TW201316818A

TW201316818A - 交流發光裝置

Info

Publication number: TW201316818A
Application number: TW100135906A
Authority: TW
Inventors: Yen-Wei Chen
Original assignee: Chi Mei Lighting Tech Corp
Priority date: 2011-10-04
Filing date: 2011-10-04
Publication date: 2013-04-16
Also published as: CN103032846A; US20130083532A1

Abstract

本發明係關於一種交流發光裝置，包括：一主要發光模組以及一次要發光模組，且主要發光模組與次要發光模組個別由複數個發光二極體所組成。其中，次要發光模組鄰設於主要發光模組，且次要發光模組中之每一發光二極體之發光面積小於主要發光模組中之每一發光二極體之發光面積。

Description

交流發光裝置

本發明係為一種交流發光裝置，尤其是有關於一種具有提高發光效率之交流發光裝置。

通常發光二極體係廣泛地應用在白光照明裝置、指示燈、車用信號燈、車用大燈、閃光燈、液晶顯示器之背光模組、投影機之光源、戶外顯示單元…等等。然而，目前的發光二極體發光源無法直接操作於交流電源之下，故需透過一整流器(AC/DC)，將交流電轉換為直流電後，發光二極體的光源才能穩定發光。圖一A所示之傳統的交流電驅動發光二極體(AC LED)1，該交流電驅動發光二極體1為一外加的橋式整流電路(發光二極體D1-1~D1-4、D2-1~D2-4、D3-1~D3-4以及D4-1~D4-4)再加上一串聯而成的高壓發光二極體(發光二極體D5-1~D5-9)所建構而成，而圖一B顯示圖一A之傳統的交流電驅動發光二極體1的等效電路。如圖一A所示，傳統的交流電驅動發光二極體1中之發光二極體D5-1~D5-9相當於圖一B之主要發光元件D5，而發光二極體D1-1~D1-4、D2-1~D2-4、D3-1~D3-4以及D4-1~D4-4相當於圖一B之次要發光元件D1、D2、D3與D4，且次要發光元件D1-D4亦可用於將交流電輸入整流為直流電輸出，因此，主要發光元件D5不論交流電的信號為正向偏壓或負向偏壓皆維持發光，但是次要發光元件D1與D3僅在交流電的信號為正向偏壓時，才會發光；而次要發光元件D2與D4僅在交流電的信號為負向偏壓時，才會發光。換句話說，主要發光元件D5不論在何時皆會導通(ON)並發光，而部分的次要發光元件僅在交流電為正向偏壓或負向偏壓時，才會導通並發光。假設將傳統的交流電驅動發光二極體1的毎一個發光二極體之面積均設為1，而整個交流電驅動發光二極體1的總面積為16個次要發光元件之發光二極體晶片加上9個主要發光元件之發光二極體晶片，故總面積即為25，而主要發光元件為100%導通時間(duty on)且次要發光元件為50%導通時間(duty on)。因此，傳統的交流電驅動發光二極體1於交流電的信號為正向偏壓或負向偏壓的有效發光面積即為16*0.5+9*1=17。因為傳統的交流電驅動發光二極體1的次要發光元件有一半周期時間為逆向偏壓而無法發光，致使發光二極體的有效的發光面積減少而無法獲得最佳效率。

鑑於交流電驅動發光二極體並無法有效提高發光效率，因此，需要提出一種新穎的交流發光裝置，可用於提高整體交流發光裝置的發光效率。

鑑述上述，本發明提供一種可提高發光效率之交流發光裝置，且可同時延長交流發光裝置內每一個發光二極體之壽命以及兼顧整個交流發光裝置的可靠度之要求。

在一實施例中，本發明提供一種交流發光裝置，包括：一主要發光模組以及一次要發光模組，且該主要發光模組與該次要發光模組個別由複數個發光二極體所組成。其中，該次要發光模組鄰設於該主要發光模組，且該次要發光模組中之每一發光二極體之發光面積小於該主要發光模組中之每一發光二極體之發光面積。

為進一步對本創作有更深入的說明，乃藉由以下圖示、圖號說明及發明詳細說明，冀能對　貴審查委員於審查工作有所助益。

為使　貴審查委員能對本發明之特徵、目的及功能有更進一步的認知與瞭解，下文特將本發明之裝置的相關細部結構以及設計的理念原由進行說明，以使得審查委員可以了解本發明之特點，詳細說明陳述如下：圖二顯示根據本發明之一實施例之交流發光裝置2。交流發光裝置2包括一主要發光模組21以及一次要發光模組22，且主要發光模組21與次要發光模組22個別由複數個發光二極體所組成。次要發光模組22鄰設於主要發光模組，在本實施例中該些次要發光模組22係包圍該些主要發光模組21。然而，次要發光模組22並不一定需要如圖二中所示設置於主要發光模組21外圍；在另一個實施例中，次要發光模組22也可以全部設置在主要發光模組21的一側，又或者次要發光模組22也可以設置於中央部位，而主要發光模組21設置於周圍或者包圍次要發光模組22。主要發光模組21具有矩陣排列的複數發光二極體D5-1~D5-9，而該主要發光模組21中之每一發光二極體之發光面積皆相同，且該主要發光模組21內之複數發光二極體中的至少二發光二極體為串聯連接。次要發光模組22具有封閉式排列的複數發光二極體，且該次要發光模組22中之每一發光二極體之發光面積皆相同，該次要發光模組22中單一個發光二極體之發光面積要小於主要發光模組21中單一個發光二極體之發光面積。而該次要發光模組之複數發光二極體分成至少四個子模組，且每個子模組中至少包括四個發光二極體(例如，D1-1~D1-4、D2-1~D2-4、D3-1~D3-4以及D4-1~D4-4)且該四個子模組中的至少二子模組相互並聯(例如，包括有發光二極體D1-1~D1-4之子模組與包括有發光二極體D4-1~D4-4之子模組相互並聯，或包括有發光二極體D2-1~D2-4之子模組與包括有發光二極體D3-1~D3-4之子模組相互並聯)，而其中每一子模組中之複數發光二極體相互串聯(例如，圖三B或圖四B的等效電路圖)。當該交流發光裝置2接收一交流電源時，該次要發光模組22中之該至少四個子模組係用於將該交流輸入電源Vi對主要發光模組21進行整流為一直流輸出電壓Vo，例如，當該交流電源為正周期時，該次要發光模組22中之包括有發光二極體D1-1~D1-4之子模組與包括有發光二極體D3-1~D3-4之子模組用於整流該電源，且於該次要發光模組中之至少二子模組內的發光二極體導通而產生亮度(例如，包括有發光二極體D1-1~D1-4之子模組與包括有發光二極體D3-1~D3-4之子模組)。或者是，當該交流電源為負周期時，該次要發光模組22中之包括有發光二極體D2-1~D2-4之子模組與包括有發光二極體D4-1~D4-4之子模組用於整流該電源，且於該次要發光模組中之至少二子模組內的發光二極體為導通而產生亮度(例如，包括有發光二極體D2-1~D2-4之子模組與包括有發光二極體D4-1~D4-4之子模組)。另外，不論該交流電源為正或負周期時，由於次要發光模組22將交流電源整流為直流輸出給主要發光模組21，所以該主要發光模組21內之每一個發光二極體(例如，D5-1~D5-9)皆會被導通而產生亮度。此外，該交流發光裝置2之總面積為一定值且不為0，而總面積為主要發光模組21之面積與次要發光模組22之面積的和。另外，將次要發光模組22之一發光二極體的面積乘上該次要發光模組22之複數發光二極體的數量，再乘上該次要發光模組22之一發光二極體的導通時間，以得到該次要發光模組22的有效發光面積。而再將主要發光模組21之一發光二極體的面積乘上該主要發光模組21之複數發光二極體的數量，再乘上該主要發光模組21之一發光二極體的導通時間以得到該主要發光模組21的有效發光面積。於本實施例，上述之主要發光模組21之一發光二極體的導通時間假設為1，所以上述之次要發光模組22之一發光二極體的導通時間則為0.5。而該主要發光模組21的有效發光面積與該次要發光模組22的有效發光面積之和，即為該交流發光裝置之有效發光面積，且該有效發光面積不為0。

例如，於本實施例，在不改變整體交流發光裝置2的總發光面積前提下，本發明減少次要發光模組22中之複數發光二極體的面積同時增加主要發光模組21中之複數發光二極體的面積。假設發光二極體D1-1~D1-4、D2-1~D2-4、D3-1~D3-4以及D4-1~D4-4的面積由原來的1縮小為0.8，而主要發光模組21中之複數發光二極體D5-1~D5-9則可增大為1.36，且交流發光裝置2的總面積維持25(0.8*16+1.36*9=25)。因此，交流發光裝置2的有效面積即為16*0.8*0.5+9*1.36*1=18.6(主要發光模組為100%導通時間(duty on)且次要發光模組為50%導通時間(duty on))。由上述可知當次要發光模組22中之每一個發光二極體的面積縮小為0.8時，即可提升9.4%的有效發光面積，進而提升元件發光效率。於本實施例中，主要發光模組21中之單一個發光二極體之發光面積與次要發光模組22中之單一個發光二極體之發光面積之面積比1.7:1。

圖三A-B顯示當在時間區間0~T/2時，交流輸入電源Vi為正信號，交流發光裝置2之電路操作示意圖。由圖三A可知，當交流輸入電源Vi為正信號時，交流發光裝置2之次要發光模組22中之發光二極體D1-1~D1-4以及D3-1~D3-4受到偏壓而導通並發光，而主要發光模組21中之發光二極體D5-1~D5-9亦受到偏壓的影響而發光。圖三B顯示圖三A之等效電路操作示意圖，當交流電源正周期時，交流發光裝置2內之發光元件D1、D3與D5受到偏壓而發光，且Vm表示整流後之最大電壓峰值。

圖四A-B顯示當在時間區間T/2~T時，交流輸入電源Vi為負信號，交流發光裝置2之電路操作示意圖。由圖四A可知，交流發光裝置2之次要發光模組22中之發光二極體D2-1~D2-4以及D4-1~D4-4受到偏壓而導通並發光，而主要發光模組21中之發光二極體D5-1~D5-9亦受到偏壓的影響而發光。圖四B顯示圖四A之等效電路操作示意圖，當交流電源負周期時，交流發光裝置2內之發光元件D2、D4與D5受到偏壓而發光，且Vm表示整流後之最大電壓峰值。

於另一實施例，本發明可進一步減少次要發光模組22中之複數發光二極體的面積同時提升主要發光模組21中之複數發光二極體的面積。假設發光二極體D1-1~D1-4、D2-1~D2-4、D3-1~D3-4以及D4-1~D4-4的面積可縮小為0.735，而主要發光模組11中之複數發光二極體D5-1~D5-9可增大為1.47，且交流發光裝置2的總面積維持25(0.735*16+1.47*9=25)。因此，交流發光裝置2的有效面積即為16*0.735*0.5+9*1.47*1=19.11(主要發光模組為100%導通時間(duty on)且次要發光模組為50%導通時間(duty on))。由上述可知當次要發光模組22中之每一個發光二極體的面積縮小為0.735時，即可提升12.4%的有效發光面積，進而提升元件發光效率。於本實施例中，主要發光模組21中之單一個發光二極體與次要發光模組22中單一個發光二極體之面積比2:1，而由於主要發光模組21中單一個發光二極體之面積擴大為次要發光模組22中單一個發光二極體的兩倍，所以主要發光模組21中之每一個發光二極體之電流密度為次要發光模組之發光二極體的1/2，藉此，可以平衡主要發光模組之發光二極體的發光時間為次要發光模組之發光二極體兩倍的影響，大幅增加主要發光模組21中之每一個發光二極體的可靠度，進而提升整體發光二極體的壽命。

於又一實施例，本發明可又進一步減少次要發光模組22中之複數發光二極體的面積同時增加主要發光模組21中之複數發光二極體的面積。假設發光二極體D1-1~D1-4、D2-1~D2-4、D3-1~D3-4以及D4-1~D4-4的面積可縮小為0.58，而主要發光模組21中之複數發光二極體D5-1~D5-9可增大為1.74，且交流發光裝置2的總面積維持25(0.58*16+1.74*9=25)。因此，交流發光裝置2的有效面積即為16*0.58*0.5+9*1.74*1=19.7(主要發光模組為100%導通時間(duty on)且次要發光模組為50%導通時間(duty on))。由上述可知，當次要發光模組22中之每一個發光二極體的面積縮小為0.58時，即可提升19.7%的有效發光面積，進而提升元件發光效率。於本實施例中，主要發光模組21中單一個發光二極體與次要發光模組22中單一個發光二極體之面積比3:1。

圖五顯示交流發光裝置2之主要發光模組21中單一個發光二極體與次要發光模組22中單一個發光二極體之面積比以及交流發光裝置增加亮度率之關係圖。由圖五可知，面積比於1~3之間，交流發光裝置之增加亮度率的效率較高，且隨著面積比的增加，發光亮度仍有提升，惟亮度增加比例(斜率)下降。而面積比與增加亮度率之關係大致符合一數學關係式如下：

y=-0.0115x ⁴+0.0334x ³-3.724x ²+20.595x-16.58，

其中，y表示交流發光裝置增加亮度率，而x表示該主要發光模組中單一個發光二極體之發光面積與該次要發光模組中單一個發光二極體之發光面積的面積比。較佳地，上述之主要發光模組由九個發光二極體組成，而上述之次要發光模組係由四個子模組所組成，且每一該子模組係由四個發光二極體組成。此外，當面積比偏大時，次要發光模組22之發光二極體之電流密度將進一步增加，且可能會因為電流密度過大而對發光二極體的品質有較大的要求，以避免整體交流發光裝置的可靠度下降。因此，較佳地，面積比1~3之間可以有效提升亮度以及兼顧整個交流發光裝置的可靠度之要求。

唯以上所述者，僅為本發明之範例實施態樣爾，當不能以之限定本發明所實施之範圍。即大凡依本發明申請專利範圍所作之均等變化與修飾，皆應仍屬於本發明專利涵蓋之範圍內，謹請　貴審查委員明鑑，並祈惠准，是所至禱。

1、2．．．交流發光裝置

11、21．．．主要發光模組

12、22．．．次要發光模組

D1~D5．．．發光元件

D1-1~D1-4、D2-1~D2-4、D3-1~D3-4、D4-1~D4-4、D5-1~D5-9．．．發光二極體

Vi．．．輸入電源

Vo．．．輸出電源

Vm．．．整流後之最大電壓峰值

圖一A顯示傳統的交流電驅動發光二極體示意圖。

圖一B顯示圖一A之等效電路圖。

圖二顯示根據本發明之一實施例之交流發光裝置。

圖三A-B顯示交流輸入電源為正信號，交流發光裝置之電路操作示意圖。

圖四A-B顯示交流輸入電源為負信號，交流發光裝置之電路操作示意圖。

圖五顯示主要發光模組中單一個發光二極體與次要發光模組中單一個發光二極體之面積比和交流發光裝置增加亮度率之關係圖。

2．．．交流發光裝置

21．．．主要發光模組

22．．．次要發光模組

D1~D5．．．發光元件

D1-1~D1-4、D2-1~D2-4、D3-1~D3-4、D4-1~D4-4、D5-1~D5、D1~D5．．．發光二極體

Claims

一種交流發光裝置，包括：一主要發光模組；該主要發光模組係由複數個發光二極體所組成；以及一次要發光模組，該次要發光模組係由複數個發光二極體所組成；其中該次要發光模組鄰設於該主要發光模組，且該次要發光模組中之每一發光二極體之發光面積小於該主要發光模組中之每一發光二極體之發光面積。
如申請專利範圍第1項所述之交流發光裝置，其中該主要發光模組具有矩陣排列的複數發光二極體，且該主要發光模組中之每一發光二極體之發光面積皆相同。
如申請專利範圍第2項所述之交流發光裝置，其中該主要模組之複數發光二極體中的至少二發光二極體為串聯連接。
如申請專利範圍第1項所述之交流發光裝置，其中該次要發光模組具有封閉式排列的複數發光二極體，且該次要發光模組中之每一發光二極體之發光面積皆相同。
如申請專利範圍第4項所述之交流發光裝置，其中該次要發光模組之複數發光二極體分成至少四子模組，且該四子模組中的至少二子模組相互並聯。
如申請專利範圍第5項所述之交流發光裝置，其中每一子模組中之複數發光二極體相互串聯。
如申請專利範圍第5項所述之交流發光裝置，其中當該交流發光裝置接收一交流電源時，該次要發光模組中之該至少四子模組係用於將該交流電源整流為一直流電流。
如申請專利範圍第7項所述之交流發光裝置，其中當該交流電源為正周期時，該次要發光模組用於整流該電源，且於該次要發光模組中之至少二子模組內的發光二極體產生亮度。
如申請專利範圍第7項所述之交流發光裝置，其中當該交流電源為負周期時，該次要發光模組用於整流該電源，且於該次要發光模組中之至少二子模組內的發光二極體產生亮度。
如申請專利範圍第7項所述之交流發光裝置，其中當該交流電源為正或負周期時，該主要發光模組皆會產生亮度。
如申請專利範圍第1項所述之交流發光裝置，其中當要進一步調高該主要發光模組的發光效率時，則增加該主要發光模組的發光面積並相對的減少該次要發光模組的發光面積。
如申請專利範圍第11項所述之交流發光裝置，其中調高該主要發光模組內之每一個發光二極體之發光面積，以增加該主要發光模組的發光面積。
如申請專利範圍第11項所述之交流發光裝置，其中減少該次要發光模組內之每一個發光二極體之發光面積，以增加該主要發光模組的發光面積。
如申請專利範圍第1項所述之交流發光裝置，其中該主要發光模組中單一個發光二極體之發光面積與該次要發光模組中單一個發光二極體之發光面積的面積比為1~3。
如申請專利範圍第1項所述之交流發光裝置，其中該交流發光裝置之總面積為一定值，且該總面積為該主要發光模組之面積與該次要發光模組之面積的和。
如申請專利範圍第1項所述之交流發光裝置，其中該次要發光模組中之一發光二極體的面積乘上該次要發光模組之複數發光二極體的數量，再乘上該次要發光模組之一發光二極體的導通時間，以得到該次要發光模組的有效發光面積。
如申請專利範圍第16項所述之交流發光裝置，其中該主要發光模組中之一發光二極體的面積乘上該主要發光模組之複數發光二極體的數量，再乘上該主要發光模組之一發光二極體的導通時間以得到該主要發光模組的有效發光面積。
如申請專利範圍第17項所述之交流發光裝置，其中該主要發光模組的有效發光面積與該次要發光模組的有效發光面積之和，即為該交流發光裝置之有效發光面積。
如申請專利範圍第1項所述之交流發光裝置，其中該主要發光模組與該次要發光模組間之面積比和該交流發光裝置之增加亮度率呈一數學關係式，其中該數學關係式為：y=-0.0115x ⁴+0.0334x ³-3.724x ²+20.595x-16.58，其中y表示交流發光裝置增加亮度率，而x表示該主要發光模組中單一個發光二極體之發光面積與該次要發光模組中單一個發光二極體之發光面積的面積比。
如申請專利範圍第19項所述之交流發光裝置，其中該主要發光模組由9個發光二極體組成，而該次要發光模組係由四個子模組所組成，且每一該子模組係由4個發光二極體組成。