CN206918735U - 一种led发光灯串及多条灯串组成的阵列 - Google Patents

Abstract

一种LED发光灯串及多条灯串组成的阵列，LED发光灯串由多个内置控制IC的发光灯珠通过导线连接而成，通过对控制IC的地址码设定端的设定，每个发光灯珠具有不同的地址码，灯串控制器可以对每颗灯珠进行寻址控制。多条发光灯串组成灯串阵列，通过灯串控制板之间级联，发光灯串阵列上的每颗灯珠，均可独立地进行发光颜色控制，从而实现文字、图像或视频显示。

Description

一种LED发光灯串及多条灯串组成的阵列

所属技术领域

本实用新型属于发光二极管技术领域，涉及一种采用发光二极管制作的灯串及多条灯串组成的阵列，尤其涉及一种可以自由控制发光颜色的全彩色灯串及多条灯串组成的阵列。

背景技术

目前，发光二极管灯串在圣诞树、室内装饰、户外装饰等领域得到大量的应用。随着技术的发展，发光二极管灯串从单色向全彩色的方向发展。目前，全彩色发光二极管灯串的制作有几种方案。一种是采用红色、绿色、蓝色三种发光二极管在灯串上独立分布，并采用不同的控制线来进行控制，这种方案的优点是技术成熟，适合自动化生产，缺点是用的灯数量较多，混色的效果比较差，而且控制线的数量也至少需要4条线。另外一种方案是采用三合一的发光二极管，这种发光二极管由红(R)、绿(G)、蓝(B)三种颜色发光芯片封装在一起，有4 个引脚，分别是公共端、红色引脚、绿色引脚、蓝色引脚，这种方案同样至少需要4条控制线，其优点是用灯数量较少，混色效果比较好，但由于单灯具有4个引脚，自动化生产的难度较大，这种常规的灯串只能整串显示一种颜色，如果要灯串每个LED灯显示单独的颜色，则需要很多的控制线。实用新型CN201520605907.0公开了一种只需要2个引脚内置控制IC可控制三种发光芯片的灯珠，虽然该方案大大简化了灯串的生产难度，但依旧无法实现灯串上的每个灯能够独立控制发光颜色。

发明内容

本实用新型的目的是提供一种适合自动化批量生产，混色效果好，控制线较少的LED发光灯串及多条LED发光灯串组成的阵列。外部可以通过红外或无线遥控、蓝牙、WIFI等方式向灯串控制板发送指令，独立控制灯串上每颗发光灯珠的颜色，从而达到特定的显示效果，多条灯串组成的阵列可以显示文字、图像或视频。本实用新型解决其技术问题所采用的方案是：

一种LED发光灯串，由多颗只有2支引脚的发光灯珠组成，这种发光灯珠内置控制IC，每颗发光灯珠内控制IC设定不同的地址码。外部控制电路向整个灯串发送控制信号，每颗灯珠在接收控制信号后，识别和自身地址码相对应的信息进行显示。多条灯串通过灯串控制板组成灯串阵列，实现文字、图像或视频显示。

这种内置控制IC的发光灯珠，包括金属的正极支架、金属的负极支架、红色发光芯片、绿色发光芯片、蓝色发光芯片，具有可以由外部电路通过施加两种高低不同的电压并控制高电压或低电压的的脉冲宽度进行颜色切换的控制IC组成，该IC内部有地址码设定端，通过对地址码设定端连接不同的电平，可以实现每颗灯珠具有不同的地址码。控制IC的正极和正极支架通过金属焊线相连，负极和负极支架通过金属焊线相连；红色发光芯片、绿色发光芯片及蓝色发光芯片可以按照共阳的方式和控制IC相连接，也就是红色、绿色和蓝色发光芯片的正极和正极支架相连接，负极分别和控制IC的对应焊盘相连；也可以按照共阴的方式和控制 IC相连接，也就是红色，绿色，蓝色发光芯片的负极和负极支架相连接，红色，绿色，蓝色发光芯片的正极分别和控制IC的对应焊盘相连；红色发光芯片一般通过导电胶固定在支架上，完成底部电极和支架的连接，控制IC、绿色、蓝色发光芯片通过胶固定在支架上；正极支架、负极支架、控制IC、红色、绿色、蓝色发光芯片组件外部用环氧树脂或其它绝缘材料进行封装保护，构成一个可以由外部电路自由控制发光颜色并具有独特的地址码的发光灯珠。

其中，控制IC由电压感应电路、逻辑控制单元、振荡器、地址码设定端及多个开关管组成，外部电路可以通过向控制IC施加两种高低不同的电压并控制高电压或低电压的脉冲宽度，发送显示命令序列，从而点亮某一种或多种颜色的发光芯片，从而自由控制这种内置控制IC 的发光灯珠的发光颜色，对于地址码和自身不匹配的显示命令序列，控制IC不作出响应。

本实用新型的有益效果是，在保持发光灯珠只有正负两支引脚的结构前提下，实现了灯串上的每颗灯珠的发光颜色自由控制的效果，既充分继承两支引脚的发光二极管制造工艺成熟，生产成本低，器件安装焊接方便的优点，又能实现灯串上每颗灯珠颜色独立自由控制，使其应用场合从普通玩具、圣诞灯等对颜色控制要求不高的场合拓展到LED招牌、显示屏等对颜色控制要求较高的场合。

附图说明

下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。

图1是灯串的典型连接示意图。

图2是内置控制IC的发光灯珠的典型连接示意图。

图3是内置控制IC的发光灯珠且发光芯片为共阳连接的整体原理框图。

图4是一个电压感应电路的实现原理图。

图5是内置控制IC的发光灯珠且发光芯片为共阴连接的整体原理框图。

图6是一个由多条灯串组成的灯串阵列示意图。

图7是一个灯串控制器的原理框图。

图中1.发光灯珠，2.正极支架，3.红色发光芯片，4.绿色发光芯片，5.蓝色发光芯片， 6.控制IC，7.负极支架，61.振荡器，62.电压感应电路，63.逻辑控制单元，64.控制红色发光芯片的开关管，65.控制绿色发光芯片的开关管，66.控制蓝色发光芯片的开关管，67.地址码设定端。

具体实施方式

图1是发光灯串的一个典型连接示意图，一条发光灯串由多个内置控制IC的发光灯珠并联而成，通过对控制IC的地址码设定端的设定，每个发光灯珠具有不同的地址码，这样灯串控制器就可以对每颗灯珠进行寻址控制。在图1中，为了对每颗灯珠进行独立地控制，每颗灯珠的地址码设定端设定不同的地址。在实际应用中，每颗灯珠的地址码可以连续顺序排列，也可以随意排列，只要灯串控制器知道灯串上灯珠的地址码排列信息，就可以实现每颗灯珠独立的控制。在实现一些特殊的显示效果时，发光灯串上灯珠的地址码可以有多颗灯珠采用同样的地址码，地址码一致的灯珠将会同时受控。

灯串在制作的时候，灯珠地址码可以按照一定的顺序排列，灯串控制器同样也按照对应的地址码顺序进行控制；灯珠地址码也可以随机排列，在灯串制作完成后，灯串控制器通过一组光感应器件或CCD进行搜索反馈来获得灯串上灯珠的地址码排布并存储，从而实现对灯串上每颗灯珠的独立控制。灯串上的发光灯珠除了用并联的方式进行连接外，也可以用串联、先串联后并联、先并联后串联等多种方式连接，只要提供合适的控制电压，就可以实现对灯串的控制。

图2是本实用新型内置控制IC的发光灯珠的典型连接示意图，控制IC(6)的正极和正极支架(2)通过金属焊线相连，控制IC(6)负极和负极支架(7)通过金属焊线相连，发光芯片为共阳连接，红色发光芯片(3)，绿色发光芯片(4)，蓝色发光芯片(5)的正极和正极支架(2)相连接，负极分别和控制IC(6)的对应焊盘相连。这里，红色发光芯片(3)底部为正极，通过导电胶固定在正极支架(2)上，实现其正极和正极支架(2)的连接，控制IC(6)、绿色发光芯片(4)、蓝色发光芯片(5)通过胶固定在支架上，正极支架(2)、负极支架(7)、控制IC(6)、红色发光芯片(3)、绿色发光芯片(4)、蓝色发光芯片(5)的组件外部用环氧树脂进行封装，组成一个可以由外部电路通过施加两种高低不同的电压并控制高电压或低电压的脉冲宽度进行寻址控制的发光灯珠。

图3是内置控制IC的发光灯珠且发光芯片为共阳连接的整体原理框图，外部电路通过向正极支架(2)和负极支架(7)之间施加高低不同的两种电压，并控制高电压或低电压的脉冲宽度向控制IC(6)发送控制信息，完成对某些特定地址码的发光灯珠的发光颜色控制。为了方便后面描述，这里VL表示外部施加的低电压值，VH表示外部电路施加的高电压值。不管外部施加的电压是VL还是VH，均在控制IC(6)的工作电压范围内，控制IC(6)均能正常工作。

图3中电压感应电路(62)通过感应外部电路施加到正极支架(2)和负极支架(7)之间的电压，生成数据信号送给逻辑控制单元(63)。振荡器(61)负责为逻辑控制单元(63)提供时钟信号，图4是电压感应电路(62)的一个实施例，这里假设反相器U1，U2的翻转阈值电压为Vt。外部施加的VL电压接近D1，D2的正向压降，当外部施加的电压为VL时，R1上的电压接近0V，远小于Vt，U1输出高电平，从而U2输出低电平。当外部施加电压VH时，VH大于D1、D2的正向电压和Vt之和，这样，外部施加的电压为VH时，R1上的电压要大于Vt，U1输出低电平，从而U2 输出高电平。这样，电压感应电路(62)通过感应外部电路施加到正极支架(2)和负极支架(7) 之间的电压，完成数据信号的产生。

图3中的地址码设定端(67)用来设定灯珠的地址码，设定地址码设定端(67)的电平有多种方式可以实现。第一种方式是在集成电路制造时，直接用导体层进行高低电平的连接；第二种方式是做成焊盘引出，在LED封装时用导线进行连接；第三种方式是可以做成熔丝的结构，在LED封装之前对控制IC(6)进行烧写编程；还有一种方式是做成EPROM或EEPROM的结构，在LED 封装之前或之后进行写入编程。不管通过哪种方式，目的是对地址码设定端(67)进行不同的电平连接，从而实现不同灯珠具有不同的地址码。

图3中逻辑控制单元(63)在时钟的作用下，对电压感应电路(62)送来的数据信号进行解码生成命令序列。逻辑控制单元(63)对命令序列中的地址码部分与控制IC(6)自身的地址码设定端(67)电平进行比较，如果地址码匹配的话就按照和外部灯串控制器约定的时序，在若干个时钟后，向红色发光芯片的开关管(64)、绿色发光芯片的开关管(65)、蓝色发光芯片的开关管(66)的输入端发送特定的控制电平，从而决定发光灯珠处于关闭显示或显示某种颜色状态。命令序列的编码和解码方法可以有多种方式，只需要外部灯串控制器和控制IC(6) 内部的逻辑控制单元(63)定义一致即可。命令序列的编码方法可以采用普通的异步串行数据格式，也可以借鉴红外遥控的信号编码格式进行定义。为了便于同时控制多颗灯珠，可以指定某个地址码为广播地址码，所有地址码的灯珠均作出响应；也可以在命令序列中加入地址屏蔽位，屏蔽地址码中的某些位，使灯串控制器可以用一个命令序列控制多颗不同地址码的灯珠。

图5是发光芯片为共阴连接的整体原理框图，其原理和图3类似，只需要逻辑控制单元(63) 根据红色发光芯片的开关管(64)、绿色发光芯片的开关管(65)、蓝色发光芯片的开关管(66) 的类型不同，调整输出信号的极性。

在典型实施例中，发光芯片为红色，绿色，蓝色三种，这是最通常的配置，在一些特定的应用场合，可以只安装一种或两种发光芯片，同样可以实现灯串上每颗灯的亮度或颜色独立控制，从而达到特定的显示效果。发光灯珠(1)中的的红色，绿色，蓝色芯片中的一种或多种发光芯片替换成某个特定的颜色如白色或黄色的发光芯片，同样可以实现灯串上每颗灯的亮度或颜色独立控制。另外在一些应用场合，可以将控制IC(6)的颜色通道在三个通道的基础上增加一个或多个，用来单独地显示某种颜色的图像，如暖白或紫色等。

另外，为了提升显示的灰度表现效果，可以在控制IC(6)内部增加PWM调制电路，发光芯片的发光亮度表现直接由控制IC(6)来实现，灯串的控制器只负责发送每种颜色的灰度值。另外灯串控制器除了通过命令序列向控制IC(6)发送特定颜色的控制信号外，也可以向控制IC(6) 发送诸如显示随机颜色等命令指令，以进一步降低灯串控制器的控制压力。

图6是一个由多条灯串组成的灯串阵列，由电源、多个灯串控制器、多条灯串组成。每一条灯串上的每个灯珠具有不同的地址码，通过多个灯串控制器之间的级联，可以精确地控制整个灯串阵列中每颗灯珠的发光颜色和亮度，从而实现文字、图像或视频显示。在实际实施中，可以将灯珠用比较小的外形封装，导线用很细的线，将电源和灯串控制器安装在边框的位置，可以在实现图像显示的同时，整个灯串阵列具有很好的通透性，从而实现透明显示屏的效果。多个级联的灯串控制器在具体实现的时候也可以做到一个PCB板上，做成一个多路的灯串控制器。

图7是一个灯串控制器的原理框图，单片机通过红外接收电路接收外部指令信息，通过输出端口向灯串发送控制信号，在Q1导通时，送给灯串的电压VH接近VDD，在Q1关闭时，灯串的两端电压VL为R2、R3构成的分压电路在R2上的电压值，该数值接近VDD*(R2/(R2+R3))。通过调整R2、R3的阻值及VDD电压即可为灯串提供一个合适的VL、VH电压。图中R2或R3也可以用齐纳二极管来替代构成分压电路。除了通过红外接收电路向单片机发送指令信息外，也可以通过无线遥控接收电路、蓝牙模块、WIFI接收模块等向单片机发送指令信息，使用者也可以通过手机上的APP程序和灯串控制器进行连接发送指令信息。对于需要级联的灯串控制板，可以增加级联输入端和级联输出端，可以通过串口或其他端口进行级联。另外，为了和目前常规的4个引脚单线入单线出的点控灯珠在信号上兼容，灯串控制板也可以模拟成N颗4个引脚单线入单线出的点控灯珠的信号格式，当收取到M颗灯珠的控制信息时，在截取N颗灯珠的信号信息后，向后一级控制板转发余下的M-N颗灯珠的信息。

Claims (4)

1.一种发光灯串，由多颗内置控制IC的2支引脚的发光灯珠通过导线连接而成，其特征是：灯串上的2支引脚的发光灯珠，由引脚框架、发光芯片、控制IC通过导线或导电胶连接并用环氧树脂或硅胶保护而成，灯串上的多颗灯珠通过其内部的控制IC的地址码设定端的不同设定，具有多个不同的地址码。

2.根据权利要求1所述的发光灯串，其特征是：灯串上的灯珠内部的控制IC由振荡器，电压感应电路，地址码设定端，逻辑控制单元及输出开关管组成。

3.一种发光灯串阵列，由电源电路、灯串控制器、以及多条灯串组成，其特征是灯串上的2支引脚的发光灯珠，由引脚框架、发光芯片、控制IC通过导线或导电胶连接并用环氧树脂或硅胶保护而成，灯串上的多颗灯珠通过其内部的控制IC的地址码设定端的不同设定，具有多个不同的地址码。

4.根据权利要求3所述的发光灯串阵列，其特征是：灯串阵列上的灯珠内部的控制IC由振荡器，电压感应电路，地址码设定端，逻辑控制单元及输出开关管组成。