用于温暖调光的且颜色可调谐的灯的紧凑型发射器

摘要

一种用于LED发射器的基底包括主体，该主体中形成有凹陷区。接合焊盘设置在该凹陷区内，包括用于LED的LED接合焊盘和用于一个或多个半导体芯片的支持芯片接合焊盘，该一个或多个半导体芯片提供用于支持LED的操作的支持电路(例如驱动器和/或控制器电路)。外部电触点可以设置在该凹陷区的外部。至少部分地设置在基底的主体内的电通路将外部电触点连接到支持芯片接合焊盘的第一子集以及将支持芯片接合焊盘的第二子集连接到多个LED接合焊盘，从而连接到控制器焊盘的一个或多个支持芯片可被操作以将不同操作电流传送到LED中的不同LED。

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求在2014年11月26日递交的美国申请No.62/085,059的权益，该美国申请的全部公开内容通过引用并入在本文中。

技术领域

本发明总体涉及基于LED的照明设备，尤其涉及用于温暖调光的且颜色可调谐的灯的紧凑型发射器。

背景技术

基于LED的光源需要大量部件。核心处为一个或多个LED，这里，术语“LED”(或发光二极管)指响应于所施加的电流而发射光(通常在相对较窄的频带中)的半导体管芯或芯片，半导体管芯或芯片可选地包括施加到管芯表面的荧光剂涂层或其它波长转移材料。除了LED，光源通常还需要某种支撑结构以提供到LED的电连接以及机械稳健性。也使用封装材料来提供免受元件影响的保护同时允许光泄漏。该封装材料通常并入透镜、漫射器和/或其它光学结构以使发射光成形；该封装材料也可以并入荧光剂或其它颜色转移材料以修改发射光的颜色。本文中所使用的术语“发射器”指的是可用作光源的一个或多个LED、支撑结构和封装材料的组合。一个或多个发射器可以被并入到灯(例如灯泡、灯具等)中。

针对一些应用，期望提供基于LED的光源，其具有可控地可变的光输出。例如，一些LED光源可以包含产生具有不同波长的光(例如，暖白光和冷白光、或诸如红色、绿色、蓝色、琥珀色等不同颜色的光)的LED，以及可以期望通过改变供应到不同LED的相对电流来改变从光源发射的光的颜色和/或通过改变总电流来改变亮度。为了支持这类操作，基于LED的光源可以包括在发射器外部的附加部件。例如，可控驱动器电路可以用于将期望量的电流供应到不同LED以便提供期望颜色，以及用于调整相对电流和/或总电流以提供颜色调谐和调光。另外，基于LED的光源可以具有特性描述或校准数据(例如，从期望颜色到产生该期望颜色的源电流的分布的映射关系)，该数据需要被存储在光源内某处的存储器中，例如存储在连接到发射器的PROM(可编程只读存储器)中。

发明内容

诸如可控驱动器电路或电路模块、校准数据存储器等的外部部件通常增加基于LED的照明设备的成本。另外，这类部件可以使照明设备更难以与之工作。外部部件增加体积，其必须被容纳在照明设备内的某处。例如，外部驱动器电路通常需要使用导线或电缆(出于本目的，电缆可以被视为一捆导线)连接到发射器。这可以需要将连接器等附接到发射器，这可以增大发射器的尺寸和制造成本。另外，经常使用脉冲电流将操作电流供应给LED。在通过单个电缆和连接器供应多个电流的情况下，一根电线中的随时间变化的电流可以具有对其它导线的诱导效应，使得难以精确地调节驱动电流。从外部驱动器电路运行到发射器的电缆中的随时间变化的电流也可以导致对其它设备的电磁干扰。

另外，对于至少一些类型的LED，颜色输出可以受结温影响，随着设备在使用中升温，该结温可以导致亮度改变。另外，不同类型的LED可以不同地受操作温度影响。因此，如果发射器包括多个类型的LED，则颜色也可以随着LED在使用中升温而偏移。这类影响可以使用放在发射器内或发射器上的温度传感器来控制。温度传感器可以提供温度读数，可以从该温度读数推断用于LED的结温。用于驱动器电路的控制器可以使用温度传感器读数来调整驱动电流以降低对光输出的温度影响。然而，温度传感器的使用可以仍需要更多的外部布线和控制电路。

本发明的某些实施方式提供发射器结构，该发射器结构可以将各种“支持”电路(诸如驱动器电路、控制逻辑、存储器、和/或温度传感器)直接并入到发射器中。例如，上文所描述的所有支持电路可以被制造在单个半导体芯片(在本文中被称为“控制器/驱动器芯片”)中，以及该控制器/驱动器芯片(如裸管芯或凸块管芯)可以放在同一陶瓷基底上，LED设置在该陶瓷基底上。作为另一示例，可以使用两个(或更多个)半导体芯片，其中一个芯片(在本文中被称为“微控制器单元”或“MCU”)包含控制逻辑和存储器，以及另一个芯片(在本文中被称为“驱动器单元”或“驱动器芯片”)包含生成用于LED的操作电流的驱动器电路。两个芯片可以均放在同一陶瓷基底上且彼此连接，LED布置在该陶瓷基底上，从而驱动器单元响应于来自MCU的驱动器控制信号而操作。可以使用附加的支持芯片来提供温度传感器和/或可期望的其它传感器。提供控制器、驱动器和其它支持电路的一个或多个支持芯片与LED之间的电连接可以被制造在发射器基底上和/或发射器基底内，例如使用金属迹线和通孔。

用于封装LED的相同光学材料(例如主透镜)也可以用于封装一个或多个支持芯片。因此提供紧凑型发射器。另外，可以减少与发射器的外部电连接的数量。例如，代替需要单独的外部连接来将电流供应给每个可独立寻址的LED组，可以提供单个外部电源连接，这是因为驱动器芯片(或组合的控制器/驱动器芯片的驱动器电路)生成发射器内的操作电流。因此，在一些实施方式中，与发射器连接的外部电连接件的数量可以减少到仅两个(电源和地端)。在一些实施方式中，可以提供附加的外部连接，例如用于校准和/或控制输入信号(诸如控制光的颜色和/或亮度的信号)的输入连接。

在一些实施方式中，一种用于LED发射器的基底包括主体，该主体中形成有凹陷区。接合焊盘设置在该凹陷区内，接合焊盘包括电连接到LED的LED接合焊盘和电连接到一个或多个支持芯片的支持芯片接合焊盘。外部电触点可以设置在该凹陷区的外部。至少部分地布置在基底的主体内的电通路将外部电触点连接到支持芯片接合焊盘的第一子集以及将支持芯片接合焊盘的第二子集连接到LED接合焊盘，从而连接到支持芯片接合焊盘的支持芯片可操作成将不同操作电流传送到LED中的不同LED。例如，LED可以连接成两个或更多个独立可寻址的组(例如三组、五组、七组、或任何其它数量)，以及每个组可以连接成借助支持芯片接合焊盘中的不同支持芯片接合焊盘接收电流。

为了形成发射器，LED可以设置在基底的凹陷区中且连接到LED接合焊盘。控制器/驱动器芯片可以设置在凹陷区中且连接到支持芯片接合焊盘(例如，通过倒装芯片接合法)。光学透明盖(例如包括主透镜、平顶盖、或颜色混合杆)可以布置在凹陷区上。该光学透明盖可以被密封到主体以保护半导体设备(LED和支持芯片)免受元件影响。

在其它实施方式中，一种用于LED发射器的基底包括主体，该主体中形成有凹陷区。接合焊盘设置在该凹陷区内，接合焊盘包括电连接到LED的LED接合焊盘、电连接到微控制器单元(其可以为裸管芯或凸块管芯半导体芯片)的微控制器单元接合焊盘、和电连接到驱动器单元(其可以为裸管芯或凸块管芯半导体芯片)的驱动器单元接合焊盘。外部电触点可以设置在该凹陷区的外部。至少部分地设置在基底的主体内的电通路将外部电触点连接到微控制器单元接合焊盘的第一子集、将微控制器单元接合焊盘的第二子集连接到驱动器单元接合焊盘的第一子集、以及将驱动器单元接合焊盘的第二子集连接到LED接合焊盘，从而连接到驱动器单元接合焊盘的驱动器单元可操作成响应于从微控制器单元接收的控制信号而将不同操作电流传送到LED中的不同LED。例如，LED可以连接成两个或更多个独立可寻址的组(例如三组、五组、七组、或任何其它数量)，以及每个组可以连接成借助驱动器单元接合焊盘中的不同驱动器单元接合焊盘接收电流。

为了形成发射器，LED可以设置在基底的凹陷区中且连接到LED接合焊盘。微控制器单元可以设置在凹陷区中且连接到微控制器单元接合焊盘(例如，通过倒装芯片接合法)。驱动器单元可以设置在凹陷区中且连接到驱动器单元接合焊盘(例如，通过倒装芯片接合法)。光学透明盖(例如包括主透镜、平顶盖、或颜色混合杆)可以布置在凹陷区上。该光学透明盖可以被密封到基底的主体以保护半导体设备(LED以及包括微控制器单元和驱动器单元的支持芯片)免受元件影响。

如下详细描述连同附图一起将提供对本发明的本质和优势的更好理解。

附图说明

图1为根据本发明的实施方式的用于LED封装的基底的简化侧视图。

图2为根据本发明的实施方式的发射器的简化俯视图。

图3示出根据本发明的实施方式的用于九个LED配置的顶侧接合焊盘的进一步细节。

图4示出根据本发明的实施方式的顶侧接合焊盘的另一布置。

图5示出根据本发明的实施方式的顶侧接合焊盘的另一布置。

图6为根据本发明的实施方式的发射器的简化剖视图。

图7A至图7C示出根据本发明的实施方式的塑料盖的示例。

图8示出根据本发明的实施方式的照明设备组件的简化剖视图。

图9示出根据本发明的另一实施方式的发射器的简化俯视图。

图10示出根据本发明的另一实施方式的顶侧接合焊盘的另一布置。

图11示出根据本发明的另一实施方式的发射器的简化示意图。

具体实施方式

图1为根据本发明的实施方式的用于LED封装的基底100的简化侧视图。基底100被形成为一系列的陶瓷材料(例如铝或氮化铝(AlN))层101-105。层101-105具有可被优化以控制热膨胀和热应力的不同厚度。例如，层101和层102均可以为0.15毫米(mm)，层103可以为0.10mm，层104可以为0.50mm，以及层105可以为0.15mm，以达到1.05mm的总厚度。

上层104和105可以限定凹槽(或凹陷区)110，可以将一个或多个LED(未示出)放在该凹槽110中。在一个实施方式中，凹槽110具有截锥的形状；侧壁111为圆形的且向内倾斜，例如以相对于垂直轴线成大约20°的角度向内倾斜。凹槽110的侧壁111可以涂覆有反射性材料(例如银)以增加设备的光输出。

上层105可以提供圆形开口，允许光从凹槽110逸出。在本实施方式中，在凹槽110的周界上，层105的边缘从层104的边缘向后设置，从而形成主透镜可以放在其上的壁架112。

层101-103提供用于封装的底座。图案化金属层114被沉积在凹槽110内的最顶部底座层103上。图案化金属层114提供用于电接触布置在凹槽110内的LED和支持电路的各种接合焊盘(例如焊盘120)。(这些在本文中被称为“顶侧”接合焊盘，因为它们位于底座层中的最顶部底座层上。)下文描述具体示例，但是应当理解的是，本发明不限于接合焊盘或金属层114的任何特定配置。

外部电触点116设置在靠近基底100的外围边缘的顶面上。在一些实施方式中，一些或所有的外部电触点116可以形成在基底100的外围边缘处以及可以包括金属涂层，该金属涂层沿着基底100(或其一部分)的整个厚度竖直地延伸。任何数量的外部电触点116可以设置在基底100的顶部上和/或外围边缘上。图案化金属层114的每个顶侧接合焊盘(例如焊盘120)可以连接到外部电触点116中的一者(或多者)，例如使用布置在陶瓷层之间的金属线和穿过陶瓷层的金属通孔来连接。通过图示，图1示出了通过层间金属线122、层间金属线124和通孔126、通孔128、通孔132连接到外部触点116的顶侧接合焊盘120。可以使用任何连接配置，以及可以增加或减少底座层的数量以容纳连接。另外，在一些实施方式中，一些顶侧接合焊盘(例如焊盘120)可以通过层间金属线和通孔而彼此连接，这些顶侧接合焊盘不连接到外部电触点116。在一些实施方式中，电连接可以布置成使得可以将电力单独地供应给不同的LED或LED组。在一些实施方式中，除了顶面或代替顶面，外部触点还可以布置在基底100的底面和/或侧面上。

如下所述，控制器/驱动器芯片也可以布置在凹槽110内，例如紧挨着LED。在一些实施方式中，外部电触点116可以借助内部电通路(例如，如所描述的金属线和通孔)连接到控制器/驱动器芯片以提供电力，以及附加的内部电通路(例如，附加的金属线和通孔)可以将来自控制器/驱动器芯片的操作电流提供到LED。在电连接被布置成使得可以将电力单独地供应给不同的LED或LED组的情况下，控制器/驱动器芯片可以被连接以将操作电流单独地提供到各个可独立寻址的LED或LED组。在一些实施方式中，代替包括控制逻辑和驱动器电路的单个支持芯片，可以使用两个或更多个支持芯片，其中每个支持芯片至少实现控制逻辑和/或驱动器电路的支持LED的操作的部分。

金属板130可以放置在底层101的底面上。金属板130(在一些实施方式中有利地为圆形且尽可能地大)提供用于附接散热器的金属表面。金属板130可以在电力上与可存在于基底100上、基底100内、和/或基底100下方的各种电通路和焊盘隔离。

如上所述，基底100可以用于支撑任何数量和任何布置的LED以及一个或多个支持芯片。图2为根据本发明的实施方式的发射器200的简化俯视图。发射器200可以包括基底201，该基底201可以总体上类似于上文所描述的基底100。基底201可以提供外部电触点216，该外部电触点216类似于上文所描述的触点116。

基底201可以包括凹陷区220，其中布置有9个LED 202a-c、203a-c、204a-c和控制器/驱动器(“C/D”)芯片210，该芯片为支持芯片的示例。尽管示出了9个LED，但是将变得明显的是，可以改变LED的数量。

在本说明书中，术语“LED”用于指响应于电流而产生光的半导体设备。该设备在一些实例中可以涂覆有荧光剂或类似材料以使产生的光的波长转移。然而，LED就其本身而论在其它方面未被封装或保护而免受元件影响。这类保护由本文中所描述的封装结构提供，该封装结构包括发射器基底和覆盖的光学结构。

LED 202、LED 203、LED 204可以连接到电焊盘222(仅示出一些电焊盘222)以供应操作电流。倒装芯片和/或引线接合法可以用于进行该连接。在本示例中，LED 202a-c为产生青白色光的青白色(GW)LED。LED 203a-c为产生蓝白色光的蓝白色(BW)LED，以及LED204a-c为产生红色光的红色LED。使用如上所述的金属通路和通孔，LED202a-c可以串联电连接，LED203a-c可以串联电连接，以及LED 204a-c可以串联电连接。采用该方式，可以提供三个可独立可寻址的LED组。通过调整供应给每组的相对电流，可以将由发射器200产生的光的颜色调谐到期望的颜色。

控制器/驱动器芯片210可以为具有多个外部电触点的半导体集成电路芯片(裸管芯或凸块管芯)。在一些实施方式中，控制器/驱动器芯片210可以包括用于电源、地端和控制输入信号的输入接触焊盘、以及用于将操作电流传送到LED202、LED 203、LED 204的输出接触焊盘(例如，每组有一个输出焊盘，其中所有组联接到公共接地焊盘)。控制器/驱动器芯片210可以包含控制逻辑以及电流生成(驱动器)电路，该控制逻辑用于基于控制输入信号确定操作电流。在一些实施方式中，控制器/驱动器芯片210可以实现类似于在2014年4月3日递交的美国专利申请No.14/244,787(被公开为美国专利申请公布No.2014/0300283)中所描述的控制逻辑和控制算法的控制逻辑和控制算法，该美国专利申请的公开内容通过引用并入在本文中。控制器/驱动器芯片210的具体设计和操作对于理解本发明不是至关重要的，以及省略了详细描述。出于本目的，足以理解到，控制器/驱动器芯片210可以被设置成未封装的(裸管芯或凸块管芯)半导体芯片，该半导体芯片具有布置在一个或多个表面上的各种独特的电接触区(例如，接合焊盘或凸起部)。这些接触区可以电连接到凹陷区220的顶面上的接合焊盘(例如使用倒装芯片接合技术)，由此将控制器/驱动器芯片210电连接在外部输入信号(例如，借助外部电触点216从发射器200外部接收的信号)和LED 202、LED 203、LED 204之间，从而响应于外部输入信号，控制器/驱动器芯片210可以将第一操作电流提供给LED 202、将第二操作电流提供给LED 203、以及将第三操作电流提供给LED 204。可以独立地调节这三个操作电流以便将光调谐到期望的颜色。

在所示示例中，控制器/驱动器芯片210放置在凹陷区220的外围。这可以在最小地影响可用于放置LED的区域的同时促进电连接。此外，将控制器/驱动器芯片210放在凹陷区220内可以促进保护控制器/驱动器芯片210免受元件影响。例如，如下所述，凹陷区220可以被光学结构(诸如主透镜)覆盖，以及该光学结构可以在凹陷区220上的适当位置被密封，从而保护LED 202、LED 203、LED 204和控制器/驱动器芯片210免受元件影响。

应当理解的是，发射器200为说明性的，以及变型和修改是可行的。例如，LED的数量和/或独立可寻址的LED组的数量可以按需改变。因此，可以具有两组LED、三组LED、或更多组LED(例如，五组或七组LED)，以及每组可以包括一个或多个LED、两个或更多个LED、或任何数量的LED。每组中的LED的数量可以按需为相同的或不同的。不同组中的LED的类型和颜色也可以改变。控制器/驱动器芯片的尺寸、形状和位置也可以改变，例如，将控制器/驱动器芯片210放在凹陷区220内的别处或放在凹陷区220外部但仍在基底201上。另外，除了单个控制器/驱动器芯片，可以使用多个支持芯片(例如，单独的控制器和驱动器单元)；下文描述示例。

图3示出根据本发明的实施方式的用于九个LED配置的顶侧接合焊盘的进一步细节。基底201可以如上所述。图3中示出的为接合焊盘310a-i、接合焊盘312a-i和接合焊盘314a-h。接合焊盘310a-i可以被调整尺寸且被放置使得LED可以直接安装在每个接合焊盘上。在一些实施方式中，考虑到整体尺寸约束以及保持接合焊盘310a-i之间的电隔离的需求，将接合焊盘310a-i制造得尽可能大，以便促进散热。接合焊盘312a、接合焊盘312b、接合焊盘312d、接合焊盘312f、接合焊盘312h、接合焊盘312i可以为较小的焊盘，其可以用于附接来自各个LED的引线接合。这些方面可以类似于在美国专利No.8,384,097中所描述的实施方式，该美国专利的公开内容通过引用并入在本文中。

接合焊盘314a-h可以被设置成连接到上文描述的控制器/驱动器芯片210。在本示例中，使用布置在两行中的8个焊盘，但是将理解，焊盘的数量和布置方式可以改变。另外，在本示例中，假设控制器/驱动器芯片210可以倒装芯片式接合到焊盘314a-h上。在其它实施方式中，可以使用引线接合，以及可以不同地布置焊盘314a-h以促进引线接合。采用该方式，可以将控制器/驱动器芯片与LED一起容纳在凹陷区中。

一些接合焊盘314可以使用层间金属通路和通孔(例如，如上文参照图1所描述)连接到LED接合焊盘310、LED接合焊盘312。其它接合焊盘314可以使用附加的层间金属通路和通孔连接到外部电触点216。因此，在操作中，控制器/驱动器芯片210可以借助外部电触点216接收电力和控制信号以及可以响应于控制信号而将操作电流传送到LED。

图4示出根据本发明的实施方式的顶侧接合焊盘的另一布置。基底400可以类似于上文所描述的基底。在本示例中，可以提供7个LED接合焊盘410和7个外围接合焊盘412。每个LED可以为不同颜色且可以独立地被供应操作电流。(本示例中的“组”包括仅一个LED。)可以提供接合焊盘414来容纳控制器/驱动器芯片，该控制器/驱动器芯片类似于上文描述的控制器/驱动器芯片210。再一次，所示的配置可以用于倒装芯片接合法；替选配置可以支持引线接合法。

图5示出根据本发明的实施方式的顶侧接合焊盘的另一布置。基底500可以类似于上文所描述的基底。在本示例中，可以提供12个LED接合焊盘510a-l和12个外围接合焊盘512a-l。可以提供接合焊盘514来容纳控制器/驱动器芯片，该控制器/驱动器芯片类似于上文描述的控制器/驱动器芯片210。再一次，所示的配置可以用于倒装芯片接合法；替选配置可以支持引线接合法。

本领域的技术人员应当理解，焊盘布置是说明性的，以及变型和修改是可行的。针对控制器/驱动器芯片提供的接合焊盘的数量可以取决于控制器/驱动器芯片的具体配置、待传送的输出电流的数量、以及用于供应电力和控制信号的输入焊盘的数量。另外，如下所述，在一些实施方式中，控制器/驱动器芯片可以用提供控制逻辑和操作电流的两个(或更多个)支持芯片来替换。

具有内部金属通路和通孔的多层陶瓷基底可以使用已知技术来形成，例如，如在上文引用的美国专利No.8,384,097中所描述。在制造基底之后，LED可以倒装芯片式接合到和/或引线式接合到合适的接合焊盘，以及控制器/驱动器芯片(或多个支持芯片)也可以倒装芯片式接合到和/或引线式接合到合适的接合焊盘。此后，可以用光学透明粘合材料填充凹陷区并用光学透明盖覆盖该凹陷区。光学透明盖可以采取各种形式，包括平顶盖、球面或非球面主透镜、或颜色混合杆。除了允许光射出和提供期望的光学特性外，该盖还可以为布置在凹陷区内的半导体设备(包括LED和一个或多个支持芯片)提供免受元件影响的保护。

图6为根据本发明的实施方式的发射器600的简化剖视图。发射器600包括基底602(其可以类似于上文所描述的基底中的任一种)，在该基底602上放置LED 604和控制器/驱动器芯片606(例如，如上所述)。凹陷区610可以填充有光学透明材料(其可以为粘合材料)，以及覆盖有主透镜612。使外部电触点614暴露，但是可以通过将主透镜612密封到基底602使LED 604和控制器/驱动器芯片606密封而隔离这些元件。如上所述，主透镜612可以用其他结构来替换，诸如平的光学透明盖或颜色混合杆。另外，LED和外部触点的数量和布置方式以及控制器/驱动器芯片的位置可以按需修改。

在一些实施方式中，塑料盖可以放在发射器600上以便促进与外部触点(例如图6的触点614)的电连接以及为发射器基底提供额外保护。图7A至图7C示出根据本发明的实施方式的盖700的示例。图7A为简化俯视图；图7B为简化仰视图；以及图7C为示出覆盖图6的发射器600和进一步附接到散热器750的盖700的简化剖视图。

可以由塑料或其它电绝缘材料制成的盖700可以为圆形的且可以具有外围侧壁702(图7C中示出)，该外围侧壁702延伸以覆盖发射器600的基底602的侧面。盖700还可以具有中心开口704，主透镜612可以延伸穿过该中心开口704。(应当注意，即使发射器600的顶面是平的，也可以提供中心开口704，从而允许来自LED的光穿过盖700)。可以提供对准和安装孔710，以促进将盖700连接到另一结构，诸如散热器750(图7C中所示)。在一些实施方式中，孔710可以被布置使得它们位于发射器600的外围边缘的外部。可以提供附加的对准结构720，例如从盖700的顶面向上延伸。

如图7B中所示，盖700的下侧可以保持金属引线730。金属引线730可以在盖700的外围连接到外部装配件731(或连接到单个多引脚连接器)以提供外部电触点。金属引线730的内部端子可以向下弯曲，例如在图7C中所示，以提供与发射器600的外部电触点614的弹力接触。当将盖700固定到发射器600上的适当位置时，与外部电触点614的接触使金属引线730向上偏转，以及弹力保持金属引线730与电触点614接触。

在一些实施方式中，发射器600可以直接连接到散热器，诸如在图7C中所示的散热器750。如上文参照图1所描述，基底602的底面可以具有布置在其上的金属板以促进热传递。将发射器600固定到散热器750可以使用穿过盖700中的安装和对准孔710的螺钉752或其它紧固件来完成。导热胶、焊料等也可以用于将发射器600固定到散热器750，在该情况下，螺钉752可以仍用于将盖700固定到适当位置。在操作期间，通过基底602的导热材料(例如陶瓷和金属)将热量远离LED和支持芯片而传递到散热器750；散热器750使热量消散。在一些实施方式中，可以将接合焊盘制造得尽可能大(服从关于可用区域的约束以及对于相邻接合焊盘之间的电绝缘的需求)以便促进热远离LED和支持芯片传递。

将理解的是，盖700为说明性的，以及变型和修改是可行的。具体尺寸和形状以及任何对准和安装结构可以按需改变。金属引线和外部装配件(或连接器)的数量和布置也可以修改。

图8示出根据本发明的实施方式的照明设备组件800的简化剖视图。组件800包括发射器600、盖700、以及散热器750，另外还附加有次级透镜810。次级透镜810例如可以为全内反射(Total Internal Reflection，TIR)透镜，该透镜提供输出光的额外颜色混合和成形。在一些实施方式中，对准结构720可以用于保持和对准次级透镜810。其它次级光学器件可以替代次级透镜810。例如，除了TIR透镜或代替TIR透镜，可以使用抛物面反射器等。另一示例可以为“球状”透镜，该“球状”透镜在更宽的角度(例如，接近360度)上散布光以模仿传统白炽灯的光输出模式。可以使用主光学器件(例如透镜612或替选结构)和次级光学器件(例如透镜810或替选结构)的不同组合。例如，球面或非球面主透镜(例如透镜612)可以与反射器或TIR透镜(例如透镜810)一起使用来提供定向光。作为另一示例，主透镜612可以用颜色混合杆来替换，而TIR透镜810或反射器用于次级光学器件。作为又一示例，主透镜612可以用颜色混合杆来替换，以及TIR透镜810可以用次级球状透镜等来替换以在宽角度上散布光。

应当注意，在图7C和图8所示的实施方式中，仅需要的外部电连接用于电力和控制信号，无论独立可寻址的LED组的数量为多少。这可以简化将发射器600或组件800并入到灯具中。

在上文所描述的实施方式中，通常假设单个支持芯片包括电流生成(或驱动器)电路和控制驱动器电路的控制逻辑。在其它实施方式中，驱动器电路和控制逻辑可以使用独立的支持芯片来实施，驱动器电路和控制逻辑均可以设置在基底的凹陷区内且因此设置到发射器内部。

图9示出根据本发明的实施方式的发射器900的简化俯视图，该实施方式将微控制器单元和驱动器单元作为单独的半导体集成电路芯片提供。发射器900可以类似于上文所描述的发射器200。例如，发射器900可以包括基底901，该基底901可以总体上类似于上文所描述的基底100。基底901可以提供外部电触点916，该外部电触点916可以类似于上文所描述的触点116。

基底901可以包括凹陷区920，在该凹陷区920中布置有9个LED 902a-c、LED 903a-c、LED 904a-c，以及两个支持芯片：微控制器单元(“MCU”)910和驱动器芯片(或驱动器单元)912。

LED 902、LED 903、LED 904可以连接到电焊盘922(仅示出一些电焊盘922)以供应操作电流。倒装芯片接合法和/或引线接合法可以用于进行该连接。在本示例中，如在图2的发射器200中，LED 902a-c为产生青白色光的青白色(GW)LED。LED 903a-c为产生蓝白色光的蓝白色(BW)LED，以及LED 904a-c为产生红色光的红色LED。使用如上所述的金属通路和通孔，LED 902a-c可以串联电连接，LED 903a-c可以串联电连接，以及LED 904a-c可以串联电连接。采用该方式，可以提供三个可独立寻址的LED组。通过调整供应给每组的相对电流，可以将由发射器900产生的光的颜色调谐到期望的颜色。

MCU 910可以为具有多个外部电触点的半导体集成电路芯片(裸管芯或凸块管芯)。在一些实施方式中，MCU 910可以包括用于电源、地端和一个或多个输入控制信号(例如从发射器900外部接收的控制信号)的输入接触焊盘、以及用于将驱动器控制信号提供到驱动器芯片912的输出接触焊盘。MCU 910可以包含控制逻辑，该控制逻辑基于一个或多个输入控制信号确定用于每个可独立寻址的LED组的期望的操作电流以及基于该期望的操作电流生成驱动器控制信号。在一些实施方式中，MCU 910可以实施与在上文引用的美国专利申请No.14/244,787中所描述的控制逻辑和控制算法类似的控制逻辑和控制算法。

驱动器芯片912可以为具有多个外部电触点的另一半导体集成电路芯片(裸管芯或凸块管芯)。在一些实施方式中，驱动器芯片912可以包括用于从MCU 910接收驱动器控制信号的输入接触焊盘以及用于将单独的驱动电流提供给各组LED 902、903、904的输出接触焊盘。例如，每组可以具有一个输出焊盘，其中所有组联接到公共接地焊盘。驱动器芯片912可以包含电流生成电路，该电流生成电路基于从MCU 910接收的控制信号而独立地生成用于每组LED的操作电流。在一些实施方式中，驱动器芯片912可以实施与在上文引用的美国专利申请No.14/244,787中所描述的控制逻辑和控制算法类似的控制逻辑和控制算法。

MCU 910和驱动器芯片912的具体设计和操作对于理解本发明不是至关重要的，以及省略了详细描述。出于本目的，足以理解，MCU 910和驱动器芯片912可以均被设置成未封装的(裸管芯或凸块管芯)半导体芯片，该半导体芯片具有设置在一个或多个表面上的各个不同的电接触区(例如，接合焊盘或凸起部)。这些接触区可以电连接到凹陷区920的顶面上的接合焊盘，由此将MCU 910电连接在外部输入信号(例如，借助外部电触点916接收的信号)和驱动器芯片912之间以及还将驱动器芯片912电连接在MCU 910和LED 902、LED 903、LED 904之间，从而响应于外部输入信号，MCU 910可以控制驱动器芯片912将第一操作电流提供给LED 902、将第二操作电流提供给LED 903、以及将第三操作电流提供给LED 904。可以独立地调整这三个操作电流以便将光调谐到期望的颜色。

在所示示例中，MCU 910和驱动器芯片912定位在凹陷区920的外围。这可以在最小地影响可用于放置LED的区域的同时促进电连接。另外，参照图1，位于上层104之下的最顶部底座层103的部分可以被图案化成具有金属迹线以连接MCU 910和驱动器芯片912。将MCU910和驱动器芯片912放在凹陷区920内可以促进保护MCU 910和驱动器芯片912免受元件影响。例如，如上所述，凹陷区920可以被光学结构(诸如主透镜)覆盖，以及该光学结构可以在凹陷区920上的适当位置被密封，从而保护LED 902、LED 903、LED 904、MCU910和驱动器芯片912免受元件影响。

将理解的是，发射器900为说明性的，以及变型和修改是可行的。例如，LED的数量和/或可独立寻址的LED组的数量可以按需改变。因此，可以具有两组LED、三组LED、或更多组LED(例如，五组或七组LED)，以及每组可以包括一个或多个LED、两个或更多个LED、或任何数量的LED。每组中的LED的数量可以按需为相同的或不同的。不同组中的LED的类型和颜色也可以改变。MCU和/或驱动器芯片的尺寸、形状和位置也可以改变。例如，MCU 910和驱动器芯片912中的一者或两者可以放在凹陷区920内的别处或放在凹陷区920外部但仍在基底901上。不要求MCU 910和驱动器芯片912之间的特定物理邻近度或距离。另外，在一些实施方式中，可以具有受单个MCU控制的多个驱动器芯片。例如，驱动器芯片可以被设计成提供多达4个独立可控的输出电流；如果具有多于四组，则可以使用一个或多个附加驱动器芯片(或可以使用具有更大数量的输出电流的单个驱动器芯片)。每个独立可控的输出电流可以被称为驱动器芯片的“通道”。

图10示出根据本发明的实施方式的顶侧接合焊盘的另一布置，该布置提供微控制器单元和驱动器单元(或驱动器芯片)作为独立的半导体设备。类似于上文所描述的实施方式，该微控制器单元和驱动器均被设置为裸管芯或凸块管芯，该裸管芯或凸块管芯可以放在同一陶瓷基底上，LED布置在该陶瓷基底上。

基底1000可以类似于上文所描述的基底。在本示例中，可以提供12个LED接合焊盘1010a-l和12个外围接合焊盘1012a-l。可以提供接合焊盘1014来容纳类似于上文所描述的MCU 910的微控制器单元，以及可以提供接合焊盘1018来容纳类似于上文所描述的驱动器芯片912的驱动器芯片。再一次，所示的配置可以用于倒装芯片接合法；替选配置可以支持引线接合法。另外，接合焊盘1014和/或接合焊盘1018的数量和布置可以针对具体芯片来修改。

图11示出根据本发明的实施方式的发射器1100的简化示意图，该实施方式将微控制器单元和驱动器单元作为独立的支持芯片提供。发射器1100包括三组LED 1102、1103、1104，每组串联连接。将理解，可以使用任何数量的LED组，以及每组可以包括任何数量的单独的LED芯片，以及不同组可以按需包括相同数量或不同数量的LED芯片。不同组中的LED可以具有不同的颜色特性，例如，如上所述。瞬态电压抑制二极管1106、瞬态电压抑制二极管1107、瞬态电压抑制二极管1108可以被提供用于电保护，如本领域中已知的。

发射器1100还包括微控制器单元(MCU)1110(其可以类似于上文所描述的MCU910)和驱动器单元1112(其可以类似于上文所描述的驱动器单元912)。在本示例中，MCU1110连接到操作性输入信号路径1114以接收控制输入，该控制输入在此被表示为亮度信号(Br)和色温信号(CCT)。MCU 1110还连接到附加的操作性信号路径1114以接收电力(PWR)、地端(GND)、和操作电压(Vcc)。操作性信号路径1114可以被暴露以允许在正常设备操作期间的外部连接。例如，信号路径1114可以连接到图9的实施方式中的外部信号焊盘916，以及图7的盖700可以包括布置成接触对应于操作性信号路径1114的外部信号焊盘916的金属引线730。

去往MCU 1110的附加输入可以包括校准/编程信号路径1116。在本示例中，校准/编程信号路径1116包括大量输入/输出引脚(GPIO)和程序信号引脚(PGM)。这些引脚可以用于在校准操作和测试操作期间编程可编程只读存储器(PROM)1118。例如，如下所述，PROM1118可以被编程为存储所接收的亮度(Br)信号和色温(CCT)信号与待发送到驱动器单元1112的控制信号之间的映射。可以在校准操作期间确定对于给定发射器的具体映射。下文描述校准的示例。

校准/编程信号路径1116还可以包括用于每组LED的电压路径(V1、V2、V3)。电压路径V1、电压路径V2、电压路径V3可以用于供应或监控在校准期间传送到LED的电压(或电流)。

校准/编程信号路径1116可以(但不必须)被暴露以允许在PROM 1118的校准和编程完成之后的外部连接。例如，校准/编程信号路径1116可以连接到图9的实施方式中的外部信号焊盘916。校准和编程可以发生在盖700(上文所描述)附接到发射器1100之前，以及盖700不需要提供连接到校准/编程信号路径1116的引线。

在操作中，微控制器单元1110可以借助操作性信号路径1114接收外部控制输入，例如亮度信号(Br)和色温信号(CCT)。例如，用户可以调整包括发射器1100的灯的设置，以及可以使用亮度信号(Br)和色温信号(CCT)将期望的设置传输到发射器1100。基于外部控制输入，微控制器单元1110可以确定(例如通过访问存储在PROM 1118中的校准数据)用于每组LED 1102、1103、1104的期望的操作电流。基于期望的操作电流，可以借助驱动器控制信号路径(ch0、ch1、ch2)将对应的驱动器控制信号发送到驱动器单元1112，上述驱动器控制信号路径可以使用发射器基底上和/或发射器基底内的金属通路来实现。驱动器单元1112还可以接收电力、地端、和来自微控制器单元1110的操作电压。基于路径ch0、路径ch1和路径ch2上的驱动器控制信号，驱动器单元1112可以生成用于LED组1102、LED组1103、LED组1104的输出电流I0、输出电流I1、输出电流I2。将理解，用于不同驱动器通道(ch0、ch1、ch2)的控制信号可以彼此独立，以及输出电流I0、输出电流I1、输出电流I2也可以彼此独立。(在正常操作期间，路径V1、路径V2、路径V3是未激活的；在一些实施方式中，可以使用路径V1、路径V2、路径V3在校准期间供应电压或电流。)如上所述，用于确定和生成期望的操作电流的控制逻辑和控制算法可以类似于与在上文引用的美国专利申请No.14/244,787中所描述的控制逻辑和控制算法。

在一些实施方式中，微控制器单元1110还可以从设置在发射器上或设置在发射器内的传感器接收输入以及可以基于传感器数据调节操作电流。例如，为了防止过热，监控LED的温度可能是合乎期望的，以及如果温度变得过高，则减小操作电流。还可能合乎期望的是，基于操作温度的变化来调整用于不同LED组的相对操作电流，例如，在不同类型的LED的效率不同地受操作温度的变化影响的情况下补偿可能的色偏移。因此，微控制器单元1110可以连接到温度传感器1130，该温度传感器1130通常可以具有传统设计且被设置在发射器1100内的某处，例如靠近LED。该连接可以在发射器1100的内部。在上文引用的美国专利申请No.14/244,787中描述了用于基于操作温度调整相对电流的控制逻辑和控制算法的示例。

类似地，在一些实施方式中，对于发射器1100，可能合乎期望的是，自动地适应改变的环境光条件和/或对占用的变化作出响应(例如，人进入或离开存在包括发射器1100的灯的房间)。因此，微控制器单元1110可以连接到环境传感器1132，该环境传感器1132可以按需设置在发射器1100的外表面内或外表面上。环境传感器1132例如可以为环境光传感器或占用传感器(例如，运动检测器或红外热传感器等)；这类传感器可以通常传统的设计。与环境传感器1132的连接可以在发射器1100的内部。

将理解，图11的示意图为一个示例，以及变型和修改是可行的。例如，外部连接的数量可以改变。在控制电路和驱动器电路被集成到单个芯片中的情况下，控制电路与驱动器电路之间的信号路径可以在芯片的内部。另外，可以修改驱动器通道的数量以匹配LED组的数量。

上文所描述的发射器为说明性的，以及变型和修改是可行的。发射器可以具有布置在任何数量的可独立寻址的组中的任何数量的LED。“支持”电路(例如驱动器、电流源、控制驱动器的控制逻辑、存储数据等)可以被集成到单个半导体芯片中或被分布在两个或更多个半导体芯片上，以及实现支持电路的芯片可以全部设置在发射器内。可以按需修改连接路径。将理解，具有提供支持电路的任何数量的半导体芯片的发射器可以被并入到图6至图8中所示的物理配置中的任一配置内。

在本文中所描述的示例中，使用一个或多个支持芯片提供所有的控制电路和电流生成电路，上述一个或多个支持芯片与LED安装在同一基底上，例如安装在凹陷区内。除了提供需要少量外部电连接的紧凑型发射器外，这类配置还可以降低或消除电磁干扰(如果来自外部源的高频脉冲电流用于操作LED，则可能出现该电磁干扰)。

如上所述，在一些实施方式中，作为制造过程的一部分，例如在附接盖700之前，可以校准发射器。校准可以包括确定将产生特定输出颜色(例如不同色温的白光)的电流的绝对值或相对值。可以将校准数据存储在可集成到机载控制器/驱动器芯片或微控制器单元中的可编程只读存储器(PROM)(例如，集成到微控制器单元1110中的PROM 1118；将理解，图2的控制器/驱动器芯片210也可以包括PROM)内。因此，所有的控制电路可以在发射器的内部；无需外部的微处理器、存储器、或电流发生器。

在一些实施方式中，可以执行校准以在多个发射器上提供一致的光色品质。如上所述，发射器可以包含具有不同颜色或光色品质的不同LED组(例如，图2的蓝白色LED、青白色LED和红色LED)。通过以每个发射器为基础适当地选择用于每组的相对操作电流，可以将大量发射器调谐到单个色区(例如，使得该区内的不同发射器的颜色通过人眼无法辨别或几乎无法辨别)。例如，一个色区可以对应于色温(CCT)为大约2800K的暖白光，而另一个色区可以为CCT为大约6000K的冷白光。也可以限定其它色区。在美国专利No.8,598,793中描述了校准技术的一些示例，该美国专利的公开内容通过引用并入在本文中。另外，在光的颜色(例如色温)在操作期间可调的情况下，调谐可以限定用于不同颜色设置的合适的相对操作电流，从而不同发射器在相同颜色设置下产生一致颜色的光。

可以通过将发射器(例如图6的发射器600)放在测试台中来执行校准，例如在附接盖700之前。测试台可以提供允许电力和校准控制导线暂时连接到发射器600的外部触点(例如触点614)的电触点。因此，例如，图11的发射器1100的信号路径1114、信号路径1116可以全部连接到测试台中的外部导线。校准控制导线上的控制信号可以用于指示一个或多个支持芯片将操作电流的具体分布传送到LED组，以及测试台可以包括用于测量形成光的颜色的光谱仪。基于所测量的颜色和期望的色区之间的区别，可以调整电流分布以将发射器调谐到目标色区。一旦已确定目标色区的期望的电流分布，则可以使用传送到发射器的附加控制信号来将限定电流分布(其产生目标色区中的光)的参数编程到微控制器芯片(或控制器/驱动器芯片)的PROM中，例如通过使用在图11中所示的GPIO信号路径和PGM信号路径。对于发射器将可用于提供颜色可控改变的光的应用，可以针对多个目标色区重复校准过程；例如，PROM可以存储将特定颜色或色温映射到用于操作电流的特定参数组的查询表，以及控制器芯片可以执行查询表中的条目之间的插值以生成中间颜色或色温。

在一些实施方式中，可以使用微控制器芯片(或控制器/驱动器芯片)的专用芯片上“校准”输入焊盘来执行PROM的校准和编程，该输入焊盘可以与可提供用于在正常(校准之后)操作期间接收控制信号的任何输入焊盘分离。例如，校准输入焊盘可以连接到图11中所示的信号路径1116。在正常操作期间，外部来源的控制输入信号(例如，借助图11中所示的Br和/或CCT信号路径所接收的信号)可以指示期望的色温和/或亮度，以及微控制器芯片(或控制器/驱动器芯片)可以使用存储在PROM中的参数来确定操作电流的适当分布。然而，在校准期间，这些参数还未被存储在PROM中，因此可以期望不同的输入路径用于指定电流分布和/或用于指导PROM的编程。另外，在一些实施方式中，用于编程PROM的芯片上输入焊盘可以不同于控制信号输入焊盘(例如，如图11所示)，以及微控制器芯片(或控制器/驱动器芯片)无需包括用于编程PROM的任何附加电路(例如通过生成高压脉冲)。因此，可能有用的是，在微控制器芯片(或控制器/驱动器芯片)上提供专用校准输入焊盘。

在微控制器芯片(或控制器/驱动器芯片)提供专用芯片上校准输入焊盘的情况下，发射器上的外部触点(例如图6的触点614)可以包括附加的“校准”触点，该附加的“校准”触点借助如上所述的发射器主体的表面内和/或表面上的金属通路而连接到微控制器芯片(或控制器/驱动器芯片)的芯片上校准输入焊盘。在校准过程期间可以使用这些校准触点来应用具体电流分布，以及一旦已确定在目标色区中产生光的电流分布则编程PROM。

在校准完成之后，不再需要校准触点，并且盖700无需包括连接到校准触点的任何金属引线。因此，例如，盖700可以提供连接到操作信号路径1114但不连接到信号路径1116的金属引线。当将发射器安装在灯组件中时，盖700的电绝缘材料(例如塑料)可以防止与校准触点的意外电接触。

应当理解，在一些实施方式中，微控制器芯片(或控制器/驱动器芯片)可以使用在正常(校准之后)设备操作期间所使用的相同控制信号输入引脚来支持校准和PROM编程，在该情况下不需要专用校准触点。

因此，在一些实施方式中，在发射器的正常(校准之后)操作期间仅需要的外部连接为电源连接(例如24伏特和/或48伏特；一些实施方式可以支持双操作电压)以及允许灯的光输出可控的一个或多个控制信号输入路径(例如通过调节颜色和/或改变亮度)。在一些实施方式中，在正常操作期间可以不需要单独的控制信号输入路径。例如，微控制器芯片(或控制器/驱动器芯片)可以能够借助电源路径或借助无线数据通信接口(例如使用蓝牙、Zigbee、或其它标准无线数据通信协议)接收控制信号输入，或者可以是在固定颜色和亮度下操作发射器，在该情况下，在正常操作期间不需要控制信号。在正常设备操作期间不需要控制信号输入路径的情况下，可以将操作信号路径的数量减少为仅电源和地端。

在一些实施方式中，微控制器芯片(或控制器/驱动器芯片)可以包含温度补偿，例如根据操作温度调整相对操作电流以抵消不同LED的光输出的变化的控制逻辑。因为控制器/驱动器芯片在发射器内部(在与LED相同的热环境中)，所以控制器/驱动器芯片可以直接感测操作温度并相应地补偿，或者可以在发射器中提供附加的温度传感器(例如，如图11所示)。在上文引用的美国专利申请No.14/244,787中描述了可实现的温度补偿功能的示例，但是将理解，可使用其它技术。

另外，可以以降低的成本制造如本文中所描述的发射器。例如，如上所述，发射器基底可以直接安装在散热器上且可以电连接到灯(例如灯具、灯泡等)中，而不如传统做法那样首先将发射器连接到金属芯印制电路板。外部电连接的数量的减少还可以降低制造成本，因为不需要电缆和连接器。

尽管已相对于具体实施方式描述了本发明，但是本领域的技术人员将认识到，多种修改是可行的。发射器的具体尺寸，LED的数量、类型和布置方式，可独立寻址的LED组的数量全都可以按需改变。例如，可以具有两组LED、三组LED、或多于三组(例如，五组或七组)。LED可以包括任何颜色的LED，以及颜色可以利用或不利用荧光剂涂覆来产生。例如，可能合乎期望的是，使用涂覆有红色荧光剂的蓝色LED代替红色LED。也可能合乎期望的是，使用产生琥珀色光的LED(例如，涂覆有合适荧光剂的蓝色LED)。与一个或多个支持芯片的电连接件的尺寸、位置和数量也可以改变，例如根据可独立寻址的LED组的数量来改变。例如，可以使用多个驱动器芯片，其中每个驱动器芯片将操作电流提供给LED组的不同的、不重叠的子集。主光学器件和次级光学器件、塑料盖、散热器、和其它结构也可以改变。

在一些实施方式中，PROM(或用于存储控制参数等的其它存储设备)可以被实施在与微控制器芯片(或控制器/驱动器芯片)分离的芯片中，其中该PROM也布置在发射器基底上且使用如上所述的发射器基底上或发射器基底内的金属通路和通孔连接到微控制器芯片(或控制器/驱动器芯片)。在该情况下，可以在发射器上提供用于编程PROM的专用外部触点，类似于上文所描述的校准/编程信号路径。

因此，尽管已相对于具体实施方式描述了本发明，但是应当理解的是，本发明意图覆盖所附权利要求的范围内的所有修改和等同物。