CN104019378A - Led灯芯及包含其的led日光灯 - Google Patents

Abstract

本发明涉及半导体照明技术，特别涉及将光源和驱动电源集成在一起的LED灯芯以及包含该LED灯芯的LED日光灯。按照本发明一个实施例的LED灯芯包括：玻璃基板；形成于所述玻璃基板上的布线层；多个借助导电胶接合到所述布线层上的LED单元；以及驱动电源模块，其包含一个或多个元器件，所述元器件位于所述玻璃基板的一端或两端并且借助导电胶接合到所述布线层。

Description

LED灯芯及包含其的LED日光灯

技术领域

本发明涉及半导体照明技术，特别涉及将光源和驱动电源集成在一起的LED灯芯以及包含该LED灯芯的LED日光灯。

背景技术

目前在照明装、中用作光源的发光二极管（LED）是一种固态的半导体器件，它的基本结构一般包括带引线的支架、设置在支架上的半导体晶片以及将该晶片四周密封起来的封装材料（例如硅胶或环氧树脂）。上述半导体晶片包含有P-N结构，当电流通过时，电子被推向P区，在P区里电子跟空穴复合，然后以光子的形式发出能量，而光的波长则是由形成P-N结构的材料决定的。

与传统日光灯相比，LED日光灯具有光电转换效率高、光源亮度恒定、无频闪和不含有害重金属等诸多优点。典型的LED日光灯管由灯管管体、端盖、灯板和驱动电源组成，其中驱动电源可以内置于管体或者安装在管体外部。

中国实用新型专利200920133938.5公开了一种贴片LED日光灯具，其包括日光灯壳体、电源驱动层以及LED发光层，其中日光灯壳体包括底壳以及罩盖，底壳由铝挤压型材材料制成，借助该底壳使日光灯具有足够的强度。此外，底壳包括卡扣、电源驱动内腔以及散热板，而散热板与LED发光层相连接并且它们之间涂有散热膏层。LED发光层包括铝质材料的PCB板层以及LED灯层，LED日光灯具的散热借助散热板、散热膏和PCB板层实现。但是需要指出的是，上述LED日光灯具的结构较为复杂，不利于制造成本的降低。

发明内容

本发明的目的是提供一种LED灯芯，其具有结构简单、紧凑等优点。

按照本发明一个实施例的LED灯芯包括：

玻璃基板；

形成于所述玻璃基板上的布线层；

多个借助导电胶接合到所述布线层上的LED单元；以及

驱动电源模块，其包含一个或多个元器件，所述元器件位于所述玻璃基板的一端或两端并且借助导电胶接合到所述布线层。

在上述实施例中，采用玻璃材料制作基板明显降低了制造成本。

优选地，在上述LED灯芯中，所述LED单元为LED管芯。

优选地，在上述LED灯芯中，所述元器件包括半导体晶片形式的驱动控制器。

优选地，在上述LED灯芯中，所述导电胶为各向异性导电膜。

优选地，在上述LED灯芯中，所述玻璃基板表面涂覆红外辐射材料。

优选地，在上述LED灯芯中，所述布线层由银或氧化铟锡材料构成。

优选地，在上述LED灯芯中，所述布线层使得所述LED管芯以串联、并联或串并联的方式耦合以构成LED负载。

优选地，在上述LED灯芯中，所述驱动电源模块包括：

整流滤波单元；

DC-DC升压变换单元，包括电感器、开关二极管、PWM控制器和MOS管，其中，所述电感器和开关二极管串联在所述桥式整流滤波单元与LED负载之间，所述MOS管的漏极电气连接在所述电感器与开关二极管的正极之间，栅极与所述PWM控制器的输出端电气连接；以及

反馈单元，包括晶体三极管，其基极电气连接至所述LED负载的回路，集电极电气连接至所述PWM控制器的控制端。

在上述优选方式下，通过晶体三极管向PWM控制器提供反馈信号，同时实现了恒流和恒压的功能。此外，在上述结构的驱动电源模块中，元器件数量较少并且可以实现小型化，因此使得将LED单元与驱动电源模块集成在同一块基板上成为可能。

优选地，所述驱动电源模块还包含电气连接在所述PWM控制器的控制端与接地之间的电容器。

更好地，所述PWM控制器和MOS管被集成在同一集成电路芯片中。或者更好地，所述PWM控制器、MOS管和晶体三极管被集成在同一集成电路芯片中。上述多个半导体器件的集成化提高了可靠性，并有助于驱动电源模块的小型化。

优选地，在上述LED灯芯中，所述驱动电源模块包括：

整流滤波单元；

降压变换单元，包括电感器、开关二极管、PWM控制器和MOS管，其中，所述开关二极管的负极和所述LED负载的正极共接于所述桥式整流滤波单元的输出端，所述MOS管的漏极与所述开关二极管的正极电气连接，栅极与所述PWM控制器的输出端电气连接，并且所述电感器电气连接在所述MOS管的漏极与所述LED负载的负极之间；以及

反馈单元，包括电阻器，其与所述PWM控制器的控制端共接于所述MOS管的源极。

本发明的还有一个目的是提供一种LED日光灯，其具有结构简单、紧凑等优点。

按照本发明一个实施例的LED日光灯包括：

管体；

位于所述管体两端的端盖，其上设置有适配日光灯座的插脚；

LED灯芯，包括：

固定在所述管体内部的玻璃基板；

形成于所述玻璃基板上的布线层，其与所述插脚电气连接；

多个借助导电胶接合到所述布线层上的LED单元；以及

驱动电源模块，其包含一个或多个元器件，所述元器件位于所述玻璃基板的一端或两端并且借助导电胶接合到所述布线层。

优选地，在上述LED日光灯中，所述驱动电源模块还包括设置在所述基板的同一端的一对电极引脚，其经所述插脚分别与外部交流电源的火线和零线电气连接。

优选地，在上述LED日光灯中，进一步包括适于连接在外部交流电源的火线与其中一个所述电极引脚之间的可移除连接器。

优选地，在上述LED日光灯中，所述可移除连接器包括接口端子，所述接口端子与电感镇流器上的启辉器插座适配。通过在完成LED日光灯安装步骤之后再插入上述连接器使线路导通，可以避免安装过程中触电事故的发生。

附图说明

本发明的上述和/或其它方面和优点将通过以下结合附图的各个方面的描述变得更加清晰和更容易理解，附图中相同或相似的单元采用相同的标号表示。

图1为按照本发明一个实施例的LED灯芯的示意图。

图2A-2D为图1所示LED灯芯的制造过程示意图。

图3为图1所示LED灯芯中所包含的一种驱动电源模块的电路原理图。

图4为图1所示LED灯芯中所包含的另一种驱动电源模块的电路原理图。

图5为图1所示LED灯芯中所包含的另一种驱动电源模块的电路原理图。

图6为图1所示LED灯芯中所包含的另一种驱动电源模块的电路原理图。

图7为按照本发明一个实施例的LED日光灯的分解示意图。

图8A为采用电感镇流器的普通日光灯的接线图，图8B为图7所示实施例的LED日光灯替代图8A所示普通日光灯时的接线图。

图9A为采用电子镇流器的普通日光灯的接线图，图9B为图7所示实施例的LED日光灯替代图9A所示普通日光灯时的接线图。

图10为按照本发明另一个实施例的LED日光灯的分解示意图。

附图标号列表：

1 LED日光灯

10 LED灯芯

110 玻璃基板

120 发光二极管（LED）单元

121A、121B 金属凸起

130 驱动电源模块

131 桥式整流滤波单元

132 DC-DC升压变换单元

133 反馈单元

BR1 全桥整流器

C1、C2、C3、C4、C5、C6 电容器

D1 开关二极管

L1、L2 电感器

LED1-LEDn LED负载

Q1 晶体三极管

R1、R2、R3、R4、R5、R6 电阻器

T1、T2 MOS管

U1、U4 开关调整器

U2、U3 PWM控制器

140A、140B、150A、150B 引脚

160A、160B 布线层的接合区域

170 各向异性导电膜

171 导电粒子

20 管体

21 内管

22 外管

201、221 端部

31、32 端盖

311A、311B、321A、321B 插脚

2 日光灯

3 启辉器

4 电感镇流器

5 可移除连接器

6 电子镇流器

具体实施方式

下面参照其中图示了本发明示意性实施例的附图更为全面地说明本发明。但本发明可以按不同形式来实现，而不应解读为仅限于本文给出的各实施例。给出的上述各实施例旨在使本文的披露全面完整，更为全面地传达给本领域技术人员本发明的保护范围。

在本说明书中，除非特别说明，术语“半导体晶圆”指的是在半导体材料（例如硅、砷化镓等）上形成的多个独立的单个电路，“半导体晶片”或“晶片（die）”指的是这种单个电路，而“封装芯片”指的是半导体晶片经过封装后的物理结构，在典型的这种物理结构中，半导体晶片例如被安装在支架上并且用密封材料封装。

术语“发光二极管单元”指的是包含电致发光材料的单元，这种单元的例子包括但不限于P-N结无机半导体发光二极管和有机发光二极管（OLED和聚合物发光二极管（PLED））。

P-N结无机半导体发光二极管可以具有不同的结构形式，例如包括但不限于发光二极管管芯和发光二极管单体。其中，“发光二极管管芯”指的是包含有P-N结构的、具有电致发光能力的半导体晶片，而“发光二极管单体”指的是将管芯封装后形成的物理结构，在典型的这种物理结构中，管芯例如被安装在支架上并且用密封材料封装。

术语“布线”、“布线图案”和“布线层”指的是在绝缘表面上布置的用于元器件间电气连接的导电图案，包括但不限于走线（trace）和孔（如焊盘、元件孔、紧固孔和金属化孔等）。

术语“热辐射”指的是物体由于具有温度而辐射电磁波的现象。

术语“热传导”指的是热量在固体中从温度较高的部分传送到温度较低的部分的传递方式。

“电气连接”和“耦合”应当理解为包括在两个单元之间直接传送电能量或电信号的情形，或者经过一个或多个第三单元间接传送电能量或电信号的情形。

术语“接合”指的是两个单元在被固定在一起以保持相对位置不变的同时还被电气连接在一起。

“驱动电源”或“LED驱动电源”指的是连接在照明装置外部的交流（AC）或直流（DC）电源与作为光源的发光二极管之间的“电子控制装置”，用于为发光二极管提供所需的电流或电压（例如恒定电流、恒定电压或恒定功率等）。在具体的实施方案中，驱动电源可以模块化的结构实现，例如其包含基板和一个或多个安装在基板上并通过布线电气连接在一起的元器件，这些元器件的例子包括但不限于LED驱动控制器芯片、整流芯片、电阻器、电容器、二极管、三极管和线圈等。

诸如“包含”和“包括”之类的用语表示除了具有在说明书和权利要求书中有直接和明确表述的单元和步骤以外，本发明的技术方案也不排除具有未被直接或明确表述的其它单元和步骤的情形。

诸如“第一”、“第二”、“第三”和“第四”之类的用语并不表示单元在时间、空间、大小等方面的顺序而仅仅是作区分各单元之用。

诸如“物体A设置在物体B的表面”之类的用语应该广义地理解为将物体A直接放置在物体B的表面，或者将物体A放置在与物体B有接触的其它物体的表面。

以下借助附图描述本发明的实施例。

图1为按照本发明一个实施例的LED灯芯的示意图。

本实施例的LED灯芯10包括玻璃基板110、多个发光二极管（LED）单元120和驱动电源模块130。以下对各个组成单元作进一步的描述。

玻璃基板110如图1所示呈条状，其上可形成例如由诸如银之类的金属或氧化银锡材料构成的布线层（未画出）。LED单元120之间以及它们与驱动电源模块130之间由此可借助布线层实现电气连接。为了提高散热能力，可以在玻璃基板110的表面覆盖红外辐射材料，从而使得来自LED单元和驱动电源模块的热量同时以热传导和热辐射的方式散发。

参见图1，多个LED单元120沿着玻璃基板110纵向排列以形成均匀的发光带。虽然图中所示的LED单元以直列的形式排布在玻璃基板上，但是排布方式并不局限于此，例如LED单元还可以以多列或S形的方式排布。LED单元120可以采用封装芯片或管芯的形式，其例如通过表面贴装工艺被安装在基板110上。另外，也可以考虑采用表面贴装工艺将下面将要详细描述的驱动电源模块130中的元器件也安装在基板110上。但是将要在下面作进一步描述的是，LED单元120优选地借助导电胶接合到布线层上；同样，驱动电源模块130中的元器件优选地也可借助导电胶接合到布线层上。

在本实施例中，多个LED单元120被串联连接在一起构成LED负载，驱动电路模块130例如通过玻璃基板110上的布线与LED单元120电气连接，从而向后者提供恒定的电流和/或电压。值得指出的是，虽然在本实施例中，多个LED单元以串联方式连接在一起，但是它们也可以并联、混联或交叉阵列的形式连接在一起。

参见图1，驱动电路模块130的元器件被排布在玻璃基板110的两端。此外，在玻璃基板110的其中一端设置有引脚140A和140B，分别作为LED驱动电路模块130的第一电极和第二电极（因此以下将引脚140A和140B又称为“电极引脚”）。在工作时，第一电极引脚140A与外部交流电源（例如市电）的火线电气连接，而第二电极引脚140B与外部交流电源的零线电气连接，从而使外部交流电源向驱动电路模块130供电。在图1所示的结构中，电极引脚140A和140B例如被借助导电胶接合在布线层的焊盘上。如图1所示，可选地，在基板110的另一端也设置一对引脚150A和150B。为了加固引脚，可以在玻璃基板110上开设过孔以供引脚140A、140B、150A和150B插入。

需要指出的是，虽然驱动电路模块130的元器件如图1所示被设置在玻璃基板110的两端，但是将这些元器件仅设置在一端也是可行的。还需要指出的是，电极引脚140A和140B也可以设置在玻璃基板110的两端。

LED单元120和驱动电源模块130的元器件可借助导电胶接合到布线层上。以下借助图2A-2D描述优选的接合方式。

参见图2A，在进行接合之前，玻璃基板110上已经形成有布线层。示例性地，图中示出了欲与LED单元和驱动电源模块中的元器件接合的布线层的区域160A、160B，这些区域例如可以是焊盘（pad）或走线。

接合过程首先进入各向异性导电膜（ACF）的贴附步骤。如图2B所示，在该步骤完成之后，ACF170被贴附在形成布线层的玻璃基板110表面。ACF是一种主要包含接合剂（例如由热硬化材料构成）和导电粒子等的导电胶，其在未固化时呈绝缘体状态，而在固化后将形成垂直方向导通、横向绝缘的导电结构。上述ACF的例子包括可从日立化成获得的型号为AC-7206U-18的导电胶。

在完成ACF的贴附步骤之后将进入预压对位步骤。在该步骤中，LED单元和驱动电源模块的元器件被压在ACF上并且与布线层的接合区域对准。以管芯形式的LED单元为例，可以使其下部的金属凸起（bump）与布线层的接合区域对准。该金属凸起提供了管芯与外部电路的连接触点。对于驱动电源模块中实现特定功能的电路（以下称为功能电路，它们例如可以是脉宽调制控制器和MOS管等），其可采用半导体晶片的形式或封装芯片的形式，对于前者，预压对位步骤使其下部的金属凸起与布线层的接合区域对准；对于后者，预压对位步骤使其引脚与布线层的接合区域对准。又如驱动电源模块中的电路元件（例如电容器、电阻器、三极管、二极管和电感器等），例如可以将其制作成适于接合的形式（例如封装芯片的样式）并且使其管脚与布线层的接合区域对准。

图2C示出了完成预压对位步骤之后的示意图，这里以管芯形式的LED单元120为例，如图2C所示，LED管芯压在ACF170上，其金属凸起121A、121B分别与布线层的区域160A、160B对准。

接着进入主压步骤，通过加热和加压而固化ACF，使得ACF中的导电粒子受压变扁或破裂，从而在布线层接合区域与凸起或管脚之间形成导电通道。图2D示出了完成主压步骤之后的示意图，这里仍然以管芯形式的LED单元120为例，如图2D所示，LED管芯的金属凸起121A与布线层接合区域160A之间以及金属凸起121B与布线层接合区域160B之间聚集有导电粒子171以提供导电通道。

以下对驱动电源模块作详细的描述。

驱动电源模块可采用各种拓扑架构的电路，例如包括但不限于非隔离降压型拓扑电路结构、反激式拓扑电路结构和半桥LLC拓扑电路结构等。有关驱动电源模块的详细描述可参见人民邮电出版社2011年5月第1版的《LED照明驱动电源与灯具设计》一书，该出版物以全文引用方式包含在本说明书中。

驱动电源模块130可以多种驱动方式（例如恒压供电、恒流供电和恒压恒流供电等方式）向LED单元提供合适的电流或电压，其可以由一个或多个独立的部件组成。在本实施例中，驱动电源模块中的一个或多个部件以晶片或封装芯片的形式实现。

图3为图1所示LED灯芯中所包含的一种驱动电源模块的电路原理图。

图3所示的驱动电源模块130包括桥式整流滤波单元131、DC-DC升压变换单元132A和反馈单元133，以下对各个单元作进一步的描述。

如图3所示，桥式整流滤波单元131包括全桥整流器BR1、电容器C1、C2、C3、压敏电阻器R1和电感器L1。交流电（例如市电）经全桥整流器BR1整流后在正极端1上输出全波脉动电压。滤波电容器C1、C2、C3、压敏电阻器R1和电感器L1构成EMI滤波电路，其一方面抑制交流电网中的高频干扰对驱动电路的影响，另一方面抑制驱动电路对交流电网的电磁干扰。

值得指出的是，虽然这里示出的是全波整流方式，但是半波整流也是可用的。

参见图3，滤波电容器C1和压敏电阻器R1并联在全桥整流器BR1的交流输入端B3和B4之间，其中压敏电阻器R1通过抑制电路中出现的异常过电压而将全桥整流器BR1的输入电压钳制在预定的水平。滤波电容器C2、C3和电感器L1组成π型滤波回路并且电气连接在全桥整流器BR1的正极端B1与负极端B2之间，以对全桥整流器BR1输出的脉动电压进行低通滤波，这里的负极端B2被接地。

DC-DC升压变换单元132A与桥式整流滤波单元131、反馈单元133和LED负载LED1-LEDn（也即图1所示LED灯芯中的串联耦合在一起的多个LED单元120）电气连接，其将桥式整流滤波单元131输出的脉动电压提升至所需的电压和电流水平并提供给LED负载。此外，DC-DC升压变换单元132A还与反馈单元133协同工作，以使提供给LED负载的电流和电压保持恒定并实现功率因子校正功能。在典型的应用场合下，多个LED单元串联后的总电压被设计为超过电网输入的电压最高值，因此电压的提升是必需的。以波动范围为±10%的220V交流电为例，其最高电压约为342V，则LED串联电压将超过342V。

在图3所示的驱动电源模块中，DC-DC升压变换单元132A包括电感器L2、开关二极管D1、电容器C6和开关调整器U1。

优选地，可以采用集成有脉宽调制（PWM）控制器和金属氧化物半导体场效应管（以下又简称为MOS管）的集成电路芯片作为开关调整器U1，其中PWM控制器的输出端与MOS管的栅极电气连接以实现对MOS管导通和关断的控制。在具体的开关调整器芯片中，为了简化占空比的调节，可保持MOS管的开关频率为定值（例如大约1MHz），而MOS管的关断时间是可调节的；或者可保持MOS管的关断时间为定值（例如大约320ns），而MOS管的开关频率是可调节的。典型地，这类开关调整器芯片一般都配置与MOS管的漏极电气连接的漏极引脚、与PWM控制器的控制端电气连接的反馈引脚。上述开关调整器的例子包括但不局限于中国普芯达电子有限公司生产的CW12L31芯片等。

如图3所示，电感器L2和开关二极管D1被串联在桥式整流滤波单元131与LED负载之间，其中开关二极管D1的正极与电感器L2电气连接，负极与LED负载的正极电气连接。优选地，可采用速度快、压降小的肖特基二极管作为开关二极管D1。继续参见图3，开关调整器U1的漏极引脚D电气连接在电感器L2与开关二极管D1的正极之间，并且反馈引脚FB（在开关调整器内部其与PWM控制器的控制端电气连接，因此也称为控制端）与反馈单元133电气连接。此外，在图3所示的电路中，电容器C6与LED负载的正极共接于开关二极管D1的负极以在开关二极管D1截止时向LED负载放电。

参见图3，开关调整器U1包括电源引脚VCC和接地引脚GND，其中电源引脚VCC经电容器C4接地。

反馈单元133包括晶体三极管Q1、电阻器R2、R3和电容器C5。如图3所示，晶体三极管Q1采用共射极放大电路的连接形式，其中，集电极经电阻器R3电气连接至开关调整器U1的反馈引脚FB以将反馈信号提供至开关调整器U1，其射极与接地电气连接以作为输入回路和输出回路的共同接地端，并且基极接入LED负载的回路以提取检测信号。电阻器R2电气连接在基极与接地之间以构成输入回路。另外，开关调整器U1的反馈引脚FB还经电容器C5接地。

以下描述图3所示驱动电源模块130的工作原理。

当接通交流电源时，桥式整流滤波单元131将输入的交流电变换为脉动电压并输出至DC-DC升压变换单元132A的电感器L2。开关调整器U1内部的MOS管在PWM控制器信号的控制下以很高的频率导通和关断。

当MOS管导通时，在桥式整流滤波单元131的输出电压的作用下，电流流经电感器L2和MOS管，开关二极管D1因为电容器C6上的电压而截止。随着流经电感器L2的电流不断增大，电感器内存储的能量也不断增多。此时，LED负载由电容器C6供电，其依靠电容器C6的放电电流工作。

当MOS管切换至关断状态时，流经电感器L2的电流开始减小，从而在电感器L2的两端诱发感应电动势，其极性为下正上负。感应电动势与桥式整流滤波单元131的输出电压相叠加后提升了桥式整流滤波单元131的输出电压。此时，叠加的电压高于电容器C6上的电压，因此开关二极管D1进入导通状态，LED负载改由电感器L2供电，并且电容器C6也由电感器L2充电并且直至MOS管再度切换至导通状态。在图3所示的电路结构中，感应电动势的大小取决于MOS管的占空比，因此可以通过调节PWM控制器输出信号的占空比获得所希望的电压提升幅度。

当MOS管再度被切换回导通状态时，开关二极管D1处的叠加电压开始减小并将再次低于电容器C6上的电压，因此开关二极管D1进入截止状态，LED负载改由电容器C6以提升的电压供电，而电感器L2又开始存储电能。

由上可见，在PWM控制器的控制下，MOS管在上述导通和关断状态之间不断切换，从而使LED负载正极上的电压始终保持在较高的电压水平。

参见图3，LED负载与电阻器R4、R5并联在开关二极管D1的负极与电阻器R2之间，并且LED负载的负极电气连接至晶体三极管Q1的基极。当流经LED负载的电流和/或电压发生波动时，流经晶体三极管Q1的基极的电流也会改变，经过晶体三极管Q1放大后的反馈信号从集电极经电阻器R3输出至开关调整器U1的反馈引脚，PWM控制器由此可以根据反馈信号对输出信号的占空比进行调整，由此使提供给LED负载的电流和电压保持恒定。

在图3所示的电路结构中，开关调整器U1的反馈引脚FB还经大容量的电容器C5接地，这可以使反馈环路的响应变缓，反馈电平在交流电线路半周期中接近于恒定。基本恒定的反馈电平表示在MOS管中的电流对应于在交流线路半周期内传送到LED负载上的平均能量。由于开关调整器U1在固定频率上工作，在MOS管导通时间结束之前，电流的增加不会超出一定的范围。通过在输入的交流电压增加时减少流经MOS管的开关电流，并且在输入的交流电压减少时增加流经MOS管的开关电流，使LED负载输入端的纹波最小化，并且交流输入电流能时刻跟踪交流输入电压的变化，从而实现功率因子校正的功能。

需要指出的是，在图3所示的实施例中，PWM控制器与MOS管被集成在同一集成电路芯片中，为了进一步提高集成度，还可以考虑将晶体三极管Q1、PWM控制器和MOS管三者集成在同一集成电路芯片中。

可选地，PWM控制器和MOS管也可以以分立的电路元件的形式被提供于按照图1所示实施例的LED灯芯中。图4所示的驱动电源模块示出了这种形式的一个例子，其中与图3中相同或相似的单元采用相同的标号表示。

图4所示的驱动电源模块130同样包括桥式整流滤波单元131、DC-DC升压变换单元132A和反馈单元133。桥式整流滤波单元131和反馈单元133采用与图3所示相同的形式和结构，此处不再赘述。

参见图4，DC-DC升压变换单元132A包括电感器L2、开关二极管D1、电容器C6、PWM控制器U2和MOS管T1，其中，电感器L2和开关二极管D1被串联在桥式整流滤波单元331与LED负载的正极之间，开关二极管D1的正极与电感器L2电气连接，负极与LED负载的正极电气连接。在本实施例中，MOS管T1的漏极D电气连接在电感器L2与开关二极管D1的正极之间，源极S电气连接至控制端FB，栅极G与PWM控制器U2的输出端P相连。PWM控制器U2一般以集成电路芯片的形式提供，其控制端FB与反馈单元333电气连接。如图4所示，电容器C6与LED负载的正极共接于开关二极管D1的负极以在开关二极管D1截止时向LED负载放电。

反馈单元133同样包括晶体三极管Q1、电阻器R2、R3和电容器C5。晶体三极管Q1采用共射极放大电路的连接形式，其中，集电极经电阻器R3电气连接至PWM控制器U2的控制端FB以将反馈信号提供给PWM控制器U2，其射极与接地电气连接以作为输入回路和输出回路的共同接地端，并且基极接入LED负载的回路以提取检测信号。PWM控制器的控制端FB还经电容器C5接地。

图4所示驱动电源模块的工作原理与图3所示的相似，因此此处不再赘述。

图5为图1所示LED灯芯中所包含的另一种驱动电源模块的电路原理图。

图5所示的驱动电源模块130包括桥式整流滤波单元131、DC-DC降压变换单元132B和反馈单元133，以下对各个单元作进一步的描述。

如图5所示，桥式整流滤波单元131包括全桥整流器BR1、电容器C2、C3、压敏电阻器R1和电感器L1。交流电（例如市电）经全桥整流器BR1整流后在正极端B1上输出全波脉动电压。滤波电容器C2、C3、压敏电阻器R1和电感器L1构成EMI滤波电路，其一方面抑制交流电网中的高频干扰对驱动电路的影响，另一方面抑制驱动电路对交流电网的电磁干扰。

参见图5，压敏电阻器R1并联在全桥整流器BR1的交流输入端B3和B4之间，其中压敏电阻器R1通过抑制电路中出现的异常过电压而将全桥整流器BR1的输入电压钳制在预定的水平。滤波电容器C2、C3和电感器L1组成π型滤波回路并且电气连接在全桥整流器BR1的正极端B1与接地的负极端B2之间，以对全桥整流器BR1输出的脉动电压进行低通滤波。

DC-DC降压变换单元332B与桥式整流滤波单元131、反馈单元133和LED负载LED1-LEDn（也即图1所示LED灯芯中的串联耦合在一起的多个LED单元120）电气连接，其将桥式整流滤波单元131输出的脉动电压降低至所需的电压和电流水平并提供给LED负载。此外，DC-DC降压变换单元132B还与反馈单元133协同工作，以使提供给LED负载的电流和电压保持恒定。

在图5所示的驱动电源模块中，DC-DC降压变换单元132B包括电感器L2、开关二极管D1、电容器C7、MOS管T2和脉宽调制（PWM）控制器U3。

PWM控制器U3的输出端P与MOS管T2的栅极G电气连接以实现对MOS管导通和关断的控制。上述PWM控制器的例子包括但不局限于美国Supertex股份有限公司生产的HV9910型LED驱动器芯片等。

如图5所示，开关二极管D1的负极和LED负载的正极LED+共同连接至桥式整流滤波单元131的输出端，开关二极管D1的正极则与MOS管T2的漏极D电气连接。优选地，可采用速度快、压降小的肖特基二极管作为开关二极管D1。电感器L2电气连接在LED负载的负极LED-与MOS管T2的漏极D之间。继续参见图5，PWM控制器U3还包含反馈引脚FB，其与反馈单元133电气连接。此外，在图5所示的电路中，电容器C7并联在LED负载的正极LED+与负极LED-之间以平滑提供给LED负载的工作电压。可以根据允许的工作电压的纹波值来选择电容器C7的电容值。

参见图5，PWM控制器U3包括电源引脚VCC和接地引脚GND，其中电源引脚VCC经电容器C4接地。

反馈单元133包括电阻器R6。如图5所示，电阻器R6被电气连接在MOS管T2的源极S与接地之间。另一方面，电阻器R6的电气连接至源极S的一端还电气连接至PWM控制器U3的反馈引脚FB以将反馈信号提供给PWM控制器U3。

以下描述图5所示驱动电源模块130的工作原理。

当接通交流电源时，桥式整流滤波单元131将输入的交流电变换为脉动电压并输出至DC-DC降压变换单元132B。此时在PWM控制器U3的控制下，MOS管T2在上述导通和关断状态之间不断切换，从而使LED负载两端上的电压始终保持在一定的电压水平。

具体而言，当MOS管T2导通时，开关二极管D1处于截止状态。桥式整流滤波单元131的输出电流从LED负载的正极LED+流入并从负极LED-流至电感器L2。流经电感器L2的电流将不断增大直到MOS管T2关断。随着流经电感器L2的电流不断增大，电感器内存储的能量也不断增多。

当MOS管T2切换至关断状态时，流经电感器L2的电流开始减小，从而在电感器L2的两端诱发感应电动势，其极性为左正右负。感应电动势与桥式整流滤波单元131的输出电压相叠加后高于电容器C7上的电压，因此开关二极管D1进入导通状态，从而为电感器L2的电流提供续流通路直至MOS管T2再度切换至导通状态。在图10所示的电路结构中，可以通过调节PWM控制器输出信号的占空比获得所希望的电压降低幅度。

参见图5，电阻器R6电气连接在MOS管T2的源极S与接地之间。由于电阻器R6两端的电压对应于流经MOS管T2和电感器L2的电流，因此该电压可被施加于PWM控制器U3的反馈引脚FB作为反馈信号。具体而言，当MOS管T2导通后，电感器L2的电流不断增大，当电阻器R6两端的电压超过预设的峰值电流检测阈值时，将触发PWM控制器U3在引脚P上输出关断MOS管T2的控制信号，由此可以通过控制MOS管T2的峰值电流来实现恒流控制。显然，达到峰值电流所花费的时间与电感器L2的电感值有关，电感值越大则电流上升速度越慢，到达峰值电流所用的时间越长，反之亦然。

需要指出的是，由于电容器C7如图5所示并联在LED负载之间，所以可以平滑电流的脉动起伏，使得流经LED负载的电流更为恒定。

可选地，PWM控制器U3和MOS管T2可以以集成在同一集成电路芯片的形式提供于按照图1所示实施例的LED灯芯中。图6所示的驱动电源模块示出了这种形式的一个例子，其中与图5中相同或相似的单元采用相同的标号表示。

图6所示的驱动电源模块130同样包括桥式整流滤波单元131、DC-DC降压变换单元132B和反馈单元133。桥式整流滤波单元131和反馈单元133采用与图5所示相同的形式和结构，此处不再赘述。

DC-DC降压变换单元132B与桥式整流滤波单元131、反馈单元133和LED负载LED1-LEDn电气连接，其将桥式整流滤波单元131输出的脉动电压降低至所需的电压和电流水平并提供给LED负载。此外，DC-DC降压变换单元132B还与反馈单元133协同工作，以使提供给LED负载的电流和电压保持恒定。

在图6所示的驱动电源模块中，DC-DC降压变换单元132B包括电感器L2、开关二极管D1、电容器C7和开关调整器U4。

优选地，可以采用集成有脉宽调制（PWM）控制器和MOS管的集成电路芯片作为开关调整器U1，其中PWM控制器的输出端与MOS管的栅极电气连接以实现对MOS管导通和关断的控制。典型地，这类开关调整器芯片一般都配置与MOS管的漏极电气连接的漏极引脚和与MOS管的源极电气连接的源极引脚，并且优选地，源极引脚与PWM控制器的控制端电气连接以将与流经MOS管的电流对应的检测信号反馈至PWM控制器。上述开关调整器的例子包括但不局限于荷兰恩智浦半导体公司生产的SSL2108x型LED照明驱动器芯片等。

如图6所示，开关二极管D1的负极和LED负载的正极LED+共同连接至桥式整流滤波单元331的输出端，开关二极管D1的正极则与开关调整器U4的漏极引脚D电气连接。电感器L2电气连接在LED负载的负极LED-与开关调整器U4的漏极引脚D之间。继续参见图6，开关调整器U4还包含源极引脚S，其在芯片内部与PWM控制器的控制端电气连接而在芯片外部与反馈单元133电气连接。此外，在图6所示的电路中，电容器C7并联在LED负载的正极LED+与负极LED-之间以平滑提供给LED负载的工作电压。

参见图6，开关调整器U4包括电源引脚VCC和接地引脚GND，其中电源引脚VCC经电容器C4接地。

反馈单元133包括被电气连接在开关调整器U4的源极S与接地之间的电阻器R6。如在描述图5所示的驱动电源模块时所指出的，电阻器R6两端的电压对应于流经MOS管和电感器L2的电流，其被作为反馈信号施加于开关调整器U4的源极S以使开关调整器U4内部的PWM控制器通过控制MOS管的峰值电流来实现恒流控制。图6所示驱动电源模块的工作原理与图5所示的相似，因此此处不再赘述。

可选地，在上述图3-6所示的驱动电源模块中还可以集成实现其它功能的电路，例如调光控制电路、传感电路、智能照明控制电路、通信电路和保护电路等。这些电路可以与驱动控制器集成在同一半导体晶片或封装芯片内，或者这些电路可以单独地以半导体晶片或封装芯片的形式提供，或者这些电路中的一些或全部可以组合在一起并以半导体晶片或封装芯片的形式提供。

图7为按照本发明一个实施例的LED日光灯的示意图。

图7所示的LED日光灯1包括LED灯芯10、管体20和端盖31、32，其中LED灯芯10位于管体20内，端盖31和32位于管体20的两端。

管体20可由玻璃或塑料制成。为了避免眩光效应，可以对玻璃制成的管体20的内表面和外表面中的至少一个表面作磨砂处理（例如使用酸溶液使内管表面粗糙化）。可选地，也可以考虑在管体20的内表面涂覆光扩散粉。当管体20由玻璃制成时，如图7所示，管体20可在其端部201处向内收缩（也即端部处的外径小于其余部分的外径）。在使端部向内收缩的过程中，管壁的应力得到有效释放，由此提高了强度，从而有利于减少运输和装配过程中的损耗。需要指出的是，收缩的目的旨在释放应力，因此管体20的内径并不一定需要缩小。

在端盖31和32的每一个上设置有与普通日光灯灯座适配的插脚，即图7中位于端盖31外表面上的一对插脚311A、311B和位于端盖32外表面上的另一对插脚321A、321B。插脚一方面提供了LED灯芯10与外部电源之间的电气连接，另一方面使LED日光灯能固定于灯座。应该理解的是，图7所示的是分解状态下的示意图，当LED日光灯1完成装配时，端盖31和32将分别封闭管体10的两端。在本实施例中，可以借助粘合剂（例如胶泥（又称为灯泥）或环氧树脂）将端盖31和32的内表面与管体20的外表面粘合在一起，从而实现端盖的固定。端盖可以采用塑料材料制成，但是也可以采用传统日光灯中的金属铝堵头的形式。

在本实施例中，LED灯芯10可采用上面借助图1-6所述的结构和工作原理。

从下面的描述中将会认识到，在上述LED灯芯中，如果在玻璃基板上与设置电极引脚140A和140B的一端相对的另一端上设置一对直接相连的引脚150A和150B可以大大方便LED日光灯的安装。

图8A为采用电感镇流器的普通日光灯的接线图，图8B为图7所示实施例的LED日光灯替代图8A所示普通日光灯时的接线图。

在普通的日光灯照明线路中，灯座一般包含两对插口，日光灯两对插脚分别插入两对插口中。如图8A所示，在分属不同对插口的插口B、D之间连接启辉器3，插口A电气连接至外部电源的火线L，而插口C经电感镇流器4电气连接至外部电源的零线N，安装完成后，普通日光灯2的两对插脚分别与插口A、B和插口C和D电气连接。与图8A相比，在图8B所示接线方式下，启辉器3被连接器5替代。优选地，该连接器5是可移除的并且采用类似启辉器的形式，即，其包括与电感镇流器上的启辉器插座相匹配的接口端子。

虽然在上述实施例中LED灯芯10的电极引脚140A和140B被直接连接到同一端盖的两个插脚上，但是在将LED日光灯1安装到灯座上时，对电极引脚的位置并无特别的要求。也就是说，连接电极引脚的插脚无论是位于图8B所示接线图中的火线侧（即与插口A和B电气连接）还是零线侧（即与插口C和D电气连接），外部电源都能向LED日光灯1正常供电。具体而言，例如当电极引脚140A和140B分别与插口A和B电气连接而引脚150A和150B分别与插口C和D电气连接时，电极引脚140A与火线L电气连接，与此同时，由于位于玻璃基板110另一端的引脚150A和150B被短接在一起，所以电极引脚140B能够经连接器5、引脚150A和150B以及电感镇流器4电气连接至零线N，由此实现了外部电源向LED灯芯的供电。另一方面，当电极引脚140A和140B分别与插口C和D电气连接而引脚150A和150B分别与插口A和B电气连接时，电极引脚140A能够经电感镇流器4电气连接至零线N，与此同时，由于位于玻璃基板110另一端的引脚150A和150B被短接在一起，所以电极引脚140B能够经连接器5、引脚150A和150B与火线L电气连接，从而同样实现了外部电源向LED驱动电源的供电。

图9A为采用电子镇流器的普通日光灯的接线图，图9B为图7所示实施例的LED日光灯替代图9A所示普通日光灯时的接线图。

如图9A所示，外部交流电源的火线L和零线N电气连接至电子镇流器5，灯座的插口A、B、C和D则与电子镇流器6的输出端子电气连接。安装完成后，普通日光灯2的两对插脚分别与插口A、B和插口C和D电气连接。与图9A相比，在图9B所示接线方式下，电子镇流器6被去除，插口B与D之间直接相连，而另一对插口C和D分别电气连接至外部交流电源的火线L和零线N。同样，在图9B中，连接电极引脚的插脚无论是位于火线侧（即与插口A和B电气连接）还是零线侧（即与插口C和D电气连接），外部交流电源都能向LED日光灯1正常供电。例如如果电极引脚140A和140B分别与插口A和B电气连接而引脚150A和150B分别与插口C和D电气连接，则电极引脚140A与火线L电气连接，与此同时，电极引脚140B经引脚150A和150B电气连接至零线N，由此实现了外部电源向LED灯芯的供电。另一方面，如果电极引脚140A和140B分别与插口C和D电气连接而引脚150A和150B分别与插口A和B电气连接，则电极引脚140A电气连接至零线N，而电极引脚140B能够经引脚150A和150B与火线L电气连接，从而同样实现了外部电源向LED驱动电源的供电。

需要指出的是，虽然驱动电源模块130的元器件如图1所示被设置在玻璃基板110的两端，但是将这些元器件仅设置在一端也是可行的。还需要指出的是，作为LED驱动电源电极的引脚140A和140B也可以设置在玻璃基板110的两端，在这种设置布局下，引脚140A和140B分别经不同端盖上的插脚与外部交流电源的火线和零线电气连接。

当管体采用玻璃时，可以采用如图10所示的双管结构。如图10所示，管体20包括内管21和套在内管21外的外管22。需要理解的是，外管22套在内管21外的布置应该宽泛地理解为至少包含下列情形：内管21的外表面与外管22的内表面完全接触；以及内管21与外管22之间至少有一部分存在间隙。

为了避免眩光效应，可以对内管21的内表面和外表面中的至少一个表面作磨砂处理（例如使用酸溶液使内管表面粗糙化）。可选地，也可以考虑在外管22的内表面涂覆光扩散粉或对外管内外表面中的至少一个作磨砂处理。在本实施例中，由于LED灯芯10的玻璃基板110被设置在内管21内，所以在装配过程中能够避免电路板挂擦掉外管22内表面上的光扩散粉。

继续参见图10，外管22在其端部221处向内收缩，使得外管端部处的外径小于其余部分的外径。在使外管端部向内收缩的过程中，外管管壁的应力得到有效释放，由此提高了强度，从而有利于减少运输和装配过程中的损耗。需要指出的是，收缩的目的旨在释放应力，因此外管22的内径并不一定需要缩小。在本实施例中，内管21比外管22的长度略短，使得在装配完成之后的LED日光灯中，内管21完全位于外管22内部。但是为了在图10中将内管21也表示出来，这里的内管21的右端部延伸到了外管22的外部。可选地，内管21的长度也可长于外管22，因此在装配完成之后内管21的两端延伸出外管22。

虽然已经展现和讨论了本发明的一些方面，但是本领域内的技术人员应该意识到：可以在不背离本发明原理和精神的条件下对上述方面进行改变，因此本发明的范围将由权利要求以及等同的内容所限定。

Claims (10)

1.一种LED灯芯，包括：

玻璃基板；

形成于所述玻璃基板上的布线层；

多个借助导电胶接合到所述布线层上的LED单元；以及

驱动电源模块，其包含一个或多个元器件，所述元器件位于所述玻璃基板的一端或两端并且借助导电胶接合到所述布线层。

2.如权利要求1所述的LED灯芯，其中，所述LED单元为LED管芯。

3.如权利要求1所述的LED灯芯，其中，所述元器件包括半导体晶片形式的驱动控制器。

4.如权利要求2或3所述的LED灯芯，其中，所述导电胶为各向异性导电膜。

5.如权利要求1所述的LED灯芯，其中，所述玻璃基板表面涂覆红外辐射材料。

6.如权利要求1所述的LED灯芯，其中，所述布线层由银或氧化铟锡材料构成。

7.如权利要求1所述的LED灯芯，其中，所述布线层使得所述LED管芯以串联、并联或串并联的方式耦合以构成LED负载。

8.如权利要求7所述的LED灯芯，其中，所述驱动电源模块包括：

整流滤波单元；

DC-DC升压变换单元，包括电感器、开关二极管、PWM控制器和MOS管，其中，所述电感器和开关二极管串联在所述桥式整流滤波单元与LED负载之间，所述MOS管的漏极电气连接在所述电感器与开关二极管的正极之间，栅极与所述PWM控制器的输出端电气连接；以及

反馈单元，包括晶体三极管，其基极电气连接至所述LED负载的回路，集电极电气连接至所述PWM控制器的控制端。

9.如权利要求7所述的LED灯芯，其中，所述驱动电源模块包括：

整流滤波单元；

降压变换单元，包括电感器、开关二极管、PWM控制器和MOS管，其中，所述开关二极管的负极和所述LED负载的正极共接于所述桥式整流滤波单元的输出端，所述MOS管的漏极与所述开关二极管的正极电气连接，栅极与所述PWM控制器的输出端电气连接，并且所述电感器电气连接在所述MOS管的漏极与所述LED负载的负极之间；以及

反馈单元，包括电阻器，其与所述PWM控制器的控制端共接于所述MOS管的源极。

10.一种LED日光灯，包括：

管体；

位于所述管体两端的端盖，其上设置有适配日光灯座的插脚；

LED灯芯，包括：

固定在所述管体内部的玻璃基板；

形成于所述玻璃基板上的布线层，其与所述插脚电气连接；

多个借助导电胶接合到所述布线层上的LED单元；以及

驱动电源模块，其包含一个或多个元器件，所述元器件位于所述玻璃基板的一端或两端并且借助导电胶接合到所述布线层。