柔性LED燈絲技術(shù)發(fā)展分析

柔性燈絲燈采用創(chuàng)新的 HVLEDs 技術(shù)，使N 多顆LED 燈珠芯片串聯(lián)成HVLEDs 模組，工作在高電壓VF=DC40-280V、小電流IF=10-60mA 的低能耗降溫狀態(tài);標(biāo)準(zhǔn)的4 根LED 燈絲的A60 球泡燈，連續(xù)工作幾十小時，玻璃泡的溫度在攝氏37 度以下。成為一種燈頭不燙而安全的LED 照明光源。與以往的LVLED 應(yīng)用技術(shù)相比較，LVLED 工作在低電壓VF=DC3.2-32V、大電流IF=150-700mA 的狀態(tài)，工作時燈頭溫度高達(dá)攝氏80-120 度!一直處于高溫高能耗，即便使用各種形式的鋁合金散熱器，也一直沒有解決快速散熱的技術(shù)難題。

燈絲燈必然替代白熾燈

據(jù)有關(guān)方面統(tǒng)計(jì)，2014 年全世界白熾燈的年需求量達(dá)90 億個，2014 年中國生產(chǎn)白熾燈44.34 億個。白熾燈很快將被世界各國禁用，什么樣的燈能做到性價比相近而取而代之?對當(dāng)今照明產(chǎn)業(yè)來說無疑是巨大的機(jī)遇與挑戰(zhàn)!燈絲燈作為新一代的安全LED 照明光源已脫穎而出!燈絲燈能做到360 度的全周光，最接近傳統(tǒng)鎢絲燈配光。標(biāo)配的燈絲燈點(diǎn)亮?xí)r不用散熱器也不燙!燈絲燈色溫設(shè)定十分方便簡潔!可以說，燈絲燈是性能比白熾燈好，使用方便，價格便宜的消費(fèi)電子產(chǎn)品。

圖1 性能優(yōu)越的LED 燈絲燈

剛性燈絲與柔性燈絲

2012 年研發(fā)燈絲燈工業(yè)化生產(chǎn)時，已明確規(guī)劃LED 燈絲系列發(fā)展因基底材料不同而分為硬燈絲和軟燈絲。

硬燈絲以藍(lán)寶石、陶瓷、玻璃和金屬為基底材料，成直絲或弧形狀態(tài)。

軟燈絲以銅箔覆合高分子薄膜(FPC、BT、PE 等)為基底材料，柔性燈絲比較柔軟，具可塑性，可以拗造型。

銅箔覆薄鋁基材或陶瓷鋁基材適合做可塑軟燈絲，含鋁基的燈絲導(dǎo)熱較好。

無論是剛性燈絲還是柔性燈絲均采用 HVLED 技術(shù)，N 顆LED 燈珠芯片串聯(lián)成HVLEDs 模組。剛性燈絲通常采用正裝固晶技術(shù)，柔性燈絲為了保證柔性狀態(tài)下LED 燈珠芯片連接的可靠性，必須采用倒裝芯片技術(shù)。

圖2 剛性燈絲(左)與柔性燈絲(右)

柔性燈絲

柔性 LED 燈絲采用柔軟而可塑造型的覆銅箔FPC 薄膜為基底底材料。采用無背鍍的倒裝LED 芯片，如藍(lán)光LED 芯片，發(fā)光時透過黃綠熒光粉，激發(fā)二次發(fā)光，呈現(xiàn)白光。控制黃綠熒光粉中混入紅粉的量可調(diào)節(jié)燈絲的色溫。

也可用黃光、綠光等 LED 芯片制造黃光、綠光等彩色柔性燈絲。

圖3 白光柔性LED 燈絲

FPC 是Flexible Printed Circuit 的簡稱，F(xiàn)PC 軟性印制電路是以聚酰亞胺或聚酯薄膜為基材制成的一種具有高度可靠性，絕佳的可撓性印刷電路。又稱軟性線路板、柔性印刷電路板，撓性線路板，具有配線密度高、重量輕、厚度薄的特點(diǎn)。一直使用在手機(jī)、筆記本電腦、PDA、數(shù)碼相機(jī)、LCM 等很多電子產(chǎn)品中。

早在七十年代初，我們曾用覆康銅箔的聚酰亞胺薄膜生產(chǎn)電阻應(yīng)變片(Straingauge)，一種柔性的可變電阻(圖4)。用作非電量電測精密測試的數(shù)據(jù)采集。一直沿用至今。也許是FPC 進(jìn)入電子應(yīng)用技術(shù)之始祖。

圖4 七十年代初的電阻應(yīng)變片

柔性 LED 燈絲采用覆銅箔聚酰亞胺薄膜PFC 為基底材料，在銅箔上印刷需要的連接線路和焊接裝倒裝LED 芯片的焊接點(diǎn)，K進(jìn)行蝕刻。在蝕刻好電路的覆銅箔FPC 基條上先涂覆底層熒光粉，以便倒裝LED 芯片焊接面的藍(lán)光穿透產(chǎn)生白光。粘貼倒裝LED 芯片，過回流焊固化。涂覆上層熒光粉，然后加溫固化。黃綠熒光粉必須裹覆藍(lán)光LED 芯片全體，以防藍(lán)光泄出。柔性LED 燈絲結(jié)構(gòu)剖析如圖5。

圖5 柔性LED 燈絲結(jié)構(gòu)剖析

生產(chǎn)過程中的柔性 LED 燈絲如圖6 所示。

上面成排的柔性 LED 燈絲，可以清晰地看到在FPC 薄膜上蝕刻后精細(xì)的覆銅箔印刷線路。

下面成排的柔性 LED 燈絲，第1、2 根和6、7 根是已在銅箔印刷線路上固晶的燈絲，已粘貼倒裝LED 芯片，并經(jīng)回流焊固晶。第3、4、5 根和8、9、10根是固晶后已涂裹好熒光粉的燈絲。

柔性 LED 燈絲兩頭的引腳采用鉚壓鐵鍍鎳端子。采用鐵質(zhì)端子是方便生產(chǎn)工藝中與燈泡玻璃芯柱上的杜美絲或鐵絲的牢固點(diǎn)焊。

蝕刻好的 FPC 上，銅箔線路十分精密精細(xì)。FPC 的厚度僅0.01mm。銅箔的厚度約0.03--0.05mm。FPC 具高透光率，約90% 的透光率，且正反面無陰陽面。FPC 具阻燃性，高導(dǎo)熱率?；贔PC 的柔性LED 燈絲無比的柔軟。

柔性燈絲全部采用倒裝無背鍍 LED 芯片，無金線封裝的斷絲、脫落之憂。倒裝芯片封裝技術(shù)成熟，工藝制程簡化，生產(chǎn)快捷，可靠性好，可耐高溫。白光柔性燈絲采用無背鍍藍(lán)光LED 芯片。彩色柔性燈絲可采用無背鍍彩色LED 芯片。

圖6 生產(chǎn)過程中的柔性LED 燈絲

電子顯微鏡下所見柔性燈絲上的倒裝 LED 芯片如圖7 所示，F(xiàn)PC 薄膜上的銅箔線路、倒裝LED 芯片、焊點(diǎn)清晰可見。

圖7 電子顯微鏡下所見柔性燈絲上的倒裝LED 芯片

LED 芯片是長晶在藍(lán)寶石基板上的，由P-N 結(jié)組成發(fā)光二極管。藍(lán)寶石并不是藍(lán)色的，而是透明的人造白寶石。

倒裝 LED 芯片在P、N 電極上再長出二個合金電極，以便與FPC 板上的銅箔印刷線路焊點(diǎn)焊接。

LED 發(fā)光二極管是無背鍍的，因此它前后上下六面均可出光。藍(lán)寶石這一面出光最大。倒裝LED 芯片在FPC 上的剖圖如圖8 所示。

圖8 倒裝LED 芯片在FPC 上的剖圖

LED柔性燈絲等效電路如圖9所示。133 mm長的柔性燈絲上面有LED芯片44顆，1串2并。

圖9 LED 柔性燈絲等效電路

柔性 LED 燈絲典型規(guī)格

柔性 LED 燈絲的主要技術(shù)參數(shù)是柔性燈絲的長度(mm)、基底材料(PFC)、工作電流(IF)、工作電壓(VF)、色溫(K)、顯指(Ra)、光效(lm)。

柔性 LED 燈絲的長度可以依照仿古燈的燈絲造型設(shè)計(jì)需要進(jìn)行選擇。柔性LED 燈絲仿古燈不是照明光源，因此，它的功率不需要很大，工作電流在10-40mA左右。

柔性 LED 燈絲典型規(guī)格參數(shù)可見圖10。

圖10 柔性LED 燈絲典型規(guī)格參數(shù)

商用氛圍仿古燈發(fā)展趨勢

商用氛圍仿古燈發(fā)展趨勢，正在依靠柔性 LED 燈絲的優(yōu)勢將有更豐富多彩的創(chuàng)新產(chǎn)品溢出。最先進(jìn)入商用氛圍的仿古燈是鈦絲愛迪生燈，它用鈦燈絲，鈦絲有亮度，但沒有照明功能，正適用商業(yè)氛圍仿古燈的要求。隨著鈦絲的淘汰，啟用LED 硬燈絲，由于都是直而短的燈絲很難設(shè)計(jì)圓滑多變連貫的造型。因此，柔性LED 燈絲的誕生，仿古燈的燈絲造型設(shè)計(jì)有此都迎刃而解了!柔性LED 燈絲將有助商用氛圍仿古燈的多品種化的創(chuàng)新發(fā)展(圖11)。

圖11 商用氛圍仿古燈發(fā)展趨勢

如今，采用柔性 LED 燈絲的仿古燈已經(jīng)演繹出品種繁多、燈絲造型多變、曲線優(yōu)美的仿古燈。依照燈絲在燈泡內(nèi)的排列，已經(jīng)有T 型和F 型的仿古燈絲燈(圖12)，而且新的造型一直層出不窮(圖13)，更多的創(chuàng)新造型還得依靠更多的LED 照明從業(yè)工程師的創(chuàng)造發(fā)明!

2017 年將迎來LED 燈絲燈的春天!LED 燈絲將有更多的創(chuàng)新產(chǎn)品涌現(xiàn)!除直絲、弧絲外，石墨烯燈絲，柔性燈絲，可塑鋁基燈絲和可塑陶瓷鋁基燈絲已經(jīng)相繼誕生!

圖12 T 型和F 型的仿古燈絲燈

圖13 新的造型仿古燈絲燈層出不窮

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