專利名稱：交流led照明燈的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種照明用具，具體是涉及一種交流LED照明燈。
背景技術(shù)：
自1879年愛迪生實用新型電燈以來，這個偉大的創(chuàng)造將人類帶進了充滿光明和無限可能的新世紀，人造光源的出現(xiàn)已被國際科技界公認為現(xiàn)代文明社會起始的里程碑。從最早只有8小時壽命的碳絲電燈，到白熾鎢絲燈、高壓熒光激發(fā)的日光燈、利用原子譜線躍遷發(fā)光的高壓鈉燈、水銀燈、螺旋節(jié)能燈等，現(xiàn)在基于各種發(fā)光原理的照明燈具可謂種類齊全、花樣繁多。然而照明燈具的長壽命、高光量和低能耗永遠是人們不懈努力的研究方向。
集各種優(yōu)點于一身的LED(Light-emitting diode發(fā)光二極管)的出現(xiàn)，無疑昭示著一個新的固體光源時代的到來。LED是一種能夠?qū)㈦娔苻D(zhuǎn)化為可見光的半導體，它改變了白熾燈鎢絲發(fā)光與節(jié)能燈三基色粉發(fā)光的原理，而采用電場發(fā)光，具有壽命長、光效高、無輻射與低功耗等眾多優(yōu)點。LED的光譜幾乎全部集中于可見光頻段，發(fā)光效率可達80～90％；光線質(zhì)量高，基本上無輻射，屬于典型的綠色照明光源；壽命更是接近百萬小時，可靠耐用，維護費用極為低廉。
盡管LED具有以上的眾多優(yōu)勢，但它經(jīng)過了5～6年的發(fā)展至今仍未被市場及消費者所接受，進入主流照明燈具領(lǐng)域，這是因為國內(nèi)外所研發(fā)和生產(chǎn)的LED燈具特別是白光LED燈具還遠遠不能達到照明光源的要求，主要反映在1、單體功率低。據(jù)了解，目前市面上的單體LED功率一般在1W以下，僅靠單顆的LED遠遠無法達到常規(guī)亮度照明的需要，實現(xiàn)高光通量、高光效是今后LED發(fā)展過程中急需解決的技術(shù)難題。目前，提高單顆LED發(fā)光量的方案有二一是提高管芯材料的發(fā)光效率，達到在工作電流IF不變的情況下獲取更大的光通量，這是國內(nèi)外斥巨資研發(fā)的主要方向，只是目前尚路途艱巨，任重道遠；二是擴大單顆LED管芯面積，通過更多IF，從而達到更多發(fā)光的目的。但是這一方案帶來的技術(shù)問題不少，除了散熱之外，還會導致(1)光效下降，目前小功率LED單顆光效可以達到40lm/W以上，加大管芯面積擴大IF后，光效下降到25lm/W甚至低于15lm/W！并且光效下降必然發(fā)熱增加，使得散熱問題更加突出；(2)管芯面積加大，均衡電流密度更加困難，容易造成管芯局部電流過大過熱而提前衰退，使LED整體壽命大打折扣。2、驅(qū)動電路成本高，使用不便。目前照明領(lǐng)域采用最普遍的當屬普通交流照明，而現(xiàn)有采用普通交流電源(例如交流220V的市電網(wǎng)、交流110V市電網(wǎng)等)為LED供電的驅(qū)動電路方案可大致分為兩種情況一種是通過傳統(tǒng)的交流變壓、整流、串聯(lián)穩(wěn)壓等環(huán)節(jié)來獲得直流驅(qū)動；一種是采用較先進的開關(guān)電源直接產(chǎn)生所需的直流穩(wěn)壓電源。前者因為使用了變壓器、限流電阻等裝置，具有成本高，能耗大、重量重等缺點，后者應用較為普遍，雖然具有低的能耗，但結(jié)構(gòu)復雜，成本也是較高的。由于上述方案實際上都是將交流電轉(zhuǎn)化為直流后再供給LED，因此，實際上并沒有能夠直接采用交流供電的LED照明燈。
目前對LED的照明應用研究主要集中在兩個方面，一個是高穩(wěn)定性的開關(guān)電路，其目的在于為LED提供穩(wěn)定、純凈的電流。從取得的效果來看，這方面的成果已相當豐富和出色。在LED的應用之初，由于其高成本及由此帶來的小使用量(一般都是單顆或幾顆LED同時使用)，采用開關(guān)電源來提供穩(wěn)定的電流幾乎成為必須，這也是業(yè)界傾注大量人力物力進行這方面研究的原因。但實際上，隨著LED制造成本的迅速降低，使用開關(guān)電路所帶來的高成本正成為LED在照明領(lǐng)域普及和推廣的最大障礙。可以毫不夸張的講，對開關(guān)電源的一味追求已經(jīng)成為LED照明研究的一個誤區(qū)。

發(fā)明內(nèi)容本實用新型要解決的技術(shù)問題是提供一種能夠直接采用交流供電且無需復雜驅(qū)動電路的LED照明燈具。
為了解決上述技術(shù)問題，本實用新型所采取的技術(shù)方案是一種交流LED照明燈，包括交流輸入端和連接在交流輸入端之間的交流LED燈絲，所述交流LED燈絲包括并聯(lián)的至少兩組導通方向相反的發(fā)光二極管陣列。本實用新型中所稱“發(fā)光二極管陣列”的含義為由一個或者一個以上串聯(lián)的發(fā)光二極管單元構(gòu)成基本的列，一個這樣的基本的列或者一個以上這樣的基本的列相并聯(lián)構(gòu)成發(fā)光二極管陣列，同時這些不同列中的發(fā)光二極管單元之間還可以橫向連接使所述發(fā)光二極管陣列具有網(wǎng)格狀的結(jié)構(gòu)。所述發(fā)光二極管單元可以是單個的LED，也可以是具有上述陣列結(jié)構(gòu)的若干個LED的組合。在一個發(fā)光二極管陣列中可以根據(jù)需要對不同的發(fā)光二極管單元采用不同的結(jié)構(gòu)形式。
本實用新型所采取的另一種技術(shù)方案是選擇集成化的燈絲，即一種交流LED照明燈，包括交流輸入端和連接在交流輸入端之間的交流LED燈絲，所述交流LED燈絲包括并聯(lián)的至少兩列導通方向相反的串聯(lián)集成管芯，所述串聯(lián)集成管芯是在一個LED基片上以串聯(lián)的方式集成的至少兩級管芯，所述各級管芯是單顆管芯或是由多個單顆管芯經(jīng)串聯(lián)或并聯(lián)或者串并聯(lián)混合連接的方式構(gòu)成。
上述各級管芯的串聯(lián)優(yōu)選具有緊密排列正負級相貼的面接觸的結(jié)構(gòu)。
上述交流LED燈絲可以有多條，分別通過控制開關(guān)與交流輸入端相連接。所述每條交流LED燈絲中可以用同類單色LED管芯，不同的交流LED燈絲分別采用不同的顏色。
所述控制開關(guān)可以采用可控硅。
所述交流LED燈絲可以選擇紅、綠、藍三種顏色，其數(shù)量比例按照混合發(fā)光成白光進行配置。
所述交流LED燈絲也可以選擇黃、藍兩種顏色，其數(shù)量比例按照混合發(fā)光成白光進行配置。
采用上述技術(shù)方案，本實用新型有益的技術(shù)效果在于1)在交流輸入端之間直接接入至少兩列導通方向相反的交流LED燈絲，省去了現(xiàn)有電路方案中所采用的交直流整流、穩(wěn)壓、濾波等驅(qū)動電路更無需價格高昂的開關(guān)電源，只需要將工作電壓(由燈絲中所串聯(lián)的所有LED管芯的數(shù)目和其工作電壓VF來確定，可進行標準化設(shè)計，以適于不同的應用場合)相適應的交流LED燈直接連接在交流電源上就可以進行經(jīng)濟而高效的LED照明；2)采用串聯(lián)集成化燈絲結(jié)構(gòu)，能夠在LED管芯制造的掩膜階段即一次性生產(chǎn)出工作電壓、顏色等符合要求的LED燈絲，能夠大大降低生產(chǎn)設(shè)計的成本，提高產(chǎn)品可靠性；3)采用緊密排列的面接觸形式實現(xiàn)串聯(lián)，省略了連接線，不但簡化了工藝和設(shè)計，并且較線連接更可靠，損耗更小也更穩(wěn)定；4)采用控制開關(guān)分別對多條燈絲進行控制的“多端結(jié)構(gòu)”，如果均為同種單色燈絲(例如白光或紅光等)可通過控制開關(guān)調(diào)節(jié)整個燈的發(fā)光強弱，若采用不同顏色的燈絲，則可以對整體發(fā)光的色彩進行調(diào)節(jié)，更有利于靈活應用；5)對各燈絲色彩進行適當配比，能夠以極經(jīng)濟的方式得到“白光LED”，不僅繞開了他國的專利技術(shù)封鎖而且避免了熒光粉壽命低易衰減的弊病，同時由于單色管芯之間以串聯(lián)集成的方式緊密貼靠，能夠隨著觀察面遠離光源迅速達到很好的白光效果，經(jīng)濟實用。
以下結(jié)合附圖和具體實施方式
對本實用新型作進一步的詳細說明
圖1是一種單燈絲交流LED照明燈結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2是一種發(fā)光二極管陣列結(jié)構(gòu)示意圖。
圖3是一種集成化單燈絲交流LED照明燈結(jié)構(gòu)示意圖。
圖4是一種三級集成化交流型LED燈絲結(jié)構(gòu)示意圖。
圖5是一種一字形多級集成化交流型LED燈絲結(jié)構(gòu)示意圖。
圖6是一種環(huán)繞形多級集成化交流型LED燈絲結(jié)構(gòu)示意圖。
圖7是集成化交流型LED燈絲的掩膜結(jié)構(gòu)示意圖。
圖8是一種多端控制多燈絲交流LED照明燈結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施方式實施例一、一種單燈絲交流LED照明燈，結(jié)合圖1，包括交流輸入端a1、a2和連接在交流輸入端之間的交流LED燈絲，所述交流LED燈絲包括并聯(lián)的兩列導通方向相反的發(fā)光二極管列，每列發(fā)光二極管列均由若干個發(fā)光二極管串聯(lián)而成。交流輸入端a1、a2直接與交流電源AC相連接。
每個發(fā)光二極管列中串聯(lián)發(fā)光二極管的具體數(shù)目N可以根據(jù)需要達到的工作電壓ACV通過如下方式來確定，N＝Int(DCV/Vf)其中Int表示對結(jié)果取整，Vf為發(fā)光二極管的標稱電壓值，對黃、紅光發(fā)光二極管一般是1.8～2.2V，對綠、白光發(fā)光二極管一般是3.0～3.4V，DCV=ACV*2*K]]>其中，ACV可以是各國(地)市電網(wǎng)的標稱中心值，例如對中國是220V，對美國是110V；K為經(jīng)驗參數(shù)，一般取0.8，也可以通過實驗，例如增減實際串接的發(fā)光二極管數(shù)目使之正常發(fā)光，再由實驗結(jié)果和具體電壓值通過上述公式來確定。
按照本實施例中的結(jié)構(gòu)，單一的發(fā)光二極管列還可以用結(jié)構(gòu)更復雜的發(fā)光二極管陣列來取代，例如，具有圖2結(jié)構(gòu)的發(fā)光二極管陣列m列由n個發(fā)光二極管LED-j-i(1≤j≤m，1≤i≤n)串聯(lián)的列并聯(lián)在一起組成發(fā)光二極管陣列，同時不同列中的發(fā)光二極管之間具有橫向連接使所述發(fā)光二極管陣列具有網(wǎng)格狀的結(jié)構(gòu)。以此類推，發(fā)光二極管陣列還可以采用很多其他形式的結(jié)構(gòu)，只要保證能夠進行單向的導通就可以了。在設(shè)計時，要注意使所并聯(lián)的各組發(fā)光二極管陣列的工作電壓以及正反向?qū)ǖ碾娏鞔笮∠嗤蚪咏?br> 實施例二、一種集成化單燈絲交流LED照明燈，結(jié)合圖3和圖4，包括交流輸入端a1、a2和連接在交流輸入端之間的交流LED燈絲，本例中的交流LED燈絲采用三級集成化交流型LED燈絲，其結(jié)構(gòu)示意圖見圖4，包括兩列導通方向相反的串聯(lián)集成管芯，每列串聯(lián)集成管芯都由在襯底基片1上按彼此正負相接的方式緊密排列的三個發(fā)光二極管管芯2、3、4組成，各個單顆管芯單獨成為串聯(lián)集成管芯的一級，a為單顆管芯的正極，b為負極，c為發(fā)光體部分。管芯4的正極、管芯2的負極分別與襯底的正極A、負極B電氣連接。
按照本實施例中的結(jié)構(gòu)，各列串聯(lián)集成管芯還可以采用將更多的單顆管芯進行一字形或環(huán)繞形的多級串聯(lián)的結(jié)構(gòu)，如圖5、圖6所示(圖6中5為電氣連接物質(zhì))，當然也可以做其他形狀的排列。將多顆LED管芯以串聯(lián)形式裝配在/制造于一個共有的基片上，能夠獲得所需要的較高的正向電壓VF，從而在功率相當?shù)那闆r下，具有較小的正向電流IF。
此外，為了提高燈絲的整體亮度，還可以增加串聯(lián)集成管芯的列數(shù)或增大單列串聯(lián)集成管芯的面積。在設(shè)計時，要注意使所并聯(lián)的各列串聯(lián)集成管芯工作電壓以及正反向?qū)ǖ碾娏鞔笮∠嗤蚪咏?br> 串聯(lián)集成管芯的各級可以是單顆管芯，也可以由并聯(lián)的兩個或多顆單顆管芯構(gòu)成。當然也可以采用部分級以并聯(lián)結(jié)構(gòu)構(gòu)成，而部分級仍使用單顆管芯的結(jié)構(gòu)。
集成化的實現(xiàn)既可以安排在單體LED管芯生產(chǎn)好之后，將所需的若干顆單體LED管芯以多級串聯(lián)的結(jié)構(gòu)集成到一起制造出一顆等效的具有較高VF的LED集成化管芯；也可以將工藝提前到單體LED管芯生產(chǎn)過程中，例如對于單一品種的LED或者對于采用相同半導體基礎(chǔ)材料的LED，本實用新型的實現(xiàn)可以在摻雜、掩膜等前期工藝過程中就開始進行，在襯底材料上，直接掩膜生成連續(xù)的PN結(jié)結(jié)構(gòu)，這樣制作可以簡化后續(xù)工藝和成本。圖7是在作為基片的晶園上直接生成集成化交流型LED燈絲的掩膜結(jié)構(gòu)示意圖，圖7中6為生成P型材料的部分，相鄰的7為生成N型材料的部分，相鄰PN結(jié)之間的隔離帶用導電材料8填充，如此排列周而復始，形成大面積的PN結(jié)串聯(lián)形式版圖。具體的LED燈絲電路的工作電壓VF由PN結(jié)串聯(lián)級數(shù)確定，其功率則由PN結(jié)導電面積(即圖7中以虛線劃分開的各列的不同寬度)確定。由于考慮到大功率大電流會帶來散熱上的困難，而溫升又會進一步帶來IF上升，因此不同寬度的確定應當根據(jù)電流密度與工作電流IF之間的關(guān)系，充分平衡增加功率與散熱兩方面的要求。
在上述實施例中，集成管芯的數(shù)目多少可根據(jù)工作電壓的標準化要求來確定，當管芯中出現(xiàn)個別毀損時，如果是短路毀損則不影響其他管芯的正常工作，只有開路毀損的情形才會導致整體的故障，而基于LED的高可靠性和長壽命，即使在有相當高的集成度的情況下，故障幾率也是很小的。在市電網(wǎng)供電的情況下如果選用標稱值較低的交流型LED燈絲產(chǎn)品，應當配合合適的變壓器，將市電電壓轉(zhuǎn)變?yōu)楹线m的交流電壓。
實施例三、一種多端控制多燈絲交流LED照明燈，結(jié)合圖8，包括交流輸入端a1、a2和3條分別由紅R、綠G、藍B三色LED組成的交流LED燈絲，該三條燈絲分別通過可控硅控制開關(guān)與交流輸入端相連接。各單條管芯的結(jié)構(gòu)與實施例一中相同。
在實際使用中可以通過控制R、G、B三條燈絲的可控硅控制端Rc、Gc、Bc來調(diào)整整個的LED照明燈色彩、亮度等。
除了采用紅、綠、藍作為燈絲顏色的組合外，還可以采用黃、藍組合等，當然也可以全部采用同樣的單色燈絲，這樣的話控制開關(guān)控制的就是燈的整體亮度了。此外除了可以用可控硅來作燈絲的控制開關(guān)外，在某些大型LED陣列的應用中，還可以采用數(shù)字化的控制方式，通過調(diào)整脈沖信號的占空比來控制各路燈絲通斷情況。
權(quán)利要求1.一種交流LED照明燈，包括交流輸入端和連接在交流輸入端之間的交流LED燈絲，所述交流LED燈絲包括并聯(lián)的至少兩組導通方向相反的發(fā)光二極管陣列。
2.一種交流LED照明燈，包括交流輸入端和連接在交流輸入端之間的交流LED燈絲，所述交流LED燈絲包括并聯(lián)的至少兩列導通方向相反的串聯(lián)集成管芯，所述串聯(lián)集成管芯是在一個LED基片上以串聯(lián)的方式集成的至少兩級管芯，所述各級管芯是單顆管芯或是由多個單顆管芯經(jīng)串聯(lián)或并聯(lián)或者串并聯(lián)混合連接的方式構(gòu)成。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的交流LED照明燈，其特征是所述各級管芯的串聯(lián)具有緊密排列正負級相貼的面接觸的結(jié)構(gòu)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3任意一項所述的交流LED照明燈，其特征是所述交流LED燈絲有多條，分別通過控制開關(guān)與交流輸入端相連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的交流LED照明燈，其特征是所述每條交流LED燈絲中為同類單色LED管芯，不同的交流LED燈絲分別采用不同的顏色。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的交流LED照明燈，其特征是所述控制開關(guān)采用可控硅。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的交流LED照明燈，其特征是所述交流LED燈絲包括紅、綠、藍三種顏色，其數(shù)量比例按照混合發(fā)光成白光進行配置。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的交流LED照明燈，其特征是所述交流LED燈絲包括黃、藍兩種顏色，其數(shù)量比例按照混合發(fā)光成白光進行配置。
專利摘要本實用新型公開了一種交流LED照明燈，包括交流輸入端和連接在交流輸入端之間的交流LED燈絲，所述交流LED燈絲包括并聯(lián)的至少兩組導通方向相反的發(fā)光二極管陣列。所述交流LED燈絲還可以具有集成化結(jié)構(gòu)。本實用新型的優(yōu)點在于在交流輸入端之間直接接入至少兩列導通方向相反的交流LED燈絲，省去了現(xiàn)有電路方案中所采用的交直流整流、穩(wěn)壓、濾波等驅(qū)動電路更無需價格高昂的開關(guān)電源，只需要將工作電壓(由燈絲中所串聯(lián)的所有LED管芯的數(shù)目和其工作電壓VF來確定，可進行標準化設(shè)計，以適于不同的應用場合)相適應的交流LED燈直接連接在交流電源上就可以進行經(jīng)濟而高效的LED照明。
文檔編號F21V23/00GK2783693SQ20052003343
公開日2006年5月24日 申請日期2005年3月4日 優(yōu)先權(quán)日2005年3月4日
發(fā)明者呂大明 申請人:呂大明