大芯片水平布置的led光機(jī)模組的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種大芯片水平布置的LED光機(jī)模組，包括印有銀漿電路(414)的透明的光機(jī)模板(43)，銀漿電路(414)在光機(jī)模板(43)上形成有接口導(dǎo)線，其接口導(dǎo)線的寬度和間距與LED照明大芯片(420)和LED驅(qū)動電源大芯片(410)的寬度W和間距WJG相同；對于大型光機(jī)模組中功率較大的，還需通過過渡電路集成透明塊(430)將光機(jī)模板(43)與1個以上的LED驅(qū)動電源大芯片(410)連接；LED驅(qū)動電源大芯片(410)和LED照明大芯片(420)帶銀漿電路(414)的一面與透明光機(jī)模板(43)帶銀漿電路(414)的一面按接口導(dǎo)線對焊在一起。
【專利說明】大芯片水平布置的LED光機(jī)模組
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種大芯片水平布置的LED光機(jī)模組，屬于LED照明【技術(shù)領(lǐng)域】。【背景技術(shù)】
[0002]申請?zhí)?201310140124.5、201310140138.7、201310140150.8、201310140105.2、201310140134.9,201310140106.7,201310140151.2,201310140136.8 等中國專利申請公開
了多個能在通用和互換的LED燈泡上使用的光機(jī)模組技術(shù)方案。這些技術(shù)為建立以LED燈泡為中心的照明產(chǎn)業(yè)架構(gòu)，使LED燈泡(照明光源)、燈具、照明控制成為獨(dú)立生產(chǎn)、應(yīng)用的終端產(chǎn)品的基本理念奠定了基礎(chǔ)。但上述專利尚未解決光機(jī)模組內(nèi)置驅(qū)動電源的問題。
[0003]現(xiàn)行的LED驅(qū)動電源多為開關(guān)電源，體積太大；也有體積稍小的線性電源，但其驅(qū)動芯片多以DIP雙列直插或SMD貼片封裝型式再配合輔助元器件，其體積仍不足以小到能放置到光機(jī)模組內(nèi)部。
[0004]LED照明從芯片廠提供LED芯片開始到照明燈需要經(jīng)一系列的諸如貼片、固晶、焊接、封裝、分光分色、驅(qū)動設(shè)計(jì)、散熱設(shè)計(jì)、燈具設(shè)計(jì)等復(fù)雜而冗長的生產(chǎn)設(shè)計(jì)過程，由于存在芯片布置設(shè)計(jì)、導(dǎo)熱設(shè)計(jì)和電源驅(qū)動設(shè)計(jì)等諸多不確定性，這種以LED芯片為中心的產(chǎn)業(yè)架構(gòu)難以在可更換光源的模式下實(shí)現(xiàn)光源(燈泡)標(biāo)準(zhǔn)化，最終導(dǎo)致終端市場上的LED燈多以不可更換光源的整體結(jié)構(gòu)燈為主體，增加了照明產(chǎn)品的產(chǎn)業(yè)復(fù)雜度和降低了照明產(chǎn)品的產(chǎn)業(yè)集中度。
[0005]進(jìn)一步創(chuàng)造理念先進(jìn)、更易標(biāo)準(zhǔn)化的LED燈泡光機(jī)模組內(nèi)置驅(qū)動電源和LED照明芯片結(jié)構(gòu)方案對于大規(guī)模推廣LED照明意義深遠(yuǎn)。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0006]本實(shí)用新型的目的在于，提供一種大芯片水平布置的LED光機(jī)模組。它是一種更易標(biāo)準(zhǔn)化的，內(nèi)置驅(qū)動電源和LED照明芯片結(jié)構(gòu)的LED光機(jī)模組，它在結(jié)構(gòu)上有利于LED照明的標(biāo)準(zhǔn)化、大規(guī)模的推廣。
[0007]本實(shí)用新型的技術(shù)方案:大芯片水平布置的LED光機(jī)模組，其特點(diǎn)是:包括印有銀漿電路的透明的光機(jī)模板，銀漿電路在光機(jī)模板上形成有接口導(dǎo)線，其接口導(dǎo)線的寬度和間距與LED照明大芯片和LED驅(qū)動電源大芯片的寬度W和間距Wie相同；對于大型光機(jī)模組中功率較大的，或還需通過過渡電路集成透明塊將光機(jī)模板與I個以上的LED驅(qū)動電源大芯片連接；再將LED驅(qū)動電源大芯片和LED照明大芯片帶銀漿電路的一面透明光機(jī)模板帶銀漿電路的一面按接口導(dǎo)線對焊得大芯片水平布置的LED光機(jī)模組。
[0008]上述的大芯片水平布置LED光機(jī)模組中，對于中、小型的LED光機(jī)模組,夕卜部電源或信號直接通過接插件從焊接在光機(jī)模板的LED驅(qū)動電源大芯片上接入；對于大型的LED光機(jī)模組，光機(jī)模板上還焊接有柔性電路，外部電源或信號通過接插件連接柔性電路接入到焊接在光機(jī)模板上的LED驅(qū)動電源大芯片上；對于大型LED光機(jī)模組中功率較大的,光機(jī)模板上焊接有一個及以上的LED驅(qū)動電源大芯片和一個及以上的LED照明大芯片；還可沿LED驅(qū)動電源大芯片、LED照明大芯片和或過渡電路集成透明塊周邊封透明膠得LED光機(jī)模組。
[0009]前述的大芯片水平布置LED光機(jī)模組中，所述的透明過渡電路集成透明塊包括第三透明基板，第三透明基板上印刷有銀漿電路，銀漿電路有接口導(dǎo)線，接口導(dǎo)線有I組接入端和I組以上的輸出端；接入端的寬度與光機(jī)模板導(dǎo)線接入端的寬度We相同；輸出端的接口導(dǎo)線寬度與LED驅(qū)動電源大芯片410的接入端寬度We相同；將過渡電路集成透明塊上印刷有銀漿電路的一面與光機(jī)模板的帶銀漿電路的一面按接口導(dǎo)線對焊。過渡電路集成透明塊用于將外部電源或信號接入一個以上的LED驅(qū)動電源大芯片，再通過LED驅(qū)動電源大芯片輸出到LED照明大芯片上。它解決了由于LED光機(jī)模組的電路要求，要使外部電源或信號接入LED驅(qū)動電源大芯片或LED驅(qū)動電源大芯片輸出到LED照明大芯片的電路需涉及到光機(jī)模板上雙面的印刷電路方能實(shí)現(xiàn)，由于一般情況下光機(jī)模板的背部將緊貼散熱器使用，而散熱器大多由金屬制成，光機(jī)模板的背部需要絕緣，無法實(shí)現(xiàn)雙面印刷電路的問題。
[0010]前述的大芯片水平布置LED光機(jī)模組中，所述LED照明大芯片包括一個寬度固定為W的第一透明基板，第一透明基板上設(shè)有N+1條平行的接口導(dǎo)線，第一透明基板上設(shè)有N顆LED芯片構(gòu)成LED芯片串聯(lián)組，每顆LED芯片均位于兩條相鄰的接口導(dǎo)線之間，兩條相鄰的接口導(dǎo)線的間距為Wje等于W減接口導(dǎo)線寬再除以N (ffJG = (W-接口導(dǎo)線寬)/N)，且每顆LED芯片的正負(fù)極均分別連接在兩條相鄰的接口導(dǎo)線上；且同時并聯(lián)多個LED串聯(lián)組，使得透明基板上形成可在透明基板長度方向上延伸的N列多行的LED芯片陣列；N為3至7之間的整數(shù)；在組建LED光機(jī)模組時，根據(jù)功率需要，對LED照明大芯片進(jìn)行剪裁，剪裁成不同長度的LED照明大芯片具有不同的功率；所述的LED芯片承載電壓約為DC3.2V(根據(jù)實(shí)際情況適當(dāng)調(diào)整)或大于DClOV的高電壓。
[0011]前述的大芯片水平布置LED光機(jī)模組中，所述LED芯片陣列和接口導(dǎo)線在透明基板上的形成方法是:采用透明的襯底做過渡外延層形成的薄型外延片，外延片采用成熟芯片制造技術(shù)分層生長電路和LED芯片，然后經(jīng)切割形成寬度為W的LED照明大芯片，其中生長出的電路包括接口導(dǎo)線和連接LED芯片和接口導(dǎo)線的連接芯片的導(dǎo)線，襯底作為第一透明基板；所述的芯片二極由于不需要焊接，可采用透明電極，以增加芯片的發(fā)光面積；所述的芯片成熟制造技術(shù)是:采用有機(jī)金屬化學(xué)氣相沉積設(shè)備分層進(jìn)行覆硅、上膠、光刻、蝕刻、鍍膜、合金和磨片等工藝；或者采用傳統(tǒng)技術(shù)將LED芯片陣列貼裝在印制好銀漿電路的第一透明基板上，并通過倒裝焊接或金絲正裝焊接與第一透明基板上的銀漿電路連接，獲得LED照明大芯片，銀漿刷電路包括接口導(dǎo)線和連接芯片的導(dǎo)線。
[0012]前述的大芯片水平布置LED光機(jī)模組中，所述LED驅(qū)動電源大芯片包括寬度固定為W的第二透明基板，透明基板印制有銀漿電路，銀漿電路上有接口導(dǎo)線，接口導(dǎo)線有接入端和輸出端；接入端的寬度與光機(jī)模板導(dǎo)線接入端的寬度We相同或有與接插件相連的焊盤；輸出端的接口導(dǎo)線上有N+1條平行的接口導(dǎo)線，相鄰兩條接口導(dǎo)線的間距Wje等于W減接口導(dǎo)線寬再除以N(Wje= (W-接口導(dǎo)線寬)/N);第二透明基板上先粘貼未經(jīng)封裝的電源驅(qū)動晶圓級芯片和整流橋晶圓級芯片，然后將未經(jīng)封裝的電源驅(qū)動晶圓級芯片和整流橋晶圓級芯片焊接在第二透明基板上，第二透明基板有接口導(dǎo)線端的寬度與LED照明大芯片的寬度W相同，高度為H2 ；LED驅(qū)動電源大芯片上接口導(dǎo)線的用途是用來連接所述的LED照明大芯片上的芯片陣列的。[0013]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型的光機(jī)模組可以適用于本實(shí)用新型的發(fā)明人在先申請的各類燈泡專利，替代燈泡中原有的光機(jī)模組。本實(shí)用新型的光機(jī)模組在結(jié)構(gòu)上可以內(nèi)置電源和LED照明芯片，而且體積小，易于實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化。本實(shí)用新型可以改變了現(xiàn)有的以LED芯片為中心的產(chǎn)業(yè)架構(gòu)，本實(shí)用新型的LED光機(jī)模組可以以在可更換光源的模式下實(shí)現(xiàn)光源(燈泡)標(biāo)準(zhǔn)化，從而可以降低照明產(chǎn)品的產(chǎn)業(yè)復(fù)雜度和降低了照明產(chǎn)品的產(chǎn)業(yè)集中度。
[0014]在LED電源大芯片的驅(qū)動下，LED照明大芯片被設(shè)計(jì)成固定的寬度W，長度則根據(jù)制造設(shè)備的規(guī)格來確定，使用時來分割成不同的長度。這樣LED照明大芯片不需針對單個LED芯片來切割成毫米級尺寸，芯片制作時將降低對襯底的機(jī)械特性要求，使類似多晶的高純氧化鋁等進(jìn)入襯底的選擇范圍，大幅度地降低了 LED照明芯片的制造成本。
[0015]LED照明大芯片中的每顆LED芯片兩極無需焊接，電極可做的較小同時并可采用透明電極的方案，會有效地增加芯片的發(fā)光面積和提高發(fā)光效率。
[0016]從芯片廠開始，LED照明大芯片只需結(jié)合電源大芯片即可直接貼裝焊接在光機(jī)模板上、或燈泡導(dǎo)熱支架。LED照明生產(chǎn)流程短而簡單。同時，大芯片按使用功率分段切割，設(shè)計(jì)、生產(chǎn)到產(chǎn)品整個過程中容易確定的因數(shù)較多，便于對其控制來實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化作業(yè)。
[0017]按使用功率來分割的照明大芯片可滿足大多數(shù)照明應(yīng)用要求，這樣非切割的、數(shù)量有限的照明大芯片容易實(shí)現(xiàn)規(guī)?；漠a(chǎn)業(yè)集中度，將大幅度減少照明產(chǎn)品的制造成本。
[0018]本實(shí)用新型改變了 LED現(xiàn)有的封裝產(chǎn)業(yè)概念，照明大芯片采用倒裝后只需簡單封裝大芯片周邊即可；采用正裝時可采用蓋板封裝等工藝；繞開了國外的專利壁壘。
[0019]而由于現(xiàn)行的LED驅(qū)動電源多為開關(guān)電源，體積太大；也有體積稍小的線性電源，但其驅(qū)動芯片多以DIP雙列直插或SMD貼片封裝型式再配合輔助元器件，然后焊接在PCB電路板上，其體積仍不足以小到能放置到光機(jī)模組內(nèi)部。這個思路難以使LED驅(qū)動電源微型化、輕量化和透明化，無法放置到光機(jī)模組中，最終無法在通用和互換的LED燈泡實(shí)現(xiàn)市電直接接入。
[0020]采用本實(shí)用新型的驅(qū)動技術(shù)的電源大芯片可以滿足LED照明應(yīng)用如驅(qū)動、調(diào)光、過電壓及浪涌保護(hù)、過載等的各種基本需求，且可以把體積做的較小，以至于可以將驅(qū)動電源放到燈泡內(nèi)部甚至光機(jī)模組內(nèi)部。這對LED照明低成本、小型化具有非常重要的意義。本實(shí)用新型推動了 LED芯片的朝集成化的方向發(fā)展，使照明大芯片的出現(xiàn)成為現(xiàn)實(shí)。二者的共同使用將進(jìn)一步推動LED照明產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0021]圖1為本實(shí)用新型實(shí)施例的小型光機(jī)模板上的電路示意圖；
[0022]圖2為本實(shí)用新型實(shí)施例的中型光機(jī)模板上的電路示意圖；
[0023]圖3為本實(shí)用新型實(shí)施例的小型光機(jī)模組示意圖；
[0024]圖4為本實(shí)用新型實(shí)施例的中型光機(jī)模組示意圖；
[0025]圖5為本實(shí)用新型實(shí)施例的大型光機(jī)模板上的電路示意圖；
[0026]圖6為本實(shí)用新型實(shí)施例的大功率的大型光機(jī)模板上的電路示意圖；
[0027]圖7為本實(shí)用新型實(shí)施例的大型光機(jī)模組示意圖；
[0028]圖8為本實(shí)用新型實(shí)施例的大功率的大型光機(jī)模組示意圖；[0029]圖9為本實(shí)用新型過渡電路集成透明塊結(jié)構(gòu)示意圖；
[0030]圖10為本實(shí)用新型實(shí)施例LED照明大芯片的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0031]圖11為本實(shí)用新型實(shí)施例小功率LED驅(qū)動電源大芯片的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0032]圖12為本實(shí)用新型實(shí)施例的光機(jī)核心構(gòu)件的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0033]圖13為本實(shí)用新型實(shí)施例的LED電壓電流波形圖；
[0034]圖14為本實(shí)用新型實(shí)施例的超高電壓運(yùn)行功率波形圖；
[0035]圖15本實(shí)用新型實(shí)施例的調(diào)光運(yùn)行功率波形圖；
[0036]圖16本實(shí)用新型實(shí)施例的電路連接圖；
[0037]圖17本實(shí)用新型實(shí)施例的驅(qū)動電源芯片內(nèi)部電路圖；
[0038]圖18本實(shí)用新型實(shí)施例3段負(fù)載的LED電壓電流波形圖；
[0039]圖19:本實(shí)用新型實(shí)施例DC52V串聯(lián)的LED芯片陣列模組功率加載分布圖；
[0040]圖20:本實(shí)用新型實(shí)施例LED芯片陣列承載電壓試算圖；
[0041]圖21:本實(shí)用新型實(shí)施例單顆DC52V芯片承載功率試算圖；
[0042]圖22:本實(shí)用新型實(shí)施例2*52V+4*35V串聯(lián)的LED芯片陣列模組功率加載分布圖；
[0043]圖23為本實(shí)用新型實(shí)施例大功率LED驅(qū)動電源大芯片的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0044]附圖中的標(biāo)記為:41_LED芯片,43-光機(jī)模板,43.1-光機(jī)模板固定孔,44-柔性轉(zhuǎn)接電路，44.1-焊點(diǎn)，45-透明封膠，61-帶熒光粉的內(nèi)罩，410-LED驅(qū)動電源大芯片，410.1-透明蓋板，411-驅(qū)動電源晶圓級芯片,412-整流橋晶圓級芯片,413-第二透明基板，414-銀漿電路，414.1-焊盤，420-LED照明大芯片，421-第一透明基板，430-A型過渡電路集成透明塊，431-第三透明基板。
【具體實(shí)施方式】
[0045]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本實(shí)用新型作進(jìn)一步的說明，但并不作為對本實(shí)用新型限制的依據(jù)。
[0046]實(shí)施例。大芯片水平布置的LED光機(jī)模組，包括印有銀漿電路414的透明的光機(jī)模板43，銀漿電路414在光機(jī)模板43上形成有接口導(dǎo)線，其接口導(dǎo)線的寬度和間距與LED照明大芯片420和LED驅(qū)動電源大芯片410的寬度W和間距相同；對于大型光機(jī)模組中功率較大的，或還需通過過渡電路集成透明塊430將光機(jī)模板43與I個以上的LED驅(qū)動電源大芯片410連接；再將LED驅(qū)動電源大芯片410和LED照明大芯片420帶銀漿電路414的一面透明光機(jī)模板43帶銀漿電路414的一面按接口導(dǎo)線對焊得LED光機(jī)模組。
[0047]對于中、小型的LED光機(jī)模組(光機(jī)模板分別如圖2和圖1所不),外部電源或信號直接通過接插件11從焊接在光機(jī)模板43上的LED驅(qū)動電源大芯片410上接入，如圖3和圖4所示；對于大型的LED光機(jī)模組，光機(jī)模板43如圖5所示，光機(jī)模板43上上還焊接有柔性電路44，外部電源或信號通過接插件11連接柔性電路44接入到焊接在光機(jī)模板43上的LED驅(qū)動電源大芯片410上；對于大型LED光機(jī)模組中功率較大的,光機(jī)模板43如圖6所示，光機(jī)模板43上焊接有一個及以上的LED驅(qū)動電源大芯片410和一個及以上的LED照明大芯片420，如圖7和圖8所示；最后沿LED驅(qū)動電源大芯片410、LED照明大芯片420和或過渡電路集成透明塊430周邊封透明膠45得LED光機(jī)模組。[0048]所述的透明過渡電路集成透明塊430圖9所示，包括第三透明基板431，第三透明基板431上印刷有銀漿電路414，銀漿電路414有接口導(dǎo)線，接口導(dǎo)線有I組接入端和I組以上的輸出端；接入端的寬度與光機(jī)模板43導(dǎo)線接入端的寬度We相同；輸出端的接口導(dǎo)線與LED驅(qū)動電源大芯片410的接入端寬度We相同；將過渡電路集成透明塊430上印刷有銀漿電路414的一面與光機(jī)模板43的帶銀漿電路414的一面按接口導(dǎo)線對焊；過渡電路集成透明塊430用于將外部電源或信號接入一個及以上的LED驅(qū)動電源大芯片410，再通過LED驅(qū)動電源大芯片410輸出到LED照明大芯片420上。解決了由于LED光機(jī)模組的電路要求，要使外部電源或信號接入LED驅(qū)動電源大芯片410或LED驅(qū)動電源大芯片輸出到LED照明大芯片420的電路需涉及到光機(jī)模板上雙面的印刷電路方能實(shí)現(xiàn)，由于一般情況下光機(jī)模板的背部將緊貼散熱器使用，而散熱器大多由金屬制成，光機(jī)模板的背部需要絕緣，無法實(shí)現(xiàn)雙面印刷電路的問題。本實(shí)用新型的過渡電路集成透明塊包含I種過渡電路集成透明塊:A型:外部電源和信號分別接入到雙LED驅(qū)動電源大芯片410上，參見圖9，其中外部導(dǎo)線接入的寬度為We ；LED驅(qū)動電源大芯片410導(dǎo)線接入寬度為We。其總寬度為2*W+10mm、高度為H2 ;典型尺寸為:寬度25.8mm、高度:H2 = 6mm。
[0049]所述LED照明大芯片420，如圖10所示，包括一個寬度固定為W的第一透明基板421，第一透明基板上設(shè)有N+1條平行的接口導(dǎo)線，第一透明基板421上設(shè)有N顆LED芯片41構(gòu)成LED芯片串聯(lián)組，每顆LED芯片41均位于兩條相鄰的接口導(dǎo)線之間，兩條相鄰的接口導(dǎo)線的間距為Wje等于W減接口導(dǎo)線寬再除以N (Wje = (W-接口導(dǎo)線寬)/N)，且每顆LED芯片41的正負(fù)極均分別連接在兩條相鄰的接口導(dǎo)線上；且同時并聯(lián)多個LED串聯(lián)組，使得透明基板421上形成可在透明基板421長度方向上延伸的N列多行的LED芯片陣列；N為3至7之間的整數(shù)；在組建LED光機(jī)模組時，根據(jù)功率需要，對LED照明大芯片420進(jìn)行剪裁，剪裁成不同長度的LED照明大芯片420具有不同的功率。
[0050]所述LED芯片陣列和接口導(dǎo)線在透明基板上的形成方法是:采用透明的襯底做過渡外延層形成的薄型外延片，外延片采用成熟芯片制造技術(shù)分層生長電路和LED芯片，然后經(jīng)切割形成寬度為W的LED照明大芯片，其中生長出的電路包括接口導(dǎo)線和連接LED芯片和接口導(dǎo)線的連接芯片的導(dǎo)線，襯底作為第一透明基板；所述的芯片二極由于不需要焊接，可采用透明電極，以增加芯片的發(fā)光面積；所述的芯片成熟制造技術(shù)是:采用有機(jī)金屬化學(xué)氣相沉積設(shè)備分層進(jìn)行覆硅、上膠、光刻、蝕刻、鍍膜、合金和磨片等工藝；或者采用傳統(tǒng)技術(shù)將LED芯片陣列貼裝在印制好銀漿電路414的第一透明基板421上，并通過倒裝焊接或金絲正裝焊接與第一透明基板421上的銀漿電路414連接，獲得LED照明大芯片420，銀漿刷電路414包括接口導(dǎo)線和連接芯片的導(dǎo)線。
[0051]所述LED驅(qū)動電源大芯片，如圖11和圖23所示，包括寬度固定為W的第二透明基板413，透明基板413印制有銀漿電路，銀漿電路414上有接口導(dǎo)線，接口導(dǎo)線有接入端和輸出端；接入端的寬度與光機(jī)模板43導(dǎo)線接入端的寬度We相同或有與接插件相連的焊盤；輸出端的接口導(dǎo)線上有N+1條平行的接口導(dǎo)線，相鄰兩條接口導(dǎo)線的間距Wje等于W減接口導(dǎo)線寬再除以N(W$= (W-接口導(dǎo)線寬)/N);第二透明基板413上先粘貼未經(jīng)封裝的電源驅(qū)動晶圓級芯片411和整流橋晶圓級芯片412,然后將未經(jīng)封裝的電源驅(qū)動晶圓級芯片411和整流橋晶圓級芯片412焊接在第二透明基板413上，第二透明基板413有接口導(dǎo)線端的寬度與LED照明大芯片的寬度W相同，高度為H2 ；LED驅(qū)動電源大芯片上接口導(dǎo)線的用途是用來連接所述的LED照明大芯片上的芯片陣列的。
[0052]所述LED光機(jī)模組上的LED驅(qū)動方法為:整流橋晶圓級芯片412上的整流橋?qū)⑹须夾C轉(zhuǎn)化為脈動直流電，脈動直流電的電壓大于零，小于等于脈動直流電額定最大工作電壓Vwk，在脈動直流電上設(shè)置3?7段LED負(fù)載，各段LED負(fù)載串聯(lián)在一起形成LED負(fù)載串聯(lián)段組，多個LED負(fù)載串聯(lián)段組形成所述的LED芯片陣列，在脈動直流電的電壓升高時，電源驅(qū)動晶圓級芯片411控制LED負(fù)載串聯(lián)的段數(shù)逐級增加，在脈動直流電的電壓下降時，控制LED負(fù)載串聯(lián)的段數(shù)逐級減小，LED負(fù)載串聯(lián)的段數(shù)為實(shí)際連入脈動直流電的LED負(fù)載段數(shù)。
[0053]所述LED負(fù)載串聯(lián)的段數(shù)通過開關(guān)進(jìn)行控制，開關(guān)的控制節(jié)點(diǎn)為電壓的分段界限，所述電壓的分段數(shù)量與LED負(fù)載串聯(lián)的段數(shù)相對應(yīng)；所述LED負(fù)載串聯(lián)的段數(shù)的控制方法是，將每段LED負(fù)載的負(fù)極方向分別通過開關(guān)連接脈動直流電的負(fù)極，然后根據(jù)脈動直流電的電壓變化對各個開關(guān)的通斷進(jìn)行控制，使用將某幾段開關(guān)斷路的方式實(shí)現(xiàn)LED負(fù)載串聯(lián)的段數(shù)的改變。
[0054]設(shè)定脈動直流電的脈動直流工作電壓Vw大于Vwmax的時段，控制所有開關(guān)斷開，停止向所有LED負(fù)載供電，實(shí)現(xiàn)對LED的過電壓及浪涌保護(hù)；通過調(diào)整脈動直流電的最大允許脈動直流電壓Vwmax的大小，從而實(shí)現(xiàn)對LED的發(fā)光亮度調(diào)整。
[0055]通過設(shè)置電流傳感器測得電路中有效工作電流Iw，當(dāng)Iw超過設(shè)計(jì)值KIwk時，關(guān)閉所有開關(guān)以實(shí)現(xiàn)電流保護(hù)，開關(guān)的開啟需在下次重新加載電壓后恢復(fù)，其中K為調(diào)整系數(shù)，Iwe為額定有效工作電流。
[0056]所述的開關(guān)在脈動直流電壓上升階段延時tm毫秒動作，在脈動直流電壓下降階段提前tm毫秒動作，以獲得相對較平穩(wěn)的LED工作電流。
[0057]設(shè)置串聯(lián)在一起的每一段LED負(fù)載為具有不同的最大承載電壓值的LED芯片組，可使在開關(guān)控制下工作的LED負(fù)載串聯(lián)段組獲得接近理想正弦波的工作電流曲線。
[0058]所述每一段LED負(fù)載最大承載電壓的調(diào)整方法是:①以脈動直流電壓為縱坐標(biāo)、脈動直流周期為橫坐標(biāo)作圖假定一個純電阻負(fù)載，其功率在脈動直流半波形成的正弦圖形面積為1，作圖；③設(shè)定LED負(fù)載串聯(lián)段組的承載功率為純電阻負(fù)載的120%，作一面積為1.2的矩形陰影圖，矩形陰影的縱坐標(biāo)值即為串聯(lián)段組總的最大承載電壓值同理，已知LED負(fù)載承載電壓情況下，可作圖得出LED負(fù)載的圖形面積，，逐段驗(yàn)證LED負(fù)載的面積之和大于開關(guān)的控制節(jié)點(diǎn)下的脈動直流正弦波面積；⑤選取LED負(fù)載串聯(lián)段組上各段LED負(fù)載的承載電壓值，相加大于等于串聯(lián)段組總的最大承載電壓值即可；其中，承載電壓值較高的LED負(fù)載靠近正極端，承載電壓值較低的LED負(fù)載靠近負(fù)極端。
[0059]所述光機(jī)模板43的材質(zhì)為薄片非金屬透明材料，如SiO2, Al2O3等，它是將薄型板材加溫到近材料軟化點(diǎn)，利用模具采用沖壓設(shè)備沖壓成型的。由于材料易脆且硬度較高，因此只能切割方式進(jìn)行加工成光機(jī)模板形狀時，成本較高。
[0060]使用前述的LED光機(jī)模組組建LED照明核心構(gòu)件的方法，如圖12所示，在LED光機(jī)模組上設(shè)置柔性電路44后裝入帶熒光粉的內(nèi)罩61即可；帶熒光粉的內(nèi)罩61是將含熒光粉的注塑顆粒料與不含熒光粉的透明注塑顆粒料混勻；混合比例根據(jù)需要配置，然后通過注塑成型即得；其中所述含熒光粉的注塑顆粒料是將20?30%熒光粉體與70?80%透明注塑顆粒料混勻，熱熔后重新制成注塑顆粒料；熒光粉選用余輝時間大于8ms的熒光粉。[0061]下文是以6組LED負(fù)載為例的本實(shí)用新型的工作原理。即η取值為6。
[0062]首先，交流電AC經(jīng)過整流橋后變成脈動直流電，例:AC220V，50Hz交流電經(jīng)整流橋整流后，參見圖13，電壓為半個周期(180度)的波形曲線，周期在O度時脈動直流電壓為零，在90度時脈動直流電壓達(dá)到最大值Vwe為最高DC311V，180度時，電壓又降為零，周而復(fù)始。
[0063]本實(shí)用新型的工作要求，在脈動直流電壓大于零與小于等于Vwk之間，共設(shè)置3~7段負(fù)載，各段負(fù)載間形成串聯(lián)方式，隨電壓升高，負(fù)載(即LED負(fù)載)串聯(lián)段數(shù)逐級增加，負(fù)載電壓由開關(guān)控制加載，參見圖13和圖16，電壓開關(guān)節(jié)點(diǎn)為電壓分段界限。
[0064]供電管理運(yùn)行模式:本實(shí)用新型不設(shè)計(jì)電流控制器件，各級開關(guān)的啟閉僅取決于Vw的變化，參見圖13、圖16和圖17。
[0065]周期O~90度時:
[0066]第I段:工作初始狀態(tài)，即周期從O起始，電路中開關(guān)K1~K6處于開啟狀態(tài)(ON)，電流主要經(jīng)節(jié)點(diǎn)J1通過開關(guān)K1形成通路，負(fù)載由額定電壓為lVm/6串聯(lián)工作的LED組成；
[0067]第2段:當(dāng)Vw大于等于lVWK/6時，開關(guān)Kl關(guān)閉(OFF)，電流主要經(jīng)節(jié)點(diǎn)J2通過開關(guān)K2形成通路，負(fù)載由額定電壓為2VWK/6串聯(lián)工作的LED組成；
[0068]第3段:當(dāng)Vw大于等于2Vm/6時，開關(guān)Kl處于0FF，開關(guān)K2關(guān)閉(OFF)，電流主要經(jīng)節(jié)點(diǎn)J3通過開關(guān)K3形成通路，負(fù)載由額定電壓為3Vm/6串聯(lián)工作的LED組成；
[0069]第4段:當(dāng)Vw大于等于3Vm/6時，開關(guān)Kl~K2處于0FF，開關(guān)K3關(guān)閉(OFF)，電流主要經(jīng)節(jié)點(diǎn)J4通過開關(guān)K4形成通路，負(fù)載由額定電壓為4VWK/6串聯(lián)工作的LED組成；
[0070]第5段:當(dāng)Vw大于等于4Vm/6時，開關(guān)Kl~K3處于0FF，開關(guān)K4關(guān)閉(OFF)，電流主要經(jīng)節(jié)點(diǎn)J5通過開關(guān)K5形成通路，負(fù)載由額定電壓為5Vm/6串聯(lián)工作的LED組成；
[0071]第6段:當(dāng)Vw大于等于5Vm/6時，開關(guān)Kl~K4處于0FF，開關(guān)K5關(guān)閉(OFF)，電流經(jīng)節(jié)點(diǎn)J6通過開關(guān)K6形成通路，負(fù)載由額定電壓為6Vm/6串聯(lián)工作的LED組成；
[0072]開關(guān)Kl~K6關(guān)閉時，可采用延時0.1ms的關(guān)閉方法，可獲得相對較平穩(wěn)的電流。
[0073]周期90~180度時:
[0074]第6段:工作初始狀態(tài)，電壓由最大值向下減少，電路中開關(guān)Kl~K5處于關(guān)閉狀態(tài)(OFF)，開關(guān)K6處于開啟狀態(tài)，電流經(jīng)節(jié)點(diǎn)J6通過開關(guān)K6形成通路，負(fù)載由額定電壓為βν^/6串聯(lián)工作的LED組成；
[0075]第5段:當(dāng)Vw小于等于5VWK/6時，開關(guān)K5~K6開啟(ON)，電流主要經(jīng)節(jié)點(diǎn)J5通過開關(guān)K5形成通路，負(fù)載由額定電壓為5VWK/6串聯(lián)工作的LED組成；
[0076]第4段:當(dāng)Vw小于等于4VWK/6時，開關(guān)K4~K6開啟(ON)，電流主要經(jīng)節(jié)點(diǎn)J4通過開關(guān)K4形成通路，負(fù)載由額定電壓為4VWK/6串聯(lián)工作的LED組成；
[0077]第3段:當(dāng)Vw小于等于3VWK/6時，開關(guān)K3~K6開啟(ON)，電流主要經(jīng)節(jié)點(diǎn)J3通過開關(guān)K3形成通路，負(fù)載由額定電壓為3VWK/6串聯(lián)工作的LED組成；
[0078]第2段:當(dāng)Vw小于等于2VWK/6時，開關(guān)K2~K6開啟(ON)，電流主要經(jīng)節(jié)點(diǎn)J2通過開關(guān)K2形成通路，負(fù)載由額定電壓為2VWK/6串聯(lián)工作的LED組成；
[0079]第I段:當(dāng)Vw小 于等于lVm/6時，開關(guān)Kl~K6開啟(ON)，電流主要經(jīng)節(jié)點(diǎn)Jl通過開關(guān)Kl形成通路，負(fù)載由額定電壓為lVWK/6串聯(lián)工作的LED組成。
[0080]開關(guān)Kl~K6開啟時，可采用提前0.1ms的開啟方法，可獲得相對較平穩(wěn)的電流。[0081]調(diào)光運(yùn)行模式:外部設(shè)置一給定電壓VT = O時，Vffmax對應(yīng)CVwk，外部電壓給定VT=5V時，Vffmax對應(yīng)0V，設(shè)置O ( Vffmax ( CVffE, C調(diào)整系數(shù)，為額定電壓的倍數(shù)，如C = 1.12。Vw大于Vwmax的時段,對應(yīng)各段的開關(guān)將關(guān)閉(OFF),停止向負(fù)載供電。其作用為一種調(diào)光方案。參見圖15、圖16和圖17，調(diào)節(jié)Vwmax低于Vwk，圖中黃色部分將增加，輸入到負(fù)載的功率將降低，從而達(dá)到調(diào)光的目的。例:當(dāng)LED在AC220V市電正常工作是，調(diào)整交流電電壓至AC180V的電壓時，圖中的陰影部分為Vw高于254V的形成功率投影圖部分，從周期約55.5度到124.5度之間，由于此段時間內(nèi)相應(yīng)的開關(guān)Kx處于關(guān)閉(OFF)，陰影部分的功耗(相當(dāng)于正常市電下脈動直流半波的加載功率的57.0% )將被剔除，這部分功耗未被加載到負(fù)載上，使負(fù)載的亮度降低。當(dāng)^_等于O時，所有開關(guān)將關(guān)閉(0FF)，負(fù)載供電量為零?？梢宰龅綗o級調(diào)光，而不會發(fā)生能量消耗。
[0082]電壓保護(hù)運(yùn)行模式:設(shè)置Vwmax = CVwro Vff大于Vwmax的時段，對應(yīng)各段的開關(guān)將關(guān)閉(0FF)，停止向負(fù)載供電。參見圖14、圖16和圖17，例:當(dāng)市電達(dá)到270V的高電壓時，圖中的陰影部分為Vw高于348V的形成功率投影圖部分，從周期約66度到114度之間，由于此段時間內(nèi)Kl~K6開關(guān)處于關(guān)閉 (0FF)，陰影部分的功耗(相當(dāng)于正常市電下脈動直流半波的加載功率的50.2% )將被剔除，這部分功耗未被加載到負(fù)載上，使負(fù)載不會因過電壓燒毀。
[0083]過流保護(hù)運(yùn)行模式:本實(shí)用新型具有過流保護(hù)，參見圖17，電流傳感器測得電路中有效工作電流Iw超過設(shè)計(jì)值KIwk, K為調(diào)整系數(shù)，例:設(shè)定Iwe = 275mA, K=L 2，邏輯開關(guān)控制器將關(guān)閉所有開關(guān)Kl~K6(0FF)，開啟開關(guān)(ON)Kl~K6需在下次重新加載電源壓后恢復(fù)。
[0084]依據(jù)與上述相同的原理，負(fù)載方式可分為3~7段，分段少，電路簡單，但電流變化較大，容易在電網(wǎng)產(chǎn)生低次諧波，參見圖18;分段多，則電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜。一般取4~6段為佳。
[0085]注:VW—脈動直流工作電壓(1.4142*交流電壓)；VWK—脈動直流額定最大工作電壓(1.4142*交流電壓)；Vwmax—最大允許脈動直流電壓(1.4142*交流電壓)；IW—有效工作電流。Iwe—額定有效工作電流。
[0086]如市電為AC220，整流后的電壓為DC311V，以每組LED負(fù)載為單顆芯片為例，則每顆芯片承受DC52V ;如AC110，則芯片承受DC26V。設(shè)脈動直流半波的加載功率面積為1，參見圖19，圖中每個LED負(fù)載(LED模組I至6)被加載功率相差比較大，LED模組I達(dá)到脈動直流半波的加載功率面積的20.68% (為芯片額定出力的84.4% );而LED模組6只有
5.11% (為芯片額定出力的19.2% )，約為模組I的四分之一功率，經(jīng)過實(shí)測驗(yàn)證，模組6的實(shí)際亮度很低；整個芯片組的平均被加載的功率為芯片額定出力的52.4%，芯片的利用率較低；而芯片組的額定出力(虛線框面積)為脈動直流半波的加載功率面積的159%。由于芯片冗余量過大，不僅芯片浪費(fèi)，還造成驅(qū)動電源過大而浪費(fèi)，同時增加了布置上的難度。因此，恒定直流狀態(tài)下選擇芯片電壓的方法在脈動直流狀態(tài)下存在一定問題，如何在保證芯片安全工作的前提下，提高芯片的利用率成為一個待解決的問題。
[0087]設(shè)定6顆串聯(lián)的LED芯片陣列的額定出力由脈動直流半波加載功率的1.59倍調(diào)低至1.2倍(考慮到小型電網(wǎng)市電會出現(xiàn)不低于1.2倍波動)，參見圖20，設(shè)LED芯片陣列芯片承載功率(圖中陰影部分面積)為脈動直流半波加載功率(脈動直流半波部分面積)的1.2倍時，可以由圖20作圖推算出市電為AC220V時芯片陣列的承載電壓為DC236V ；[0088]參見圖21，對LED模組I到模組6分別設(shè)置不同的電壓值，可以得到不同承載電壓值下的芯片加載功率面積(圖中陰影部分)；
[0089]采用2*52V+4*35V高電壓芯片(模組I和模組2的型號為VES-AADBHV45、模組3到模組6為ES-AADBHF40)組成串聯(lián)陣列，則芯片陣列的承載電壓調(diào)整為DC244V ;作圖22，獲得的芯片陣列被加載功率面積為脈動直流半波功率面積的96.67%，芯片陣列被加載的功率接近I為理想狀態(tài)；此時LED芯片陣列被加載的功率為芯片陣列額定出力77.6% ;實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證與推算值相近。
[0090]各電壓段的模組加載功率驗(yàn)證:設(shè)脈動直流半波的加載功率面積為1，電壓為縱坐標(biāo)時，容易通過圖21計(jì)算DC52V芯片額定出力為26.52%，同理，DC35V芯片的額定出力為17.89% ;圖22則是市電為AC220V時，LED芯片陣列各模組的被加載的功率情況；表1是芯片陣列被加載的功率為脈動直流半波功率面積I時，市電電壓分別為AC220V，AV246V，AC270V各個模組被加載功率的情況，表中可以看出，僅模組3在DC311V和DC348V略有過載，但由于模組I和模組2有功率裕量，實(shí)驗(yàn)證明模組3可通過。
[0091 ] 在其他市電電壓等級時，優(yōu)化方式參照上述進(jìn)行。
[0092]理想狀態(tài)下芯片承載功率驗(yàn)算如下表所示:
【權(quán)利要求】
1.大芯片水平布置的LED光機(jī)模組，其特征在于:包括印有銀漿電路(414)的透明的光機(jī)模板(43)，銀漿電路(414)在光機(jī)模板(43)上形成有接口導(dǎo)線，其接口導(dǎo)線的寬度和間距與LED照明大芯片(420)和LED驅(qū)動電源大芯片(410)的寬度W和間距'相同；對于大型光機(jī)模組中功率較大的，還需通過過渡電路集成透明塊(430)將光機(jī)模板(43)與I個以上的LED驅(qū)動電源大芯片(410)連接；LED驅(qū)動電源大芯片(410)和LED照明大芯片(420)帶銀漿電路(414)的一面與透明光機(jī)模板(43)帶銀漿電路(414)的一面按接口導(dǎo)線對焊在一起。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的大芯片水平布置LED光機(jī)模組，其特征在于:對于中、小型的LED光機(jī)模組，外部電源或信號直接通過接插件(11)從焊接在光機(jī)模板(43)上的LED驅(qū)動電源大芯片(410)上接入；對于大型的LED光機(jī)模組，光機(jī)模板(43)上還焊接有柔性電路(44)，外部電源或信號通過接插件(11)連接柔性電路(44)接入到焊接在光機(jī)模板(43)上的LED驅(qū)動電源大芯片(410)上；對于大型LED光機(jī)模組中功率較大的,光機(jī)模板(43)上焊接有一個及以上的LED驅(qū)動電源大芯片(410)和一個及以上的LED照明大芯片(420);沿LED驅(qū)動電源大芯片(410)、LED照明大芯片(420)和/或過渡電路集成透明塊(430)周邊設(shè)有透明膠(45)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的大芯片水平布置LED光機(jī)模組，其特征在于:所述的透明過渡電路集成透明塊(430)包括第三透明基板(431)，第三透明基板(431)上印刷有銀漿電路(414)，銀漿電路(414)有接口導(dǎo)線，接口導(dǎo)線有I組接入端和I組以上的輸出端；接入端的寬度與光機(jī)模板(43)導(dǎo)線接入端的寬度We相同；輸出端的接口導(dǎo)線寬度與LED驅(qū)動電源大芯片(410)的接入端寬度We相同；過渡電路集成透明塊(430)上印刷有銀漿電路(414)的一面與光機(jī)模板(43)的帶銀漿電路(414)的一面按接口導(dǎo)線對焊。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的大芯片水平布置LED光機(jī)模組，其特征在于:所述LED照明大芯片(420)包括一個寬度固定為W的第一透明基板(421)，第一透明基板上設(shè)有N+1條平行的接口導(dǎo)線，第一透明基板(421)上設(shè)有N顆LED芯片41構(gòu)成LED芯片串聯(lián)組，每顆LED芯片(41)均位于兩條相鄰的接口導(dǎo)線之間，兩條相鄰的接口導(dǎo)線的間距為Wje等于W減接口導(dǎo)線寬再除以N，且每顆LED芯片(41)的正負(fù)極均分別連接在兩條相鄰的接口導(dǎo)線上；且同時并聯(lián)多個LED串聯(lián)組；N為3至7之間的整數(shù)；所述的LED芯片承載電壓為DC3.2V或大于DClOV的高電壓。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的大芯片水平布置LED光機(jī)模組，其特征在于:所述LED驅(qū)動電源大芯片包括寬度固定為W的第二透明基板(413)，第二透明基板(413)印制有銀漿電路，銀漿電路(414)上有接口導(dǎo)線，接口導(dǎo)線有接入端和輸出端；接入端的寬度與光機(jī)模板(43)導(dǎo)線接入端的寬度We相同或有與接插件相連的焊盤；輸出端的接口導(dǎo)線上有N+1條平行的接口導(dǎo)線，相鄰兩條接口導(dǎo)線的間距'等于W減接口導(dǎo)線寬再除以N;第二透明基板(413)上先粘貼有未經(jīng)封裝的電源驅(qū)動晶圓級芯片(411)和整流橋晶圓級芯片(412)，未經(jīng)封裝的電源驅(qū)動晶圓級芯片(411)和整流橋晶圓級芯片(412)焊接在第二透明基板(413)上。
【文檔編號】F21S2/00GK203810156SQ201420257270
【公開日】2014年9月3日 申請日期:2014年5月20日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月20日
【發(fā)明者】張繼強(qiáng), 張哲源, 朱曉冬 申請人:貴州光浦森光電有限公司