一种多色LED灯珠封装结构及其控制系统的制作方法

本实用新型涉及led相关技术领域，尤其是指一种多色led灯珠封装结构及其控制系统。

背景技术：

由于led的广泛应用，使得led灯的形态各异，为了能够减小灯的体积、提高灯的集成度，越来越多的产品将驱动芯片与led发光芯片合封在一起，这样不仅可以解决外部引线的数量，也可以降低成本，提高可靠性。

目前市面上常用的驱动芯片和多色(rgb、rgbww等)的led发光芯片合封成灯珠的结构如下图16、图17所示。

上述图中的led灯珠的结构设计存在以下不足和问题：

1、由于驱动芯片的体积较大，会导致放置驱动芯片的支架平台比较大，这样会使得带驱动芯片的支架有时会超过50％以上，led发光芯片则都集中在另外一侧，这样混合后的颜色会偏离中心位置，导致从不同角度观看的时候，会出现发光颜色不一致的情况。

2、这种平面型支架的结构对于多色的led灯珠(rgb、rgbww等)，即一颗灯珠里面有多个led发光芯片，红、绿、蓝、白等颜色，由于放置位置的偏移以及多个led发光芯片都处于同一水平面，会使得多色混合不均匀，光线比较发散，聚合度不够，影响用户体验和图像表现效果。

3、这种平面支架的结构，不利于点荧光粉(点荧光粉主要是改变灯的发光颜色)，荧光粉容易外流，使得荧光粉容易与周边的led发光芯片混合在一起，导致颜色不正确，产品的成品率降低，成本升高。

技术实现要素：

本实用新型是为了克服现有技术中存在上述的不足，提供了一种发光一致性好且聚光效果好的多色led灯珠封装结构及其控制系统。

为了实现上述目的，本实用新型采用以下技术方案：

一种多色led灯珠封装结构，包括封装壳体，所述的封装壳体内设有一个主支架和至少一个副支架，所述的主支架上设有主电极板，所述的副支架上设有副电极板，所述的主电极板置于封装壳体的中心位置处，所述的副电极板置于主电极板的外侧，所述主电极板的横截面形状呈圆弧形，所述主电极板的内侧壁上设有一个驱动芯片和若干个led发光芯片，所述led发光芯片的一端与驱动芯片电连接，所述led发光芯片的另一端与主电极板电连接，所述的驱动芯片分别与主电极板和副电极板电连接，所述的主电极板与主支架电连接，所述的副电极板与副支架电连接。

为了解决上述的问题，本申请在封装壳体的内部将主支架做成一种圆弧形杯状的结构，将驱动芯片和led发光芯片放置杯状主电极板中的四周，同时将所有的led发光芯片和驱动芯片放在主电极板的主支架上，另外的副支架可以做得比较小，保证灯珠的led发光芯片尽量靠近主电极板的中心位置。这样设计解决led灯珠从不同的角度观看时发光的颜色和亮度不一致的问题；解决多颗led发光芯片在灯珠内部颜色混合后中心位置偏离，导致颜色不均匀、不聚焦的问题。

作为优选，所述主电极板的内侧底部中心位置处设有支撑板，所述支撑板的横截面形状呈圆弧形，所述支撑板的内侧底部中心位置处安装有一个led发光芯片，其他led发光芯片和驱动芯片均匀分布在支撑板的外侧，所述的支撑板和主电极板可拆卸连接。对于需要点荧光粉的灯珠，在杯状的主电极板中再制作一个小的杯状支撑板，称为“杯中杯”结构，保证点荧光粉时不会外泄，解决在生产过程中，对led发光芯片点荧光粉时外流导致灯珠生产良率降低，生产成本增高的问题。

作为优选，所述的副电极板均匀分布在主电极板的外侧，所述副电极板的高度低于主电极板的开口端高度。通过副电极板的位置设计，使得副电极板置于主电极板的下方，能够增大主电极板的面积，从而使得led发光芯片的发光效果更好。

作为优选，所述的驱动芯片置于主电极板的内侧底部中心位置处，所述的led发光芯片均匀分布在主电极板的内侧壁上，所述的led发光芯片置于靠近主电极板的开口端位置处。将led发光芯片置于远离驱动芯片的结构设计，一方面是为了使得led发光芯片发出的光更多的作用在主电极板上实现聚光的效果，如果led发光芯片与驱动芯片靠的过近，将会使得led发光芯片发出的光被驱动芯片遮挡一部分；另一方面由于驱动芯片在作用时往往会发热，故而将led发光芯片远离驱动芯片能够减少驱动芯片散热对led发光芯片的影响，从而提高该灯珠的使用寿命。

作为另一种优选，所述的驱动芯片和led发光芯片均匀分布在主电极板的内侧壁上，所述的led发光芯片置于靠近主电极板的底部中心位置处，所述的驱动芯片置于靠近主电极板的开口端位置处。通过上述结构的设计，让led发光芯片靠近主电极板的中心位置，提高了主电极板的聚光效果；而驱动芯片远离主电极板的位置设计，一方面是为了减少驱动芯片对led发光芯片发出的光遮挡；另一方面为了减少led发光芯片受到驱动芯片的影响，提高led发光芯片的使用寿命。

作为优选，所述的驱动芯片置于靠近支撑板的位置处，其他led发光芯片置于靠近主电极板的开口端位置处。将led发光芯片置于远离驱动芯片的结构设计，一方面是为了使得led发光芯片发出的光更多的作用在主电极板上实现聚光的效果，如果led发光芯片与支撑板靠的过近，将会使得led发光芯片发出的光被支撑板遮挡一部分；另一方面将驱动芯片靠近支撑板的设计是为了增大主电极板的受光面积，而驱动芯片与中心的led发光芯片之间又被支撑板隔开，提高了led发光芯片的使用寿命。

本实用新型还提供了一种多色led灯珠控制系统，包括信号调制电路、检测电路、信号驱动电路和微控制器，所述信号调制电路的输入端分别连接电源的vdd端和微控制器的输出端，所述信号调制电路的输出端分别连接检测电路的输入端和信号驱动电路的输入端，所述检测电路的输出端与微控制器的输入端连接，所述信号驱动电路的输出端连接若干个多色led灯珠；所述的微控制器控制多色led灯珠的亮灭；所述的信号调制电路实现在电源的vdd端上面调制叠加控制信号，实现控制信号在电源信号上传输，然后通过多色led灯珠内部的驱动芯片进行信号的解调并解码即可得到控制信号，从而点亮多色led灯珠；所述的检测电路检测电源vdd端上的电压及电流用于调节控制信号；所述的信号驱动电路产生对被控的多色led灯珠所需的电压及电流信号用以点亮。

对于2个脚的多色led灯珠，其中微控制器作为控制的核心，控制led灯珠的亮灭方式；信号调制电路主要实现在电源信号vdd上面调制叠加控制信号，这里可以采用的方式是脉宽调制(pwm)、单总线、fsk、ask等载波方式，只需要实现控制信号在电源信号上传输即可，然后通过led灯珠的内部驱动芯片进行信号的解调并解码即可得到控制信号，从而点亮灯珠；检测电路主要检测电源信号的电压、电流等，用于调节控制信号；信号驱动电路主要产生对被控的灯或灯串所需的电压、电流等信号用以点亮。

作为优选，所述多色led灯珠的连接方式为串联或并联中的一种或多种，所述信号驱动电路的输出端连接多色led灯珠中的驱动芯片。而多色led灯珠的连接方式可以是并联，也可以是串联，也可以是串并混合，这会根据实际的产品做出相应的调整。

本实用新型还提供了另外一种多色led灯珠控制系统，包括检测电路、信号驱动电路和微控制器，所述微控制器的输入端分别连接电源的vdd端、电源的vss端和检测电路的输出端，所述微控制器的输出端连接信号驱动电路的输入端，所述信号驱动电路的输入端连接电源的vdd端，所述信号驱动电路的输出端连接若干个多色led灯珠，所述的信号驱动电路上设有信号输入端和信号输出端，所述的多色led灯珠置于信号输入端和信号输出端之间；所述的微控制器控制多色led灯珠的亮灭；所述的检测电路检测电源vdd端上的电压及电流用于调节控制信号；所述的信号驱动电路产生对被控的多色led灯珠所需的电压、电流以及控制信号用以点亮以及控制多色led灯珠。

针对3或4个脚的多色led灯珠，其中除了电源vdd端和vss端以外，还具有信号线，此时信号无需在电源线上做载波，而是直接通过信号驱动电路上的信号线来传输，这种方式在微控制器上的设计将会更为简单，但是在多色led灯珠的结构设计上将会增加1～2根信号线作为传输，这里使用哪种方式取决于led灯珠内部的驱动芯片设计方式。

作为优选，所述多色led灯珠的连接方式为串联或并联中的一种或多种，所述信号驱动电路的输出端连接多色led灯珠中的驱动芯片。

本实用新型的有益效果是：解决led灯珠从不同的角度观看时发光的颜色和亮度不一致的问题；解决多颗led发光芯片在灯珠内部颜色混合后中心位置偏离，导致颜色不均匀、不聚焦的问题；解决在生产过程中，对led发光芯片点荧光粉时外流导致灯珠生产良率降低，生产成本增高的问题；使用寿命长；在电源线上通过pwm、单总线、fsk、ask等载波方式，用2根信号线即可完成对多个led灯珠的点亮，而这些led灯珠的连接方式即可串联，也可并联。

附图说明

图1是本实用新型两支架三led发光芯片的结构示意图；

图2、图3是图1中驱动芯片和led发光芯片的分布结构示意图；

图4是本实用新型两支架四led发光芯片的结构示意图；

图5是图4中驱动芯片和led发光芯片的分布结构示意图；

图6是本实用新型三支架四led发光芯片的结构示意图；

图7是图6中驱动芯片和led发光芯片的分布结构示意图；

图8是本实用新型两支架三led发光芯片的另一种结构示意图；

图9是图8中驱动芯片和led发光芯片的分布结构示意图；

图10是本实用新型两支架四led发光芯片的另一种结构示意图；

图11是图10中驱动芯片和led发光芯片的分布结构示意图；

图12是本实用新型三支架三led发光芯片的另一种结构示意图；

图13是图12中驱动芯片和led发光芯片的分布结构示意图；

图14是本实用新型三支架四led发光芯片的另一种结构示意图；

图15是图14中驱动芯片和led发光芯片的分布结构示意图；

图16、图17是现有技术的结构示意图；

图18是本实用新型中一种控制系统的结构框图；

图19是本实用新型中另一种控制系统的结构框图。

图中：1.led发光芯片，2.主支架，3.副支架，4.驱动芯片，5.主电极板，6.副电极板，7.支撑板，8.封装壳体。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型做进一步的描述。

如图1、图4、图6所述的实施例中，一种多色led灯珠封装结构，包括封装壳体，封装壳体内设有一个主支架和至少一个副支架，主支架上设有主电极板，副支架上设有副电极板，主电极板置于封装壳体的中心位置处，副电极板置于主电极板的外侧，主电极板的横截面形状呈圆弧形，主电极板的内侧壁上设有一个驱动芯片和若干个led发光芯片，led发光芯片的一端与驱动芯片电连接，led发光芯片的另一端与主电极板电连接，驱动芯片分别与主电极板和副电极板电连接，主电极板与主支架电连接，副电极板与副支架电连接。副电极板均匀分布在主电极板的外侧，副电极板的高度低于主电极板的开口端高度。

如图3、图5、图7所示，驱动芯片置于主电极板的内侧底部中心位置处，led发光芯片均匀分布在主电极板的内侧壁上，led发光芯片置于靠近主电极板的开口端位置处。

如图2所示，驱动芯片和led发光芯片均匀分布在主电极板的内侧壁上，led发光芯片置于靠近主电极板的底部中心位置处，驱动芯片置于靠近主电极板的开口端位置处。

如图8、图10、图12、图14所示，主电极板的内侧底部中心位置处设有支撑板，支撑板的横截面形状呈圆弧形，支撑板的内侧底部中心位置处安装有一个led发光芯片，其他led发光芯片和驱动芯片均匀分布在支撑板的外侧，支撑板和主电极板可拆卸连接。如图9、图11、图13、图15所示，驱动芯片置于靠近支撑板的位置处，其他led发光芯片置于靠近主电极板的开口端位置处。

本申请在灯珠的结构中，将灯珠的支架进行了全新的设计，将一个支架做大成主支架，并做成圆弧形杯型结构的主支架，另外的副支架做小并采用平面支架，保证杯型的主支架可以放得下驱动芯片和led发光芯片，而平面副支架只需用于一个副电极板的连接，减小体积，降低面积。

除此之外，本申请在杯型的主支架中间放置一个可拆卸的圆弧形小杯型的支撑板，这个小杯型的支撑板可放下一颗led发光芯片的大小，其弧度根据设计的需求(例如：荧光粉的多少)进行调整，这种结构将其命名为“杯中杯”，里面的小杯型支撑板用于装荧光粉，而点荧光粉的目的主要是为了将某个led发光芯片调色成其他颜色的发光体。本申请设计这种杯型的结构来装荧光粉，主要为了在机器点粉的时候不外流，如果是平面的结构，荧光粉容易外流，会导致与周边的led发光芯片染上荧光粉，从而改变其他led发光的颜色，不良率增大。本申请设计的杯型结构可以完美解决该问题，杯型的大小和曲面的弧度保证确保荧光粉不外流，提高产品良率，并降低成本。

杯型的主支架结构的弧度可以根据实际的产品情况做调整，里面的驱动芯片和led发光芯片数量可以根据实际情况增减，以及它们的摆放位置可根据实际情况调整，主要以方便打线和生产为目的。而支架的数量可根据实际的驱动芯片的功能不同而不同，有3个脚或4个脚或5个脚或6个脚的灯珠，如图6、图12所示就是3个脚的灯珠结构，主要是由于驱动芯片的功能不同而需要3个引脚。同时灯珠的封装形式可以是直插封装，也可以是贴片的封装，本实例仅仅用直插的结构做示意，本实用新型也包含贴片封装。

本实用新型的杯中杯结构，内部每个led发光芯片以120度左右角度发光为例，介绍这种杯体结构设计的好处。本实用新型保护包括但不限于技术方案中描述的各种产品结构，包括2脚、3脚、4脚、5脚以及内部有2颗、3颗、4颗、5颗等led发光芯片的灯珠，只要是多颗led发光芯片合封在灯珠里面，或者是驱动芯片和多色led发光芯片一起合封在灯珠里面的结构都适用。这里的驱动芯片包括带有地址编码的芯片，也包括不带有地址编码的驱动芯片。

传统结构由于是平面放置的结构，导致色彩没有汇聚效果，比较发散，而对于多色的led灯珠，混色效果比较重要，最终呈现给用户的是需要混色后的效果，本申请带杯中杯结构的灯珠中由于采用弧度杯型结构支架，使得led发光体的光线朝向中心汇聚，能使得混色的效果更好，不发散。

传统结构中，由于驱动芯片放置在另外一个支架上，相对体积也较大，导致led发光芯片都偏向左边，这时会出现混合后的颜色中心位置偏移，当从不同的角度看时，灯珠混合发出的颜色会不同，这给用户带来不好的体验。而采用杯中杯的结构可以使得驱动芯片占用较少位置(例如：斜坡放置)，而大部分的led发光芯片集中在中心位置，同时加上圆弧形的杯体结构，使得混合后的颜色中心位置没有偏移或偏移很小，在色彩上从不同角度观看时，效果更佳。

如图18所示，本实用新型还提供了一种多色led灯珠控制系统，包括信号调制电路、检测电路、信号驱动电路和微控制器，信号调制电路的输入端分别连接电源的vdd端和微控制器的输出端，信号调制电路的输出端分别连接检测电路的输入端和信号驱动电路的输入端，检测电路的输出端与微控制器的输入端连接，信号驱动电路的输出端连接若干个多色led灯珠；微控制器控制多色led灯珠的亮灭；信号调制电路实现在电源的vdd端上面调制叠加控制信号，实现控制信号在电源信号上传输，然后通过多色led灯珠内部的驱动芯片进行信号的解调并解码即可得到控制信号，从而点亮多色led灯珠；检测电路检测电源vdd端上的电压及电流用于调节控制信号；信号驱动电路产生对被控的多色led灯珠所需的电压及电流信号用以点亮。多色led灯珠的连接方式为串联或并联中的一种或多种，信号驱动电路的输出端连接多色led灯珠中的驱动芯片。

对于2个脚的多色led灯珠，其中微控制器作为控制的核心，控制led灯珠的亮灭方式；信号调制电路主要实现在电源信号vdd上面调制叠加控制信号，这里可以采用的方式是脉宽调制(pwm)、单总线、fsk、ask等载波方式，只需要实现控制信号在电源信号上传输即可，然后通过led灯珠的内部驱动芯片进行信号的解调并解码即可得到控制信号，从而点亮灯珠；检测电路主要检测电源信号的电压、电流等，用于调节控制信号；信号驱动电路主要产生对被控的灯或灯串所需的电压、电流等信号用以点亮。

如图19所示，本实用新型还提供了另外一种多色led灯珠控制系统，包括检测电路、信号驱动电路和微控制器，微控制器的输入端分别连接电源的vdd端、电源的vss端和检测电路的输出端，微控制器的输出端连接信号驱动电路的输入端，信号驱动电路的输入端连接电源的vdd端，信号驱动电路的输出端连接若干个多色led灯珠，信号驱动电路上设有信号输入端和信号输出端，多色led灯珠置于信号输入端和信号输出端之间；微控制器控制多色led灯珠的亮灭；检测电路检测电源vdd端上的电压及电流用于调节控制信号；信号驱动电路产生对被控的多色led灯珠所需的电压、电流以及控制信号用以点亮以及控制多色led灯珠。多色led灯珠的连接方式为串联或并联中的一种或多种，信号驱动电路的输出端连接多色led灯珠中的驱动芯片。

针对3或4个脚的多色led灯珠，其中除了电源vdd端和vss端以外，还具有信号线，此时信号无需在电源线上做载波，而是直接通过信号驱动电路上的信号线来传输，这种方式在微控制器上的设计将会更为简单，但是在多色led灯珠的结构设计上将会增加1～2根信号线作为传输，这里使用哪种方式取决于led灯珠内部的驱动芯片设计方式。

在上述多色led灯珠的封装结构基础上，通过控制系统的设计和多色led灯珠的结构设计，若选择带有地址位的驱动芯片，则通过信号线(或电源线上的信号)就可以控制对每个灯的选址，可以大大减少灯串线缆的使用，从而降低整体的系统成本。这样设计能够实现非常简便的控制，不仅可以实现单颗灯珠的点亮的效果，还可以通过串并方式连接成各种灯串的结构。