CN101188881A - 发光二极管装置 - Google Patents
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Abstract
本发明的发光二极管(LED)装置具有温控及整流功能，其包含至少一LED管芯以及至少一温控整流(TCCR)元件。所述TCCR元件电气串联于所述LED管芯与电源之间，且相距所述LED管芯在一温度感测有效距离内，以有效感测所述LED管芯的温度变化，所述TCCR元件在25℃至85℃间的温度与电阻成正向关系，即电阻随温度增加而增加，且所述TCCR元件在50℃及80℃时的电阻差大于等于0.1Ω。
Description
技术领域
本发明涉及一种发光二极管(Light Emitting Diode；LED)装置，尤其涉及一种具有温控及整流功能的发光二极管装置。
背景技术
近几年来，白光发光二极管(LED)是最被看好且最受全球瞩目的新兴产品。它具有体积小、耗电量低、寿命长和反应速度佳等优点，能解决过去白炽灯泡所难以克服的问题。LED应用于显示器背光源、迷你型投影机、照明及汽车灯源等市场越来越获得重视。
虽然LED似为照明应用的明日之星，但其仍有许多问题需要克服，例如对于照明用的高功率LED而言，其输入LED的功率约只有15～20％转换成光，其余80～85％转换成热。这些热如果无法适时逸散至环境，将使得LED管芯的界面温度过高而影响其发光强度及使用寿命。
参看图1，其显示单个LED管芯施加4V、1.8A的操作电压、电流时的电流、电压及温度状况。LED管芯在施加此电压、电流后，温度在10分钟内由约30℃持续上升至超过80℃，且仍持续不断增温中，使得LED管芯有过热(over-heat)的现象。
传统上，为解决LED管芯过热的问题，可选择串接电阻(resistor)的方式。然而，电阻对于温度变化不敏锐，而不具有温度感测及整流的功能，因此成效不佳，无法提供稳定且在安全范围内的电流以保护LED管芯。
另外，红(R)、绿(G)、蓝(B)LED管芯在高温时与低温时的发光形态不同，此温差将导致非所预期的R、G、B色差，而造成后续调配三原色时有色彩失真的情况发生。传统上，LED管芯通过功率IC进行限流(current limiting)以防止电池不致过热，而色差是依赖色彩补偿电路(color compensation circuit)及控制IC加以修正。然而，上述的功率IC、色彩补偿电路及控制IC等的技术均较为复杂且价格昂贵，而一定程度地限制LED应用的普及。
综上可知，如何解决LED应用上的发热及发光色差的问题，实为LED普及的重要关键。
发明内容
本发明提供一种发光二极管(LED)装置，通过搭配温度控制及电流调整(简称温控及整流，Temperature Control and Current Regulator；TCCR)元件，可防止过电流及过高温的问题发生，且可避免LED发光的色差问题。
本发明揭示一种发光二极管装置，其包含至少一LED管芯以及至少一温控整流(TCCR)元件。所述TCCR元件电气串联于所述LED管芯与电源之间，且相距所述LED管芯在一温度感测有效距离内，以有效感测所述LED管芯的温度变化，所述TCCR元件在25℃至85℃间的温度与电阻成正向关系，即电阻随温度增加而增加，且所述TCCR元件在50℃及80℃时的电阻差大于等于0.1Ω。
所述TCCR元件是一种模拟式元件，其可检测其邻近串接的LED管芯所产生的热，因此，当LED管芯的温度上升时，TCCR元件的温度也将因感测LED的温度而上升，而造成电阻增加。藉此即可降低流经所述LED管芯的电流，从而避免LED管芯的温度继续升高而过热(over-heating)损坏，进而达到温控及整流的目的。
由于具有正温度系数(Positive Temperature Coefficient；PTC)特性的导电复合材料在正常温度下的电阻可维持极低值，使与PTC元件串接的电路或元件得以正常运作。但是，当电路或电池发生过电流(over-current)或过高温(over-temperature)的现象时，其电阻值会瞬间提高至一高电阻状态(至少104欧姆以上)，即所谓的触发(trip)。在触发前，PTC元件的电阻随温度缓步上升，因此，本发明一优选实施例可选用PTC元件作为所述TCCR元件，所述PTC元件主要可以选择高分子材料中加入导电填料(如：碳黑、金属粉、导电陶瓷粉)，或可以选择具有正温度系数的陶瓷材料制成。
本发明的TCCR元件运作在25℃～85℃的电阻与温度成正向关系的区域，其可控制LED管芯的温度不超过100℃，使得经调整后的电流对于LED管芯而言可维持在稳定及安全的范围内，而得以防止LED管芯因过热损坏或因温度色差造成色彩失真的问题。
TCCR元件在未触发前具有低电阻的特性，其可提供LED管芯稳定且近乎固定的电流，因此，LED管芯电阻改变所造成的发光变异可通过此TCCR元件加以补偿改善。经TCCR元件整流的LED管芯可发出近似固定的光线，其提供较大的容限(tolerance)顺应LED管芯制造时产生的电阻的变化，因此可增进LED管芯的生产合格率。
附图说明
图1为常规的LED管芯的电流、电压及温度与通电时间的关系图；
图2为本发明第一实施例的发光二极管装置的电路示意图；
图3为本发明第一实施例的发光二极管装置的TCCR元件的温度及电阻的关系；
图4为本发明第一实施例的发光二极管装置的LED管芯的电流、电压及温度与通电时间的关系图；
图5为本发明第二实施例的发光二极管装置的电路示意图；以及
图6为本发明第三实施例的发光二极管装置的电路示意图。
具体实施方式
参看图2，本发明将一温控整流元件(TCCR)21与LED管芯22串接形成一发光二极管装置20，且所述TCCR元件21与所述LED管芯22的间距小于一感测有效距离(例如3厘米)，使所述TCCR元件21可有效感测所述LED管芯22的温度。
所述TCCR元件21可采用具有正温度系数的PTC元件，其电阻与温度的关系如图3所示。所述TCCR元件21在触发前(例如25℃～85℃)的电阻与温度成正向关系，即电阻约随温度上升呈线性增加，其在50℃～80℃间的电阻增加大于等于0.1Ω。由于TCCR元件21在触发前具有电阻随温度上升的现象，所以当串接的LED管芯22因发光导致温度上升时，所述TCCR元件21的温度也将因感测到LED管芯22的温度而逐渐上升。因此，TCCR元件21的电阻将随之增加，而将降低流经LED管芯22的电流。
参看图4，其为所述发光二极管装置20施加4V、1.8A的操作电压、电流时，LED管芯22的电流、电压及温度状况。LED管芯22在施加此电压、电流后，温度在通电400秒后升至约55℃，之后呈缓慢增加而在通电20分钟后，其温度仍维持低于60℃，且已约呈热平衡状态，即温度不再持续上升。显然，当LED管芯22串接TCCR元件21后，可有效防止LED管芯22过热的问题发生。
具体而言，当LED元件22通电100秒后，温度上升至约50℃，同时TCCR元件21因感测所述LED元件22的高温，其电阻上升而相对降低流经所述LED元件22的电流，即由0.75A降至约0.5A。因电流降低，所以LED元件22的温度由剧增改为缓增，即通过整流而达到温控的效果。
图5为本发明另一实施例的发光二极管装置30的电路示意图，其应用于复数个LED元件的状况。所述发光二极管装置30包含一TCCR元件31、一第一LED管芯32及一第二LED管芯33。所述第一LED管芯32及第二LED管芯33并联后串接所述TCCR元件31。
参看图6，其为本发明又一实施例的发光二极管装置40的电路示意图。所述发光二极管装置40包含一第一TCCR元件41、一第二TCCR元件42、一第三TCCR元件43、一第一LED管芯44、一第二LED管芯45及一第三LED管芯46，其中所述第一LED管芯44、第二LED管芯45及第三LED管芯46分别为红(R)、绿(G)及蓝色(B)LED管芯，且分别串接所述第一TCCR元件41、第二TCCR元件42及第三TCCR元件43，且彼此形成并联。所述第一LED管芯44、第二LED管芯45及第三LED管芯46分别发出R、G及B三原色光，所以其组成的LED发光模块47可调配发出所需颜色的光线。
上述实施例中，LED管芯实质上均串接TCCR元件，使得其所组成的发光二极管装置具有温控及整流的功能。此外，TCCR元件也可控制或避免下列异常状况：
1.输入电流远大于LED管芯的额定电流(rated current)；
2.输入电压大于LED管芯的额定电压(rated voltage)；
3.突然的LED管芯温度上升；以及
4.电流涌(surge of electrical current)。
本发明的技术内容及技术特点已揭示如上，然而所属领域的技术人员仍可能基于本发明的教示及揭示而作种种不背离本发明精神的替换及修改。因此，本发明的保护范围应不限于实施例所揭示的内容，而应包括各种不背离本发明的替换及修改，并为所附的权利要求书所涵盖。
Claims (7)
1.一种发光二极管(LED)装置，其特征在于包含：
至少一LED管芯；以及
至少一温控整流元件，电气串联于所述LED管芯与电源之间，且相距所述LED管芯在一温度感测有效距离内，以有效感测所述LED管芯的温度变化，所述温控整流元件具有正温度系数特性，且电阻与温度在50℃及80℃间的电阻差大于等于0.1Ω。
2.如权利要求1所述的发光二极管装置，其特征在于所述温控整流元件在25℃～85℃间的电阻与温度成正向关系。
3.如权利要求1所述的发光二极管装置，其特征在于所述LED管芯有两个，且为并联。
4.如权利要求1所述的发光二极管装置，其特征在于所述LED管芯有三个，且分别发出红、绿及蓝光。
5.如权利要求4所述的发光二极管装置，其特征在于所述红、绿及蓝光LED管芯各与一所述温控整流元件串联。
6.如权利要求1所述的发光二极管装置，其特征在于所述温度感测有效距离小于3厘米。
7.如权利要求1所述的发光二极管装置，其特征在于所述LED管芯的温度小于100℃。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CNA2006101381951A CN101188881A (zh) | 2006-11-16 | 2006-11-16 | 发光二极管装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| CNA2006101381951A CN101188881A (zh) | 2006-11-16 | 2006-11-16 | 发光二极管装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
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| CN101188881A true CN101188881A (zh) | 2008-05-28 |
Family
ID=39481000
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CNA2006101381951A Pending CN101188881A (zh) | 2006-11-16 | 2006-11-16 | 发光二极管装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN101188881A (zh) |
-
2006
- 2006-11-16 CN CNA2006101381951A patent/CN101188881A/zh active Pending
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Open date: 20080528 |