CN1873974A - 具有二极管保护电路的发光二极管装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种发光二极管(LED)装置，包括一可将电能转换为电磁波的发光二极管，一组导线架将发光二极管电连接至外接电源，及一组含多个齐纳二极管并且其中至少有一组为背对背或面对面耦合，该组齐纳二极管以金线或铝线电连接至导线架并与发光二极管并联。本发明除具有静电保护功能外，同时能进行反向电压测试以筛选掉有潜在问题的产品，并可同时使该发光二极管装置有过电压保护，在严苛的环境中仍能维持其寿命与质量。

Description

具有二极管保护电路的发光二极管装置
技术领域
本发明涉及一种发光二极管装置，尤其涉及一种具有二极管保护电路的发光二极管装置。
背景技术
传统的发光二极管装置如图1所示，将发光二极管芯片100置于一金属导线架上，并使用金线或铝线使其电连接至金属导线架的正极131及负极132上，形成电性通路，该金属导线架部份被塑料壳所包覆而形成一固晶区与反射板110，反射板再覆盖以透光性良好的环氧树脂150。有时为提供较佳的发光二极管芯片保护或光学功能而在发光二极管上先覆盖以硅胶(Silicone)甚至可在硅胶或环氧树脂内混以荧光粉配合蓝色发光二极管芯片以产生白光，此装置已被广泛使用于手机屏幕背光源。
另一被广泛使用于手机按键背光源的发光二极管装置，如图2所示，将发光二极管芯片100置于印刷线路板120上，并用金线或铝线160使该发光二极管芯片的电极与印刷线路板的正负极130电连接，外面再覆以透光性良好的环氧树脂150，也可以在环氧树脂内添加荧光粉以产生白光。
此二种装置的缺点为缺乏静电防护装置，由于蓝光LED添加荧光粉来产生白光已被逐渐广泛地应用在各种光源，然而其对静电的承受能力远低于其它LED，所以很容易被环境静电所毁损，如此则会大大地限制此种半导体光源的寿命及其可应用的范围。
近来由于静电可能造成发光二极管芯片损坏的现象在InGaN发光二极管芯片被大量使用后成为一重要课题，开始有使用齐纳二极管(Zenerdiodes)来作为发光二极管装置的静电防护，如图3所示，该设计为在图1所示的发光二极管装置技术上的改进，于金属导线架的一极上外加一齐纳二极管140并使用导电胶将其底部电连接至导线架，并以金线或铝线160将齐纳二极管电连接至导线架的另一极，此装置可提供该发光二极管芯片一静电防护回路，将环境的静电透过齐纳二极管导至发光二极管装置外，可保护发光二极管芯片不被静电所损坏。图4为在图2所示的发光二极管装置技术上的改进，以并联一反向齐纳二极管140来作为其静电保护的装置实例。
此种使用一齐纳二极管芯片与发光二极管芯片并联的静电保护装置虽然可以提供此装置的静电保护效果，但是其缺点为无法对该被保护的发光二极管芯片进行反向电压测试。由于发光二极管芯片的反向电压测试一直以来是发光二极管装置的标准测试项目，其目的在于利用此测试筛选出有瑕疵的发光二极管芯片，一般而言，反向电流过高的发光二极管芯片显示其芯片可能有潜在的缺陷，将使芯片的寿命大幅降低，剔除反向电流过高的产品，可以有效提高产品的可靠度。此装置的执行将使在对该发光二极管装置实施反向电压测试时，齐纳二极管被导通而无法测得该发光二极管芯片的反向电流，如此将无法有效筛选有潜在问题的发光二极管芯片，使产品可靠度大幅下降。
也有其它现有技术采用多于一颗齐纳二极管的静电保护装置，如美国专利US6642550将两颗背对背齐纳二极管设计于发光二极管芯片的载体上，然而此专利的目的为减少一条焊线，并未考虑如何挑选齐纳二极管使其满足对发光二极管芯片反向电流测试的问题，也未考虑挑选齐纳二极管作为对发光二极管芯片过电压保护使用，因为某些电路设计可能在电源开关瞬间有产生突波的可能性，所以当线路瞬间突波电压高于该发光二极管芯片的极限时有可能损害该发光二极管芯片。另外，将齐纳二极管设计于发光二极管芯片的载体上，只可用于具有覆晶设计的发光二极管芯片，对于电极位于芯片正面的发光二极管芯片则无法使用，同时此载体亦将增加额外的成本。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种发光二极管装置，该装置除具有静电保护功能外，同时能进行反向电压测试以筛选掉有潜在问题的产品，并可同时有过电压保护，使该装置在严苛的环境中仍能维持寿命与质量。
为解决上述技术问题，本发明一种发光二极管装置，包括：一发光二极管芯片或发光二极管芯片组，所述的发光二极管芯片组为多个串连或并联或混联的发光二极管芯片，其正极以焊线、焊接或导电胶黏着方式与第一导线架连接，其负极亦以焊线、焊接或导电胶黏着方式与第二导线架连接，第一导线架及第二导线架最终可与电源的正极及负极连接以提供该发光二极管芯片发光所需的电源供应。该发光二极管芯片或发光二极管芯片组同时与一组含多个齐纳二极管所串接的保护电路并联，该齐纳二极管组包含至少有一反向串接及至少有一正向串接的齐纳二极管。其中，该齐纳二极管组内所有与该发光二极管芯片或发光二极管芯片组反向的齐纳二极管击穿电压的总和须高于该发光二极管芯片或发光二极管芯片组的操作电压，且该齐纳二极管组内所有与该发光二极管芯片或发光二极管芯片组同向的齐纳二极管击穿电压的总和须高于该发光二极管芯片或发光二极管芯片组反向电压测试时所需电压值，并低于该发光二极管芯片或发光二极管芯片组的反向可承受电压。
本发明所制作的发光二极管装置可于正向工作电压下正常点亮该发光二极管，而且进行一般标准程序对该发光二极管芯片或发光二极管芯片组进行反向电压测试时，由于与发光二极管芯片或发光二极管芯片组同向的齐纳二极管击穿电压的总和高于该发光二极管芯片或发光二极管芯片组逆反向电压所需电压值，所以可以正确筛选反向电流过高的潜在问题芯片，但当瞬间反向电压过高时，将导通与该发光二极管芯片或发光二极管芯片组同向的齐纳二极管，而达到反向电压的保护功能。由于反向静电压是发光二极管芯片静电损坏的主要原因，所以本发明亦可保护该发光二极管芯片或发光二极管芯片组免于受环境静电破坏。
本发明进一步的设计是选用该齐纳二极管组内所有与该发光二极管芯片或发光二极管芯片组反向的齐纳二极管击穿电压的总和低于该发光二极管芯片或发光二极管芯片组的正向最大可承受电压，当电路产生正向突波电压或正向静电压时，若该电压过高可能损坏该发光二极管芯片或发光二极管芯片组时，将使与该发光二极管芯片或发光二极管芯片组反向的齐纳二极管导通，达到正向电压的保护功能。
本发明更进一步的应用为，若将上述齐纳二极管全部或部分改为另一与上述发光二极管芯片相异波长的发光二极管芯片，则当保护线路工作时本发光二极管装置将发出与正常工作相异的光色，可作为电路异常时警告的用途。
和现有技术相比，本发明具有以下有益效果：本发明具有高度自我保护功能，可于产品生产流程、组装流程及终端应用产品的使用生命周期内都发挥其对该发光二极管装置的保护作用，无论是环境的静电或电路产生的突波都不至对该发光二极管装置造成破坏，具有静电保护和过电压保护功能，以生产高质量的发光二极管装置，并达到高性能、高信赖度光源的需要。此外，本发明还可作为电路异常时警告的用途。
附图说明
图1是现有技术的一种应用于手机LCD背光源的发光二极管装置；
图2是现有技术的一种应用于手机按键背光源的发光二极管装置；
图3是现有技术的防静电设计应用于手机LCD背光源的发光二极管装置；
图4是现有技术的防静电设计应用于手机按键背光源的发光二极管装置；
图5是本发明的防静电设计应用于手机LCD背光源的发光二极管装置的一种实施例；
图6是图5所示发光二极管装置的反向电压电流图；
图7是本发明的防静电设计应用于一种高功率发光二极管装置的一种实施例；
图8是图7的等效电路图；
图9是本发明的防静电设计应用于另一种高功率发光二极管装置的一种实施例及其等效电路图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细的说明。实施例中的发光二极管芯片100可以用发光二极管芯片组替代。
实施例一：
图5为在图1及图3所示的发光二极管装置技术上的改进。如图5所示，一蓝色发光二极管芯片100固着于金属导线架上，该金属导线架有一塑料形成的反射板110及固晶区，以金线或铝线160焊接方式将芯片的正极与金属导线架的正极131相连，以同样方式将芯片的负极与金属导线架的负极132相连。在正极金属导线架上以银胶固着一P型齐纳二极管芯片141，其击穿电压为6V；在负极金属导线架上亦以银胶固着另一P型齐纳二极管芯片142，其击穿电压为12V。并以金线或铝线160焊接方式连接此二P型齐纳二极管芯片的焊垫，塑料壳内覆盖以含荧光粉的硅胶，即可形成一白光二极管装置。
图6为LED芯片及该齐纳二极管芯片的反向电压电流图，由图可知，当我们进行LED芯片的反向电压测试时，其电压为10伏特，此时由于其电压低于齐纳二极管的击穿电压，所以我们可测得该LED芯片的正确反向电流值，虽然此时该齐纳二极管有些许漏电流，但是其值相对LED芯片漏电流规格10uA可被忽略，但是当反向电压因电源异常或静电因素而高于该LED芯片可承受值(假设为17伏特)时，齐纳二极管会导通而产生保护效果。
实施例二：
如图7所示，一含正极导线131及负极导线132的金属导线架以塑料壳115包覆，并露出一固晶区及打线区，一发光二极管芯片100以覆晶方式固着于一印刷电路板、陶瓷材料电路板、硅基板、或其组合的载体170上，该载体上设有线路以连接芯片的正负极，再以导热胶黏着于一金属散热体180，该金属散热体被上述塑料壳所包覆但底部露出，以金线或铝线160焊接方式将载体的正极与金属导线架的正极相连，以同样方式将载体的负极与金属导线架的负极相连；在载体的正极线路上另以银胶固着另一P型齐纳二极管芯片141，其击穿电压为6V，另在金属导线架的正极上以银胶固着一P型齐纳二极管芯片143，并以金线或铝线焊接方式连接此P型齐纳二极管芯片的焊垫至载体正极线路上的P型齐纳二极管芯片的焊垫；在载体的负极线路上亦以银胶固着一N型齐纳二极管芯片144，其击穿电压为6V，并以金线或铝线焊接方式连接此N型齐纳二极管芯片的焊垫至金属导线架的负极；芯片上方以硅胶(Silicone)覆盖再设一透明塑料壳190于最外层，如此即形成一发光二极管装置。
图8为LED芯片及该齐纳二极管芯片的电路示意图，由图可知，当我们进行LED芯片的反向电压测试时，其电压为10伏特，此时由于其电压低于两颗与发光二极管电极性同向的齐纳二极管的击穿电压总合(12V)，所以我们可对该LED芯片进行反向电压测试，当反向电压因电源异常或静电因素而高于该LED芯片可承受值(假设为17伏特)时，此二齐纳二极管会导通而产生保护效果。
实施例三：
如图9所示，一白色发光二极管装置含一组正负极金属导线架130，一铜金属所形成的散热导体180，塑料壳115包覆此二金属导线架电极及散热导体并形成一固晶区，且该散热导体的底部露出于该塑料壳外。一发光二极管蓝色芯片100固着于该散热导体上并以金线或铝线焊接该蓝色芯片的正负极焊垫至正负极金属导线架上，在该散热体上同时以银胶固着一击穿电压为5伏特的N型齐纳二极管145与一N型红色发光二极管146，以金线或铝线焊接方式连接该红色发光二极管芯片的焊垫至正极金属导线架，并以同样方式连接齐钠二极管芯片的焊垫至负极金属导线架。如此当反向电压因静电或其它原因高于6伏特时，该保护线路会导通，同时红色二极管芯片将被点亮显示警告讯息。

Claims (8)

1、一种发光二极管装置，包括：
一发光二极管芯片或发光二极管芯片组，具有两电极；
一组金属导线架，至少有两独立区域，分别与上述两电极连接；
其特征在于，还包括：
一组与所述发光二极管芯片或发光二极管芯片组并联的保护线路，该线路包含有两个以上串联的二极管，其中包含至少有一与所述发光二极管芯片或发光二极管芯片组电极性为同向的二极管及至少有一与所述发光二极管芯片或发光二极管芯片组电极性为反向的二极管；
所述保护线路的所有与上述发光二极管芯片或发光二极管芯片组电极性反向的二极管击穿电压的总和高于所述发光二极管芯片或发光二极管芯片组的正向工作电压；
所述保护线路的所有与上述发光二极管芯片或发光二极管芯片组电极性同向的二极管击穿电压的总和高于所述发光二极管芯片或发光二极管芯片组所需的反向测试电压，并低于所述发光二极管芯片或发光二极管芯片组的可承受最大反向电压。
2、根据权利要求1所述的发光二极管装置，其特征在于，所述发光二极管芯片组为多个串连或并联或混联的发光二极管芯片。
3、根据权利要求1所述的发光二极管装置，其特征在于，所述保护线路的所有与上述发光二极管芯片或发光二极管芯片组电极性反向的二极管击穿电压的总和低于所述发光二极管芯片或发光二极管芯片组的可承受最大正向电压。
4、根据权利要求1所述的发光二极管装置，其特征在于，所述保护线路的二极管为齐纳二极管或发光二极管或其组合。
5、根据权利要求1所述的发光二极管装置，其特征在于，所述发光二极管芯片或发光二极管芯片组固装于一印刷电路板、陶瓷材料、硅基板或其组合的载体上，该载体以焊线、焊接或黏着方式与导线架电连接。
6、根据权利要求1所述的发光二极管装置，其特征在于，所述发光二极管芯片或发光二极管芯片组固装于所述的金属导线架上。
7、根据权利要求5所述的发光二极管装置，其特征在于，所述的载体固装于一独立的下方裸露的金属散热体。
8、根据权利要求1所述的发光二极管装置，其特征在于，所述发光二极管芯片或发光二极管芯片组固装于一独立的下方裸露的金属散热体，并将芯片的两个电极分别与所述的金属导线架焊接连接。
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