專利名稱：功率型交流led光源的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種LED光源，尤其是涉及一種功率型交流LED照明光 源，屬于半導(dǎo)體照明技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
目前，功率級(jí)LED產(chǎn)品有兩種實(shí)現(xiàn)方式 一是采用單一的大面積功率 級(jí)LED芯片封裝，美國(guó)、日本已經(jīng)有5W芯片的產(chǎn)品推向市場(chǎng)，需要低壓 大電流的恒流驅(qū)動(dòng)電源供電，其價(jià)格也比較高；另一種是采用小功率芯片 集成方式實(shí)現(xiàn)功率級(jí)LED,日本松下電工已經(jīng)開發(fā)出20W的集成LED產(chǎn) 品。然而由于功率級(jí)LED在低壓大電流條件下工作，對(duì)于遠(yuǎn)距離的恒流驅(qū) 動(dòng)電源供電卻存在著線路功耗大、系統(tǒng)可靠性低等許多難以解決的技術(shù)問 題。目前照明領(lǐng)域采用最普遍的當(dāng)屬普通交流照明，而現(xiàn)有采用普通交流 電源(例如交流220V的市電網(wǎng)、交流110V市電網(wǎng)等)為L(zhǎng)ED供電的驅(qū) 動(dòng)電路方案可大致分為兩種情況 一種是通過傳統(tǒng)的交流變壓、整流、串 聯(lián)穩(wěn)壓等環(huán)節(jié)來獲得直流驅(qū)動(dòng)；另一種是采用較先進(jìn)的開關(guān)電源直接產(chǎn)生 所需的直流穩(wěn)壓電源。兩者具有成本高、能耗大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜等缺點(diǎn)。由于 上述方案實(shí)際上都是將交流電轉(zhuǎn)化為直流后再供給LED，因此，實(shí)際上并 不是直接采用交流供電的LED照明燈。
另一方面，單個(gè)LED芯片封裝部件的組合相當(dāng)困難，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和組 裝上顯得非常繁瑣，組合后的各個(gè)LED的熱量傳導(dǎo)路徑差異很大，有的單 體LED的熱量得不到充分散發(fā)，影響整體工作。目前，對(duì)于3W以上的 LED芯片的封裝，在散熱方面遇到了較大的困難，大功率LED單燈封裝 成本較高，將直接增加燈具成本，直接影響到大功率LED在照明領(lǐng)域的推廣和應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是有效解決現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，提供一種直接采用交
流供電且無(wú)需復(fù)雜驅(qū)動(dòng)電路的LED光源，LED芯片在印刷電路板直接封 裝，集成功率芯片于一體，具有面光源的功能，成為適合各類照明燈具的 通用半導(dǎo)體照明光源模塊。
本發(fā)明的技術(shù)解決方案是功率型交流LED光源，包括交流輸入端、 LED晶片、電感和電容，其特征在于兩個(gè)導(dǎo)通方向相反的LED晶片并 聯(lián)構(gòu)成一個(gè)晶片單元，若干個(gè)晶片單元串聯(lián)成行，多行之間并聯(lián)，在兩個(gè) 導(dǎo)通方向相反的晶片并聯(lián)端點(diǎn)，并聯(lián)有適當(dāng)容量的電容及電感，兩者串聯(lián)， 構(gòu)成能量振蕩電路。
進(jìn)一步地，上述的功率型交流LED光源，其中，每行通常指橫向方向， 不同行的晶片單元之間再縱向連接，使LED晶片形成網(wǎng)格狀陣列結(jié)構(gòu)。
更進(jìn)一步地，上述的功率型交流LED光源，其中，所述LED晶片直 接焊接或貼裝在金屬或非金屬基印刷電路板上，LED晶片周圍配置有光反 射碗和電氣連接結(jié)構(gòu)，LED晶片的出光口封有硅類透明樹脂，其表面呈曲 面形狀，形成出光透鏡。
再進(jìn)一步地，上述的功率型交流LED光源，其中，所述印刷電路板是 厚度為0.5 4mm的鋁或鋁合金板材，在LED晶片焊裝區(qū)域設(shè)有碗狀凹坑 反射碗，其直徑為0.5 4mm,深度為0.3 lmm，凹坑反射碗的四周為拋 光鍍銀面。
再進(jìn)一步地，上述的功率型交流LED光源，其中，所述印刷電路板上 設(shè)有兩個(gè)以上LED晶片焊接區(qū)域，并且在印刷電路板的上下端設(shè)有電氣連 接插座。
再進(jìn)一步地，上述的功率型交流LED光源，其中，該功率型交流LED 光源為紅、綠、藍(lán)單色光源；或者是用不同的LED晶片組合產(chǎn)生白光。
4本發(fā)明技術(shù)方案的突出的實(shí)質(zhì)性特點(diǎn)和顯著的進(jìn)步主要體現(xiàn)在
① 提供了一種直接接入交流電的LED照明光源，省去了現(xiàn)有電路方案
中所采用的交直流整流、穩(wěn)壓、濾波等驅(qū)動(dòng)電路，只需要將工作電壓相適
應(yīng)的交流LED光源直接連接在交流電源上，就可以提供經(jīng)濟(jì)而高效的LED 照明。
② 采用串聯(lián)集成化晶片結(jié)構(gòu)，能夠在LED晶片制造的階段即生產(chǎn)出工 作電壓、顏色等符合要求的LEDPN結(jié)集成基片，能夠大大降低生產(chǎn)設(shè)計(jì) 的成本，提高產(chǎn)品可靠性；還可以將大功率LED裸芯片直接封裝在金屬電 路板上，金線連接各芯片，制造工序大大簡(jiǎn)化，產(chǎn)品成本明顯降低，實(shí)現(xiàn) 模塊化、標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)?；a(chǎn)。
③ 采用橫向電路連接導(dǎo)通方向相反的兩列LED晶片列，使得相鄰的兩 組LED晶片互為保護(hù)元件，如其中一組中的某個(gè)LED晶片開路或短路， 與之反向并聯(lián)的另一組LED可以提供電流通道，盡管該失效LED不再發(fā) 光，但是與之串連的其它LED仍可以繼續(xù)工作。
④ 在金屬電路板上設(shè)計(jì)芯片反射碗和光亮鍍膜，采用高可靠性和高透 光性的新型硅膠對(duì)芯片進(jìn)行封固，在高溫固化過程中通過專用的工藝模具 成型，使透明樹脂表面產(chǎn)生特殊的曲面。并利用特殊設(shè)計(jì)的光學(xué)透鏡進(jìn)行 調(diào)整，可以有效地控制出光角度和光強(qiáng)分布，光源的整體散熱性能和出光 效果大幅提高，大功率的點(diǎn)光源變成發(fā)光均勻的面光源，提高了視覺舒適 性。
⑤ 在兩個(gè)導(dǎo)通方向相反的晶片并聯(lián)端點(diǎn)，并聯(lián)適當(dāng)容量的電容及串聯(lián) 電感，并聯(lián)電容及串聯(lián)電感組成一個(gè)振蕩電路，保證交流電波形過零時(shí)， 電壓和電流的突降不會(huì)出現(xiàn)光源頻閃。
⑥ 本光源封裝后可以產(chǎn)生白光LED光源，也可以用不同的晶片配相應(yīng) 的熒光粉得到其它顏色的光源。


5下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明技術(shù)方案作進(jìn)一步說明。
圖l是本發(fā)明組成結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2是110V交流LED晶片組成陣列結(jié)構(gòu)示意圖； 圖3是220V交流LED晶片組成陣列結(jié)構(gòu)示意圖； 圖4是LED晶片封裝結(jié)構(gòu)示意圖。
圖中C一電容，L—電感，￡卜S2—交流電接口， l一輸入端，2 —印 刷電路板，3—樹脂，4—LED晶片，5 —凹坑反射碗，6—金線，7 —電感， 8—電容。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明提供一種功率型交流LED光源，其組成結(jié)構(gòu)如圖1所示，包括 交流輸入端Si、 ￡2， LED晶片，電感L和電容C，所述交流LED晶片多 行并聯(lián)排列，每行均由若干個(gè)LED晶片串聯(lián)而成，相鄰的兩行導(dǎo)通方向相 反，每行通常指橫向方向。同時(shí)，這些不同行中的晶片單元之間還可以縱 向連接，形成網(wǎng)格狀陣列結(jié)構(gòu)。在兩個(gè)導(dǎo)通方向相反的晶片并聯(lián)端點(diǎn)，并 聯(lián)適當(dāng)容量的電容C及電感L，兩者串聯(lián)，構(gòu)成能量振蕩電路，以消除光 源的頻閃。所述晶片單元可以是具有上述陣列結(jié)構(gòu)的若干個(gè)LED晶片的組 合，在一組晶片陣列中可以根據(jù)需要對(duì)不同的晶片單元采用不同的結(jié)構(gòu)形 式。
圖2是110V交流LED晶片組成的陣列結(jié)構(gòu)約40個(gè)LED晶片串聯(lián) 成一行，共有n行并聯(lián)在一起組成LED晶片陣列；同時(shí)，不同行的LED 晶片之間具有橫向連接，使所述LED晶片陣列具有網(wǎng)格狀的結(jié)構(gòu)。類似地， 圖3所示220V交流LED晶片陣列結(jié)構(gòu)當(dāng)中，約80個(gè)LED晶片串聯(lián)成一 行，共有m行并聯(lián)在一起組成LED晶片陣列。在設(shè)計(jì)時(shí)，要注意使所并 聯(lián)的各組LED晶片陣列的工作電壓以及正反向?qū)ǖ碾娏鞔笮∠嗤蚪?近，根據(jù)單個(gè)LED晶片的功率大小，可以集成封裝成功率為5W 50W的 光源模塊。此外，為了提高光源的整體亮度，還可以增加串聯(lián)集成晶片的行數(shù)或者增大單行串聯(lián)集成晶片的面積。
在上述實(shí)施方式中，封裝成集成光源的LED晶片的數(shù)目多少可根據(jù)工 作電壓的大小要求來確定，采用橫向電路連接導(dǎo)通方向相反的兩行LED晶 片列，使得相鄰的兩組LED晶片互為保護(hù)元件，如其中一組中的某個(gè)LED 晶片開路或短路，與之反向并聯(lián)的另一組LED可以提供電流通道，盡管該 失效LED不再發(fā)光，但是與之串連的其它LED仍可以繼續(xù)工作?；贚ED 的高可靠性和長(zhǎng)壽命特性，即使集成度相當(dāng)高，發(fā)生故障的幾率也是很小 的。
進(jìn)一步地，上述的功率型交流LED光源，采用在電路板上直接封裝 LED晶片的工藝方法(COB, Chip on Board),集成功率芯片于一體，尺 寸減小，結(jié)構(gòu)緊湊，集成度高，改善了燈具的散熱效果，實(shí)現(xiàn)了燈具的超 薄結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。其封裝結(jié)構(gòu)如圖4所示，印刷電路板2與LED晶片4采取一 體化設(shè)計(jì)，在印刷電路板2上設(shè)置每個(gè)LED晶片4的接入端1，并且安裝 容量適當(dāng)?shù)碾姼?及電容8，接入端1通過金線6與LED晶片4電連接。 由于電路板上線數(shù)較多、間隙較細(xì)，考慮到散熱因素，在印刷電路板上LED 晶片焊接區(qū)域設(shè)置凹坑反射碗5，凹坑反射碗5的四周經(jīng)拋光鍍銀后成為 光反射區(qū)，具有良好的反射效果，達(dá)到提升出光效率的目的。凹坑反射碗 5的加工采取沖壓方式或立銑刀銑削方法，其直徑為0.5 4mm，深度約 0.3 lmm， LED晶片4直接焊接或貼裝在凹坑反射碗5底部的印刷電路 板2上面。
由于LED的光特性與白熾燈泡和熒光燈不同，光色的均勻性非常重 要。本發(fā)明功率型交流LED照明光源，在反射碗5內(nèi)部LED晶片4的出 光面封固新型硅類透明樹脂，其固體折射率介于空氣和LED晶片之間，在 高溫固化過程中通過專用的工藝模具成型，使透明樹脂表面產(chǎn)生特殊的曲 面，如圖4中的標(biāo)記3所示，形成一定的角度，從而使光線能夠高效照射。 此曲面經(jīng)過專業(yè)的光學(xué)設(shè)計(jì)，形成光散射面，使大功率的LED點(diǎn)光源變成
7發(fā)光均勻的面光源，提高光線的均勻性和柔和性。
LED晶片經(jīng)過上述工藝方法封裝之后，可以形成低成本、高度集成化 的面光源，具有優(yōu)越的散熱功能和均勻的發(fā)光效果。其中，印刷電路板多 采用厚度為0.5 4mm的銅、鋁、氮化鋁、氮化硼、碳化硅、二氧化硅、 陶瓷等高導(dǎo)熱率的金屬或非金屬，優(yōu)選碳化硅材料。采用碳化硅板材時(shí)， 在碳化硅板上貼一層絕緣層，并在絕緣層上進(jìn)行銅層貼合，通過相關(guān)工藝 完成碳化硅電路板的加工。
本發(fā)明功率型交流LED光源，既可以以單體產(chǎn)品的形式出現(xiàn)，也可以 形成一種多單元集束形式的產(chǎn)品。具體實(shí)施時(shí)，在金屬或非金屬基印刷電 路板上設(shè)置兩個(gè)以上LED芯片焊接區(qū)域，產(chǎn)品的上下部位同樣設(shè)計(jì)具有標(biāo) 準(zhǔn)間距的連接端口，并在電路板上端設(shè)置電氣連接焊點(diǎn)，保證電氣安全和 絕緣。進(jìn)一步地，可以配裝電氣連接插座，根據(jù)應(yīng)用場(chǎng)合的需要將它們進(jìn) 行串聯(lián)或并聯(lián)加以擴(kuò)展，使得這種集束式的光源能夠適應(yīng)各種應(yīng)用照明燈 具，具有極大的靈活性。
根據(jù)本發(fā)明技術(shù)方案，構(gòu)成能量振蕩電路的電容C及電感L，其容量 依據(jù)LED晶片的配置及具體應(yīng)用場(chǎng)合進(jìn)行選擇和確定，保證交流電波形過 零時(shí)，電壓和電流的突降不會(huì)出現(xiàn)光源頻閃。所選用的LED晶片可以為單 色LED晶片，匹配相應(yīng)的熒光粉，封裝成不同顏色的單色光源；也可以用 不同顏色的LED晶片組合產(chǎn)生白光。
權(quán)利要求
1、功率型交流LED光源，包括交流輸入端、LED晶片、電感和電容，其特征在于兩個(gè)導(dǎo)通方向相反的LED晶片并聯(lián)構(gòu)成一個(gè)晶片單元，若干個(gè)晶片單元串聯(lián)成行，多行之間并聯(lián)，在兩個(gè)導(dǎo)通方向相反的晶片并聯(lián)端點(diǎn)，并聯(lián)有適當(dāng)容量的電容及電感，兩者串聯(lián)，構(gòu)成能量振蕩電路。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的功率型交流LED光源，其特征在于不同行的晶片單元之間縱向連接，使LED晶片形成網(wǎng)格狀陣列結(jié)構(gòu)。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的功率型交流LED光源，其特征在于所述LED晶片直接焊接或貼裝在金屬或非金屬基印刷電路板上，LED晶片周圍配置有光反射碗和電氣連接結(jié)構(gòu)，LED晶片的出光口封有硅類透明樹脂，其表面呈曲面形狀，形成出光透鏡。
4、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的功率型交流LED光源，其特征在于所述印刷電路板是厚度為0.5 4mm的鋁或鋁合金板材，在LED晶片焊裝區(qū)域設(shè)有碗狀凹坑反射碗，其直徑為0.5 4mm，深度為0.3 lmm，凹坑反射碗的四周為拋光鍍銀面。
5、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的功率型交流LED光源，其特征在于所述印刷電路板上設(shè)有兩個(gè)以上LED晶片焊接區(qū)域，并且在印刷電路板的上下端設(shè)有電氣連接插座。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的功率型交流LED光源，其特征在于該功率型交流LED光源為紅、綠、藍(lán)單色光源，或者是用不同的LED晶片組合產(chǎn)生白光。
全文摘要
本發(fā)明提供一種直接采用交流供電且無(wú)需復(fù)雜驅(qū)動(dòng)電路的功率型交流LED光源，LED晶片在印刷電路板上直接封裝，集成功率芯片于一體，實(shí)現(xiàn)面光源的功能。其組成結(jié)構(gòu)包括交流輸入端、LED晶片、電感和電容，若干只LED晶片串聯(lián)成行，多行之間并聯(lián)，相鄰兩行LED晶片的導(dǎo)通方向相反；同時(shí)，不同行的晶片單元之間還可以縱向連接，形成網(wǎng)格狀的結(jié)構(gòu)。在兩個(gè)導(dǎo)通方向相反的晶片并聯(lián)端點(diǎn)，并聯(lián)適當(dāng)容量的電容及電感，兩者串聯(lián)構(gòu)成能量振蕩電路，以消除光源的頻閃。本發(fā)明具有優(yōu)越的散熱功能和均勻的發(fā)光效果，可用作各類照明燈具的通用半導(dǎo)體照明光源。
文檔編號(hào)F21V23/00GK101650007SQ20081002168
公開日2010年2月17日 申請(qǐng)日期2008年8月14日 優(yōu)先權(quán)日2008年8月14日
發(fā)明者孫建國(guó) 申請(qǐng)人:南京漢德森科技股份有限公司