CN113054087A - 一种提高电光转换效率的led灯珠封装方式与电路结构 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种提高电光转换效率的LED灯珠封装方式与电路结构，属于LED领域。针对现有技术中电光转换效率普遍不高的问题提出本方案，以氮化镓材料作为LED灯珠光源材料制作LED芯片；根据贴片光源支架，选择合适的功率和数量的LED芯片；将LED芯片以A行B列的矩阵方式布置在所述贴片光源支架上；将每行内的LED芯片利用金线焊接串联；将串联后的每一行利用焊接进行并联；引出每个LED芯片的正负极至贴片光源支架外；对贴片光源支架上的所有LED芯片进行荧光粉涂层封装得到LED灯珠。优点在于能效高，LED光源耗电量少，节约能源，以第三代半导体材料氮化镓作为LED照明光源，在同样亮度下耗电量仅为普通白炽灯的1/10。其使用寿命在5万小时至10万小时之间少。

Description

一种提高电光转换效率的LED灯珠封装方式与电路结构
技术领域
本发明涉及一种提高电光转换效率的LED灯珠封装方式与电路结构。
背景技术
LED的效率主要包括内量子效率(Internal Quantum Efficiency，IQE)、光提取效率(Light Extraction Efficiency，LEE)、外量子效率(External Quantum Efficiency，EQE)，以及电学效率(Electrical Efficiency，EE)、注入效率(Injection Efficiency，IE)、功率效率(Wall-Plug Efficiency，WPE)。LED的外量子效率(External QuantumEfficiency，EQE)由内量子效率、光提取效率和电流注入效率三部分来决定：ηexternal＝ηinternal×ηextraction×ηinjection。
外量子效率可以用下述公式表达：
Figure BDA0002984230040000011
其中nq为单位时间有源区产生的光子数目，ne为单位时间注入到有源区的电子-空穴对数目，P为LED的输出光功率，hc为单个光子的能量，λ为发光波长，I为正向工作电流。
LED的内量子效率的决定因素是InGaN量子阱的辐射复合效率。GaN基蓝绿光LED通常采用InGaN作为发光阱，InGaN/GaN多量子阱(Multiple Quantum Wells，MQWs)作为有源区是GaN基LED最常见的外延结构。
LED的外量子效率另一个重要因素是光提取效率。目前的GaN基LED芯片，用于提高光提取效率主要研究方向有：(1).采用图形化蓝宝石衬底；(2).p型GaN表面粗化技术；(3).ITO挖空技术；(4).电流阻挡层设计(Current Blocking Layer，CBL)；(5).芯片背镀高反膜等设计。其中蓝宝石图形衬底和p型GaN表面粗化技术，主要是从电流扩展和光提取角度提高光提取效率。
InGaN基LED发光效率面临的最核心问题是Efficiency Droop效应，即在很小的注入电流下，GaN基LED的发光效率会迅速上升到某一个峰值，然后随着注入电流的增加，光效开始出现衰减现象。这是目前限制GaN基LED进入通用照明市场是一个核心问题，不仅限制了单灯光通量的提高，同时对制造成本也是一个挑战。攻克这一物理问题是GaN基LED走向低成本、高光通量的致胜法宝，是固态照明走向通用照明的有力武器。对于InGaN基LED中存在的这一特殊物理现象，国内外很多研究机构和企业都开展了广泛研究工作，对这一物理现象有了更加深刻的认识。目前对于GaN基LED大电流下发光效率下降的物理机理认识主要有以下几个方面：(1).空穴注入不足引起的载流子泄露；(2).Auger复合；(3).载流子去局域化。目前改善Efficiency Droop特性的方法主要是集中在p型AlGaN电子阻挡层设计和有源区结构设计。
目前电光转换效率普遍不高，需要研发一种新的灯珠封装方式与对应的电路结构。
发明内容
本发明目的在于提供一种提高电光转换效率的LED灯珠封装方式与电路结构，以解决上述现有技术存在的问题。
本发明所述提高电光转换效率的LED灯珠封装方式，包括以下步骤：
S1、以氮化镓材料作为LED灯珠光源材料制作LED芯片；
S2、根据贴片光源支架，选择合适的功率和数量的LED芯片；
S3、将LED芯片以A行B列的矩阵方式布置在所述贴片光源支架上；其中A≥1且B≥1；
S4、将每行内的LED芯片利用金线焊接串联；
S5、将步骤S4中串联后的每一行利用进行焊接进行并联；
S6、引出每个LED芯片的正负极至贴片光源支架外；
S7、对贴片光源支架上的所有LED芯片封装荧光粉涂层得到LED灯珠。
所述的贴片光源支架是SMD支架。
所述的LED灯珠接入小于其额定工作电流的驱动电路中。
所述驱动电路输出的电流低于LED芯片额定工作电流的78％以下。
步骤S6中，引出每个LED芯片的正负极至贴片光源支架背面。
所述的LED芯片采用荧光粉材料进行涂层封装得到LED灯珠。
一种提高电光转换效率的LED电路结构，利用所述LED灯珠封装方式生产的LED灯珠，将所述LED灯珠以M行N列的矩阵方式焊接于铝基板电路上；每一行的LED灯珠串联，串联后的LED灯珠再并联设置；其中M≥1且N≥1；将LED灯珠阵列连接至一驱动电路，使得所述驱动电路输出在每一LED灯珠中的电流低于每一LED灯珠额定工作电流。
所述驱动电路输出在每一LED灯珠中的电流低于每一LED芯片额定工作电流78％以下。
本发明所述提高电光转换效率的LED灯珠封装方式与电路结构，其优点在于：
1.节能正是LED最大的特点。LED使用低压电源，能效高，LED光源耗电量少，节约能源，以第三代半导体材料氮化镓作为LED照明光源，在同样亮度下耗电量仅为普通白炽灯的1/10。
2.LED拥有令人难以置信的长寿命，其使用寿命在5万小时至10万小时之间。从我国的情况看，照明用电约占总电量的12％，照明节能的重要性就不言而喻了。
3.照明节能带来的益处，直接表现为能耗的降低，与之相伴的就是二氧化碳气体排放的减少。LED在节能、减排、环保方面的独特优势。
附图说明
图1是本发明所述LED芯片结构示意图；
图2是本发明所述LED电路结构示意图。
附图标记：1-LED灯珠、2-铝基板电路、3-LED光源模组、4-贴片光源支架、5-LED芯片。
具体实施方式
本发明目的在于提供一种提高电光转换效率的LED灯珠封装方式，根据贴片光源支架，选择合适的功率和数量的LED芯片，设计新的封装结构和使用方法，提升LED芯片的电光转换效率。控制LED芯片驱动电流的大小，使得封装后的LED光源在实际使用时具有较高的电光转换效率，从而提高整灯的电能有效利用效率，以达到降低能量无谓的消耗，提高节能减排效果。进一步推广LED光源在通用照明领域的应用，因此具有巨大的实用价值。
LED灯珠采用高光效芯片以及高导热材料进行封装，通过铝基板电路设计控制LED光源模组的排列形式，LED光源模组呈M×N矩阵形式焊接于铝基板电路上，采用小电流(低于LED芯片额定工作电流的78％以下)驱动LED灯珠进行工作。本发明采用小电流驱动LED芯片工作的方式，可以有效提高LED光源的发光效率，提高电光转换效率，提高LED光源的使用寿命
如图1、2所示，电路结构包括LED灯珠和LED光源模组、电路铝基板。所述的LED光源模组所用灯珠采用SMD支架封装，SMD支架上设有S(S≥1)个LED芯片，其中S个LED芯片采用串联与/或并联的电路排布(即A串B并，其中A*B＝S)；LED芯片的正负极分别通过金线焊接引出SMD支架底部形成接线端子，形成灯珠的正负极，所述的SMD支架设有封装所有LED芯片的荧光粉涂层。
所述LED光源模组包括LED灯珠和贴片电路设计的铝基板，所述LED灯珠以M×N矩阵形式焊接于铝基板电路上(其中M,N≥1)。
所述LED光源模组采用LED驱动电源输出的恒流源进行驱动，对输出电流进行设定和控制，灯珠采用小电流工作，降低至LED芯片额定电流的78％以下进行使用，能有效提高LED光源转换效率,实现低发热高光效，同时还获得节能与高寿命的效果。
对于本领域的技术人员来说，可根据以上描述的技术方案以及构思，做出其它各种相应的改变以及形变，而所有的这些改变以及形变都应该属于本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种提高电光转换效率的LED灯珠封装方式，其特征在于，包括以下步骤：
S1、以氮化镓材料作为LED灯珠光源材料制作LED芯片；
S2、根据贴片光源支架，选择合适的功率和数量的LED芯片；
S3、将LED芯片以A行B列的矩阵方式布置在所述贴片光源支架上；其中A≥1且B≥1；
S4、将每行内的LED芯片利用金线焊接串联；
S5、将步骤S4中串联后的每一行利用焊接进行并联；
S6、引出每个LED芯片的正负极至贴片光源支架外；
S7、对贴片光源支架上的所有LED芯片封装荧光粉涂层得到LED灯珠。
2.根据权利要求1所述提高电光转换效率的LED灯珠封装方式，其特征在于，所述的贴片光源支架是SMD支架。
3.根据权利要求1所述提高电光转换效率的LED灯珠封装方式，其特征在于，所述的LED灯珠接入小于其额定工作电流的驱动电路中。
4.根据权利要求3所述提高电光转换效率的LED灯珠封装方式，其特征在于，所述驱动电路输出的电流低于LED芯片额定工作电流的78％以下。
5.根据权利要求1所述提高电光转换效率的LED灯珠封装方式，其特征在于，步骤S6中，引出每个LED芯片的正负极至贴片光源支架背面。
6.根据权利要求1所述提高电光转换效率的LED灯珠封装方式，其特征在于，所述的LED芯片表面采用荧光粉材料进行涂层。
7.一种提高电光转换效率的LED电路结构，其特征在于，利用权利要求1至6任一所述LED灯珠封装方式生产的LED灯珠，将所述LED灯珠以M行N列的矩阵方式焊接于铝基板电路上；每一行的LED灯珠串联，串联后的LED灯珠再并联设置；其中M≥1且N≥1；将LED灯珠阵列连接至一驱动电路，使得所述驱动电路输出在每一LED灯珠中的电流低于每一LED灯珠额定工作电流。
8.根据权利要求7所述提高电光转换效率的LED电路结构，其特征在于，所述驱动电路输出在每一LED灯珠中的电流低于每一LED芯片额定工作电流78％以下。
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