LED灯丝灯：11项创新性关键技术引领产业步向蓝海

LED灯丝灯因具有360°全发光、无频闪、无蓝光泄出、不发烫、长寿命、缓衰减等特性而广受关注。2013年，广州国际照明LED展览会（光亚展）只有两家参展商展示了LED灯丝灯；2014年有50多家LED照明企业展示了各种各样的LED灯丝灯；2014年10月底结束的香港HKTDC的国际LED灯展有将近200家企业展示了LED灯丝灯；2015年春，全国设计生产灯丝灯的企业已达600多家。近三年来，源自市场对LED灯丝灯需求的热度快速升温，国际市场对技术创新的LED灯丝灯迅速认可，市场需求量成倍增加。由于生产LED灯丝灯的技术进入门槛不高，目前生产LED灯丝灯的企业如雨后春笋般涌现，鱼龙混杂导致LED灯丝灯的质量参差不齐。LED灯丝和LED灯丝灯做得容易但要做好很难！

LED灯丝灯以其细长的LED灯丝发光时酷似传统的白炽灯而赢得怀旧的人的喜爱和追捧。LED灯丝灯的发光亮度、效率和形状等同于普通的白炽灯，人们在使用中可以找回即将失去的、已经习惯的白炽灯光照环境。

LED灯丝灯采用HVLEDs创新技术

LED灯丝灯采用高电压、小电流HVLEDs创新技术，灯丝灯在点亮工作时只赋予10-15mA的小电流驱动即可发光，与传统的低电压、大电流LED灯泡300-700mA的驱动电流相比，同样单位面积的LED管芯瞬时发热量大大减小，用HVLEDs技术设计的照明光源可以做到亮而不烫。传统5W的LED球泡点亮时灯头瓶颈温度可达75-95℃，而同功率的LED灯丝灯在点亮8小时后，A60玻璃泡的温度仍在36℃以下。LED灯丝灯可以实现真正的安全使用，电子产品的降额使用设计技术是延长电子产品寿命的有效手段。

目前技术设计、生产的4W LED灯丝灯流明数可达400LM-520LM，相当于40W-50W的白炽灯亮度，光效可达100-130 LM/W。

LED灯丝灯产品囿于A60球泡灯和C35蜡烛泡、拉尾泡，其内部的空间都很小，需靠有限容量的特种气体和玻璃泡导热、散热。目前框架结构和玻璃泡的空间只适宜做5W以下的小功率灯泡，才能保证LED灯丝灯长时间点亮发光而不发烫，其产品如图1所示。如要增加功率需选用有更大空间的A80、A100的玻璃泡。

LED灯丝设计的关键技术

LED灯丝灯的关键技术有：LED灯丝设计制造技术、灯丝灯玻璃泡封排技术、无频闪恒流驱动电源技术等。这些关键的设计、制造技术都是灯丝灯制造厂商所必须关注和具备的。

LED灯丝设计的关键技术涉及以下几点：

- 灯丝形状设计（又细又长）；

- 灯丝工作电压设计（考虑整灯系统效率）；

- 灯丝工作电流设计（A60 4W整灯点亮8小时玻璃泡不烫）；

- LED芯片面积与功率（小面积、小功率）；

- LED芯片发光角度（无背镀芯片才能实现360º发光）；

- 灯丝的工作状态设计（HVLEDs、VF高压、小电流、全串）；

- 衬底材料（透明而有刚度，如蓝宝石、透明陶瓷、玻璃等）；

- 色温调节（黄磷荧光粉 + 红粉）；

- 蓝光泄出（黄磷荧光粉全部裹覆）；

- 引脚设计（杜绝锡焊，引脚采用咬合技术）；

- 符合玻璃泡封排的技术需要（适合瞬间高温）。

LED灯丝是灯丝灯的核心技术之一，LED灯丝的技术参数和品质，涉及LED灯丝灯的亮度、色温、显指和使用寿命、冷热态流明比。

LED灯丝制造技术目前有传统封装用的“固晶技术”和刚兴起的“覆晶技术”。固晶技术需要打金线，覆晶技术即使用倒装LED芯片，如同普通电子元器件那样贴片，过回流焊即可。生产工艺不同，生产成本不同。本文以固晶技术为例。

蓝光泄出

LED照明光源和灯具不允许有蓝光泄出。蓝光有害人类眼睛健康， 特别有害于儿童的视网膜。因此，保证LED光源和灯具没有蓝光泄出是每一位有良心的企业家和工程师的责任和担当，杜绝LED光源和灯具蓝光泄出也是产品质量的基本保证。

LED灯丝的剖面如图2所示，1是蓝宝石基条，2是无背镀蓝色LED芯片，5是金线，6是黄磷荧光粉。从图2可见黄磷荧光粉已将整个蓝宝石基条涂覆包裹，LED的蓝光不会泄出。

如果LED灯丝只在上下两面涂覆黄磷荧光粉，那么左右两侧切面一定会有蓝光泄出。有些灯丝在生产时是联排涂覆黄磷荧光粉后再将基条用激光切开，透明基条两侧没有涂覆黄磷荧光粉，蓝光会循此透明基条边缘泄出，如图3所示。此种不合理的生产工艺应加以改正。

有蓝光泄出的LED灯丝在常态下，很容易用肉眼观察和鉴别，如图4所示的LED灯丝。蓝宝石基条的上下两面都已覆盖黄磷荧光粉，而其两侧可见蓝宝石基条，LED灯丝点亮时，蓝光会循此泄出，可用光学仪器进行检测。

采用咬合技术的引脚

鉴于LED灯丝灯的玻璃泡封排工艺具有二次瞬间高温（800-1000℃）过程（图5），LED灯丝的引脚不能采用锡焊，而必须采用咬合技术的引脚，这样才能保证在玻璃泡封泡过程中的良率。

焊锡是由锡（熔点232℃）和铅（熔点327℃）组成的合金。由63％的锡和37％的铅组成的焊锡被称为共晶焊锡，这种焊锡的熔点是183℃。因此，点焊在灯丝灯芯柱上的LED灯丝在封装过程中遭遇到瞬间高温环境，焊锡会发生二次熔化，造成焊点的虚脱和假焊。灯丝灯在封排成灯后可能会被正常点亮，但在发货的运输震动后，虚焊脱开，到客户手中可能会不亮。咬合技术引脚采用特殊的引脚设计，引脚与透明基条结合，不是靠银浆树脂或锡焊连接，而是采用物理三面夹住的紧压连接，不受高温影响，生产实践证明是目前最科学有效的连接办法。

采用咬合技术引脚的LED灯丝在玻璃泡封排的工艺过程中就不可能出现因高温LED灯丝引脚虚焊的情况。图6是采用咬合技术引脚的LED灯丝，黄磷荧光粉已将其全体裹覆，这是品质良好的LED灯丝的基本要求。

LED灯应无频闪

无频闪是良好LED光源和灯具的基本要求。有频闪的光源将导致人眼的快速疲劳，影响人眼健康。

LED光源和灯具的频闪主要源自劣质驱动电源，如阻容降压供电、纹波趋高的开关电源。如何检验和判断LED光源和灯具是否有频闪？简单的办法可以使用人人都有的简单工具，打开手机的拍照和摄像功能，电子取景器即镜头对准要观察的LED光源，取景画面占手机屏的2/3以上的面积。特别是对LED光源进行近距离观察，如手机液晶屏上看到光源有明显的黑条纹滚动或有明暗的变化（图7），就可以断定存在频闪。频闪即有频率的闪动，是一种周期性的重复闪光，包括可见的频闪和不可觉察的高频频闪。50Hz-200Hz的低频率闪动是肉眼所能看到的，儿童和年轻人可能非常敏感。频闪容易使眼睛疲劳。

对于LED光源和灯具的频闪，美国在IEEE PAR1789《LED照明闪烁的潜在健康影响》中诠释了频闪的危害性。因此，LED光源和灯具不应有频闪。

做好电源可去塑件

做好LED灯丝灯的开关恒流驱动电源可去除早期灯丝灯为掩盖灯头内电源高度的白色塑件，国外市场客户都要求除去塑件，使灯丝灯更像白炽灯。

新一代LED灯丝灯专用开关恒流驱动电源芯片集成了更多LED灯丝灯开关恒流驱动电源所需要的各种电气性能和保护功能，具有很高的性价比。图8是无频闪、去塑件的新一代LED灯丝灯，使用低高度、非隔离开关恒流驱动电源。

向自动化要生产力

LED灯丝灯将是一种全世界老百姓都用得起的平价LED照明光源，也将是一个普天下都能使用和销售的蓝海产品。LED灯丝灯应该是性价比很高的消费电子产品，因此自动化生产是降低产品成本的关键手段，应向自动化生产要生产力。为此，已创新研制成功开发“LED灯丝自动点焊机”、“灯丝灯封排一体机”、“自动打胶机”、“自动装头焊线机” 等自动化生产设备（图9）。所有产品生产过程中最高昂的成本应该是人工，因此LED照明产业必然会走向自动化，向自动化生产要生产力，依靠自动化来节约生产成本。

LED灯丝灯的新发展

设计A60、C35的LED灯丝灯的初衷是拯救白炽灯厂，利用白炽灯厂的高透光率玻璃资源和成熟的玻璃灯泡生产工艺技术，创新发展新一代LED灯丝灯泡，造福社会民众。囿于A60的有限空间，采用高电压小电流驱动LED灯珠的新技术，设计四根1W灯丝串并的LED灯泡，发光可以达到400LM-520LM，相当于40W白炽灯的亮度，而且连续点亮8小时，玻璃泡的外周温度可在35℃以下，实现生产不发烫、安全耐用的LED灯泡新光源。

如在A60灯泡内用增加灯丝数量的方法提高亮度，如6根或8根，由于有效散热空间没有增加，导致灯丝散热不畅，灯泡内热量积聚，玻璃泡的温度会快速上升，因此LED灯光衰会提早产生，有悖灯丝灯的设计初衷。

随着LED照明技术的不断创新，LED灯丝灯技术将有飞跃式的发展，LED灯丝灯的创新产品将层出不穷。LED灯丝灯将越来越受到世界市场的欢迎，灯具产量必然趋向蓝海！