-Chips und zwischen dem Hochspannungs-LED-Chip und einem Stromleiter des Hochspannungs-LED-Chip vorgesehen. Da jeder Hochspannungs-LED-Chip mehrere LED-PN-Übergänge hat, verringert sich die Anzahl der für den Licht emittierenden Streifen erforderlichen Chips signifikant, was den Vorgang des Diebondens und Drahtbondens des Licht emittierenden Streifens vereinfacht und die Produktionsausbeute für Licht emittierende Streifen erhöht. Gleichzeitig ist es nicht notwendig, dass die LED-PN-Übergänge eine große Fläche von einer undurchsichtigen Metallschweißscheibe aufweisen, und demzufolge verbessert sich der Ausgangswirkungsgrad des Lichts, d. h. des Lichtemissions-Wirkungsgrads.
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Die vorstehend beschriebenen, verschiedenen LED-Licht emittierenden Streifen mit 4π-Licht emittierenden LED-Chips darin können nicht nur zur Herstellung der gegenwärtigen LED-Glühbirnen, sondern auch als ein individuelles Licht emittierendes Element verwendet werden.
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Die mindestens eine Serie von auf solche Weise in Reihe geschalteten LED-Chips, dass die PN-Übergänge die gleiche Richtung haben, weist eine ausreichende Anzahl auf, damit eine Gesamtantriebsspannung des mindestens einen LED-Licht emittierenden Streifens, der nach einem Anschluss in Reihe oder parallel, nahe bei einer externen handelsüblichen Wechselspannung oder einer Spannung einer externen Gleichspannung, z. B. 20–100 Prozent eines Spitzenwerts der verwendeten Wechselspannung oder der Gleichspannungs-Stromversorgung liegt. Aus diesem Grund ist der Transformator nicht für den Treiber erforderlich, und somit stellt die vorliegende Erfindung einen einfachen Schaltkreis, einen hohen Wirkungsgrad und niedrige Kosten bereit.
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Der mindestens ein LED-Licht emittierende Streifen mit 4π-Licht emittierenden LED-Chips darin wird in Reihe oder in-Reihe-parallel angeschlossen, so dass er im bidirektionalen AC-Modus oder im unidirektionalen DC-Modus arbeiten kann. Der mindestens einen Licht emittierende Streifen ist in V-, W-, Säulen-, Kegel- oder Planform o. dgl. angeordnet.
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Um ein Erzeugen von Schatten auf der LED-Glühbirnenhülle durch Blockieren von Licht, das von einem LED-Licht emittierenden Streifen emittiert wird, durch einen anderen LED-Licht emittierenden Streifen zu vermeiden, sind die Licht emittierenden Streifen jeweils miteinander verflochten. Das heißt, dass jeweils zwei Streifen der verschiedenen LED-Licht emittierenden Streifen sich nicht auf der gleichen Ebene befinden.
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Die verschiedenen LED-Licht emittierenden Streifen sind so miteinander verflochten, dass sie in diagonalen Linien der jeweiligen Stirnflächen einer virtuellen vielflächigen Säule oder eines vielflächigen abgestumpften Kegels platziert sind. Wenn der/die mindestens eine LED-Licht emittierende/n Streifen für einen Betrieb im bidirektionalen AC-Modus angeschlossen ist/sind, ist mindestens einer der LED-Licht emittierenden Streifen in einer Vorwärtsrichtung leitend, während mindestens ein weiterer der der LED-Licht emittierenden Streifen in einer Rückwärtsrichtung leitend ist. Durch eine Wechselfolge der Vorwärts- und Rückwärtsrichtungen von Wechselspannung, werden die Streifen leitend, wobei sie Licht emittieren. Natürlich sind mindestens fünf LED-Licht emittierende Streifen angeordnet, um eine Schaltung ähnlich wie bei einem Brückengleichrichter-Schaltkreis in Reihe zu bilden. Genau wie bei den verfügbaren ACLED bewirkt die abwechselnde Vorwärts- und Rückwärtsumwandlung von Wechselspannung, dass die Streifen leitend werden, um Licht zu emittieren. Der Licht emittierende Streifen ist ein der vakuumversiegelten, lichtdurchlässigen Glühbirnenhülle versiegelt, und die hohe Betriebsspannung ist auch durch oder innerhalb der Glühbirnenhülle isoliert. Dadurch ist eine direkte Anwendung von handelsüblicher Wechselspannung möglich. Natürlich ist auch die Verwendung einer direkten Spannungsreduzierung, Strombegrenzung oder einen Regelkreis, bei dem der Widerstand und der Kondensator parallelgeschaltet sind, oder einen PTC-Widerstand o. dgl. zu verwenden. Deshalb ist der LED-Licht emittierende Streifen sicher und zuverlässig, und er überwindet die Mängel, leicht unter Hochspannung zu stehen und unsicher zu sein, wie der Kühlkörper der bekannten ACLED und HVLED.
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Wenn der mindestens eine LED-Licht emittierende Streifen für einen Betrieb im unidirektionalen DC-Modus geschaltet ist, kann er mit einer externen DC-Stromversorgung oder AC-Stromversorgung arbeiten. Bei Verwenden der externen AC-Stromversorgung kann der Treiber aus einer Gleichrichter- und Filterschaltung und einer einen Kondensator und einen Widerstand in Parallelschaltung aufweisenden Step-down-Strombegrenzungsschaltung bestehen, oder er kann eine Gleichrichter- und Filterschaltung oder einen mit einem PTC-Widerstand in Reihe geschalteten Gleichrichter-Schaltkreis verwenden. Der Treiber hat eine einfache Schaltung, ist kostengünstig, hat keine Trioden, keine Transformatoren, keine Hochfrequenzabstrahlung und/oder keine elektrolytischen Kondensatoren. Der Treiber kann ein relativ einfacher, unisolierter Treiber mit einer Induktanz- und einer Konstantstromquelle ohne einen Transformator sein.
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Die lichtdurchlässige Glühbirnenhülle ist durchsichtig, oder sie ist milchig, mattiert oder farbig, oder ein Teil der Glühbirnenhülle hat eine reflektierende Schicht oder eine Serie kleiner Prismen oder Linsen.
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Die lichtdurchlässige Glühbirnenhülle hat die Form eines A-, G-, R-, PAR-, T-, Kerzen-, P-, PS-, BR-, ER- oder BRL-Typs der bekannten Glühlampenhüllen.
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Der elektrische Anschluss ist einer der elektrischen Anschlüsse von den E40, E27, E26, E14, GU, BX, BA, EP, EX, GY, GX, GR, GZ und G-Typen der bekannten Glühlampenhüllen. Im Vergleich zum Stand der Technik bietet die vorliegende Erfindung die folgenden Vorteile:
- – Hohe Lumineszenzausbeute. Das einen niedrigen Viskositätskoeffizienten aufweisende Gas, das in der vakuumversiegelten Glühbirnenhülle versiegelt ist, dient zum Durchführen der konvektiven Wärmeabfuhr und löst dadurch das Wärmeabfuhrproblem der 4π-Licht emittierenden LED-Chips. Wenn die Chips 4π-Licht emittieren, wird die Lumineszenzausbeute um bis zu mehr als 65 Prozent gesteigert. Bei Anwenden des Hochspannungs-LED-Licht emittierenden Streifens mit einer Mehrzahl von in Reihe geschalteten LED-Chips, beträgt der Wirkungsgrad der Treiberschaltung bis zu mehr als 95 Prozent. Der Wirkungsgrad der gesamten Glühbirne kann Werte bis über 130 lm/W erreichen, was einmal der bekannten LED-Glühbirne entspricht, zwei Mal der Energiespar-Leuchtstofflampe und zehn Mal der Glühlampe entspricht. Bei der Verwendung der Hochspannungs-LED-Chips emittierenden Streifen mit den 4π-Licht emittierenden LED-Chips wird die Lumineszenzausbeute weiter gesteigert.
- – Niedrige Kosten. Die von der LED bei deren Betrieb erzeugte Wärme wird durch die Konvektion und Leitung von einem einen niedrigen Viskositätskoeffizienten und einen hohen Wärmeleitfähigkeitskoeffizienten aufweisenden Gas innerhalb der vakuumversiegelten Glühbirnenhülle und durch die Glühbirnenhülle abgeleitet, ohne dass ein Metall-Kühlkörper erforderlich ist. Bei Anwenden des Hochspannungs-LED-Licht emittierenden Streifens ist kein teurer AC-DC-Wandler mit einem Transformator erforderlich. Bei Verwenden des Hochspannungs-LED-Licht emittierenden Streifens mit den 4π-Licht emittierenden LED-Chips lassen sich die Kosten hierfür weiter reduzieren.
- – Lange Lebensdauer. Die gesamte Glühbirne enthält keine Bauelemente von kurzer Lebensdauer. Da die LED innerhalb einer mit dem inerten Gas He gefüllten, vakuumversiegelten Glühbirnenhülle angeordnet ist, ist sie völlig unbeeinflusst von Wasserdampf usw. innerhalb der umgebenden Umgebung. Darüber hinaus sind die Chips verstreut installiert und arbeiten mit niedrigem Strom und bei einer niedrigen Temperatur. Die Lebensdauer der LED-Glühbirne kann die lange Lebensdauer der LED selbst erreichen, d. h. 50.000–100.000 Stunden.
- – Sicherheit und Zuverlässigkeit. Die Hochspannungs-LED-Licht emittierenden Streifen mit der hohen Betriebsspannung sind deshalb in der vakuumversiegelten Glühbirnenhülle versiegelt. Deshalb sind sie sicher und zuverlässig, sie lösen die Sicherheitsprobleme der gegenwärtigen ACLED und HVLED.
- – Niedriges Gewicht und geringes Volumen. Da die gesamte LED-Glühbirne den Metall-Kühlkörper und den Transformator nicht benötigt, reduziert sich das Gewicht um zwei Drittel oder mehr. Die LED-Glühbirne gemäß der vorliegenden Erfindung wiegt weniger als die Energiespar-Leuchtstofflampe, und ihre Gewicht liegt annähernd bei dem von Glühlampen. Das Volumen der gegenwärtigen LED-Glühbirne ist ebenfalls ungefähr das der Glühlampe.
- – Geringe Blendung. Eine Mehrzahl von Niedrigstrom-LED-Chips ist verstreut verteilt, was das Blenden durch die LED-Chips verringert.
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Wenn die interne Quantenausbeute der LED-Chips weiter gesteigert und der Preis der Chips kontinuierlich verringert wird, kann die LED-Glühbirne mit 4π-Licht emittierenden LED-Chips gemäß der vorliegenden Erfindung eine primäre Form der LED für allgemeine Beleuchtungszwecke werden.
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Die erfindungsgemäße LED-Glühbirne kann die Glühlampe und die Energiespar-Leuchtstofflampe für Beleuchtungszwecke direkt ersetzen.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Dieser und/oder andere Aspekte und Vorteile werden ersichtlich und einfacher verständlich durch die nachfolgende Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform zusammen mit den beigefügten Zeichnungen, in denen:
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1 eine schematische Ansicht des Aufbaus einer hocheffizienten LED-Glühbirne mit 4π-Licht emittierenden LED-Chips gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
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2 eine schematische Ansicht des Aufbaus einer hocheffizienten LED-Glühbirne mit 4π-Licht emittierenden LED-Chips gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
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3 eine schematische Ansicht des Aufbaus einer hocheffizienten LED-Glühbirne mit 4π-Licht emittierenden LED-Chips gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
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4 eine schematische Ansicht des Aufbaus einer hocheffizienten LED-Glühbirne mit 4π-Licht emittierenden LED-Chips gemäß einer noch anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
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5 eine schematische Ansicht des Aufbaus einer hocheffizienten LED-Glühbirne mit 4π-Licht emittierenden LED-Chips gemäß einer noch weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
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6 eine schematische Vorderansicht des Aufbaus eines LED-Licht emittierenden Streifens mit 4π-Licht emittierenden LED-Chips in der hocheffizienten LED-Glühbirne gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
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7 eine schematische Ansicht des Aufbaus des Licht emittierenden Streifens entlang einer Linie A-A in 6 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
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8 eine schematische Ansicht des Aufbaus des Licht emittierenden Streifens entlang einer Linie A-A in 6 gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
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9 eine schematische Ansicht des Aufbaus des Licht emittierenden Streifens entlang einer Linie A-A in 6 gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
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10 eine schematische Ansicht des Aufbaus des Licht emittierenden Streifens entlang einer Linie A-A in 6 gemäß einer noch anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
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11 eine schematische Ansicht des Aufbaus des Licht emittierenden Streifens entlang einer Linie A-A in 6 gemäß einer noch weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
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12 eine schematische Ansicht des Aufbaus des Licht emittierenden Streifens entlang einer Linie A-A in 6 gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
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13 eine schematische Ansicht des Aufbaus des Licht emittierenden Streifens entlang einer Linie A-A in 6 gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
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14 eine schematische Vorderansicht des Aufbaus eines LED-Licht emittierenden Streifens mit 4π-Licht emittierenden LED-Chips in der hocheffizienten LED-Glühbirne gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
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15 eine schematische Ansicht des Aufbaus des Licht emittierenden Streifens entlang einer Linie B-B in 14 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
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16 eine schematische Vorderansicht des Aufbaus eines LED-Licht emittierenden Streifens mit 4π-Licht emittierenden LED-Chips in der Hochspannungs-LED-Glühbirne gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
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17 eine schematische Ansicht einer anderen Anordnung von LED-Licht emittierenden Streifen mit 4π-Licht emittierenden LED-Chips in der hocheffizienten LED-Glühlampe gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
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18 eine schematische Ansicht einer anderen Anordnung von LED-Licht emittierenden Streifen mit 4π-Licht emittierenden LED-Chips in der hocheffizienten LED-Glühlampe gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
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19 eine schematische Ansicht einer anderen Anordnung von LED-Licht emittierenden Streifen mit 4π-Licht emittierenden LED-Chips in der hocheffizienten LED-Glühlampe gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt; und
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20 eine schematische Ansicht einer anderen Anordnung von LED-Licht emittierenden Streifen mit 4π-Licht emittierenden LED-Chips in der hocheffizienten LED-Glühlampe gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Lichtdurchlässige Glühbirnenhülle der LED-Glühbirne
- 1a
- Ausgeweitete Röhre der Kernsäule
- 2
- Auslassrohr
- 2a
- Dichtungslage des Auslassrohrs
- 3
- Elektrisches Stromkabel
- 3a
- Gekrümmtes elektrisches Stromkabel
- 4
- Ständer
- 42
- Klammer
- 5
- Kernsäule
- 6, 6a, 6b
- LED-Licht emittierender Streifen
- 7
- Treiber
- 8
- Elektrischer Anschluss
- 9
- Anschlussstück
- 10
- LED-Glühbirnenhülle
- 11, 11a
- Metalldraht auf Kernsäule
- 12
- Elektrischer Verbindungsdraht
- 13
- Vakuumversiegelte Kammer
- 14
- Lichtreflexionsschicht
- 14a
- Lichtreflexionsplatte
- 15
- Durchsichtiges Substrat
- 16, 16a
- LED-Chip
- 17
- Elektrischer Verbindungsdraht zwischen Chips
- 18
- Elektrodenleiter
- 19
- Befestigungsmittel für elektrischen Stromleiter
- 20
- Schweißende an elektrischem Stromleiter
- 21
- Elektrischer Verbindungsdraht
- 22
- Klarsichtkleber
- 23
- Ausgehendes Licht
- 24
- PN-Übergang
- 25, 25a
- Durchsichtige dielektrische Schicht
- 26, 26a
- Lumineszenz-Phosphorpulver-Schicht
- 27
- Licht emittierender Streifen mit durchsichtiger Röhre oder Lumineszenz-Phosphorpulver-Röhre
- 28
- Durchsichtige Röhre oder Lumineszenz-Phosphorpulver-Röhre
- 29
- Elektrische Stromleitung
- 30
- Dichtungslage
- 31
- Durchsichtiges Dielektrikum
- 32
- Lumineszenz-Phosphorpulver-Schicht
- 33
- Licht emittierender Streifen bei Hochspannungs-LED-Chip
- 34
- Hochspannungs-LED-Chip
- 35
- LED-PN-Übergang
- 36
- Elektrischer Anschlussdraht zwischen PN-Übergängen
- 37
- Bondingscheibe an zwei Enden von Hochspannungs-LED-Chip
- 38
- Elektrischer Anschlussdraht zwischen Hochspannungs-LED-Chip und/oder Elektrischer Verbindungsdraht zwischen Hochspannungs-LED-Chip und Stromleiter
- 39
- Kegelachse
- 40
- Verschiedenfarbiger LED-Licht emittierender Streifen
- 41
- Virtuelles Polyeder
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Detaillierte Beschreibung der Ausführungsformen der Erfindung
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Die technische Lösung der vorliegenden Erfindung wird durch die folgenden Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die 1–20 detailliert erläutert. Durchgehend bezeichnen in der Beschreibung gleiche oder ähnliche Bezugszeichen die gleichen oder ähnlichen Bauteile. Die Erläuterung zur Implementierung der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung dient dem Zweck der Darstellung des allgemeinen Erfindungsgedankens der vorliegenden Erfindung und ist nicht als Einschränkung der vorliegenden Erfindung auszulegen.
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Bezugnehmend auf 1 wird eine schematische Ansicht des Aufbaus einer hocheffizienten LED-Glühbirne mit 4π-Licht emittierenden LED-Chips gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gezeigt. Diese LED-Glühbirne umfasst eine Licht durchlassende Glühbirnenhülle 1 der LED-Glühbirne, eine Kernsäule 5 mit einem Auslassrohr 2 und einer Klammer, mindestens einen LED-Licht emittierenden Streifen 6, aufweisend einen 4π-Licht emittierenden LED-Chip, einen Treiber 7, einen elektrischen Anschluss 8, ein Anschlussstück 9, das die Glühbirnenhülle 1 mit dem elektrischen Anschluss 8 verbindet. Die lichtdurchlässige LED-Glühbirnenhülle 1, die Kernsäule 5, der LED-Licht emittierende Streifen 6, der Treiber 7, der elektrische Anschluss 8 und das Anschlussstück 9 sind miteinander verbunden und ein integraler Teil der LED-Glühbirne 10. Der LED-Licht emittierende Streifen 6 ist auf der Kernsäule 5 durch einen elektrischen Stromleiter 3 und einen Metalldraht 11 verbunden. Die Elektroden des LED-Licht emittierenden Streifens 6 sind ihrerseits verbunden mit dem Treiber 7, einem elektrischen Verbindungsdraht 12 (wenn erforderlich), dem elektrischen Anschluss 8 und einer externen Stromversorgung über den elektrischen Stromleiter 3 und/oder dem Metalldraht 11 der Kernsäule 5. Wenn die externe Stromversorgung eingeschaltet wird, leuchtet der LED-Licht emittierende Streifen 6 auf. Die lichtdurchlässige Glühbirnenhülle der LED-Glühbirne 1 und die Kernsäule 5 bilden eine vakuumversiegelte Kammer 13 durch eine Vakuumversiegelung. Die Kammer 13 darin ist mit einem Gas gefüllt, das einen niedrigen Viskositätskoeffizienten und einen hohen Wärmeleitfähigkeitskoeffizienten aufweist, welches Gas die vom LED-Licht emittierenden Streifen 6 bei Betrieb erzeugte Wärme über Konvektion und Leitung des Gases und durch die lichtdurchlässige LED-Glühbirnenhülle 1 ableitet.
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Es versteht sich, dass, wie in 1 gezeigt, ein Ständer 4, der Stromleiter 3 und der Metalldraht 11 als eine Klammer 42 zur Befestigung des LED-Licht emittierenden Streifens 6 verwendet werden. Bei der vorliegenden Ausführungsform umfasst die Kernsäule 5 das Auslassrohr 2, das ausgeweitete Rohr 1a und die Klammer 42 (die den Stromleiter 3, den Ständer 4 und den Metalldraht 11 umfasst), die miteinander integriert sind. Wie vorstehend beschrieben ist die Kernsäule 5 mit der LED-Glühbirnenhülle 1 vakuumversiegelt. Spezifisch ist das ausgeweitete Rohr 1a mit der LED-Glühbirnenhülle 1 an der Verbindungsstelle hiervon vakuumversiegelt. Für den Fachmann ist einsichtig, dass die Kernsäule der vorliegenden Ausführungsform auf gleiche Weise wie verschiedene Komponenten der bekannten Kernsäule angeordnet ist, weshalb von einer ausführlichen Beschreibung der Kernsäule abgesehen wird.
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Spezifisch sind die LED-Glühbirnenhülle 1 und die Kernsäule 5 an den Verbindungsstellen durch ein Hochtemperatur-Erhitzungsverfahren miteinander verschmolzen, wobei eine vakuumversiegelte Kammer 13 gebildet wird. Das bei der vorliegenden Ausführungsform eingesetzte Verfahren ist identisch mit dem Versiegelungsvorgang, der bei herkömmlichen Glühlampen eingesetzt wird. Der LED-Licht emittierende Streifen 6, der Ständer 4 der Kernsäule 5 und der Metalldraht/Anschlussdraht 11 zwischen einem Ende des elektrischen Stromleiters 3 und dem Licht-emittierenden Streifen 6 sind alle in der vakuumversiegelten Kammer 13 versiegelt; die vakuumversiegelte Kammer 13 wird nach der Vakuumbeaufschlagung über das Auslassrohr 2 mit einem einen niedrigen Viskositätskoeffizienten und einen hohen Wärmeleitfähigkeitskoeffizienten aufweisenden Gas gefüllt; und danach wird das Auslassrohr 2 an der Dichtungslage 2a geschmolzen, um das Gas innerhalb der Kammer 13 zu versiegeln. Das Gas, das einen niedrigen Viskositätskoeffizienten und einen hohen Wärmeleitfähigkeitskoeffizienten aufweist, in der vakuumversiegelten Kammer 13, ist zum Beispiel He, H2 oder ein Mischgas aus He und H2, wobei der Druck im Bereich von 50–1520 Torr bei Raumtemperatur liegt. Helium hat unter den Gasen den niedrigsten Viskositätskoeffizienten, nur 116 µP (der von H2 beträgt 173 µP, der von Luft 922 µP, der von Wasser 8937 µP). Aus diesem Grund kann Helium leicht eine effiziente Konvektionsabfuhr ausführen, um Wärme, die vom LED-Licht emittierenden Streifen bei Betrieb erzeugt wird, abzuleiten, um einen normalen Betrieb des LED-Licht emittierenden Streifens sicherzustellen.
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Wie aus dem Obigen hervorgeht, umfasst die vakuumversiegelte Kammer 13 nur den LED-Licht emittierenden Streifen 6, den Ständer 4 der Kernsäule 5 und den Metalldraht/Verbindungsdraht 11 zwischen einem Ende des Stromleiters 3 und dem Licht emittierenden Streifen 6. Die Elektroden an zwei Enden des LED-Licht emittierenden Streifens 6 sind ihrerseits elektrisch verbunden mit dem Treiber 7, dem elektrischen Anschlussdraht 12 und dem elektrischen Anschluss 8 außenseitig der vakuumversiegelten Kammer 13 über den Stromleiter 3 auf der Kernsäule 5. Der elektrische Anschluss 8 dient zum Anschluss der externen Stromversorgung, damit der LED-Licht emittierende Streifen 6 aufleuchtet.
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Der LED-Licht emittierende Streifen 6 ist durch inerte Gase wie He oder anderes Gas mit einem niedrigen Viskositätskoeffizienten und einem hohen Wärmeleitfähigkeitskoeffizienten geschützt und vakuumversiegelt und daher völlig unbeeinflusst von Wasserdampf usw. in der umgebenden Umgebung. Dies verlängert die Lebensdauer der LED.
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Der LED-Licht emittierende Streifen 6 weist mindestens eine Serie von PN-Übergängen auf, die miteinander so in Reihe geschaltet sind, die PN-Übergänge die gleiche Richtung haben. Die Anzahl der LED-Chips ist ausreichend groß, damit eine Gesamtantriebsspannung des mindestens einen LED-Licht emittierenden Streifens, nach einem Anschluss in Reihe-parallel, nahe bei einer externen Wechselspannung oder einer Spannung einer externen Gleichspannungsversorgung, z. B. 20–100 Prozent eines Spitzenwerts der verwendeten Wechselspannung oder der Gleichspannungs-Stromversorgung liegt. Dabei ergeben sich in Bezug auf den Hochspannungs-LED-Licht emittierenden Streifen mit 4π-Licht emittierendem LED-Chip folgende Vorteile: Der Treiber erfordert keinen Transformator, die Schaltung ist vereinfacht, der Wirkungsgrad ist verbessert und die Kosten werden niedrig.
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Der mindestens eine LED-Licht emittierende Streifen 6 kann in Reihe oder in Reihe-parallel angeschlossen werden, so dass ein Betrieb im bidirektionalen AC-Modus oder im unidirektionalen DC-Modus erfolgen kann. 1 zeigt ein Beispiel, in dem zwei LED-Licht emittierende Streifen in Reihe geschaltet sind, um im unidirektionalen DC-Modus zu arbeiten.
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Wenn der mindestens eine LED-Licht emittierende Streifen 6 für einen Betrieb im unidirektionalen DC-Modus angeschlossen ist, kann die externe Stromversorgung davon eine DC-Stromversorgung oder eine AC-Stromversorgung sein. Bei Verwenden einer externen AC-Stromversorgung kann der Treiber 7 eine Step-down-Strombegrenzungsschaltung mit einem Kondensator und einem Widerstand in Parallelschaltung und einem Gleichrichter und einem Filterschaltkreis bestehen, oder es kann ein Gleichrichter- und Filterschaltkreis in Reihenschaltung verbunden mit einem PTC-Widerstand ohne Triode, Transformator und/oder elektrolytischem Kondensator zum Einsatz kommen, oder es kann eine Konstantstromvorrichtung ohne Schaltnetzteil und ein Transformator eingesetzt werden. Aus diesem Grund sind Kosten für den Treiber niedrig.
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Wenn der mindestens eine LED-Licht emittierende Streifen 6 für einen Betrieb im bidirektionalen AC-Modus geschaltet ist, wird mindestens einer der LED-Licht emittierenden Streifen in Vorwärtsrichtung leitend, während mindestens einer der LED-Licht emittierenden Streifen 6 in Rückwärtsrichtung leitend wird. Bei einer Wechselfolge der Vorwärts- und Rückwärtsrichtungen von Wechselspannung, werden die Streifen der Reihe nach abwechselnd leitend, um Licht zu emittieren. Es ist natürlich auch möglich, mindestens fünf LED-Licht emittierende Streifen 6 so zu verteilen, dass sie eine Schaltung ähnlich wie bei einem Brückengleichrichter-Schaltkreis in Reihe zu bilden. Das heißt, vier Licht emittierende Streifen werden der Reihe nach leitend durch abwechselnde Vorwärts- und Rückwärtswandlung von Wechselspannung bei vier Armen, zum Emittieren von Licht, während ein diagonal an die vier Arme angeschlossener Streifen immer leitend ist, um Licht zu emittieren, unabhängig davon, ob die Wechselspannung in Vorwärts- oder Rückwärtsrichtung fließt.
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Wenn die Licht emittierenden Streifen im bidirektionalen AC-Modus arbeiten, können sie direkt mit handelsüblicher Wechselspannung arbeiten, oder der Treiber 7 ist nur mit den PTC-Widerständen oder dem Strombegrenzungswiderständen in Reihe geschaltet.
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Der 4π-Licht emittierende LED-Chips aufweisende LED-Licht emittierende Streifen kann ein Hochspannungs-LED-Licht emittierender Streifen sein, und die Betriebsumgebung mit einer hohen Betriebsspannung ist in der LED-Glühbirnenhülle, die vakuumversiegelt worden ist, vakuumversiegelt. Daher ist der erfindungsgemäße Hochspannungs-LED-Licht emittierender Streifen sicher und zuverlässig.
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Die lichtdurchlässige LED-Glühbirnenhülle 1 ist milchig, mattiert oder farbig. Natürlich kann, falls erforderlich, ein Teil der Glühbirnenhülle eine reflektierende Schicht oder eine Serie kleiner Prismen oder Linsen haben.
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Die lichtdurchlässige Glühbirnenhülle 1 kann die Form eines A-, G-, R-, PAR-, T-, S-, Kerzen-, P-, PS-, BR-, ER- BRL-Typs oder eine andere Form der Glühbirnenhülle der bekannten Glühlampenhüllen haben.
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Der elektrische Anschluss 8 kann einer der elektrischen Anschlüsse von den E40, E27, E26, E14, GU, B22, BX, BA, EP, EX, GY, GX, GR, GZ und G-Typen sein, um für ein Befestigen in verschiedenen Lampenhaltern oder Beleuchtungsvorrichtungen geeignet zu sein. In 1 ist ein Beispiel eines Lichtkopfes vom Typ E gezeigt.
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Es sei darauf hingewiesen, dass in den folgenden Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung die Bezugszeichen, die identisch mit den in 1 sind, identische oder funktionsmäßig gleichartige Elemente bezeichnen. Einfachheitshalber sind sie bei den folgenden Ausführungsformen nicht erneut beschrieben, sofern sie nicht eine abweichende Bauweise oder Funktion haben.
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2 zeigt eine schematische Ansicht des Aufbaus einer hocheffizienten LED-Glühbirne mit 4π-Licht emittierenden LED-Chips gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. In 2 ist, um ein Erzeugen von Schatten auf der LED-Glühbirnenhülle 1 (im Folgenden Glühbirnenhülle 1 genannt) durch Blockieren von Licht, das von einem LED-Licht emittierenden Streifen emittiert wird, durch einen anderen LED-Licht emittierenden Streifen zu vermeiden, sind die Licht emittierenden Streifen jeweils miteinander verflochten. Das heißt, dass jeweils zwei Streifen der verschiedenen LED-Licht emittierenden Streifen sich nicht auf der gleichen Ebene befinden. Bei der vorliegenden Ausführungsform haben die LED-Licht emittierenden Streifen 6 zwei LED-Licht emittierende Streifen 6a und 6b, wobei deren untere Enden (nahe an einem Ende des Auslassrohres 2) auf der gleichen Horizontalebene (oder auf der gleichen Höhenebene) von 2 angeordnet sind, während die oberen Enden davon vorn und hinten installiert sind.
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3 zeigt eine schematische Ansicht des Aufbaus einer hocheffizienten LED-Glühbirne mit 4π-Licht emittierenden LED-Chips gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Spezifisch hat die Glühbirnenhülle 1 PAR-Form, die die Glühbirnenhülle 1 hat eine Lichtreflexionsschicht 14 auf einer Innenwand davon, und der LED-Licht emittierende Streifen 6 ist am Metalldraht 11 der Kernsäule 5 und dem elektrischen Stromleiter 3 befestigt. Um die Lumineszenzausbeute zu verbessern, ist eine Lichtreflexionsplatte 14a am Boden der Glühbirnenhülle 1 bereitgestellt, um das Licht vom LED-Licht emittierenden Streifen 6 vorwärts reflektiert und zum Boden gerichtet wird, um die Lumineszenzausbeute zu verbessern.
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4 zeigt eine schematische Ansicht des Aufbaus einer hocheffizienten LED-Glühbirne mit 4π-Licht emittierenden LED-Chips gemäß einer noch anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die Glühbirnenhülle 1 hat T-Form, und mindestens ein LED-Licht emittierender Streifen 6 ist direkt an den Stromleitern 3a und 3b der Kernsäule 5 befestigt. Der Stromleiter 3a, der am oberen Ende des LED-Licht emittierenden Streifens 6 befestigt ist, ist gekrümmt, um zu verhindern, dass vom LED-Licht emittierenden Streifen 6 emittiertes Licht Schatten auf der Glühbirnenhülle 1 durch den mit dieser parallel verlaufenden Stromleiter erzeugt. Die Glühbirnenhülle 1 ist mit einer Lumineszenz-Pulverschicht 26a auf der Innenwand davon versehen, während der LED-Licht emittierende Streifen keine Lumineszenz-Pulverschicht aufweist. Der elektrische Anschluss 8 ist direkt mit der Glühbirnenhülle 1 verbunden. Bei diesem Beispiel muss beachtet werden, dass der Stromleiter 3a als gekrümmte Klammer für den LED-Licht emittierenden Streifen 6 betrachtet werden kann.
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5 zeigt eine schematische Ansicht des Aufbaus einer hocheffizienten LED-Glühbirne mit 4π-Licht emittierenden LED-Chips gemäß einer noch weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. In diesem Beispiel ist die Glühbirnenhülle 1 eine reflektierend Glühbirnenhülle vom R-Typ, und eine Lichtreflexionsschicht 14 ist auf der Innenwand der Glühbirnenhülle 1 vorgesehen. Vier LED-Licht emittierende Streifen 6, die miteinander in Reihe geschaltet sind, sind durch den Stromleiter 3, den Metalldraht 11a der Kernsäule und den Metalldraht 11 des Ständers 4 an der Kernsäule 5 angebracht und befestigt.
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6 zeigt eine schematische Vorderansicht des Aufbaus eines LED-Licht emittierenden Streifens 6 mit 4π-Licht emittierenden LED-Chips in der hocheffizienten LED-Glühbirne gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Der LED-Licht emittierenden Streifen 6 umfasst ein durchsichtiges Substrat 15, auf dem mindestens eine Serie von LED-Chips 16 bereitgestellt ist. Die mindestens eine Serie von LED-Chips 16 ist auf solche Weise in Reihe geschaltet, dass die PN-Übergänge die gleiche Richtung haben. Ein elektrischer Anschlussdraht 17 ist zwischen den LED-Chips 16 vorgesehen. An zwei Enden des durchsichtigen Substrats 15 sind jeweils LED-Elektrodenleiter 18 und ein Befestigungsmittel 19 vorgesehen. Ein Ende 20 des Elektrodenleiters 18, der zu den LED-Chips 16 gerichtet ist, ist exponiert, um den Anschlussdraht 21 und die LED-Chips 16 elektrisch miteinander zu verbinden.
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Das durchsichtige Substrat 15 ist aus Glas, Hartglas, Quarzglas, durchsichtiger Keramik oder Kunststoff u. dgl. hergestellt. Das Befestigungsmittel 19 für den Elektrodenleiter 18 an zwei Enden des LED-Licht emittierenden Streifens 6 ist aus Hochtemperaturkleber, Kunststoff, Silberschlamm oder niedrigschmelzendem Glas. Da die gegenwärtige LED-Glühbirne eine vakuumversiegelte Kammer aufweist, die durch Vakuumversiegeln der LED-Glühbirnenhülle mit der Kernsäule und der vakuumversiegelten Kammer gebildet wird, mit einen niedrigen Viskositätskoeffizienten und einen hohen Wärmeleitfähigkeitskoeffizienten aufweisendem Gas gefüllt ist, um eine schnelle Wärmeabfuhr zu erbringen, im Gegensatz zum bekannten LED-Licht emittierenden Streifen, ist die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt, nur das sehr teure durchsichtige Substrat, wie Saphir, Diamant zu benutzen, um der von den LED-Licht emittierenden Streifen erzeugten hohen Temperatur zu widerstehen. Dadurch kann das durchsichtige Substrat der vorliegenden LED-Licht emittierenden Streifen 6 aus relativ billigen Materialien wie Glas, Hartglas, Quarzglas, durchsichtiger Keramik oder Kunststoff hergestellt werden, wodurch sind Herstellungskosten der LED-Licht emittierenden Streifen 6 verringern.
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Die in Reihe geschalteten Chips 16, die auf dem durchsichtigen Substrat 15 installiert sind, können von LED-Chips von identischer oder unterschiedlich Lumineszenzfarbe sein, zum Beispiel Blaulicht, Ultraviolettlicht oder anderes monochromatisches Licht emittieren. Es ist auch möglich, unterschiedlich farbiges Licht zu emittieren, um das verschiedenfarbig gemischte Licht oder Weißlicht zu erhalten. Wenn eine unterschiedliche Anzahl von LED von verschiedener Lumineszenzfarbe gewählt wird, ist es möglich, ein Weißlicht von hohem Farbausbeuteindex mit unterschiedlichen Farbtemperaturen zu erhalten.
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7 zeigt eine schematische Ansicht des Aufbaus des LED-Licht emittierenden Streifens entlang einer Linie A-A in 6. Wie aus 7 hervorgeht, sind die LED-Chips 16 durch Klarsichtkleber 22 auf dem durchsichtigen Substrat 15 befestigt. Die Chipsubstrate der LED-Chips 16 sind durchsichtig. Licht wird von den PN-Übergängen 24 des LED-Chips 16 emittiert. Ein Teil des emittierten Lichts kann direkt in eine Richtung des elektrischen Anschlussdrahts 17 gehen, ein anderer Teil des emittierten Lichts (d. h. das durch Gesamtreflexion zum durchsichtigen Substrat 15 reflektierte Licht und das ursprünglich zum durchsichtigen Substrat 15 gerichtete Licht) kann über das Chipsubstrat und das durchsichtige Substrat 15 des Licht emittierenden Streifens nach außen gehen. Wie aus 7 hervorgeht, kann anhand des ausgehenden Lichts 23 erkannt werden, dass die LED-Chips 16 die Fähigkeit zum Emittieren von 4π-Licht besitzen, wodurch der Verlust an von den PN-Übergängen emittiertem Lichtdurch Reflexion, Mehrfachreflexionen und Absorption innerhalb der LED-Chips 16 markant verringert, so dass sich schließlich die Lumineszenzausbeute der LED-Chips und die externe Quantenausbeute erheblich verbessern. Damit wird die Lichtemissionsausbeute der LED-Chips verbessert. Der durchsichtige Kleber 22 ist zum Beispiel Epoxidharz, modifiziertes Harz oder Kieselgel usw.
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8 zeigt eine schematische Ansicht des Aufbaus des LED-Licht emittierenden Streifens 6 entlang einer Linie A-A in 6 gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Bei dieser Ausführungsform ist eine durchsichtige dielektrische Schicht 25, die einen hohen Brechungsindex, eine hohe Lichtdurchlässigkeit und eine hohe Wärmeleitfähigkeit aufweist, auf den LED-Chips 16 und einer Fläche des mit den LED-Chips 16 installierten durchsichtigen Substrats 15 verteilt, um die Lichtdurchlässigkeit der LED-Chips 16 in einer Richtung des Anschlussdrahts 17 zu erhöhen und die Chips 16 sowie den elektrischen Anschlussdraht 17 davon zu schützen. Das durchsichtige Dielektrikum ist zum Beispiel Kieselgel, Epoxidharz und Kunststoff.
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Wenn LED-Chips Blaulicht oder Ultraviolettlicht emittieren und Lumineszenzpulver erforderlich ist, um das Licht in Weißlicht oder eine andere Lumineszenzfarbe zu verwandeln, erforder die LED-Licht emittierenden Streifen gemäß Darstellung in 6. 7 und 8 zusätzlich auf der Außenseite davon eine Lumineszenzpulver-Schicht. Die Lumineszenzpulver-Schicht kann dicht auf einer Fläche des LED-Licht emittierenden Streifens 6 aufgetragen werden oder auf einer inneren oder äußeren Wand der durchsichtigen dielektrischen Röhre außerhalb des LED-Licht emittierenden Streifens 6. Das Lumineszenzpulver kann natürlich auch in die Wand der durchsichtigen dielektrischen Röhre eingemischt werden (zum Beispiel als Lumineszenzpulver-Röhre ausgeführt) oder auf der inneren Wand der Glühbirnenhülle 1, wie in 4 als Phosphorpulverschicht 26a gezeigt.
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9 zeigt eine schematische Ansicht des Aufbaus des LED-Licht emittierenden Streifens mit einer Lumineszenzpulver-Schicht gemäß einer Ausführungsform. Bei dieser Ausführungsform wird eine gleichförmige Lumineszenzpulver-Schicht 26 auf Außenflächen um die LED-Chips 16 und das durchsichtige Substrat 15 aufgetragen. Mit anderen Worten, eine gleichförmige Lumineszenzpulver-Schicht 26 wird auf den Außenflächen der LED-Licht emittierenden Streifen aufgetragen, wie in 7 gezeigt.
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Die Lumineszenzpulver-Schicht 26 wird durch Vermischen des Lumineszenzpulvers mit dem durchsichtigen Dielektrikum aufbereitet. Als Dielektrikum wird zum Beispiel der Silikonkleber, Epoxidharz, Kunststoff, Klarsichtkleber, Klarlack, hochmolekulares Polymer oder dergleichen verwendet.
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10 zeigt eine schematische Ansicht des Aufbaus des LED-Licht emittierenden Streifens mit einer Lumineszenzpulver-Schicht gemäß einer anderen Ausführungsform. In 10 wird eine durchsichtige dielektrische Schicht 25 zuerst auf den LED-Chips 16 und einer Fläche des mit den Chips installierten durchsichtigen Substrats 15 (wie in 8 dargestellt) aufgetragen, und danach wird eine Lumineszenzpulver-Schicht 26 um das durchsichtige Substrat 15 und die durchsichtige dielektrische Schicht 25 aufgetragen.
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11 zeigt eine schematische Ansicht des Aufbaus des LED-Licht emittierenden Streifens mit einer Lumineszenzpulver-Schicht gemäß einer anderen Ausführungsform. In 11 wird zuerst eine durchsichtige dielektrische Schicht 25a um das durchsichtige Substrat 15 und eine durchsichtige dielektrische Schicht 25 auf die mit den LED-Chips 16 installierte Fläche davon, und danach wird eine gleichförmige Lumineszenzpulver-Schicht 26 um die durchsichtige dielektrische Schicht 25a aufgetragen.
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12 zeigt eine schematische Ansicht des Aufbaus des LED-Licht emittierenden Streifens mit einer Lumineszenzpulver-Schicht gemäß einer anderen Ausführungsform. In 12 wird zuerst eine durchsichtige dielektrische Schicht 25 um die Chips 16 und das durchsichtige Substrat 15 aufgetragen, und danach wird eine gleichförmige Lumineszenzpulver-Schicht 26 um die durchsichtige dielektrische Schicht 25 aufgetragen.
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13 zeigt eine schematische Ansicht des Aufbaus des LED-Licht emittierenden Streifens gemäß einer anderen Ausführungsform. In 13, eine Lumineszenzpulver-Schicht wird zuerst eine gleichförmige 26 um die Chips 16 und das durchsichtige Substrat 15 aufgetragen, und danach wird eine durchsichtige dielektrische Schicht 25 um die Lumineszenzpulver-Schicht 26 aufgetragen.
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Zusätzlich kann eine durchsichtige Röhre an der Außenseite des LED-Licht emittierenden Streifens 6 von 6 als Schutz für die LED-Chips angeordnet werden. Natürlich können die LED-Licht emittierenden Streifen 6 ferner mit einer Lumineszenzpulver-Schicht versehen werden.
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14 zeigt eine schematische Vorderansicht des Aufbaus des LED-Licht emittierenden Streifens, der mit einer durchsichtigen äußeren Röhre gemäß einer Ausführungsform versehen ist. Wie aus 14 hervorgeht, umfasst der LED-Licht emittierende Streifen 27 eine durchsichtige äußere Röhre 28, in der das mit den LED-Chips 16 installierte durchsichtige Substrat 15 versiegelt ist. Die Elektroden der LED-Chips 16 sind über die elektrischen Stromleiter 29 an beiden Enden der durchsichtigen Röhre 28 geleitet, und der elektrische Stromleiter 29 ist an der Versiegelungslage 30 mit der durchsichtigen Röhre 28 versiegelt. In 14 können die LED-Chips 16 LED-Chips mit zwei verschiedenen Lumineszenzfarben sein. Zum Beispiel emittiert der LED-Chip 16 Blaulicht und der LED-Chip 16a Rotlicht. Der LED-Chip 16a, der verschiedene Farben haben kann, kann benutzt werden, um die Farbtemperatur und den Farbausbeuteindex des emittierten Licht zu verändern.
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15 zeigt eine schematische Ansicht des Aufbaus des LED-Licht emittierenden Streifens 27 mit 4π-Licht emittierenden LED-Chips entlang einer Linie B-B in 14. In 15 sind die LED-Chips 16 und das durchsichtige Substrat 15 davon ferner mit einer durchsichtigen Röhre 28 bereitgestellt, die etwa aus Glas, Kunststoff oder Silikonkleber hergestellt ist. Wenn für den Licht emittierenden Streifen 27 eine Lumineszenzpulver-Schicht erforderlich ist, kann das Pulver auf der inneren oder äußeren Wand der durchsichtigen Röhre 28 aufgetragen werden. in 15 ist ein Beispiel gezeigt, bei dem die Lumineszenzpulver-Schicht 32 auf der inneren Wand der durchsichtigen Röhre 28 aufgetragen ist.
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Wie aus 15 hervorgeht, kann das Lumineszenzpulver auch in das durchsichtige Dielektrikum der durchsichtigen Röhre 28 eingemischt werden. Dann wird das Lumineszenzpulver mit dem durchsichtigen Dielektrikum, z. B. Glas, Kunststoff oder Silikonkleber vermischt, wonach die durchsichtige Lumineszenzpulver-Röhre daraus hergestellt wird. Auf diese Weise ist es nicht notwendig, die Lumineszenzpulver-Schicht 32 erneut der inneren und äußeren Wand der durchsichtigen Röhre 28 aufzutragen.
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Wie aus 15 hervorgeht, können die Materialien, die einen hohen Wärmeleitfähigkeitskoeffizienten, einen hohen Brechungsindex und eine hohe Lichtdurchlässigkeit aufweisen, zwischen der durchsichtigen Röhre 28 und den LED-Chips ebenso wie dem durchsichtigen Substrat 15 eingefüllt werden, zum Beispiel durchsichtiger Silikonkleber, Epoxidharz und Kunststoff und dergleichen. Wenn die LED-Chips 4π-Licht emittieren, wird der Lichtverlust an den verschiedenen dielektrischen Trennflächen sehr gering, da die Glassubstrate, der Klarsichtkleber und die Glasröhre Brechungsindexe haben, die eng beieinander liegen und dadurch eine hohe Lumineszenzausbeute erbringen, d. h. einen hohen Lichtemissionswirkungsgrad der LED-Chips.
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16 zeigt eine schematische Vorderansicht des Aufbaus eines LED-Licht emittierenden Streifens mit 4π-Licht emittierenden LED-Chips gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Wie in 16 für die LED-Licht emittierende Streifen 33 mit den 4π-Licht emittierenden LED-Chips gezeigt, sind die Chipsubstrate der LED-Chips durchsichtig. Die LED-Chips sind Hochspannungs-LED-Chips, und jeder der Hochspannungs-LED-Chips 34 umfasst mindestens zwei LED-PN-Übergänge 35, die in Reihe geschaltet sind. Mindestens ein elektrischer Anschlussdraht 36 ist zwischen den jeweiligen PN-Übergängen vorgesehen, um eine Verbindung herzustellen. Beide Enden jedes Hochspannungs-LED-Chips haben jeweils mindestens eine Metallelektrode 37 zum Schweißen und Drahtbonden. Mindestens ein elektrischer Anschlussdraht 38 kann zwischen verschiedenen Hochspannungs-LED-Chips und zwischen den Hochspannungs-LED-Chips und der Stromleitung 18 des Hochspannungs-LED-Licht emittierenden Streifens bereitgestellt werden.
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Wie in 16 gezeigt, können mindestens ein Hochspannungs-LED-Chips 34 der LED-Licht emittierenden Streifen 33 von gleicher oder unterschiedlicher Lumineszenzfarbe sein. Der Licht emittierende Streifen 33 kann eine durchsichtige dielektrische Schicht auf einer Fläche der Chips aufweisen, wie die in 6 und 14. Ferner kann eine Lumineszenzpulver-Schicht um den Licht emittierenden Streifen 33 verteilt werden.
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Es versteht sich, dass die oben genannten LED-Licht emittierenden Streifen 6, 27 und 33 mit den 4π-Licht emittierenden LED-Chips zur Herstellung der LED-Glühbirne gemäß Darstellung in 1–5 oder individuell als Licht emittierende Element verwendet werden können.
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Wenn zur Herstellung einer LED-Glühbirne benutzt, können die Positionen des mindestens einen LED-Licht emittierenden Streifens nach Bedarf angeordnet werden, zum Beispiel in Säuen-, V-, W- Kegel- oder Planform oder dergleichen. Er kann zum Beispiel gemäß Darstellung in 1–5 oder 17–20 angeordnet werden. Wenn ein Erzeugen von Schatten auf der Glühbirnenhülle aufgrund von Blockieren des von einem LED-Licht emittierenden Streifen durch einen anderen LED-Licht emittierenden Streifen vermieden werden muss, sollten die einzelnen der mindestens eine LED-Licht emittierenden Streifen miteinander verflochten, wie in 18. Die LED-Licht emittierenden Streifen auf diagonalen Linien von unterschiedlichen Stirnflächen einer virtuellen Vielflächensäule oder eines Vielflächen-Stumpfkegels angeordnet werden. Mit anderen Worten sind die LED-Licht emittierenden Streifen insgesamt in einer physikalischen Form der Vielflächensäule oder Stumpfkegelsäule bereitgestellt, während keiner der LED-Licht emittierenden Streifen auf einer gleichen Ebene angeordnet ist. 18 zeigt die Quaderanordnung von vier LED-Licht emittierenden Streifen, wobei sie jeweils auf diagonalen Linien der vier Stirnflächen platziert sind, wie durch die gestrichelte Linie 41 in 18 dargestellt.
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Die verwendeten Licht emittierenden Streifen 6, 27 und 33 können von identischer Lumineszenzfarbe oder von unterschiedlichen Lumineszenzfarben sein, um Lichter von unterschiedlichen Lumineszenzfarben, unterschiedlichen Farbtemperaturen und unterschiedlichen Farbausbeuteindexen zu bilden. Wie zum Beispiel in 17 gezeigt, weisen die Licht emittierenden Streifen 6, 27 und 33 vier LED-Chips auf, die Blaulicht emittieren, und die mit einer Lumineszenzpulver-Schicht versehen sind, die durch das Blaulicht zum Erzeugen von Gelblicht erregt werden, und die entlang einer Kegelachse 39 zwischen diesen als eine Kegelform angeordnet werden können. Gleichzeitig gibt es dort einen anderen LED-Licht emittierenden Streifen 40, der andersfarbiges Licht emittiert. Der andere LED-Licht emittierende Streifen 40 emittiert zum Beispiel Rotlicht, um den relativen Lichtfluss der beiden zu verändern, d. h. um die Weißlicht-LED-Glühbirne zu erhalten, die eine andere Farbtemperatur und einen anderen Farbausbeuteindex hat.
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Obwohl einige Ausführungsformen des allgemeinen Erfindungsgedankens abgebildet und erläutert sind, versteht der Fachmann auf dem Gebiet, dass Abwandlungen und Variationen bei diesem Ausführungsformen stattfinden können, ohne dass dies eine Abweichung von der Erfindung darstellt, deren Umfang in den nachfolgenden Ansprüchen dargelegt ist.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- US 2008/285279 A1 [0001]
- CN 200510089384 [0004]
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- CN 200910101643 [0007]
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- CN 200580039670 [0008]
- CN 200510020493 [0010]
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- US 7535028 [0010]
- CN 201020159200 [0010]