利用区段式LEDs来补偿个别区段式LED在光输出上的制造工艺差异的光源制造技术

本发明专利技术提供一种光源及其制作方法。该光源(20)含有多个区段式LEDs(21)并联至一电力汇流排与一控制器(22)。该电力汇流排接受不同数目的区段式LEDs(21)。该控制器(21)接收交流电力并在该电力汇流排上提供一电力信号。每一该区段式LED(21)的特征在于其驱动电压值会大于与该区段式LED相同材料体是所制作出的传统LED的驱动电压的三倍。该光源(20)的所述区段式LEDs(21)的数目选成可补偿制造工艺差异所导致在个别区段式LEDs(21)光输出上的差异。在发明专利技术的另一态样中，连接至该电力汇流排的区段式LEDs(21)的数目在该光源组装后可以变更。

【技术实现步骤摘要】
【专利说明】利用区段式LEDs来补偿个别区段式LED在光输出上的制造工艺差异的光源本申请是申请日为2010年01月26日，申请号为201080007439.7，专利技术名称为“利用区段式LEDs来补偿个别区段式LED在光输出上的制造工艺差异的光源”的专利申请的分案申请。
本专利技术与一种光源及其制作方法有关。具体而言，其是关于一种含有多个区段式LEDs并联至电力汇流排与控制器的光源及其制作方法。
技术介绍
发光二极管(Light emitting d1des, LEDs)是一种可以将电能转换成光的重要固态元件类型。这些元件上的改良已使其被用在那些设计来取代传统白炽光源与萤光光源的灯具中。LED具有极长的寿命，在某些情况下，其将电能转换成光的效率也较传统光源高的多。为了本文讨论的目的，文中的LED会被视为具有三层结构，其为一主动层(activelayer)夹在其他的两层之间。当来自外层的空穴与电子在该主动层中结合时该主动层会发出光线。这些空穴与电子是藉由将该LED通以电流而生成。该LED是透过位在顶层上的一电极来供能以及一接触来提供与底层的电性连接。LEDs的成本与能量转换效率是为判定此种新技术将取代传统光源并被用在高能应用中比例的重要因素。一个LED的转换效率被定义成该LED所发出位于光谱中所欲光波段的光能与光源所耗费的电力之间的比例。该所耗费的电力取决于LED的转换效率以及那些可直接用来将交流电(AC)转为直流电(DC)供予LED晶粒电能的电路系统。未转换成光离开LED的电力会被转换成热能而使得LED的温度上升。散热问题常常会使得LED得以运作的电力层级受到限制。此外，LED的转换效率会随电流的增加而减少。因此当LED为了增加其整体光输出量而增加电流时，其电能转换效率亦会跟着降低。再者，LED的寿命亦会因为在高电流环境下运作而减少。单一的LED光源在许多应用中并不能够生成足以取代传统光源的光。一般而言，在可接受的能量转换效率下，LED每单位区域实际上所能生成的光有其限制在。此限制是由于LED的散热以及其材料体系的电能转换效率。因此为了提供较高强度的单一 LED光源，势必采用面积较大的LED芯片(或晶粒)；然而，制作LED所用的制造工艺会使单一 LED芯片的大小受到限制。当芯片的尺寸增加时，芯片的良率会下降。因此，一旦芯片尺寸超过预定的大小时，每个LED的成本增加的速度会超过其光输出增加的速度。故此，在许多应用中，LED式的光源必须采用多个LEDs来提供所欲的光输出值。举例言之，要取代传统照明应用中所使用的100瓦白炽灯泡约需要25个大小为1_2(平方毫米)的LED。其所需数量会视所欲的色温(color temperature)以及LED芯片的实际大小而变。再者，光源一般会含有电源供应器来将115V或240V的交流电力转换成适合用来驱动LED的直流电平。这类电源供应器的转换效率在价格上具有竞争力的商品中通常仅为80%或更低，此现象亦降低了光源整体的电转光转换效率。为了要提供最大的能量转换效率，电源供应器的输出应该要接近交流电源的峰值电压，且要将光源中经由多种导体传送的电流降到最低以避免这些导体中的电阻损耗。典型的氮化镓(GaN)LED需要约3.2-3.6V的驱动电压。因此从能量转换的观点来看，前文所述的25个LEDs光源会建构成一个单一的LED串，其25个LEDs是以串联方式与来自电源供应器约80伏特的输出电压串联在一起。然而除了电转光转换效率外，还有如光源的成本暨可靠性等因素需加以考量。从可靠性的观点来看，单一的串联式LEDs串会是最差的选择。一般来说，LEDs比较可能会因为开路(open)而非短路(short)而失效。举例言之，如LED中连接接垫与外部电路的打线(wire-bond)失效。故此，串联式LED串中如果有单个LED故障将会导致整个光源毁灭性的失效。从可靠性的观点来看，在LED的故障机制主因是开路因素的前提下，其内部的LED以并联方式连接的光源会是最佳的。假使今有单个LED故障而一恒定的电流源被用来驱动并联式LEDs，则经过其他LEDs的电流会稍微增加，因此这些其他的LEDs会一起补偿因其中的一个LED故障所造成的光能损失。可惜的是从能量供应效率的观点来看，这类设置的效率并不好，且需要具有能够处理大电流又不会造成显著传输成本的导体。除了可靠性与能量转换效率，设计者必须要提供可适用于各个LEDs间光生成效率的差异的设计。LEDs是在晶圆上制造的，其整片晶圆以及晶圆与晶圆之间一定会有些许程度上的不均。如此，对商业上可用的LEDs而言，其LED与LED之间所生成的光量会有显著的差异。最终光源的光输出所能允许的差异是由要使其所有光源生成等量的光并具有相同外观的需求而定。一般而言，如果不进行一些LEDs分类动作来使彼此间的差异变小，这些LEDs间光输出的差异会大到无法满足光源制造商的需求。但这些分类流程会增加光源的成本。此外，许多的光源不能采用那些强度未落在制造时LEDs的强度分布范围内的LEDs。如此，未在目标范围内的LEDs的市场较小，其复又增加了位于所欲范围内的LEDs的成本以及减少了该范围外的LEDs的价值。平衡LED可靠性与其供能效率之间的固有问题可透过建构具有多个组成式光源(component light source)并联在一起的光源而获得解决。该每个组成式光源是由多个LEDs串联在一起而组成，因此其所使用的驱动电压比个别的LED大的多。举例而言，典型的氮化镓系LED需要约3.2伏特的驱动电压与0.35安培的电流。要提供约2000流明(lumen)的光源需要驱动25个这类的LEDs。该光源可以并联五个上述的组成式光源的方式来建构，其每个组成式光源是由五个串联的LEDs所组成。因此其驱动电压会改善约5?16伏特。假如其中一个LED因开路而故障，剩余的4个组成式光源仍然可作用，因此光源可以持续运作，尽管是在较低的亮度下运作。然而由于这些剩余的LEDs必须让原本要通过该开路的组成式光源的电流通过，故这些LEDs会被超载20%。如此这些剩余LEDs的寿命会明显减短许多。不幸的是，此设计并未使业界中只采用LED生产线中的一子生产线来制作所有给定的最终光源的作法需求减少。
技术实现思路
本专利技术包含一种光源及其制作方法。该光源含有多个区段式LEDs (segmentedLEDs)以并联方式连接到一电力汇流排与一控制器。该电力汇流排接受不同数目的所述区段式LEDs，其数目选成可提供光源预定的光输出量。该控制器接收交流电力并在该电力汇流排上提供一电力信号。在本专利技术一态样中，每个该区段式LED的特征在于其驱动电压值会大于与所述区段式LEDs相同材料体系中所制作出的传统LED的驱动电压的三倍。该光源中所述区段式LEDs的数目选成可补偿制造工艺差异所导致在个别区段式LEDs光输出上的差异。在专利技术的另一态样中，连接至该电力汇流排的所述区段式LEDs的数目在该光源组装后可以变更。本专利技术还提供一种制作具有大致相同的目标输出强度的多个光源的方法，所述方法包括:根据每一区段式LED所测量出的光强度将所述区段式LEDs分类成群组，每一所述群组的特征在于其平均光源强度与所述群组中光强度的分布；制作具有所述目标输本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种制作具有大致相同的目标输出强度的多个光源的方法，其特征在于，所述方法包括：根据每一区段式LED所测量出的光强度将所述区段式LEDs分类成群组，每一所述群组的特征在于其平均光源强度与所述群组中光强度的分布；制作具有所述目标输出强度的第一光源与第二光源，所述第一光源与第二光源包含：一第一基板，其具有第一电力轨与第二电力轨；一控制器，其在所述第一电力轨与第二电力轨上生成一电力信号；及来自一个所述群组的多个区段式LEDs，并联连接在所述第一电力轨与第二电力轨之间，所述区段式LEDs会生成强度大致为所述目标输出强度的一集体光输；其中所述第一光源包含多个来自与所述第二光源不同群组的区段式LEDs，且其中所述第一光源中所述区段式LEDs的数目与所述第二光源中所述区段式LEDs的数目不同。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：裘连·汉斯兰，胡欣言，史蒂芬·D·蓝斯特，
申请(专利权)人：普瑞光电股份有限公司，
类型：发明
国别省市：美国;US