專利名稱：具有穩(wěn)態(tài)量子阱的led照明裝置的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種對LED照明裝置的制造技術(shù)。
背景技術(shù)：
目前的LED照明燈具有如圖1所示電路結(jié)構(gòu)，多個LED芯片，串聯(lián)在一起組成一條串聯(lián)支路，然后多條串聯(lián)支路并聯(lián)在一起。這種電路結(jié)構(gòu)常用于小功率LED芯片，芯片電流一般為20mA，也有將電流提升至30mA使用。具有這種電路結(jié)構(gòu)的LED燈具的優(yōu)勢在于，可以用小芯片實現(xiàn)大功率照明，例如48顆0. 08w的小芯片可以組成一個4W的LED燈；33顆 0. 09W的小芯片可以組成一個3W的LED燈；90顆0. 07W的小芯片可以組成一個6W的LED 燈；192顆0. 07W的小芯片可以組成一個14W的LED燈。上述LED燈具的芯片均為小芯片，一般它們以COB封裝或貼片的方式做在鋁基板上，這是燈具的實現(xiàn)方式成本較低，特別是使用了小功率的LED(—般以20mA電流作為參考的芯片被認(rèn)為是小功率芯片)。由于小功率LED工藝成熟，良率較高，制造成本較低，在大功率LED芯片(一般以350mA電流作為參考的芯片被認(rèn)為是大功率芯片)良率較低、市場供應(yīng)不足的情況下，市面上出現(xiàn)了大量用小芯片方案制造出來的大功率LED照明燈具。但是，可以由上述電路結(jié)構(gòu)可以看出，每條支路上有很多小芯片串聯(lián)在一起。例如一個4W的LED燈可以由兩個并聯(lián)的串聯(lián)支路構(gòu)成，每條串聯(lián)支路上可以有M顆0. 08W 的LED芯片串聯(lián)而成；一個7W的LED燈可以有三個并聯(lián)的串聯(lián)支路構(gòu)成，每條串聯(lián)支路上可以有觀顆0. 08W的LED芯片串聯(lián)而成。在一條串聯(lián)電路中串聯(lián)較多數(shù)量的LED芯片，當(dāng)一個芯片發(fā)生故障，會導(dǎo)致整條支路發(fā)生斷路問題，芯片數(shù)量多，增大了發(fā)生故障的機率。在對目前合格產(chǎn)品的測試表明，小功率芯片發(fā)生故障的一個重要原因就是浪涌電流，因為小功率芯片能夠承受的電流變化范圍很小，而目前市面上用在小芯片LED燈具的驅(qū)動電路抗干擾能力比較差，容易造成燈具損壞。燈具的光效偏低，引發(fā)散熱問題，也導(dǎo)致燈具出現(xiàn)“死燈”現(xiàn)象。按理論，LED的使用壽命長達10萬小時，但是目前，由小芯片構(gòu)成的大功率LED燈具的使用壽命遠遠達不到要求，故障率偏高成為小功率芯片的大功率LED燈具比較突出的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種具有穩(wěn)態(tài)量子阱的LED照明裝置的生產(chǎn)方法，該方法用于解決在用小功率LED芯片制造大功率LED燈具的情況下，燈具抗浪涌電流和過載電流能力差的問題，以及提高燈具的穩(wěn)定性和整體使用壽命，減少在使用壽命期限內(nèi)的死燈現(xiàn)象。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提出一種具有穩(wěn)態(tài)量子阱的LED照明裝置的生產(chǎn)方法，包括采用恒流源驅(qū)動和多個LED串聯(lián)在一起的串聯(lián)電路，以及按照下面的方法調(diào)整電路；
依據(jù)LED光效和電流規(guī)律或LED芯片的外/內(nèi)量子效率的曲線，在LED的原電流和光效的情況下，降低LED的電流和提高LED的光效。優(yōu)選地依據(jù)LED光效和電流規(guī)律的曲線，設(shè)串聯(lián)電路的原電流為I1,對應(yīng)的LED 光效為E1, LED光效和電流規(guī)律的曲線中最大光效為&，對應(yīng)的電流為Itl, I1) I0, E1 < E0 ；
然后根據(jù)上述電流I1和光效E1的值對電路參數(shù)進行調(diào)整，降低該串聯(lián)電路的電流，串聯(lián)電路中的電流為I2，此時對應(yīng)的LED光效為E2，并滿足下面關(guān)系
I2 ，并且 E2> E10原電流一般為芯片的額定電流，對每個LED芯片來說，當(dāng)芯片處于穩(wěn)定狀態(tài)的時候，其存在一個電流取值范圍，設(shè)計人員可以根據(jù)實際情況設(shè)定一個電流值作為芯片的額定電流。依據(jù)行業(yè)規(guī)范，對于小功率LED芯片，一般設(shè)計芯片的原電流為20mA，也有將芯片的額定電流定在30mA的產(chǎn)品；對于大功率LED芯片，一般設(shè)計芯片的原電流為350mA。優(yōu)選地所述調(diào)整后的電流I2不高于最大光效對應(yīng)的電流Itl的3倍。優(yōu)選地所述調(diào)整后的電流I2不高于最大光效對應(yīng)的電流Itl的1. 5倍。優(yōu)選地，按照以下方法串聯(lián)和并聯(lián)LED 首先根據(jù)下面條件確定初始電路
設(shè)干路中有η條串聯(lián)支路，η ^ 1，每條串聯(lián)支路設(shè)計的原電流為I1,該支路中的LED 芯片的電流I1，每條支路的功率為W1, η條串聯(lián)支路總功率為Wtl， W0=IiXW1,
在LED光效和電流曲線中，最高光效點處的電流為Itl,最高光效點處對應(yīng)的光效為&，
要求
Ιι>Ιο；
然后根據(jù)下面條件對初始電路進行調(diào)整
在η條串聯(lián)支路兩端再并聯(lián)m條串聯(lián)支路，形成(n+m)條串聯(lián)支路，(n+m)條串聯(lián)支路總功率為W2，每條串聯(lián)支路上的電流為12，則要求I2 <11；
在LED光效和電流規(guī)律的曲線中，電流I2對應(yīng)的光效為E2,電流I1對應(yīng)的光效為E1,則
要求
E0 彡 E2 >E1; W2 彡 W00優(yōu)選地所述原電流的范圍為20mA ^ I1 ^ 30mA或200mA ^ I1 ^ 700mA。優(yōu)選地所述LED照明裝置的功率范圍為廣20W。優(yōu)選地所述m=l。本發(fā)明的有益效果
相比現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明根據(jù)LED光效和電流規(guī)律，通過降低LED電流、串聯(lián)支路等方法提高LED光效的方式，提高燈具的穩(wěn)定性和整體使用壽命，并減少在使用壽命期限內(nèi)的死燈現(xiàn)象。使LED的電流降低，則LED的結(jié)溫會降低，LED處于更為穩(wěn)定的狀態(tài)，這對于不能超負荷工作的芯片來說，不失為一種降低其光衰有效方式，此時電能轉(zhuǎn)換成熱能的轉(zhuǎn)換率會降低，光效更高，其產(chǎn)生的熱量少，因此同比可以使用更小的散熱器，從而降低了成本。


圖1包括三幅圖，即圖la、Ib和lc，其中圖Ia和圖Ib是本發(fā)明涉及的電路實現(xiàn)的一個實施例的示意圖。圖Ic是本發(fā)明涉及的電路實現(xiàn)的第二個實施例的示意圖。
圖2是本發(fā)明涉及的大功率LED的光效/電流圖。圖3是本發(fā)明涉及的小功率LED的光效/電流圖。圖4是LED芯片的外量子效率的試驗數(shù)據(jù)曲線。圖5是光效/電流圖的參數(shù)表達示意圖。圖6是LED芯片樣品的光效_電流在不同溫度下的一組試驗數(shù)據(jù)圖。圖7是另一個實施案例的外量子效率試驗數(shù)據(jù)圖。
具體實施例方式本發(fā)明提出一種具有穩(wěn)態(tài)量子阱的LED照明裝置的生產(chǎn)方法，包括采用恒流源驅(qū)動和多個LED串聯(lián)在一起的串聯(lián)電路，以及按照下面的方法調(diào)整電路。依據(jù)LED光效和電流規(guī)律或LED芯片的外/內(nèi)量子效率的曲線，在LED的原電流和光效的情況下，降低LED的電流和提高LED的光效。本發(fā)明有多種實施方式
第一種方式就是將原串聯(lián)電路中的LED的電流降低，同時滿足光效增大，延長壽命，這種情況下，燈具的整體功率會發(fā)生下降，但是光效提高了，更加節(jié)能；
第二種方式就是將原串聯(lián)電路中的LED的電流降低，同時滿足光效增大，并增加一支串聯(lián)支路，增加的串聯(lián)支路的芯片與原芯片一致的情況下要求增加的支路上的LED芯片數(shù)量與原串聯(lián)支路上的芯片數(shù)量一樣。此時可以要求總的功率不變。第三種方式跟第二種相似，就是將原串聯(lián)電路中的LED的電流降低，同時滿足光效增大，并增加一支串聯(lián)支路，增加的串聯(lián)支路的芯片與原芯片一致的情況下要求增加的支路上的LED芯片數(shù)量與原串聯(lián)支路上的芯片數(shù)量一樣。此時可以要求總的功率降低。為了進一步說明本發(fā)明的技術(shù)方案，下面通過實施例具體進行說明。本例以小功率LED芯片為例。小功率LED芯片的電流的范圍為20miT30mA，如圖3 所示為小功率LED的相對量子效率圖，由該圖可知，電流和光效呈現(xiàn)一種拱形曲線。該圖是 20mA/0. 07W規(guī)格的LED的試驗數(shù)據(jù)生成的曲線。一般情況下，企業(yè)會將額定電流20mA的小功率芯片的功率最高調(diào)整到30mA使用，這樣電流會增大，而光效會降低，由圖可以看出此時的光效為37%，而LED在20mA的電流下，光效為39% 。該圖3顯示為一個芯片的一組試驗數(shù)據(jù)形成的曲線規(guī)律，不同的芯片由于存在個體差異，因此測試的數(shù)據(jù)略有不同，但是都呈現(xiàn)該曲線的走向規(guī)律。以串聯(lián)電路原電流為20mA為例，設(shè)串聯(lián)電路的原電流為I1, 1=20·，對應(yīng)的LED 光效為E1, E1=Sg0Zo，LED光效和電流規(guī)律的曲線中最大光效為&，E0=42%,對應(yīng)的電流為I。， IQ=6mA，此時滿足1) IojE1 < Eqo原電流I1可以額定電流，也可以是經(jīng)過調(diào)整后芯片可以承受的其它電流值，即高于芯片額定電流或低于芯片的額定電流值。此時的電路圖為如圖Ia所示，該電路所示為2條串聯(lián)支路并聯(lián)在一起，，每一條串聯(lián)支路上串聯(lián)例如觀個規(guī)格為0.07w的小芯片。兩條串聯(lián)支路的總功率約為4W。并聯(lián)的條數(shù)本例為兩條，還可以是一條、三條等，根據(jù)實際需要進行調(diào)整設(shè)計。然后根據(jù)上述電流I1和光效E1的值，降低該串聯(lián)電路的電流，降低電流后，串聯(lián)電路中的電流為12，I2=IOmA,此時對應(yīng)的LED光效為&，E2=40%，此時滿足下面關(guān)系12 <11;并且E2> E10且此時每個LED的功率為0. 035W。
根據(jù)上述電流、光效參數(shù)關(guān)系對電路進行調(diào)整，參見圖Ib所示，要求總的功率不變，仍為4W，則芯片使用量增加了一倍，即需要并聯(lián)2條串聯(lián)支路。另外，也可以只并聯(lián)一條串聯(lián)支路，這樣會導(dǎo)致調(diào)整后的總功率為原來功率的75% ，即3W。具體說明如圖Ic所示。以串聯(lián)電路原電流為20mA為例，設(shè)LED額定電壓為3V，設(shè)串聯(lián)電路的原電流為I1， I1=20mA,結(jié)合圖3，對應(yīng)的LED光效為E1, Ε^βθ^ο，LED光效和電流規(guī)律的曲線中最大光效為E0, E。=42%，對應(yīng)的電流為I0, I0=6mA，此時滿足=I1) I0, E1 < E0 0此時的電路圖為如圖Ia所示，該電路所示為2條串聯(lián)支路并聯(lián)在一起，每一條串聯(lián)支路上串聯(lián)例如觀個規(guī)格為0.07w的小芯片。兩條串聯(lián)支路的總功率約為4W。并聯(lián)的條數(shù)本例為一條。然后根據(jù)上述電流I1和光效E1的值，降低該串聯(lián)電路的電流，降低電流后，串聯(lián)電路中的電流為12，I2=IOmA,此時對應(yīng)的LED光效為&，E2=40%，此時滿足下面關(guān)系12 <11;并
曰-Eg〉Ε! ο根據(jù)上述電流、光效參數(shù)關(guān)系對電路進行調(diào)整，參見圖Ic所示，在原支路的兩端再并聯(lián)一條支路，總的功率約為3W，則芯片使用量增加了 50%，即需要并聯(lián)1條串聯(lián)支路。在保證調(diào)整后功率不變的情況下，按上述規(guī)則在提高光效的情況下減小芯片電流，可具有明顯的節(jié)能作用，而且，由于光效提高，燈具的發(fā)熱減少，對散熱器的散熱性能的要求降低，對于同等散熱性能的散熱器，有更好的散熱效果，燈具使用壽命更長。調(diào)整后的電流I2優(yōu)選范圍可以是不高于最大光效對應(yīng)的電流Itl的3倍。調(diào)整后的電流I2可以是最大光效對應(yīng)的電流Itl的1. 5倍。對于Itl為5mA或6mA的芯片，I2 則最高為15mA或18mA。在另一個實施例中，芯片尺寸為10*23微米，其外量子效率圖參看圖7所示。由該數(shù)據(jù)圖的試驗數(shù)據(jù)，電流為22mA的外量子效率是0. 5063 ，最大光效處的電流Itl為6mA。 這種芯片，如果選擇1. 5倍率，則調(diào)整后的電流為9mA，如果選擇3倍率，則調(diào)整后的電流為 18mA。上面的實施例為小芯片LED的示例，該小芯片的示例適用于球泡。如圖4所示一組實驗數(shù)據(jù)作出的曲線圖，在LED芯片的外量子效率EQE圖中，可以看出EQE圖與光效電流圖是對應(yīng)的關(guān)系，它們呈現(xiàn)相似的曲線，因此，本發(fā)明所參照的光效 /電流規(guī)律曲線也可以用EQE圖替換，或作為電路的調(diào)整依據(jù)。圖7為另一組試驗數(shù)據(jù)的表格圖，從該表格為EQE曲線圖的試驗數(shù)據(jù)來源。由該表格可以看出在5mA和6mA處，外量子效率EQE值達到最大0. 47。本發(fā)明也同樣適用于大功率LED芯片。如圖2所示為大功率LED芯片的光效/電流圖。該圖呈現(xiàn)與小功率芯片一致的規(guī)律。大功率芯片的電流一般在200myT700mA，設(shè)計芯片的原電流為350mA。按照本發(fā)明技術(shù)，則需要降低電流，例如按照光效電流曲線，向著增大光效的方向確定電流，如將電流設(shè)定在200mA，然后參照小功率芯片的調(diào)整方式調(diào)整電路中的串并聯(lián)關(guān)系。對應(yīng)大功率LED芯片的應(yīng)用，主要是使用在液晶電視的背光上，還可以應(yīng)用在路燈領(lǐng)域，或者射燈等燈具上。上述說明是LED在某一溫度值下的光效-電流曲線規(guī)律，與通過電光轉(zhuǎn)換比例表示的光效方式不同的是，這里的光效是用每瓦轉(zhuǎn)換成的光通量表示的。在不同溫度下，光效-電流曲線稍有區(qū)別。如圖6所示，圖中顯示是華氏溫度下的LED光功率-電流曲線規(guī)律，需要說明的是該檢測溫度為測量到的結(jié)溫體現(xiàn)，六條曲線分別為298k、313k、323k、 333k、353k和373k。由該圖可以看出，隨著溫度的升高，光效逐漸降低，但是各種溫度下的光效-曲線規(guī)律走向并無明顯區(qū)別。例如，298k，即147. 8攝氏度的結(jié)溫，芯片所處的室溫可以是1(Γ50攝氏度。圖6是試驗數(shù)據(jù)，不同的LED芯片得出的試驗數(shù)據(jù)并不相同，但是形成的光效-電流曲線走向卻是大同小異的。
權(quán)利要求
1.一種具有穩(wěn)態(tài)量子阱的LED照明裝置的生產(chǎn)方法，包括采用恒流源驅(qū)動和多個LED 串聯(lián)在一起的串聯(lián)電路，以及按照下面的方法調(diào)整電路；依據(jù)LED光效和電流規(guī)律或LED芯片的外/內(nèi)量子效率的曲線，在LED的原電流和光效的情況下，降低LED的電流和提高LED的光效。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有穩(wěn)態(tài)量子阱的LED照明裝置的生產(chǎn)方法，其特征在于 依據(jù)LED光效和電流規(guī)律的曲線，設(shè)串聯(lián)電路的原電流為I1,對應(yīng)的LED光效為E1, LED光效和電流規(guī)律的曲線中最大光效為&，對應(yīng)的電流為Ιο，、〉I0^E1 < Ε0；然后根據(jù)上述電流I1和光效E1的值對電路參數(shù)進行調(diào)整，降低該串聯(lián)電路的電流，串聯(lián)電路中的電流為I2，此時對應(yīng)的LED光效為E2，并滿足下面關(guān)系 I2 ，并且 E2> E10
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的具有穩(wěn)態(tài)量子阱的LED照明裝置的生產(chǎn)方法，其特征在于 所述調(diào)整后的電流I2不高于最大光效對應(yīng)的電流Itl的3倍。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的具有穩(wěn)態(tài)量子阱的LED照明裝置的生產(chǎn)方法，其特征在于 所述調(diào)整后的電流I2不高于最大光效對應(yīng)的電流Itl的1. 5倍。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有穩(wěn)態(tài)量子阱的LED照明裝置的生產(chǎn)方法，其特征在于按照以下方法串聯(lián)和并聯(lián)LED:首先根據(jù)下面條件確定初始電路設(shè)干路中有η條串聯(lián)支路，η ^ 1，每條串聯(lián)支路設(shè)計的原電流為I1,該支路中的LED 芯片的電流I1，每條支路的功率為W1, η條串聯(lián)支路總功率為Wtl， W0=IiXW1,在LED光效和電流曲線中，最高光效點處的電流為Itl,最高光效點處對應(yīng)的光效為&，要求Ιι>Ιο；然后根據(jù)下面條件對初始電路進行調(diào)整在η條串聯(lián)支路兩端再并聯(lián)m條串聯(lián)支路，形成(n+m)條串聯(lián)支路，(n+m)條串聯(lián)支路總功率為W2，每條串聯(lián)支路上的電流為12，則要求I2 <11；在LED光效和電流規(guī)律的曲線中，電流I2對應(yīng)的光效為E2,電流I1對應(yīng)的光效為E1,則要求E0 彡 E2 >E1; W2 彡 W00
6.根據(jù)權(quán)利要求2或5所述的具有穩(wěn)態(tài)量子阱的LED照明裝置的生產(chǎn)方法，其特征在于所述原電流的范圍為20mA ^ I1 ^ 30mA或200mA ^ I1 ^ 700mA。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有穩(wěn)態(tài)量子阱的LED照明裝置的生產(chǎn)方法，其特征在于 所述LED照明裝置的功率范圍為廣20W。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的具有穩(wěn)態(tài)量子阱的LED照明裝置的生產(chǎn)方法，其特征在于 所述m=lo
全文摘要
本發(fā)明公開了一種具有穩(wěn)態(tài)量子阱的LED照明裝置的生產(chǎn)方法，涉及對LED照明裝置的制造技術(shù)，該方法用于解決在用小功率LED芯片制造大功率LED燈具的情況下，燈具抗浪涌電流和過載電流能力差的問題，以及提高燈具的穩(wěn)定性和整體使用壽命，減少在使用壽命期限內(nèi)的死燈現(xiàn)象。該方法包括采用恒流源驅(qū)動和多個LED串聯(lián)在一起的串聯(lián)電路，以及按照下面的方法調(diào)整電路；依據(jù)LED光效和電流規(guī)律的曲線，在LED的原電流和光效的情況下，降低LED的電流和提高LED的光效。本發(fā)明具有光效更高，其產(chǎn)生的熱量少，因此同比可以使用更小的散熱器，從而降低了成本，可以應(yīng)用于球泡、路燈或背光等照明光源領(lǐng)域。
文檔編號H05B37/02GK102378451SQ20111029658
公開日2012年3月14日 申請日期2011年9月30日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月30日
發(fā)明者丁文杰, 章少華, 黃勇林 申請人:晶能光電(江西)有限公司