CN100429794C - 集成化交流型led灯丝 - Google Patents

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本发明公开了一种集成化交流型LED灯丝，包括并联的至少两列导通方向相反的串联集成管芯，所述串联集成管芯是在一个LED基片上以串联的方式集成的至少两级管芯，所述各级管芯是单颗管芯或是由多个单颗管芯经串联或并联或者串并联混合连接的方式构成。本发明的优点在于：由于含有至少两列导通方向相反的串联集成管芯，可方便的直接与其电压范围相适应的交流电源相连接，实现经济而高效的交流照明，并且由于可以通过控制集成管芯的数量和类型来对整个LED灯丝的工作电压进行标准化设计，能够得到各种规格的产品以适于不同的应用场合。

Description

集成化交流型LED灯丝
【技术领域】
本发明涉及一种LED管芯，尤其是涉及一种集成化交流型LED灯丝。
【背景技术】
常规生产的LED管一般都是“单管芯”产品，单管芯的LED有各种结构形式，通常有直插式、贴片式等，基片上的管芯的正负极分别通过纯金丝与支架上伸出的引脚相连接。在LED的电气连接上一般至少有两只引出脚，一只为LED的正极，另一只为负极。目前，提高单颗LED发光量是业界的普遍追求，其方案有二：一是提高管芯材料的发光效率，达到在IF不变的情况下获取更大的光通量，这是国内外斥巨资研发的主要方向，只是目前尚路途艰巨，任重道远；二是扩大单颗LED管芯面积，通过更多IF，从而达到更多发光的目的。但是这一方案带来的技术问题不少，除了散热之外，还会导致：1、光效下降，目前小功率LED单颗光效可以达到401m/W以上，加大管芯面积扩大IF后，光效下降到251m/W甚至低于151m/W！并且光效下降必然发热增加，使得散热问题更加突出；2、管芯面积加大，均衡电流密度更加困难，容易造成管芯局部电流过大过热而提前衰退，使LED整体寿命大打折扣。
目前也有“多管芯”的LED产品，就是在一个LED管内以等效于并联的方式装入2个或2个以上数量的LED管芯，这一类产品主要用于“一管多色”的场合。这种多管芯的LED与单芯管从结构上讲并没有本质的区别，其各个单颗管芯都是通过金丝与支架的引出脚相连，而单颗管芯之间彼此独立。这种管子通常有2只以上的引出脚，可对各管芯进行分别控制。此种电路结构并不能真的做到集成化，并且由于是并联形式的连接，其工作电压与单芯管没有区别，而管芯数量越多对电流的要求就越高，另外控制引脚的增多也会给工艺及设计带来困难。
此前，在申请号为200420105410.4的中国实用新型专利申请中，本发明的申请人已提出了一种LED集成化管芯，其基本结构是在一个LED基片上以串联的方式集成至少两级管芯。采用该种LED集成化管芯制成的LED灯可以直接与其电压范围相适应的直流电源进行连接，但如果要用在交流供电场合，就需要外加交直流整流、滤波等电路了，其应用范围和便利性受到了一定的限制。
【发明内容】
本发明要解决的技术问题是提供一种能够直接采用交流供电的集成化交流型LED灯丝。
为了解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：一种集成化交流型LED灯丝，只包括并联的至少两列导通方向相反的串联集成管芯，所述串联集成管芯是在一个LED基片上以串联的方式集成的至少两级管芯，所述各级管芯是单颗管芯或是由多个单颗管芯经串联或并联或者串并联混合连接的方式构成。
本发明集成化交流型LED灯丝中还可集成有恒流源电路，所述恒流源电路与一列所述串联集成管芯或多列并联的导通方向相同的所述串联集成管芯串联集成。
所述的恒流源电路可以采用这样的结构，包括一个用作驱动电流调整管的三极管，其发射极串联一个限流反馈电阻后与基极串联一个二极管后并联作为电流输出端，其集电极串联另一个二极管后与基极串联一个基极偏置电阻后并联作为电流输入端。所述基极串联的一个或一个以上的二极管还可以用稳压二极管来代替。
作为优选方案，所述各级管芯的串联具有紧密排列正负级相贴的面接触的结构。
所述各单颗管芯可全部采用同类单色管芯。
所述管芯也可采用两种或两种以上不同颜色的单颗管芯。例如，由红、绿、蓝三种颜色的单颗管芯组成，其数量比例按照混合发光成白光进行配置；或者，由黄、蓝两种颜色的单颗管芯组成，其数量比例按照混合发光成白光进行配置。
包括并联的至少两列导通方向相反的串联集成管芯，所述串联集成管芯是在一个LED基片上以串联的方式集成的至少两级管芯，所述各级管芯是单颗管芯或是由多个单颗管芯经串联或并联或者串并联混合连接的方式构成。
采用上述技术方案，本发明有益的技术效果在于：1)由于含有至少两列导通方向相反的串联集成管芯，可方便的直接与其电压范围相适应的交流电源相连接，实现经济而高效的交流照明，并且由于可以通过控制集成管芯的数量和类型来对整个LED灯丝的工作电压进行标准化设计，能够得到各种规格的产品以适于不同的应用场合；2)进一步集成能够以简单结构实现的恒流源电路，可以使得工作电流更加稳定，能够适应电压波动较大的场合，例如农村，或者供电线路中连接有大功率用电设备的场所；3)采用紧密排列的面接触形式实现串联，省略了连接线，不但简化了工艺和设计，并且较线连接更可靠，电流损耗更小也更稳定；4)对集成的各管芯色彩进行适当配比，能够以极经济的方式得到“白光LED”，不仅绕开了他国的专利技术封锁而且避免了荧光粉寿命低易衰减的弊病，同时由于单色管芯之间以串联集成的方式紧密贴靠，能够随着观察面远离光源迅速达到很好的白光效果，经济实用。
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明：
【附图说明】
图1是三级集成化交流型LED灯丝结构示意图。
图2是一字形多级集成化交流型LED灯丝结构示意图。
图3是环绕形多级集成化交流型LED灯丝结构示意图。
图4是一种带恒流源电路的三级集成化交流型LED灯丝等效电路结构示意图。
图5是一种恒流源电路结构示意图。
图6是集成化交流型LED灯丝的掩膜结构示意图。
【具体实施方式】
实施例一、三级集成化交流型LED灯丝，结合图1，包括两列导通方向相反的串联集成管芯，每列串联集成管芯都由在衬底基片1上按彼此正负相接的方式紧密排列的三个发光二极管管芯2、3、4组成，各个单颗管芯单独成为串联集成管芯的一级，a为单颗管芯的正极，b为负极，c为发光体部分。管芯4的正极、管芯2的负极分别与衬底的正极A、负极B电气连接。
按照本实施例中的结构，各列串联集成管芯还可以采用将更多的单颗管芯进行一字形或环绕形的多级串联的结构，如图2、图3所示(图3中5为电气连接物质)，当然也可以做其他形状的排列。将多颗LED管芯以串联形式装配在/制造于一个共有的基片上，能够获得所需要的较高的正向电压VF，从而在功率相当的情况下，具有较小的正向电流IF。
此外，为了提高灯丝的整体亮度，还可以增加串联集成管芯的列数或增大单列串联集成管芯的面积。在设计时，要注意使所并联的各列串联集成管芯工作电压以及正反向导通的电流大小相同或接近。
串联集成管芯的各级可以是单颗管芯，也可以由并联的两个或多颗单颗管芯构成。当然也可以采用部分级以并联结构构成，而部分级仍使用单颗管芯的结构。
实施例二、带恒流源电路的三级集成化交流型LED灯丝，结合图1、图4和图5，其与实施例一相比，增加了与各列串联集成管芯串联集成的恒流源电路Ic，其等效电路图如图4所示。所述恒流源电路Ic具有图5所示的结构，包括一个用作驱动电流调整管的三极管T，其发射极串联一个限流反馈电阻Re后与基极串联一个二极管D2后并联作为电流输出端，其集电极串联另一个二极管D1后与基极串联一个基极偏置电阻Rb后并联作为电流输入端。
在本例中，二极管D1可以是外加的二极管也可以是串联集成管芯中的一个单颗管芯；所述基极串联的一个或一个以上的二极管还可以用稳压二极管来代替，使用稳压二极管来代替串联的二极管，能够提供十分稳定的基准电压，有更好的恒流效果；而使用普通二极管串接的方案，则可以选择宽的基准电压范围，较稳压二极管有更低廉的成本和更大的控制范围，两种方式各有优点，可以根据实际情况进行选择。
实施例三、一种白光三级集成化交流型LED灯丝，与实施例一具有相同的结构，并且其串联集成的三个发光二极管管芯2、3、4分别是红、绿、蓝三种颜色的。
本发明的实现既可以安排在单体LED管芯生产好之后，将所需的若干颗单体LED管芯以多级串联的结构集成到一起制造出一颗等效的具有较高VF的LED集成化管芯；也可以将工艺提前到单体LED管芯生产过程中，例如对于单一品种的LED或者对于采用相同半导体基础材料的LED，本发明的实现可以在掺杂、掩膜等前期工艺过程中就开始进行，在衬底材料上，直接掩膜生成连续的PN结结构，这样制作可以简化后续工艺和成本。图6是在作为基片的晶园上直接生成集成化交流型LED灯丝的掩膜结构示意图，图6中6为生成P型材料的部分，相邻的7为生成N型材料的部分，相邻PN结之间的隔离带用导电材料8填充，如此排列周而复始，形成大面积的PN结串联形式版图。具体的LED灯丝电路的工作电压VF由PN结串联级数确定，其功率则由PN结导电面积(即图6中以虚线划分开的各列的不同宽度)确定。由于考虑到大功率大电流会带来散热上的困难，而温升又会进一步带来IF上升，因此不同宽度的确定应当根据电流密度与工作电流IF之间的关系，充分平衡增加功率与散热两方面的要求。
在上述实施例中，集成管芯的数目多少可根据工作电压的标准化要求来确定，当管芯中出现个别毁损时，如果是短路毁损则不影响其他管芯的正常工作，只有开路毁损的情形才会导致整体的故障，而基于LED的高可靠性和长寿命，即使在有相当高的集成度的情况下，故障几率也是很小的.在市电网供电的情况下如果选用标称值较低的交流型LED灯丝产品，应当配合合适的变压器，将市电电压转变为合适的交流电压。

Claims (10)

1、一种集成化交流型LED灯丝，其特征是：由并联的至少两列导通方向相反的串联集成管芯组成，所述串联集成管芯是在一个LED基片上以串联的方式集成的至少两级管芯，所述各级管芯是单颗管芯或是由多个单颗管芯经串联或并联或者串并联混合连接的方式构成。
2、根据权利要求1所述的集成化交流型LED灯丝，其特征是：还包括恒流源电路，所述恒流源电路与一列所述串联集成管芯或多列并联的导通方向相同的所述串联集成管芯串联集成。
3、根据权利要求2所述的集成化交流型LED灯丝，其特征是：所述的恒流源电路包括一个用作驱动电流调整管的三极管，其发射极串联一个限流反馈电阻后与基极串联一个或一个以上的二极管后并联作为电流输出端，其集电极串联另一个二极管后与基极串联一个基极偏置电阻后并联作为电流输入端。
4、根据权利要求3所述的集成化交流型LED灯丝，其特征是：所述基极串联的一个或一个以上的二极管由稳压二极管代替。
5、根据权利要求1至4任意一项所述的集成化交流型LED灯丝，其特征是：所述各级管芯的串联具有紧密排列正负级相贴的面接触的结构。
6、根据权利要求1至4任意一项所述的LED集成化管芯，其特征是：所述各单颗管芯全部采用同类单色管芯。
7、根据权利要求1至4任意一项所述的LED集成化管芯，其特征是：所述管芯由红、绿、蓝三种颜色的单颗管芯组成，其数量比例按照混合发光成白光进行配置。
8、根据权利要求5所述的LED集成化管芯，其特征是：所述管芯由红、绿、蓝三种颜色的单颗管芯组成，其数量比例按照混合发光成白光进行配置。
9、根据权利要求1至4任意一项所述的LED集成化管芯，其特征是：所述管芯由黄、蓝两种颜色的单颗管芯组成，其数量比例按照混合发光成白光进行配置。
10、根据权利要求5所述的LED集成化管芯，其特征是：所述管芯由黄、蓝两种颜色的单颗管芯组成，其数量比例按照混合发光成白光进行配置。
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