CN201680214U - 一种使用交流电的发光器件 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种使用交流电的发光器件，包括至少一LED芯片和交流驱动电路芯片，交流驱动电路芯片包括一衬底和集成在衬底上的整流电路。LED芯片倒装在交流驱动电路芯片的衬底上，并与整流电路电连接，交流驱动电路芯片将交流电转换为直流电以提供给LED芯片。本实用新型的发光器件可直接接入交流电中使用而不需要任何外置集成电路器件或电子零件，节省了组装空间，提高了使用的灵活性，同时提高了发光区域的使用效率。
Description
技术领域
本实用新型属于发光器件的制造领域，涉及一种发光器件的结构，尤其是涉及一种能够直接使用交流电的发光器件。
背景技术
发光二极管(LED)光源具有高效率、长寿命、不含Hg等有害物质的优点。随着LED技术的迅猛发展，LED的亮度、寿命等性能都得到了极大的提升，使得LED的应用领域越来越广泛，从路灯等室外照明到装饰灯等室内照明，均纷纷使用或更换成LED作为光源。
传统的照明电源为交流电，在交流电的一个周期中具有两个电流方向相反的半周期；而LED需要提供直流电源，因此在使用交流电源时，目前一般会采取以下几种方式来实现：
如公开号为US20100060181的美国专利申请公开了一种交流发光二极管(AC LED)具有一外置集成电路器件，包括将交流电转换为直流电的换流器和整流器，用以给LED提供直流电源。
又如授权公告号为CN201043720的中国专利公开了一种交流LED灯，该技术方案中将多种电子元件，如电阻、电容、二极管等，组成一交流-直流转换电路以及保护电路，串接在交流电源与LED之间，使得LED等能够直接接入交流电中使用。
以上两种技术方案均需要将LED配合外置的交流/直流转换器或电子元件组成的功能电路共同使用，而这些外置的器件均需占用LED光源的部分空间，还影响了LED的安装使用的灵活性。
此外，还可以将多颗LED布置成不同的连接方式再与交流电源连接。如公开号为CN101586791的中国专利申请公开的一种LED灯，其将两组电极相反的LED并联后接入交流电源中，这样，在每一单一电流方向的半个周期内，仅有其中一组的LED灯被点亮。又或者，作为这种技术方案的变形，通过在LED芯片上设计及布线，将单颗LED芯片划分成多个不同的发光区域，各区域分别进行串联或并联电连接，同样，在每一单一电流方向的半个周期内，仅有部分发光区域被点亮。在这两种技术方案中，会使得部分LED或LED芯片的部分发光区域在半个周期内被闲置，无法充分同时利用所有的LED或LED芯片的发光区域，同样影响了LED的发光区域的利用效率。
实用新型内容
本实用新型的目的在于克服现有技术中的缺点与不足，提供一种能够直接使用交流电源的高发光率的发光器件。
一种使用交流电的发光器件，其包括至少一LED芯片和一交流驱动电路芯片，该交流驱动芯片包括一衬底和集成在所述衬底上的整流电路。所述LED芯片倒装在所述交流驱动电路芯片的衬底上，并与整流电路电连接，该交流驱动电路芯片将交流电转换为直流电以提供给所述LED芯片。
所述整流电路为桥式整流电路。
进一步，所述整流电路包括在衬底上形成的第一二极管、第二二极管、第三二极管和第四二极管；一绝缘层覆盖在衬底的上表面，在各二极管的P、N极对应的绝缘层处具有接触孔；一第一金属线层设置在绝缘层的上表面，并通过接触孔分别与各二极管的P、N极电连接；第一二极管的P极与第四二极管的N极通过第一金属线层连接至衬底上的一电源连接端，第二二极管的P极与第三二极管的N极通过第一金属线层连接至衬底上的另一电源连接端；在该第一二极管和第二二极管的N极通过第一金属线层电连接形成一N型连接端；其该第三二极管和第四二极管的P极通过第一金属线层电连接形成一P型连接端，所述LED芯片的P极与N型连接端电连接，LED芯片的N极与P型连接端电连接。
进一步，在所述P型连接端和N型连接端的上表面分别设置有一金属焊垫，在二电源连接端上表面分别设置有一外接焊垫。
在所述金属焊垫的上表面设置有一凸点焊球，所述LED芯片通过该凸点焊球与所述衬底电连接。
进一步，该发光器件包括一LED芯片，该LED芯片包括多个相互独立的发光区，每个发光区具有P极和N极，并通过所述LED芯片上的第二金属线层串联或并联或混联，所述LED芯片的前端发光区的P极与衬底的N型连接端电连接，后端发光区的N极与衬底的P型连接端电连接。
或者，该发光器件包括一LED芯片，该LED芯片包括多个相互独立的发光区，每个发光区具有P极和N极，并通过所述衬底上的第一金属线层串联或并联或混联，所述LED芯片的前端发光区的P极与衬底的N型连接端电连接，后端发光区的N极与衬底的P型连接端电连接。
又或者，该发光器件包括多个相互独立的LED芯片，每个LED芯片具有P极和N极，并通过所述衬底上的第一金属线层串联或并联或混联，前端LED芯片的P极与衬底的N型连接端电连接，后端LED芯片的N极与衬底的P型连接端电连接
进一步，所述发光器件还包括一滤波电路，其集成在所述交流驱动电路芯片的衬底上，并串接在所述整流电路与交流电源之间。
所述滤波电路由相互并联的一电阻和一电容组成。
所述电阻设置在所述衬底上的绝缘层的上表面。所述电阻在所述绝缘层表面呈迂回形状。
所述电容的结构是导电层一绝缘层一导电层的三层结构，其中，所述电容底部的导电层设置在绝缘层上并与所述第一金属线层电连接，所述电容顶部的导电层通过一第三金属线层连接至与电源连接端连接的第一金属线层上。
相对于现有技术，本实用新型的LED芯片可直接接入交流电中使用而不需要任何外置的集成电路器件或者电子零件，节省了组装空间，提高了使用的灵活性，同时提高了发光区域的使用效率。
为了能更清晰的理解本实用新型，以下将结合附图说明阐述本实用新型的具体实施方式。
附图说明
图1是本实用新型使用交流电的发光器件的结构示意图。
图2是本实用新型使用交流电的发光器件第一实施例的电路示意图。
图3是本实用新型发光器件的第一实施例的剖面示意图。
图4是图3所示的发光器件的衬底的表面结构俯视图。
图5是本实用新型发光器件的第二实施例的剖面示意图。
图6是图5所示的发光器件的衬底的表面结构俯视图。
图7是本实用新型使用交流电的发光器件第三实施例的电路示意图。
图8是本实用新型发光器件的第三实施例的剖面示意图。
图9是图8所示的发光器件的衬底的表面结构俯视图。
具体实施方式
请参阅图1，其是本实用新型使用交流电的发光器件的结构示意图。该发光器件包括一LED芯片1和一交流驱动电路芯片5，其中，该交流驱动电路芯片5包括一衬底2以及集成在衬底上的整流电路3，LED芯片1倒装在该交流驱动电路芯片5上并与整流电路3电连接。该交流驱动电路芯片5的衬底2两端具有电源连接端，用以外接交流电源。该LED芯片1上具有多个相互独立的发光区101，每一个发光区101之间串联或并联连接。
实施例1
请参阅图2，其是本实用新型使用交流电的发光器件第一实施例的电路示意图。该整流电路3包括第一二极管301、第二二极管302、第三二极管303和第四二极管304。该第一二极管301与第四二极管304串联成第一支路，该第二二极管302和第三二极管303串联成第二支路，第一支路和第二支路并联形成一交流转直流的桥式整流电路。该第一支路和第二支路并联后与LED芯片1中的每一个发光区101串接。在该第一二极管301与第四二极管304之间的连接点，以及第二二极管302与第三二极管303之间的连接点分别与交流驱动电路芯片5的衬底2上的电源连接端电连接，进而外接交流电源。
请同时参阅图3和图4，其中，图3是本实用新型发光器件的第一实施例的剖面示意图，图4是图3所示的发光器件的衬底的表面结构俯视图。
该LED芯片1上划分二个发光区101a和101b，每个发光区101分别具有一P极和一N极，发光区101a的N极与发光区101b的P极相邻，它们之间通过一第二金属线层102电连接。
该整流电路3集成在该衬底2上形成该交流驱动电路芯片5。具体的，在衬底2上形成第一二极管301、第二二极管302、第三二极管303和第四二极管304。在衬底2的上表面覆盖一绝缘层202，在二极管的P、N极对应的绝缘层202处具有接触孔e，第一金属线层203设置在绝缘层202的上表面，并通过接触孔e分别与各二极管的P、N极电连接。其中，第一二极管301和第二二极管302为P-N型二极管，其N极通过第一金属线层203电连接形成一N型连接端；第三二极管303和第四二极管304为N-P型二极管，其P极通过第一金属线层203电连接形成一P型连接端。第一二极管301的P极与第四二极管304的N极通过第一金属线层203连接至一电源连接端，第二二极管的P极与第三二极管的N极通过第一金属线层203连接至另一电源连接端。在P型连接端和N型连接端的上表面分别设置有一金属焊垫204，在二电源连接端上表面分别设置有一外接焊垫206。在该金属焊垫204的上表面设置有一凸点焊球205。
该LED芯片1倒装在该交流驱动电路芯片5上，该LED芯片1的第一发光区的P极与衬底2的N型连接端对应的凸点焊球205连接，第二发光区的N极与衬底2的P型连接端对应的凸点焊球205连接。
以下详细说明实施例1中的使用交流电的发光器件的制作方法：
(1)在该LED芯片1上形成多个相互绝缘的发光区101，每个发光区101分别具有P极和N极。通过电子束蒸发配合光刻及腐蚀工艺的方式，形成第二金属线层102，该第二金属线层102将相邻发光区相邻的P极和N极电连接，从而使各发光区串联。其中，该第二金属线层102的材质为铝或其他金属。
(2)在衬底2上集成该整流电路3，形成该交流驱动电路芯片5，具体的步骤为：
S1：通过离子注入工艺配合光刻工艺，在材料为硅片的衬底2上分别形成第一二极管301、第二二极管302、第三二极管303和第四二极管304。
S2：在该衬底2的上表面形成一绝缘层202。该绝缘层202可以通过使用化学气相沉积管式炉，在高温条件下生长高温二氧化硅层作为绝缘层。
S3：结合光刻和腐蚀工艺，在各二极管的P、N极对应的绝缘层202处形成接触孔e。
S4：在绝缘层202的上表面形成一第一金属线层203，该第一金属线层203通过接触孔e与各二极管的P极和N极电连接。该第一金属线层203是以溅射配合光刻及剥离工艺形成，其材质为铝或其他金属。
S5：在该第一金属线层203的上表面形成金属焊垫204和外接焊垫206。
S6：在该金属焊垫204的上表面通过电镀工艺形成凸点焊球205。该凸点焊球205的材料可以是金等单一金属，也可以是多层材料或合金。
(3)将LED芯片1倒装连接在交流驱动电路芯片5的衬底2的凸点焊球205上。该倒装连接可以是加压加热后再加超声的绑定键合方法。
实施例2
请同时参阅图5和图6，其中，图5是本实用新型发光器件的第二实施例的剖面示意图，图6是图5所示的发光器件的衬底的表面结构俯视图。
实施例2的发光器件的结构与实施例1的结构大致相同，且均在衬底2上集成了相同的整流电路3，其区别仅在于：在发光二极管芯片1上的发光区101的P极和N极均通过倒装焊的方式连接到衬底2的凸点焊球205上，即相邻的二发光区101中的相邻的N极和P极分别与衬底2上表面对应位置的凸点焊球205连接，并通过衬底2上的第一金属线层203实现串联连接。
实施例2的发光器件的制作方法具体包括以下步骤：
(1)在该LED芯片1上形成多个相互绝缘的发光区101，每个发光区101分别具有P极和N极。
(2)在衬底2上集成该整流电路3，形成该交流驱动电路芯片5，具体的步骤为：
S1：通过离子注入工艺配合光刻工艺，在材料为硅片的衬底2上分别形成第一二极管301、第二二极管302、第三二极管303和第四二极管304。
S2：在该衬底2的的上表面形成一绝缘层202。该绝缘层202可以通过使用化学气相沉积管式炉，在高温条件下生长高温二氧化硅层作为绝缘层。
S3：结合光刻和腐蚀工艺，在各二极管的P、N极对应的绝缘层202处形成接触孔e。
S4：在绝缘层202的上表面形成一第一金属线层203，该第一金属线层203通过接触孔e与各二极管的P极和N极电连接。该第一金属线层203是以溅射配合光刻及剥离工艺形成，其材质为铝或其他金属。
S5：在该第一金属线层203的上表面形成金属焊垫204和外接焊垫206。
S6：在该金属焊垫204的上表面采用模板印刷技术形成凸点焊球205。该凸点焊球205的材料可以是铅锡膏等材料。
(3)将LED芯片1倒装连接在衬底2的凸点焊球205上。该倒装连接可以是以回流焊为主的绑定键合方法。
实施例3
请参阅图7，其是本实用新型使用交流电的发光器件第三实施例的电路示意图。该发光器件电路包括多个LED芯片103、一整流电路3和一滤波电路4。该多个LED芯片103相互串接。该滤波电路4包括相互并联的一电阻401和一电容402。该整流电路3为桥式整流电路，其结构与实施例1的整流电路的结构相同。该滤波电路4串接在整流电路3的电源输入端。该多个串联的LED芯片103串接在整流电路3的输出端。
请同时参阅图8和图9，其中，图8是本实用新型发光器件的第三实施例的剖面示意图，图9是图8所示的发光器件的衬底的表面结构俯视图。
该LED芯片103具有一个发光区，发光区具有一P极和一N极。
该整流电路3和滤波电路4一并集成在该衬底2上，形成交流驱动电路芯片6，该滤波电路4设置在整流电路3与一电源连接端之间。该整流电路3的集成电路布线与实施例2的布线结构相同。该滤波电路4的电阻401设置在该衬底2上表面的绝缘层202的上表面，可根据设定的阻值将电阻设置成迂回形状以增加其长度，从而可增大电阻401的阻值。该电阻401由多晶硅制成。该电容402的结构是导电层-绝缘层-导电层的三层结构(图未示)。其中，底部的导电层设置在绝缘层202上并与第一金属线层203电连接，该电容402顶部的导电层通过一第三金属线层207连接至与电源连接端连接的第一金属线层203上。
该多个LED芯片103倒装焊在该交流驱动电路芯片6的衬底2上，每个LED芯片103的P极和N极分别与衬底2上对应位置的凸点焊球205连接，形成图7所示的发光器件的电路回路。
实施例3的发光器件的制作方法具体包括以下步骤：
(1)制作至少一个LED芯片，每个LED芯片具有P极和N极。
(2)在衬底2上集成该整流电路3，具体的步骤为：
S1：通过离子注入工艺配合光刻工艺，在材料为硅片的衬底2上分别形成第一二极管301、第二二极管302、第三二极管303和第四二极管304。
S2：在该衬底2的的上表面形成一绝缘层202。该绝缘层202可以通过使用化学气相沉积管式炉，在高温条件下生长高温二氧化硅层作为绝缘层。
S3：结合光刻和腐蚀工艺，在各二极管的P、N极对应的绝缘层202处形成接触孔e。
S4：在绝缘层202的上表面形成一第一金属线层203，该第一金属线层203通过接触孔e与各二极管的P极和N极电连接。该第一金属线层203是以溅射配合光刻及剥离工艺形成，其材质为铝或其他金属。
S5：在该第一金属线层203的上表面形成金属焊垫204和外接焊垫206。
S6：在该金属焊垫204的上表面通过电镀工艺形成凸点焊球205。该凸点焊球205的材料可以是金等单一金属，也可以是多层材料或合金。
(3)在衬底2上集成该滤波电路4，具体的步骤为：
D1：在绝缘层202的上表面形成该电阻401。
D2：在绝缘层202的上表面形成该电容402的第一导电层，该第一导电层与衬底的第一金属线层203连接。
D3：在该电容402的第一导电层上表面形成一绝缘层。
D4：在该电容402的绝缘层上表面形成一第二导电层。
D5：在该衬底2的绝缘层202上表面以及该电容402的第二导电层上表面形成第三金属线层207，该第三金属线层207布线与电源连接端连接的第一金属线层203连接。该第三金属线层207可以通过溅射配合光刻及剥离工艺的方式形成。该第三金属线层207的材料为铝或其他金属。
(4)将LED芯片103倒装连接在衬底2的凸点焊球205上。该倒装连接可以是加压加热后再加超声的绑定键合方法。
在实施例3中，该滤波电路4的制作步骤可以在S4和S5之间完成。在衬底2集成了整流电路3以及滤波电路4之后再形成金属焊垫204、外接焊垫206和凸点焊球205。
本实用新型的各实施例中制作各集成器件的方法可交换使用。并且，本实用新型的整流电路并不限于由二极管串并联组成的桥式整流电路，还可以是其他结构的整流电路。本实用新型的交流驱动电路芯片还可集成其他形式的电路或元件，使其交流转直流的功能更加的稳定。进一步，本实用新型的各LED芯片或者一LED芯片中的各发光区不仅可以是串联，还可以是并联或同时串并联的连接方式。
相对于现有技术，本实用新型通过在衬底上集成整流电路形成一交流驱动电路芯片，然后将LED芯片直接倒装在该交流驱动电路芯片上，使得发光器件可直接接入交流电源，而不需要任何外置的集成电路器件或者电子零件，节省了组装空间，提高了使用的灵活性。进一步，本实用新型通过将LED芯片倒装焊接在衬底上，不需以打线或电路板连接等方式接驳，提高了其可靠性。此外，不论是以单颗LED芯片上的不同发光区域或者以多颗LED芯片直接与交流电连接使用，在合适的电压范围内，所有的LED芯片或发光区域在交流电源的两个电流方向下都会被点亮，充分利用了LED的所有发光区，使得其发光区域的使用效率得到了提高。
本实用新型并不局限于上述实施方式，如果对本实用新型的各种改动或变形不脱离本实用新型的精神和范围，倘若这些改动和变形属于本实用新型的权利要求和等同技术范围之内，则本实用新型也意图包含这些改动和变形。
Claims (13)
1.一种使用交流电的发光器件，其特征在于：包括：
至少一LED芯片；以及
交流驱动电路芯片，其包括一衬底和集成在所述衬底上的整流电路；
所述LED芯片倒装在所述交流驱动电路芯片的衬底上，并与整流电路电连接，该交流驱动电路芯片将交流电转换为直流电以提供给所述LED芯片。
2.根据权利要求1所述的发光器件，其特征在于：所述整流电路为桥式整流电路。
3.根据权利要求2所述的发光器件，其特征在于：所述整流电路包括在衬底上形成的第一二极管、第二二极管、第三二极管和第四二极管；一绝缘层覆盖在衬底的上表面，在各二极管的P、N极对应的绝缘层处具有接触孔；一第一金属线层设置在绝缘层的上表面，并通过接触孔分别与各二极管的P、N极电连接；第一二极管的P极与第四二极管的N极通过第一金属线层连接至衬底上的一电源连接端，第二二极管的P极与第三二极管的N极通过第一金属线层连接至衬底上的另一电源连接端；在该第一二极管和第二二极管的N极通过第一金属线层电连接形成一N型连接端；其该第三二极管和第四二极管的P极通过第一金属线层电连接形成一P型连接端，所述LED芯片的P极与N型连接端电连接，LED芯片的N极与P型连接端电连接。
4.根据权利要求3所述的发光器件，其特征在于：在所述P型连接端和N型连接端的上表面分别设置有一金属焊垫，在二电源连接端上表面分别设置有一外接焊垫。
5.根据权利要求4所述的发光器件，其特征在于：在所述金属焊垫的上表面设置有一凸点焊球，所述LED芯片通过该凸点焊球与所述衬底电连接。
6.根据权利要求3要求所述的发光器件，其特征在于：该发光器件包括一LED芯片，该LED芯片包括多个相互独立的发光区，每个发光区具有P极和N极，并通过所述LED芯片上的第二金属线层串联或并联或混联，所述LED芯片的前端发光区的P极与衬底的N型连接端电连接，后端发光区的N极与衬底的P型连接端电连接。
7.根据权利要求3所述的发光器件，其特征在于：该发光器件包括一LED芯片，该LED芯片包括多个相互独立的发光区，每个发光区具有P极和N极，并通过所述衬底上的第一金属线层串联或并联或混联，所述LED芯片的前端发光区的P极与衬底的N型连接端电连接，后端发光区的N极与衬底的P型连接端电连接。
8.根据权利要求3所述的发光器件，其特征在于：该发光器件包括多个相互独立的LED芯片，每个LED芯片具有P极和N极，并通过所述衬底上的第一金属线层串联或并联或混联，前端LED芯片的P极与衬底的N型连接端电连接，后端LED芯片的N极与衬底的P型连接端电连接。
9.根据权利要求1-8中任意一权利要求所述的发光器件，其特征在于：所述发光器件还包括一滤波电路，其集成在所述交流驱动电路芯片的衬底上，并串接在所述整流电路与交流电源之间。
10.根据权利要求9所述的发光器件，其特征在于：所述滤波电路由相互并联的一电阻和一电容组成。
11.根据权利要求10所述的发光器件，其特征在于：所述电阻设置在所述衬底上的绝缘层的上表面。
12.根据权利要求11所述的发光器件，其特征在于：所述电阻在所述绝缘层表面呈迂回形状。
13.根据权利要求10-12中任意一权利要求所述的发光器件，其特征在于：所述电容的结构是导电层-绝缘层-导电层的三层结构，其中，所述电容底部的导电层设置在绝缘层上并与所述第一金属线层电连接，所述电容顶部的导电层通过一第三金属线层连接至与电源连接端连接的第一金属线层上。
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101886759A (zh) * | 2010-05-24 | 2010-11-17 | 晶科电子（广州）有限公司 | 一种使用交流电的发光器件及其制造方法 |
| CN104994634A (zh) * | 2015-06-29 | 2015-10-21 | 宝钢金属有限公司 | 一种ac-led集成芯片 |
-
2010
- 2010-05-24 CN CN2010202131349U patent/CN201680214U/zh not_active Expired - Lifetime
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101886759A (zh) * | 2010-05-24 | 2010-11-17 | 晶科电子（广州）有限公司 | 一种使用交流电的发光器件及其制造方法 |
| CN101886759B (zh) * | 2010-05-24 | 2012-07-25 | 晶科电子（广州）有限公司 | 一种使用交流电的发光器件及其制造方法 |
| CN104994634A (zh) * | 2015-06-29 | 2015-10-21 | 宝钢金属有限公司 | 一种ac-led集成芯片 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| PE01 | Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right |
Denomination of utility model: Light emitting device using alternating current and manufacturing method thereof Effective date of registration: 20110822 Granted publication date: 20101222 Pledgee: Bank of China, Limited by Share Ltd, Guangzhou, Nansha branch Pledgor: APT (Guangzhou) Electronics Ltd. Registration number: 2011990000321 |
|
| AV01 | Patent right actively abandoned |
Granted publication date: 20101222 Effective date of abandoning: 20120725 |
|
| AV01 | Patent right actively abandoned |
Granted publication date: 20101222 Effective date of abandoning: 20120725 |
|
| PC01 | Cancellation of the registration of the contract for pledge of patent right |
Date of cancellation: 20121015 Granted publication date: 20101222 Pledgee: Bank of China, Limited by Share Ltd, Guangzhou, Nansha branch Pledgor: APT (Guangzhou) Electronics Ltd. Registration number: 2011990000321 |
|
| PLDC | Enforcement, change and cancellation of contracts on pledge of patent right or utility model |