CN101208813A - 用于交流电力操作的发光装置 - Google Patents

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Abstract

本发明是关于一种用于交流(AC)电力操作的改良式发光装置。已知的发光装置采用具有反向并联连接的发光单元阵列的交流(AC)发光二极管。已知技术中的阵列回应于交流(AC)电源的相位改变而轮流地重复开启/关闭，因而导致了在1/2周期期间的短的发光时间、以及闪烁效应的发生。依据本发明的交流(AC)发光装置采用了各种机构，利用这些机构，回应于交流电源的相位改变，而在1/2周期期间延长了发光时间，且可减轻闪烁效应。例如，这些机构可以是分别连接到发光单元间的节点的切换方块、连接到多个阵列的切换方块、或一种延迟磷光体。此外，提供有一种交流(AC)发光装置，其中采用了具有不同数目的发光单元的多个阵列，以增加发光时间，并减轻闪烁效应。

Description

用于交流电力操作的发光装置
技术领域
本发明有关一种发光装置，尤其有关一种用于交流(AC)电力操作的发光装置，该发光装置具有一阵列的串联连接的发光单元。
背景技术
发光二极管(LED)为一具有N型半导体与P型半导体被接合在一起的结构的电致发光装置，且经由电子及电洞的再结合而发光。此种LED被广泛使用于显示器及背光模块。此外，因为与传统的灯泡及萤光灯相比时，LED具有较少的电力消耗及较长的使用寿命，所以LED的应用领域已扩展到将其使用于一般照明，而同时取代了传统的白炽灯泡及萤光灯。
在交流(AC)电源下，LED依据电流的方向而重复开启(on)/关闭(off)。因此，如果使用LED而同时将LED直接连接到交流电源，则会有LED无法连续发光，且容易因反向电流而受损的问题。
为了解决LED的此种问题，在由SAKAI等人所提出申请的标题为“LIGHT-EMITTING DEVICE HAVING LIGHT-EMITTING ELEMENTS”的国际专利公报WO2004/023568A1中提出了一种可被直接连接到高压交流(AC)电源来予以使用的LED。
依据WO2004/023568A1的揭示，在诸如蓝宝石基体(substrate)的绝缘基体上二维地串联连接LED而形成LED阵列。在该蓝宝石基体上反向并联连接两个LED阵列。结果，提供了一种可利用交流(AC)电源来予以驱动的单晶片发光装置。
图1及图2为例举具有串联连接的发光单元的已知发光装置的示意电路图；图3为例举该已知发光装置中的驱动电压和电流与时间的示意图形；以及图4为例举该已知发光装置的驱动电压与发光量的示意图形。
参照图1及图2，发光单元C1至Cn被串联连接而构成一阵列。在图2中，在一单晶片15内提供至少两个阵列，且彼此互相反向地并联连接这些阵列。此时，图2所示的交流(AC)电压电源10被连接到这些阵列的两端。如图2所示，一外部电阻R1被连接于交流(AC)电源10与LED15之间。
该阵列的发光单元C1至Cn在该交流电压电源的1/2周期中操作，且与该阵列反向并联连接的另一阵列在该交流电压电源的另一1/2周期中操作。因此，利用该交流电压电源来交替地操作这些阵列。
然而，利用交流电压而同时开启或关闭串联连接的这些发光单元。因此，当该交流电压具有大于这些发光单元的临界电压的总和的值时，电流开始流经这些发光单元。亦即，当该交流电压超过这些临界电压的总和时，这些发光单元同时开始被开启，且在该交流电压小于这些临界电压的总和的情况中，这些发光单元同时被关闭。
参照图3，在交流电压超过一预定值之前，这些发光单元不会被开启，且电流不会流经这些发光单元。此时，当经过了某一段时间，且交流电压超过该预定值时，电流开始流经该阵列的发光单元。此时，当该交流电压更为提高而同时时间是在T/4时，电流具有最大值，而后减少。另一方面，如果该交流电压小于该预定值，则这些发光单元被关闭，且电流不会流经这些发光单元。因此，电流流经这些发光单元的期间的时间相对地短于T/2。
参照图4(a)及(b)，当预定电流流经这些发光单元时，这些发光单元发光。因此，这些发光单元被驱动而发光的期间的有效时间变成短于电流流经这些发光单元的期间的时间。
随着发光的期间的有效时间变短，光输出减少。因此，可能需要驱动电压的高峰值，以便增加该有效时间。然而，在此情形中，该外部电阻R1中的电力消耗增加，且电流也依据该驱动电压的提高而增加。电流的增加将导致这些发光单元的接面(junction)温度的升高，且该接面温度的升高将会降低这些发光单元的发光效率。
此外，因为只有当交流电源的电压超过该阵列内的这些发光单元的临界电压的总和时，这些发光单元才会以慢于该交流电源的相位改变速率的速率来操作。因此，无法在一基体上连续地发出均匀的光，且将会发生闪烁效应。当观看离开光源有某一段距离的移动的物体时，此种闪烁效应将会明显出现，虽然无法以肉眼来观察该效应，但是如果在一段长的时间期间中将这些发光单元使用于照明，则该效应可能会造成眼睛的疲劳。
发明内容
技术问题
本发明的一目的在于提供一种用于交流(AC)电力操作的发光装置，其中可避免或减轻闪烁效应，且以对应于交流电压的相位改变的方式来增加发光的期间的时间。
本发明的另一目的在于提供一种发光装置，其中在比先前技术小的电流下进行操作，借以提高发光效率。
技术解决方案
为达到这些目的，本发明提供一种用于交流(AC)电力操作的发光装置，该装置具有一阵列的串联连接的发光单元。本发明的一方面提供一种发光装置，其中诸阵列内的发光单元被依序开启及关闭。依据本发明的该方面的发光装置包含：一发光二极管(LED)晶片，该LED晶片具有一阵列的串联连接的发光单元；以及被分别连接到这些发光单元间的节点的切换方块。当该阵列被连接到交流电压电源且被该交流电压电源所驱动时，借由这些切换方块而依序开启及关闭这些发光单元。因为依序开启及关闭这些发光单元，所以可整体地增加这些发光单元发光的期间的有效时间。
这些切换方块可被连接到该阵列的电源及接地端。此时，当该电源与接地端间的电压差Vac在(预定电压xn)至(预定电压x(n+1))的范围内时，第n个切换方块可将该接地端及一连接到该第n个切换方块的节点短路，且如果该电压差Vac大于(预定电压x(n+1))，则该第n个切换方块可使该节点与该接地端断路。因此，当交流电压提高时，这些切换方块依序地重复该短路及断路，因而可依序地开启这些发光单元。当该交流电压降低时，这些发光单元被依序地关闭。
该预定电压可以是这些发光单元在一参考电流下的顺向电压。因此，可将流经这些发光单元的电流固定地保持在近似该参考电流的电流。因此，可调整该参考电流而提高这些发光单元的发光效率。例如，该参考电流可以是15至25毫安(mA)。
可按照与这些发光单元被开启的顺序相反的顺序来关闭这些发光单元。或者，可按照这些发光单元被开启的顺序来关闭这些发光单元。
这些发光单元中的每一发光单元可包含一N型半导体层、一P型半导体层、以及一被插入至该两半导体层间的主动层。此外，可由一以氮化镓(GaN)为基底的半导体来构成这些半导体层。
同时，该LED晶片可在该阵列的串联连接的发光单元之外，另包含另一阵列的串联连接的发光单元。以相互反向的方式来并联连接这些阵列。切换方块可分别被连接到该另一阵列的串联连接的发光单元内的这些发光单元的节点。此时，被连接到该阵列的串联连接的发光单元内的这些发光单元的节点的这些切换方块可分别被连接到该另一阵列的这些发光单元的节点。
本发明的另一方面提供一种用于交流电力操作的发光装置，该装置包含多个阵列，该多个阵列具有不同数目的串联连接的发光单元，且所述的多个阵列互相并联连接。依据本发明的该方面的交流发光装置包含一基体。多个第一阵列位在该基体上。这些第一阵列具有不同数目的串联连接的发光单元，且这些第一阵列以相互反向的方式而并联连接。此外，多个第二阵列位在该基体上。这些第二阵列具有不同数目的串联连接的发光单元，且这些第二阵列被反向并联连接到这些第一阵列。因此，可提供一种交流发光装置，其中在交流电源下依序地开启这些阵列，而后按照相反的顺序关闭这些阵列，因而可减低闪烁效应，并可增加发光时间。
在一些实施例中，该发光装置可另包含一切换方块，用以根据交流电源的电压位准(level)而控制所述的多个第一及第二阵列中的每一阵列的发光。该切换方块根据该交流电源的电压位准而选择性地控制这些阵列的发光。此时，这些第一及第二阵列中的每一阵列的一端被共同连接到一第一电源连接端，且这些每一阵列的另一端被分别连接到第二电源连接端。此外，该切换方块可被连接于这些第二电源连接端与该交流电源之间，以便根据该交流电源的电压位准而形成一电流路径，借以控制这些阵列的发光。
在一些实施例中，这些第二阵列中的每一阵列可具有与这些第一阵列中的各对应阵列的每一阵列相同数目的发光单元。因此，可提供一种依据一交流电源的相位改变而具有相同的光输出及发光频谱的发光装置。此外，在这些第一及第二阵列中具有较多数目的发光单元的一阵列可具有较大的发光单元。
在一些实施例中，可将第一电阻器分别串联连接到这些第一阵列。而且，可将第二电阻器分别串联连接到这些第二阵列。这些第一及第二电阻器被使用来防止过多的电流流进这些第一及第二阵列中。
这些第一电阻器可具有不同的电阻值，且这些第二电阻器亦可具有不同的电阻值。可将这些第一及第二电阻器分别串联连接到这些第一及第二阵列，以使具有较大电阻值的电阻器被连接到具有较少数目的发光单元的阵列。因此，可防止过多的电流流进首先被开启的阵列。
同时，这些第二电阻器可具有对应于这些第一电阻器的电阻值的电阻值。因此，可提供一种与交流电源的相位改变相关而具有相同的光输出及发光频谱的发光装置。
代替这些第一及第二电阻器，可将一共同的电阻器共同地串联连接到这些第一及第二阵列。因此，由于发光单元的数目的差异而依序地操作这些阵列。因为该共同的电阻器被连接到这些个别的阵列，所以简化了连接电阻的程序。
可将这些电阻器或该共同的电阻器定位在该基体上或该基体之外。亦即，可在一LED晶片之内部形成这些电阻器或该共同的电阻器，或者可在一额外的电阻器装置中形成这些电阻器或该共同的电阻器，且又将该额外的电阻器装置连接到这些阵列。
同时，在这些第一及第二阵列的每一阵列中，具有最少数目的发光单元的阵列内的各发光单元可具有大于具有最多数目的发光单元的阵列内的各发光单元的光强度的光强度。因此，可提供一种交流发光装置，其中，在一交流电源下依序地开启这些阵列，然后按照相反的顺序来关闭这些阵列，因而可增加发光时间，且首先被开启的阵列具有较大的光强度，因而可减轻闪烁效应。
具有最少数目的发光单元的该阵列内的发光单元可具有粗糙化的表面，使这些发光单元可具有比具有最多数目的发光单元的该阵列内的发光单元的光强度还大的光强度。这些发光单元的粗糙化表面可防止因折射率的差异所造成的全反射，因而提高了发射到外部的光的取光效率(extraction efficiency)。因此，增加了发光单元的光强度。
具有粗糙化表面的发光单元可构成数目是这些第一及第二阵列中的每一阵列的阵列数目的1/2的阵列。在此情况中，具有粗糙化表面的发光单元的这些阵列具有较少数目的发光单元。同时，可将具有粗糙化表面的发光单元的这些阵列限制在这些第一及第二阵列中的每一阵列的具有最少数目的发光单元的阵列。
同时，具有最少数目的发光单元的阵列内的发光单元可具有倾斜的侧表面，使这些发光单元可具有比具有最多数目的发光单元的该阵列内的发光单元的光强度还大的光强度。该倾斜的侧表面提高了取光效率，因而增加了这些发光单元的光强度。
具有倾斜的侧表面的发光单元可构成数目是这些第一及第二阵列中的每一阵列的阵列数目的1/2的阵列。在此情况中，具有倾斜的侧表面的发光单元的这些阵列具有较少数目的发光单元。同时，可将具有倾斜的侧表面的发光单元的这些阵列限制在这些第一及第二阵列中的每一阵列的具有最少数目的发光单元的阵列。
本发明的又一方面提供一种用于交流电力操作的发光装置，该装置包含一桥式整流器。
依据该方面的该交流发光装置包含一基体。多个阵列定位在该基体上。该多个阵列具有不同数目的串联连接的发光单元，且该多个阵列以互相反向的方式并联连接。此外，一桥式整流器被连接到该多个阵列。该桥式整流器的两个节点被分别连接到这些阵列的两个末端部分。因此，可提供一种交流发光装置，其中，利用被该桥式整流器整流的电流来驱动这些阵列，且亦可提供一种交流发光装置，其中，由于发光单元的数目的差异而依序地开启这些阵列，而后按照相反的顺序来关闭这些阵列。
可将该桥式整流器定位在该基体上。因此，可连同这些发光单元而形成该桥式整流器。相反地，可个别地提供一桥式整流器，然后将该桥式整流器连接到这些阵列。
在一些实施例中，可将一切换方块连接在这些阵列的一末端部分与该桥式整流器的其中一个节点之间。该切换方块根据交流电源的电压位准而控制该多个阵列中的每一阵列的发光。
在一些实施例中，可将电阻器定位于该桥式整流器与该多个阵列之间，且这些电阻器可被分别串联连接到该多个阵列。这些电阻器防止过大的电流流进这些阵列中。
这些电阻器可具有不同的电阻值。此时，可将这些电阻器分别串联连接到这些阵列，使具有较大电阻值的电阻器被连接到具有较少数目的发光单元的阵列。因此，可防止过大的电流流进首先被开启的阵列中。
代替该多个电阻器，可将一共同的电阻器共同地串联连接到该多个阵列。如果使用该共同的电阻器，则可简化连接电阻器的程序。
同时，该多个阵列中具有较多数目发光单元的阵列可具有较大的发光单元。
在一些实施例中，于该多个阵列中，具有最少数目的发光单元的阵列内的各发光单元可具有大于具有最多数目的发光单元的一阵列内的各发光单元的光强度的光强度。例如，具有最少数目的发光单元的该阵列内的发光单元可具有粗糙化表面，以使这些发光单元可具有比具有最多数目的发光单元的该阵列内的发光单元的光强度大的光强度。或者，具有最少数目的发光单元的阵列内的发光单元可具有倾斜的侧表面，以使这些发光单元可具有比具有最多数目的发光单元的该阵列内的发光单元的光强度大的光强度。
本发明的又一方面提供一种包含一延迟磷光体(delay phosphor)的交流发光装置。依据该方面的交流发光装置包含：一LED晶片，该LED晶片具有多个发光单元；一透明构件，用以覆盖该LED晶片；以及一延迟磷光体，该延迟磷光体被自这些发光单元所发出的光激励，而发出在可见光范围内的光。
在本发明中，术语“延迟磷光体”也被称为长余辉磷光体(longafterglow phosphor)，且意指一种在激励光源被阻隔之后具有长衰减时间的磷光体。在本发明中，将衰减时间定义为在激励光源被阻隔之后到达起始值的10％所耗用的时间。在此实施例中，该延迟磷光体可具有1毫秒或更长且最好是大约8毫秒或更长的衰减时间。同时，虽然该延迟磷光体的衰减时间的上限并未限于特定的值，但是最好是根据发光装置的用途而不要太长。例如，在将发光装置用于一般家庭照明的情形中，该延迟磷光体的衰减时间最好是几分钟或更短。对室内照明而言，10小时或更短的衰减时间也是足够的。
依据该实施例，当LED晶片发射可见光时，自该LED晶片发射的光与自该延迟磷光体发射的光混合，而增加了该发光装置的发光时间，因而避免了交流发光装置的闪烁效应。
可将该延迟磷光体定位在该LED晶片与该透明构件之间，或者可将该延迟磷光体散布在该透明构件之内。
该延迟磷光体可以是红色、绿色、及蓝色磷光体中的磷光体、或以上各磷光体的组合。
除了该延迟磷光体之外，该交流发光装置可另包含另一磷光体，该磷光体被自该LED晶片所发射的光激励，而发射可见光范围内的光。将该磷光体用来提供可借由转换自LED晶片发射的光的波长而发射具有各种颜色的光的发光装置。例如，在该LED晶片发射紫外光的情形中，这些其他的磷光体可以是红色、绿色、及(或)蓝色磷光体，以便经由与自该延迟磷光体发射的可见光范围内的光混合，而发射白光。此外，在该LED晶片发射蓝光的情形中，这些其他的磷光体可以是红色磷光体及(或)绿色磷光体、或黄色磷光体。
有利的效果
依据本发明，可提供一种用于交流电力操作的发光装置，其中可避免或减轻闪烁效应，且以对应于交流电压的相位改变的方式来增加发光的时间。此外，可提供一种发光装置，其中可以比先前技术还小的电流来进行操作，因而提高了发光效率。
附图说明
图1及图2是传统交流发光装置的电路示意图。
图3是该传统交流发光装置中的驱动电压与驱动电流间的示意图形。
图4是该传统交流发光装置的驱动电压与发光量间的示意图形。
图5是依据本发明的一实施例的发光二极管(LED)的一部分剖面图。
图6是依据本发明的另一实施例的交流LED的一部分剖面图。
图7是依据本发明的第一实施例的交流发光装置的电路示意图。
图8是依据本发明的该第一实施例的该交流发光装置中的驱动电压及电流与时间之间的示意图形。
图9是依据本发明的第二实施例的交流发光装置的电路示意图。
图10是依据本发明的该第二实施例的该交流发光装置的驱动电压与发光量的示意图形。
图11是依据本发明的第三实施例的交流发光装置的电路示意图。
图12是依据本发明的第三实施例的该交流发光装置的修改的电路示意图。
图13是依据本发明的第三实施例的交流发光装置的驱动电压及发光量的示意图形。
图14是依据本发明的第四实施例的一交流发光装置的电路示意图。
图15是依据本发明的第五实施例的一交流发光装置的电路示意图。
图16是依据本发明的第六实施例的一交流发光装置的电路示意图。
图17及图18是可适用于本发明的实施例的LED的剖面图。
图19是依据本发明的第七实施例的一交流发光装置的剖面图。
图20是依据本发明的第七实施例的一交流发光装置的发光特性的示意图形。
10：交流电源
15，500：发光装置
30：发光单元
20：基体
25：第一导电类型半导体层
29，29a：第二导电类型半导体层
27：主动层
31：电极
21：缓冲层
33a，33b：电极垫
41：导线
51：反射金属层
53：金属凸块
300：切换方块
101-108：阵列
110：第一电源连接端
121-128：第二电源连接端
200：发光二极管
400，350：桥式整流器
410-440：二极管部分
1：交流发光装置
3：发光装置晶片
7：磷光体
5：透明构件
具体实施方式
在下文中，将参照各附图而详细说明本发明的较佳实施例。只是为了例示的目的而提供下文中的实施例，使熟悉此项技术者可完全了解本发明的精神。因此，本发明并不限于下文中的实施例，而是可以其他的形式来实施本发明。在这些图式中，为了便于解说，各元件的宽度、长度、及厚度等的尺寸将被放大。在整个说明书及图式中，相同的参考数字表示相同的元件。
图5为依据本发明的一实施例的发光二极管(LED)的一部分剖面图。
请参照图5，相互间隔开的一些发光单元30被定位在一基体20上。每一发光单元30包含一第一导电类型半导体层25、被定位在该第一导电类型半导体层25的区域上的第二导电类型半导体层29、以及一被插入至该第一与第二导电类型半导体层之间的主动层27。在此，该第一及第二导电类型半导体层25及29分别为一N型及一P型的半导体层、或一P型及一N型的半导体层。
可在该第二导电类型半导体层29上形成一电极31。该电极31可以是可透射光线的透明电极。
可在基体20上形成这些个别的半导体层及一电极层，然后使用微影及蚀刻制程而在这些层中产生图案。基体20可以是由氧化铝(Al2O3)、碳化硅(SiC)、氧化锌(ZnO)、硅、砷化镓(GaAs)、磷化镓(GaP)、锂/氧化铝(LiAl2O3)、氮化硼(BN)、氮化铝(AlN)、或氮化镓(GaN)所制成的基体，且根据将要在基体20上形成的半导体层的材料来选择该基体20。如果形成了以氮化镓(GaN)基底的半导体层，则基体20可以是氧化铝(Al2O3)或碳化硅(SiC)基体。
可在基体20与每一发光单元30之间插入一缓冲层21。缓冲层21是用来在晶体生长时减少基体20与随后各层间的品格失配(latticemismatch)。例如，缓冲层21可以是一氮化镓(GaN)或氮化铝(AlN)薄膜。该N型半导体层是在该层中产生电子且可由以N型杂质掺杂的氮化镓(GaN)形成的层。该P型半导体层是在该层中产生电洞且可由以P型杂质掺杂的氮化铝镓(AlGaN)形成的层。
主动层27是作出预定的能带间隙及量子井而可使电子及电洞再结合的区域，且主动层27可包括一AlxInyGazN层。电子及电洞结合时所发射光的波长随着构成主动层27的各元素的成分比率而改变。因此，选择铝、铟、与镓之间的成分比率，以便发射具有所需波长的光，例如，紫外光或蓝光。
可在第一导电类型半导体层25的区域上形成一电极垫33a，并可在电极31上形成一电极垫33b。可使用剥离(lift-off)技术，而在所需的位置上形成电极垫33a及33b中的每一电极垫。
导线41将相邻的电极31在电气上相互连接，以便形成具有被串联连接的发光单元30的阵列。如图5所示，每一导线41将一发光单元的第一导电类型半导体层25上所形成的电极垫33a连接到另一发光单元的电极31上所形成的电极垫33b。可使用空气桥(Air bridge)或阶梯覆盖(step-coverage)制程来形成导线41。
图6是依据本发明的另一实施例的LED的剖面图。因为此实施例的LED与图5所示的LED大部分相同，所以将只说明差异的部分。
请参阅图6，在每一电极31上形成一反射金属层51。可以一单层或多层的方式来形成反射金属层51。例如，可以银制成该反射金属层，且可在该反射金属层的上部及下部分别形成用来避免银的扩散的阻障金属层(barrier metal layer)。该反射金属层将自主动层2 7产生的光朝向基体20反射。因此，基体20最好是一光透射基体。可在反射金属层51上形成电极垫33b，或者可省略掉电极垫33b。同时，并不形成反射金属层51，而是可形成电极31以作为一反射金属层。
同时，在反射金属层51上形成一金属凸块(bumper)53。该金属凸块53被接合在一次载具(submount)(图中未示出)上，以便传导自一发光单元产生的热。
根据该实施例，提供了一种具有与一次载具有热接触的一些金属凸块53的一覆晶(flip-chip)型LED。此种覆晶型LED具有较优异的散热效率，因而提供高光输出。
图7是根据本发明的第一实施例的交流(AC)发光装置的一电路示意图，且图8是根据本发明的该第一实施例的该交流发光装置中的驱动电压及电流与时间的示意图形。
请参阅图7，该发光装置包含一阵列的串联连接的发光单元C1至Cn。在单一LED晶片上形成该阵列。可在一单晶片上形成多个阵列，且以相互反向的方式并联连接这些阵列。因此，这些发光单元连接到一交流电源而被驱动。
如同前文中参照图5及图6所述的，每一发光单元包含一N型半导体层、一P型半导体层、以及一被插入至这些半导体层之间的主动层。可用以氮化镓(GaN)为基底的化合物半导体层的方式来形成这些半导体层及该主动层。这些半导体层及该主动层并不限于该以氮化镓(GaN)为基底的化合物半导体层，而是可使用各种技术而以各种材料薄膜形成这些半导体层及该主动层。
这些发光单元C1至Cn被串联连接，且节点L1至Ln-1被定位于各发光单元之间。各切换方块G1至Gn-1被分别连接到这些节点L1至Ln-1。亦即，切换方块G1被连接到发光单元C1与C2间的节点L1，且切换方块G2被连接到发光单元C2与C3间的节点L2。切换方块Gn-1以此种方式被连接到发光单元Cn-1与Cn间的节点Ln-1。
当交流电压Vac沿着正向而提高时，这些切换方块G1至Gn-1被依序操作，而将这些发光单元C1至Cn依序开启。此外，如果该交流电压通过一峰值且降低，则这些切换方块G1至Gn-1再度被依序操作，而将这些发光单元C1至Cn依序关闭。
每一切换方块G1至Gn-1被连接到该阵列的发光单元的电源端S及接地端G。在此，如果交流电压电源被电连接到该阵列的两端，则电流经一端点而流进该阵列，此一端点被称为电源端S，且电流经一端点而流出该阵列，此一端点被称为接地端G。该交流电压电源可被连接到该电源端S，且可将该接地端G接地。或者，该电源及接地端S及G可分别被连接到该交流电压电源的两端。在此，为了便于解说，将把接地端G说明为被接地。如果该接地端G被接地，则可将这些切换方块G1至Gn-1分别接地，而不是将这些切换方块连接到该阵列的接地端G。
可利用该电源与接地端S与G间的电压差而驱动这些切换方块G1至Gn-1，且将于下文中说明此种操作。
当该电源端S的电压Vac在(预定电压xn)至(预定电压x(n+1))的范围内时，这些切换方块中的每一切换方块Gn将节点Ln与接地端G点短路。在此，n表示切换方块的序数。在此情况中，各切换方块G1至Gn-1将电流旁通到该接地端G。同时，如果该电源端S的电压Vac为(预定电压x(n+1))或更高时，则这些切换方块中的每一切换方块Gn将节点Ln自该接地端G断路。在此情况中，经由切换方块G1至Gn-1而旁通的电流被切断。此外，如果该电源端S的电压Vac低于(预定电压xn)，则这些切换方块G1至Gn-1中的每一切换方块将节点Ln自该接地端G断路。
该预定电压可以是在参考电流下的这些发光单元的顺向电压。考虑到这些发光单元的发光效率而决定该参考电流。例如，可将该参考电流决定为这些发光单元的发光效率被最大化时的电流。该电流可以是15至25毫安，且该电流在基于氮化镓(GaN)的半导体层及主动层中是20毫安。
下文中将详细说明依据该实施例的发光装置的操作。在此，将把发光单元在一参考电流下的顺向电压Vf叙述为该预定电压。
如果交流电压电源被连接到该电源端S，使该电源端的电压高于该顺向电压Vf，则切换方块G1将节点L1与接地端G短路。因此，该参考电流开始流经发光单元C1及切换方块G1，且发光单元C1被操作而发光。如果交流电压Vac进一步增加，则超过该参考电流的电流流经发光单元C1。
然后，如果该交流电压到达2Vf，则切换方块G1将节点L1自该接地端G断路，而切断一旁通(bypassing)电流。同时，切换方块G2将节点L2与接地端G短路。因此，发光单元C2被开启，且该参考电流经由发光单元C1及C2、以及切换方块G2而流入该接地端G。亦即，电流利用切换方块G2而自节点L2旁通到接地端G。
当交流电压Vac增加时，重复各切换方块G1至Gn-1被短路然后被断路的程序，使各切换方块G1至Gn-1被依序断路，因而发光单元C1至Cn被依序开启。
同时，如果经过T/4的时间之后，交流电压Vac减少，则原先被断路的切换方块Gn-1被短路，且发光单元Cn被关闭。然后，如果交流电压Vac进一步减少，则切换方块Gn-1被断路，且原先被断路的切换方块Gn-2(图中未示出)被短路，而关闭发光单元Cn-1。亦即，当交流电压Vac减少时，依序重复各切换方块G1至Gn-1被短路然后被断路的程序，且这些发光单元被依序关闭。
下表1概述这些发光单元在1/2周期的时间中的开启及关闭操作。
表1
  时间     C1     C2     C3 ...     Cn-1     Cn
    0   关闭   关闭   关闭 ...   关闭   关闭
  开启   关闭   关闭 ...   关闭   关闭
  开启   开启   关闭 ...   关闭   关闭
  开启   开启   开启 ...   关闭   关闭
  开启   开启   开启 ...   开启   关闭
  开启   开启   开启 ...   开启   开启
  T/4   开启   开启   开启 ...   开启   开启
  开启   开启   开启 ...   开启   开启
  开启   开启   开启 ...   开启   关闭
  开启   开启   开启 ...   关闭   关闭
  开启   开启   关闭 ...   关闭   关闭
  开启   关闭   关闭 ...   关闭   关闭
  T/2   关闭   关闭   关闭 ...   关闭   关闭
请参阅表1，发光单元C1至Cn随着时间的经过而依序被开启，然后在经过T/4的时间之后按照相反顺序被关闭。在先前技术中开启所有发光单元的驱动电压Vac下，根据该实施例的所有发光单元也被开启，此外，根据该实施例，甚至在该驱动电压Vac开启所有的发光单元之前，某些发光单元已被开启。
请参阅图8，当驱动电压Vac增加时，在所有的发光单元被开启之前，流经这些发光单元C1至Cn的电流具有大致固定的电流值。该电流大致对应于参考电流。显然可看出：纵然在所有的发光单元被开启之后，驱动电压Vac进一步增加，流经这些发光单元的电流并未增加。
同时，因为这些发光单元被依序开启，所以纵使在驱动电压Vac具有一较小值时，某些发光单元也已经发光。此外，因为这些发光单元被依序关闭，所以纵然驱动电压Vac具有一较小值时，某些发光单元仍然发光。因此，增加了这些发光单元被驱动的有效时间。
根据该实施例，因为这些发光单元C1至Cn被依序开启及关闭，所以与先前技术相比时，整体上增加了这些发光单元被开启而发光的有效时间。因此，如果使用与先前技术相同的交流电压电源，则可增加光输出。换言之，纵然将驱动电压Vac的峰值设定为比先前技术小的值，也可提供与先前技术相同的光输出。因此，可使用小电流来驱动这些发光单元。因此，使这些发光单元的接面温度降低，因而提高发光效率。
这些切换方块G1至Gn-1并不限于该实施例，而是可将这些切换方块G1至Gn-1实施成各种修改形式。例如，可将这些切换方块配置成相同的电路，且可加入另一电路以用来依序操作这些切换方块。此外，可在这些发光装置内，或以与这些切换方块分离的方式，提供一电路，用以在电源电压Vac在某一范围内增加时，避免过大的电流流经工作的发光单元。例如，该电路可包括诸如曾纳二极管或电阻器等的恒定电压源。因此，在任意的发光单元Cn被开启之前，可避免让过大的电流流经已被开启的发光单元C1至Cn-1。
同时，可以相互反向的方式并联连接至少两个阵列的被串联连接的发光单元，且各切换方块可被分别连接到每一阵列的这些发光单元间的节点。同时，这些切换方块可共同地被连接到这些个别的阵列。因此，这些切换方块可让一阵列内的这些发光单元在1/2的周期中被依序开启或关闭，然后让另一阵列内的这些发光单元在后续的1/2的周期中被依序开启或关闭。
图9为依据本发明的第二实施例的交流发光装置的电路示意图，且图10为依据本发明的该第二实施例的该交流发光装置的驱动电压与发光量的示意图形。
请参阅图9，依据该实施例的该交流发光装置包含一LED200及一切换方块300。LED200包含多个阵列101至108，每一阵列具有被串联连接的发光单元。这些阵列101至108被定位在一单一基体上，且每一阵列具有不同数目的串联连接的发光单元，因而每一阵列在一不同的电压位准下被驱动。
阵列101至108的一端点被连接到第一电源连接端110，且阵列101至108的其他端点被分别连接到多个第二电源连接端121至128。同时，切换方块300被连接到发光二极管200的该多个第二电源连接端121至128，而根据诸如外部电源1000的电压值，形成了该外部电源1000与这些第二电源连接端121至128中的第二电源连接端间的电流路径。此处，该第一电源连接端110被连接到该外部电源1000。
例如，LED200包含如图9所示的8个发光单元阵列101至108，且在这些发光单元阵列101至108中的每一发光单元阵列中串联连接多个发光单元30，使这些发光单元30在不同的电压下发光。
亦即，第一至第四阵列101至104中的每一阵列具有不同数目的串联连接的发光单元30，且这些发光单元30沿着顺向方向而被连接于这些第二电源连接端121至124与该第一电源连接端110之间。第五至第八阵列105至108中的每一阵列具有不同数目的串联连接的发光单元30，且这些发光单元30沿着反向方向而被连接于这些第二电源连接端125至128与该第一电源连接端110之间。此时，术语“顺向方向”及“反向方向”意指两个端点间的电流的流动方向。电流自这些第二电源连接端121至128流到该第一电源连接端110的(以这些第二电源连接端121至128为基准的)方向被称为顺向方向，且电流自该第一电源连接端110流到这些第二电源连接端121至128的方向被称为反向方向。
在此，第二阵列102具有数目大于第一阵列101的数目的发光单元30，第三阵列103具有数目大于第二阵列102的数目的发光单元30，且第四阵列104具有数目大于第三阵列103的数目的发光单元30。此外，第六阵列106具有数目大于第五阵列105的数目的发光单元30，第七阵列107具有数目大于第六阵列106的数目的发光单元30，且第八阵列108具有数目大于第七阵列107的数目的发光单元30。此时，第一至第四阵列101、102、103、及104最好是分别包含数目与第五至第八阵列105、106、107、及108的数目相同的发光单元30。
例如，当使用一个220伏特的交流电源1000时，可选择第一及第五阵列101及105中的每一阵列内的发光单元30的数目，使这些发光单元30发射交流电压的绝对值是1至70伏特时的范围内的光；可选择第二及第六阵列102及106中的每一阵列内的发光单元30的数目，使这些发光单元30发射交流电压的绝对值是71至140伏特时的范围内的光；可选择第三及第七阵列103及107中的每一阵列内的发光单元3 0的数目，使这些发光单元30发射交流电压的绝对值是141至210伏特时的范围内的光；且可选择第四及第八阵列104及108中的每一阵列内的发光单元30的数目，使这些发光单元30发射交流电压的绝对值是211至28 伏特时的范围内的光。
前文所述的电压范围只是用于解说，且可改变各该发光单元阵列内被串联连接的发光单元的数目，而调整该电压范围。发光单元的数目决定了一发光单元阵列的驱动电压。
如图9所示，根据该实施例的切换方块300包含被连接到交流电源1000的一末端的第一端点、以及分别被连接到该多个第二电源连接端121至128的多个第二端点。此外，切换方块300包含：一电压位准决定单元，用以决定交流电源1000的电压位准；以及一开关，用以根据电压位准而改变交流电源1000与这些第二电源连接端121至128间的电流路径。根据沿着顺向或反向方向施加的电压，而将切换方决300选择性地旁通到这些第二电源连接端121至128。
切换方块300根据交流电源1000的电压位准，而形成第一至第八阵列101至108之第二电源连接端121至128与该交流电源1000间的电流路径。例如，如果施加了一低的顺向电压，则在该交流电源1000与第一阵列101的第二电源连接端121之间形成了电流路径，因而第一阵列101内的发光单元可发光；且如果施加了一高的反向电压，则在该交流电源1000与第八阵列108的第二电源连接端128之间形成了电流路径，因而第八阵列108内的发光单元可发光。
图10为依据该实施例的交流发光装置的驱动电压与发光量的示意图形。此处，图10(a)示出交流电源的波形图，且图10(b)示出该发光装置的发光量。
请参阅图10，切换方块300根据交流电源1000的电压位准而改变交流电源1000与第一至第八阵列101至108间的电流路径。亦即，第一至第八阵列101至108中的任一阵列发射某一强度的光。因此，因为根据该实施例的发光装置在交流电源1000的大部分的电压位准下发光，所以减轻了电力损失及闪烁效应。
如图10(a)所示，随着时间的经过而周期性地使交流电源1000的电压变化。当该交流电源处于顺向方向时，将顺向的电源的电压位准定义为区域A、B、C、及D，且根据这些区域而决定可发光的阵列。亦即，如果交流电源1000的电压存在于区域A之内，则切换方块300形成至第一阵列101的一电流路径，因而第一阵列101内的发光单元可发光(请参阅图10(b)中的A’)。因为第一阵列101中的小数目的发光单元30相互串联，所以易于以一低电压开启这些发光单元30。此外，如果该交流电源的电压存在于区域B之内，则该切换方块300形成至第二阵列102的一电流路径，因而第二阵列102内的发光单元可发光(请参阅第10(b)图中的B’)。此外，如果该交流电源的电压存在于区域C之内，则该切换方块300形成至第三阵列103的一电流路径，因而第三阵列103内的发光单元可发光(请参阅图10(b)中的C’)。此外，如果该交流电源的电压存在于区域D之内，则该切换方块300形成至第四阵列104的一电流路径，因而第四阵列104内的发光单元可发光(请参阅图10(b)中的D’)。
同时，当沿着反向方向而施加该交流电源时，将反向的电源的电压位准定义为区域E、F、G、及H，且根据这些区域而改变可发光的阵列。亦即，切换方块300根据交流电源1000的电压位准而选择性地形成至第五至第八阵列105、106、107、及108的电流路径，因而这些阵列中的每一阵列内的发光单元可依序发光(请参阅图10(b)中的E’、F’、G’、及H’)。
图11为依据本发明的第三实施例的交流发光装置的电路示意图，图12为依据本发明的第三实施例的该交流发光装置的修改的电路示意图，且第13图为依据本发明的第三实施例的交流发光装置的驱动电压及发光量的示意图形。
请参阅图11及图12，依据该实施例的交流发光装置包含：一桥式整流器400，用以将来自交流电源1000的电流整流；多个阵列101至103，每一阵列具有在其中被串联连接的多个发光单元；以及一被连接到这些阵列的切换方块300。这些阵列101至103具有不同数目的发光单元。
同时，该多个阵列101至103的每一阵列的一端点被连接到与桥式整流器400连接的第一电源连接端110，且该多个阵列101至103的每一阵列的另一端点分别被连接到该多个第二电源连接端121至123。该切换方块300被连接到发光装置200的该多个第二电源连接端121至123、以及桥式整流器400。切换方块300根据桥式整流器400所整流的电压的位准，而形成桥式整流器400与第二电源连接端121至123间的电流路径。
如图11所示，可以被配置在第一至第四节点Q1至Q4的的二极管部分410至440形成桥式整流器400。亦即，第一二极管部分410的阳极及阴极端分别被连接到第一及第二节点Q1及Q2。第二二极管部分420的阳极及阴极端分别被连接到第三及第二节点Q3及Q2。第三二极管部分4 30的阳极及阴极端分别被连接到第四及第三节点Q4及Q3。第四二极管部分440的阳极及阴极端分别被连接到第四及第一节点Q4及Q1。第一至第四二极管部分410至440可具有与发光单元30相同的结构。亦即，于形成这些发光单元30时，可在相同的基体上形成第一至第四二极管部分410至440。此时，桥式整流器400的第一及第三节点Q1及Q3被连接到交流电源1000，第二节点Q2被连接到切换方块300，且第四节点Q4被连接到第一电源连接端110。
可使用与LED200分离的整流二极管来提供桥式整流器400。
如图12所示，可将LED200定位在桥式整流器内。该图示出：于制造发光二极管时，使用在该LED晶片的边缘部分上形成的额外的发光单元以制造桥式整流器400，其中该发光二极管包含阵列，每一阵列具有被串联连接的多个发光单元。
图13为显示本发明的第三实施例的交流发光装置的操作的示意图形。在此，图13(a)为被施加到桥式整流器400的第二节点Q2的交流电源的波形图，且图13(b)为该发光装置的发光量的图形。
当施加交流电压时，如图13(a)所示，经由桥式整流器400的整流操作而产生了一反向电压被反向的形式的电源。因此，只有顺向电压被施加到该切换方块300。因此，阵列101、102、及103被相互并联连接，使LED200可回应于该顺向电压而发光。
如果桥式整流器400所整流的交流电源的电压位准存在于区域A，则切换方块300形成至第一阵列101的电流路径，因而该第一阵列内的发光单元可发光。此时，如果所施加的电压大于第一阵列101内被串联的发光单元30的临界电压的总和，则开始发光，且当所施加的电压增加时，发光量也增加。然后，如果电压上升而使该电压位准到达区域B时，该切换方块300形成至第二阵列102的电流路径；以及如果该电压位准到达区域C时，形成至第三阵列103的电流路径。
根据该实施例的交流发光装置在没有电力消耗的情况下在交流电源的大部分的电压位准下发光，且增加了发光的时间，而减少了闪烁效应。
图14为依据本发明的第四实施例的交流发光装置的电路图。在下文中，n代表2或更大的整数。
请参阅图14，该发光装置具有一LED200，且又包含第一电阻R1至Rn、以及第二电阻R’1至R’n。
LED200在单一基体上包含多个第一阵列A1至An、以及多个第二阵列RA1至RAn，每一阵列具有被串联的一些发光单元(图5中的30)。这些第一阵列A1至An相互并联连接，且这些第二阵列RA1至RAn与这些第一阵列反向并联连接。
这些第一阵列A1至An具有不同数目的串联连接的发光单元。亦即，阵列A1内的发光单元的数目小于阵列A2内的发光单元的数目，且阵列A2内的发光单元的数目小于阵列An内的发光单元的数目。此外，这些第二阵列RA1至RAn具有不同数目的串联连接的发光单元。亦即，阵列RA1内的发光单元的数目小于阵列RA2内的发光单元的数目，且阵列RA2内的发光单元的数目小于阵列RAn内的发光单元的数目。
这些第二阵列RA1至RAn可具有数目分别对应于这些第一阵列所具有的数目的发光单元。亦即，阵列RA1具有数目等于阵列A1所具有的数目的发光单元，阵列RA2具有数目等于阵列A2所具有的数目的发光单元，且阵列RAn具有数目等于阵列An所具有的数目的发光单元。因此，被反向并联连接的个别的第二阵列与各对应的第一阵列配对。
可将这些第一及第二阵列的末端部分在基体(图5中的20)上相互连接。为达到此一目的，在基体20上提供了一接合垫(图中未示出)，且这些阵列的这些末端部分可经由导线而被连接到该接合垫(bonding pad)。可于形成图5中的导线41时，形成用来将这些阵列连接到基体20上的接合垫的这些导线。亦即，无须经由接合导线而连接这些阵列的这些末端部分，因而简化了布线(wiring)制程。
同时，在这些第一及第二阵列A1至An以及RA1至RAn中，具有最大数目的发光单元的一阵列可具有较大的发光单元30。亦即，同一阵列内的发光单元可具有大致为相同尺寸的主动层(图5中的27)，但是不同的阵列内的发光单元可具有尺寸不同的主动层。当发光单元的主动层27变得较大时，发光单元30的整体电阻(bulk resistance)将降低。因此，当在大于临界电压的电压下提高电压时，流经发光单元30的电流量将迅速增加。
同时，这些第一电阻器R1至Rn分别被串联连接到这些第一阵列A1至An，且这些第二电阻器R’1至R’n分别被串联连接到这些第二阵列RA1至RAn。这些第一及第二电阻可分别经由导线而被连接到这些阵列。
这些第一电阻器R1至Rn可具有不同的电阻值，且这些第二电阻器R’1至R’n亦可具有不同的电阻值。此时，最好是将这些第一及第二电阻器分别串联连接到这些第一及第二阵列，使具有较大电阻值的电阻器被连接到具有较少数目的发光单元30的阵列。亦即，具有较大电阻值的电阻器R1或R’1被串联连接到具有较少数目的发光单元30的阵列A1或RA1，且具有较小电阻值的电阻器Rn或R’n被串联连接到具有较多数目的发光单元30的阵列An或RAn。
这些电阻器的末端部分及这些阵列的末端部分被连接到交流电源1000的两端点。在此，交流电源1000可以是一般的家庭(household)交流电压电源。下文中将详细说明该交流发光装置的操作。
首先，将说明利用交流电源将一正电压施加到这些电阻器并将一负电压施加到在这些电阻器的对向的这些阵列的每一阵列的一末端部分的一种半周期。
当交流电压自零电压增加时，开启了沿着顺向方向施加偏压的这些第一阵列A1至An。因为这些第一阵列A1至An具有不同数目的发光单元30，所以自具有较少数目的发光单元30的阵列A1开始开启这些第一阵列A1至An。当该交流电压超过该阵列A1内的这些发光单元的临界电压的总和时，即开启该阵列A1。当该交流电压增加时，电流即增加，而使发光单元发光。同时，如果该交流电压进一步增加且因而使该电流增加，则因电阻R1而产生的电压降变得较大。因此，避免了过大的电流流经该阵列A1。
如果该交流电压进一步增加且因而超过该阵列A2内的这些发光单元的临界电压的总和时，即开启该阵列A2而发光。当重复该程序时，开启阵列An而发光。亦即，自具有较少数目的发光单元30的阵列开始而依序开启这些阵列。
然后，如果该交流电压通过T/4上的最大峰值，然后变得小于该阵列An内的这些发光单元的临界电压的总和时，则该阵列An被关闭。然后，该交流电压进一步降低，因而该阵列A2被关闭，且然后阵列A1被关闭。亦即，自具有较大数目的发光单元30的阵列开始而依序关闭这些第一阵列。按照与开启这些阵列的顺序相反的顺序来完成这些阵列的关闭。
当该交流电压再度变为零时，即完成了该半周期。在后半周期中，对该交流电压的相位改变时被沿看顺向方向施加偏压的这些第二阵列RA1至Ran进行操作。以与这些第一阵列相同的方式操作这些第二阵列。
依据该实施例，提供了一种利用交流电源1000来驱动的交流发光装置。此外，因为重复依序开启这些第一及第二阵列A1至An及RA1至RAn然后按照相反顺序来关闭这些阵列的程序，所以与传统的发光装置相比时，可减少闪烁效应，并可增加该发光装置发光的时间。
同时，借由将具有较大电阻值的电阻器连接到具有较少数目的发光单元的阵列，即可防止过大的电流流经因电压增加而先被开启的阵列。
此外，借由将较大的发光单元连接到具有较多数目的发光单元的阵列，即可迅速地增加流经根据电压的增加而较晚被开启的阵列的电流。亦即，具有较多数目的发光单元的阵列的整体电阻可小于具有较少数目的发光单元的阵列的整体电阻。因此，一旦开启了具有较多数目的发光单元的阵列，则当该电压增加时，流经该阵列的电流将迅速增加。因此，不使过大的电流流经最初被开启的一阵列。此外，因为可调整发光单元的尺寸而避免过大的电流，所以可减少电阻器的电阻值间的差异，因而可减少电阻器的电阻值。电阻器的电阻值的减少可增加发光单元的光输出。
图15为依据本发明的第五实施例的一交流发光装置的电路示意图。
请参阅图15，该发光装置具有一LED200，且又具有一共同的电阻器Rt。LED200具有与前文中参照图14所述的LED200的那些组件大致相同的组件。
在LED200中，如同前文中参照图14所述的，可在图5所示的基体20上将这些第一及第二阵列A1至An及RA1至RAn的末端部分相互连接。此外，亦可在图5所示的基体20上将这些第一及第二阵列的另一末端部分相互连接。可经由导线将这些另一末端部分连接到基体20上提供的接合垫(图中未示出)，且可于形成图5所示的导线41时，形成这些导线。
同时，并不使用图14所示的第一及第二电阻器R1至Rn及R’1至R’n，而是将该共同的电阻器Rt共同地串联连接到这些第一及第二阵列A1至An及RA1至RAn。此时，可经由一导线而将该共同的电阻器Rt连接于该接合垫上。
依据该实施例，因为该共同的电阻器Rt被连接到这些第一及第二阵列，所以与图14所示的发光装置相比时，简化了连接电阻器的程序。
图16为依据本发明的第六实施例的一交流发光装置的电路示意图。
请参阅图16，该发光装置具有一LED500及一桥式整流器350，且可包含电阻器R1至Rn。
LED500包含多个阵列A1至An，每一阵列具有在图5所示的单一基体20上被串联连接的发光单元30。这些阵列A1至An被相互并联连接。
这些阵列A1至An具有不同数目的串联连接的发光单元。亦即，阵列A1内的发光单元的数目小于阵列A2内的发光单元的数目，且阵列A2内的发光单元的数目小于阵列An内的发光单元的数目。
可在图5所示的基体20上相互连接这些阵列的一末端部分。为达到此一目的，在基体20上提供了一接合垫(图中未示出)，且可经由导线而将这些阵列的这些末端部分连接到该接合垫。可于形成图5所示的导线41时，形成用来将这些阵列连接到基体20上的该接合垫的导线。
此外，在阵列A1至An中，具有较多数目的发光单元的阵列可具有较大的发光单元30。可以与发光单元30相同的发光单元来建构该桥式整流器350。因此，可于形成发光单元30时，形成该桥式整流器的这些发光单元。这些阵列A1至An的一末端部分被共同地连接到桥式整流器350的节点。可经由导线来连接该节点及该接合垫而完成该连接。
同时，这些电阻器R1至Rn可分别被串联连接到这些阵列A1至An。
这些电阻器R1至Rn可具有不同的电阻值。此时，最好是将这些电阻器分别串联连接到这些阵列，使具有较大电阻值的电阻器被连接到具有较少数目的发光单元30的阵列。亦即，具有较大电阻值的电阻器R1被串联连接到具有较少数目的发光单元30的阵列A1，且具有较小电阻值的电阻器Rn被串联连接到具有较多数目的发光单元30的阵列An。
如图16所示，这些电阻器R1至Rn的一末端部分被连接到该桥式整流器的另一节点。
交流电源1000的两个端点分别被连接到桥式整流器350的两个其他的节点。此处，交流电源1000可以是一般的家庭交流电压电源。下文中将说明该交流发光装置的操作。
首先，当交流电源1000施加电压时，经由桥式整流器350将一正电压施加到这些电阻器，且将一负电压施加到这些电阻器的对向的这些阵列的末端部分。
当交流电压自零电压增加时，开启了沿着顺向方向施加偏压的这些第一阵列A1至An。因为这些第一阵列A1至An具有不同数目的发光单元30，所以自具有较少数目的发光单元30的阵列A1开始开启这些第一阵列A1至An。当该交流电压超过该阵列A1内的这些发光单元的临界电压的总和时，即开启该阵列A1。当该交流电压增加时，电流即增加而发光。同时，如果该交流电压进一步增加且因而使该电流增加，则因电阻R1而产生的电压降变得较大。因此，防止了过大的电流流经该阵列A1。
如果该交流电压进一步增加且因而超过该阵列A2内的这些发光单元的临界电压的总和时，即开启该阵列A2而发光。当重复该程序时，开启阵列An而发光。亦即，自具有较少数目的发光单元30的阵列开始而依序开启这些阵列。
然后，如果该交流电压通过T/4时的最大峰值，然后变得小于该阵列An内的这些发光单元的临界电压的总和时，则该阵列An被关闭。然后，该交流电压进一步降低，因而该阵列A2被关闭，且然后阵列A1被关闭。亦即，自具有较大数目的发光单元30的阵列开始而依序关闭这些第一阵列。按照与开启这些阵列的顺序相反的顺序完成这些阵列的关闭。
当该交流电压再度变为零时，即完成了该半周期。甚至在后半周期中，桥式整流器350以相同的方式操作这些阵列A1至An。
依据该实施例，提供了一种利用交流电源1000驱动的交流发光装置。此外，因为重复依序开启这些阵列A1至An然后按照相反顺序关闭这些阵列的程序，所以与传统的发光装置相比时，可减少闪烁效应，并可增加该发光装置发光的时间。
虽然在该实施例中，这些电阻器R1至Rn分别被串联连接到这些阵列A1至An，但是可如图15所示，可连接该共同的电阻器Rt以取代电阻器R1至Rn。在此情况中，可在图5所示的基体20上将这些阵列A1至An的末端部分互相连接。
同时，在这些前文所述的实施例中，发光单元的数目或发光单元间的尺寸差异产生了这些阵列间相对的光强度差异。亦即，因为首先被开启的阵列具有较少数目的发光单元，所以该阵列的整体光强度是较弱的。此外，因为最后被开启的阵列具有较多数目的发光单元，所以该阵列的光强度是较强的。可因发光单元的尺寸及电阻的差异而扩大此种差异。虽然有在早期开启阵列的优点，但是最初被开启的阵列的光强度是较小的。因此，可能无法对闪烁效应的减少有较大的帮助。因此，必须增加最初被开启的阵列的光强度。为达到此一目的，可以不同的方式建构各别阵列内的发光单元的结构。图17及图18为某些阵列内的发光单元的结构被修改以增加这些阵列内的发光单元的光强度的LED的剖面图。
请参阅图17，依据该实施例的LED与前文中参照图5所述的LED大致相同，且可以与第一至第六实施例相同的方式来配置这些发光单元阵列。然而，该实施例中的发光单元与前文中参照图5所述的发光单元不同之处在于：这些发光单元的上表面(例如，第二导电类型半导体层29a的表面)是粗糙化的。
分别具有表面为粗糙化的第二导电类型半导体层29a的发光单元可建构已述于前文的本发明的第一及第六实施例中的这些阵列。此外，在第一及第六实施例中，可以具有表面为粗糙化的第二导电类型半导体层29a的发光单元来建构数目为整个阵列的数目的1/2或更少的阵列。例如，可以具有表面为粗糙化的第二导电类型半导体层29a的发光单元来建构数目为第14及15图所示这些第一阵列的数目的1/2或更少的阵列、以及数目为第14及15图所示这些第二阵列的数目的1/2或更少的阵列；以及可以具有表面为粗糙化的第二导电类型半导体层29a的发光单元来建构数目为图16所示这些阵列的数目的1/2或更少的阵列。此时，具有表面为粗糙化的第二导电类型半导体层29a的发光单元建构了具有较少数目的发光单元的阵列，且具有平坦表面的发光单元建构了具有较多数目的发光单元的阵列。
可依序地形成一第一导电类型半导体层25、一主动层27、以及该第二导电类型半导体层，并使用光电化学蚀刻技术以蚀刻该第二导电类型半导体层的区域，而形成具有粗糙化表面的第二导电类型半导体层29a。同时，可在该第二导电类型半导体层的区域中形成诸如厚度为10至500埃()的金属薄膜，并执行热处理及对该金属薄膜的蚀刻，而形成该粗糙化表面。
然后，蚀刻这些半导体层的区域，以形成这些具有表面为粗糙化的第二导电类型半导体层29a的发光单元，并在电气上将这些发光单元相互连接，而形成个别的发光单元阵列。
同时，在具有粗糙化表面的第二导电类型半导体层29a上形成一电极垫33b，且亦可在该第二导电类型半导体层29a上形成图5所示的电极31。以具有粗糙化表面的这些发光单元来建构具有较少数目的发光单元的每一阵列(例如，图14及15所示的阵列A1及RA1、或图16所示的阵列A1，因而可增加这些阵列的光强度。因此，因为当施加一交流电压时最初被开启的这些阵列A1及RA1的光强度是大的，所以可进一步减少闪烁效应。
可在图6所示基体的下表面上形成该粗糙化表面。或者，图6所示的基体20可以是分离的，且可在第一导电类型半导体层25的下表面上形成该粗糙化表面。
请参阅图18，依据该实施例的发光单元与前文中参照图5所述的发光单元大致相同，且可以与前文中参照第一至第六实施例所述的相同方式来配置这些发光单元阵列。然而，在该实施例中，将每一发光单元形成为具有倾斜的侧表面。分别具有倾斜的侧表面的这些发光单元构成这些阵列(图14至图17所示的A1及RA1)，且以与具有粗糙化表面的发光单元相同的方式首先开启这些发光单元，而且这些发光单元可构成数目为图14至图17所示的这些第一及第二阵列的数目的1/2的阵列。
在形成这些半导体层之后的发光单元的分离制程中，可回熔(reflow)一光阻图案，然后以该光阻图案作为一蚀刻遮罩来蚀刻这些半导体层，而形成这些倾斜的侧表面。此外，当第一导电类型半导体层25的一区域露出时，可执行该光阻图案的回熔，并蚀刻该第二导电类型半导体层及该主动层，而形成这些倾斜的侧表面。
这些发光单元的倾斜的侧表面可减少因全反射而造成的光耗损，因而提高了这些发光单元的光强度。因此，如同前文中参照图17所述的，可借由利用此种发光单元来形成首先被开启的阵列，而减少闪烁效应。
图19为依据本发明的第七实施例的交流发光装置的剖面图。
请参阅图19，交流发光装置1包含一LED晶片3。该LED晶片3具有多个被串联连接的发光单元。每一发光单元可以是可发出紫外光或蓝光的以AlxInyGazN为基底的半导体。该LED晶片3及这些发光单元的结构与前文中参照图5或图6所述者相同。这些发光单元被串联连接，且构成一阵列。LED晶片3可包含被反向并联连接的两个阵列，且可包含一桥式整流器，因而可利用一交流电源来驱动LED晶片3。
经由引线端(图中未示出)而将该LED晶片3电连接到外部电源。为达到此一目的，LED晶片3可具有两个接合垫(图中未示出)，用以连接到这些引线端。经由接合导线(图中未示出)而将这些接合垫连接到这些引线端。相反地，可以覆晶法将LED晶片3接合到一次载具基体(图中未示出)，然后经由该一次载具基体将该LED晶片3电连接到这些引线端。
同时，可将LED晶片3定位在一反射杯基座(reflection cup)9内。该反射杯基座9在一所需的视角范围内反射自LED晶片3发出的光，以便增加某一视角范围内的亮度。因此，该反射杯基座9具有根据所需视角的预定的倾斜表面。
同时，磷光体7被定位在LED晶片3之上，然后以自这些发光单元发出的光来激励磷光体7，而发出在可见光范围内的光。磷光体7包括一延迟磷光体。该延迟磷光体可具有1毫秒或更长的衰减时间，且最好是具有8毫秒或更长的衰减时间。同时，可根据发光装置的用途而选择该延迟磷光体的衰减时间的上限，且该衰减时间的上限可以是(但不特别限于)10小时或更短。尤其在将发光装置用于一般家庭照明的情形中，该延迟磷光体的衰减时间最好是几分钟或更短。
该延迟磷光体可以是在美国专利5,770,111、5,839,718、5,885,483、6,093,346、及6,267,911等的专利中揭示的硅酸盐、铝酸盐、或硫化物磷光体等的延迟磷光体。例如，该延迟磷光体可以是硫化锌镉掺铜((Zn，Cd)S:Cu)、铝酸锶掺铕镝(SrAl2O4:Eu，Dy)、硫化钙锶掺铋((Ca，Sr)S:Bi)、硅酸锌掺铕(ZnSiO4:Eu)、(Sr，Zn，Eu，Pb，Dy)0.(Al，Bi)2O3、m(Sr，Ba)0.n(Mg，M)0.2(Si，Ge)O2:Eu，Ln(其中，1.5≤m≤3.5；0.5≤n≤1.5；M是自包含铍(Be)、锌(Zn)、及镉(Cd)的一组元素中选出的至少一种元素；以及Ln是自包含钪(Sc)、钇(Y)、镧(La)、铈(Ce)、镨(Pr)、钕(Nd)、钐(Sm)、钆(Gd)、铽(Tb)、镝(Dy)、钬(Ho)、铒(Er)、铥(Tm)、镱(Yb)、Klu、硼(B)、铝(Al)、镓(Ga)、铟(In)、铊(Tl)、锑(Sb)、铋(Bi)、砷(As)、磷(P)、锡(Sn)、铅(Pb)、钛(Ti)、锆(Zr)、铪(Hf)、钒(V)、铌(Nb)、钽(Ta)、钼(Mo)、钨(W)、铬(Cr)、以及锰(Mn)等的一组元素中选出的至少一种元素。
LED晶片3发出的光激励该延迟磷光体，而发出诸如红、绿、及(或)蓝光等在可见光范围内的光。因此，可提供一种可将LED晶片3发出的光与自该延迟磷光体发出的光混合而发出具有各种色彩的光的发光装置，且可提供一种可发出白光的发光装置。
同时，磷光体7可包括在被来自LED晶片3的光激励时可发出可见光范围内的光的其他磷光体，例如，除了该延迟磷光体以外的红色、绿色、及(或)蓝色、或黄色磷光体。例如，这些其他磷光体可以是以钇铝石榴石掺杂铈(YAG:Ce)为基底的磷光体、以正硅酸盐(orthosilicate)为基底的磷光体、或硫化物磷光体。
选择这些延迟磷光体或其他磷光体，使该发光装置发出具有所需彩色的光。在白光发光装置的情形中，可由磷光体的各种组合构成这些延迟磷光体或其他磷光体，使将自LED晶片3发出的光与被转换的光混合而得到的光变成白光。此外，可在考虑到闪烁效应、发光效率、及演色性指数(colorrendering index)等因素的情形下，选择该延迟磷光体及其他磷光体的组合。
同时，一透明构件5可覆盖LED晶片3。该透明构件5可以是一涂布层、或使用模型以形成的一模制(molded)构件。透明构件5覆盖LED晶片3，使LED晶片3不会接触到诸如湿气或外力等之外部环境。例如，可由环氧树脂或硅树脂制成透明构件5。在LED晶片3被定位在反射杯基座9之内的情形中，可如图19所示，将透明构件5定位在反射杯基座9之内。
磷光体7可被定位在透明构件5与LED晶片3之间。在此情况中，在将磷光体7施加到LED晶片3之后，才形成透明构件5。相反地，可如图19所示，将磷光体7散布在透明构件5之内。已知有可将磷光体7散布在透明构件5之内的各种技术。例如，可使用磷光体与树脂粉末混合的混合粉末来执行转注成型(transfer molding)，或将磷光体散布在液态树脂内，并将该液态树脂硬化，而形成透明构件5。
图20为依据本发明的一实施例的交流发光装置的发光特性的示意图形。此处，虚线(a)为传统交流发光装置的发光特性的示意曲线，且实线(b)为依据本发明的该实施例的发光装置的发光特性的示意曲线。
请参阅图20，并未采用一延迟磷光体的该传统发光装置利用交流电压的施加而周期性地重复开启及关闭。假设交流电源的周期是T，则在该周期中，轮流地操作两个阵列，且这两个阵列的每一阵列都具有被串联连接的发光单元。因此，如该虚线(a)所示，该发光装置在T/2的期间中发光。同时，如果该交流电压并未超过被串联的这些发光单元的临界电压，则未操作这些发光单元。因此，这些发光单元在操作这些发光单元的时间之间的一段时间(亦即，该交流电压小于这些发光单元的临界电压的一段时间)中保持在关闭状态。因此，因在操作这些发光单元的时间之间之间断，而使闪烁效应可能出现在该传统发光装置。
另一方面，因为依据本发明的该实施例的发光装置采用一种延迟磷光体，所以如实线(b)所示，纵使在这些发光单元保持在关闭状态时，也会发光。因此，虽然光强度有所改变，但是不发光的时间变得较短，且在该延迟磷光体的衰减时间较长的情形下，该发光装置将持续地发光。
当家庭交流电源在大约60赫兹的频率下施加电压时，电源的周期是大约16.7毫秒，且半周期是8毫秒。因此，当该发光装置在操作中时，所有的发光单元被关闭的时间小于8毫秒。因此，如果该延迟磷光体的衰减时间是1毫秒或更长，则可充分地减少闪烁效应。尤其，如果该延迟磷光体的衰减时间类似于所有的发光单元被关闭的时间，则该发光装置可持续地发光。

Claims (35)

1.一种发光装置，其特征在于包含：
一发光二极管晶片，该光二极管晶片具有一阵列的串联连接的发光单元；以及
被分别连接到这些发光单元间的节点的切换方块，
其中当该阵列被连接到一交流电压电源且被该交流电压电源所驱动时，借由这些切换方块而依序开启及关闭这些发光单元。
2.如权利要求1所述的发光装置，其特征在于所述切换方块被连接到该阵列的电源及接地端；以及
当该电源与接地端间的电压差(Vac)在(预定电压xn)至(预定电压x(n+1))的范围内时，第n个切换方块使该接地端及一连接该第n个切换方块的节点短路，且如果该电压差(Vac)大于(预定电压x(n+1))时，该第n个切换方块使该节点与该接地端断路。
3.如权利要求2所述的发光装置，其特征在于该预定电压是所述发光单元在一参考电流下的顺向电压。
4.如权利要求3所述的发光装置，其特征在于该参考电流的值是15至25毫安。
5.如权利要求1所述的发光装置，其特征在于按照与所述发光单元被开启的顺序相反的顺序来关闭所述发光单元。
6.如权利要求1所述的发光装置，其特征在于还包含另一阵列的串联连接的发光单元，该另一阵列反向并联连接到该串联连接的发光单元的该阵列。
7.如权利要求6所述的发光装置，其特征在于该串联连接的发光单元的该另一阵列内的所述发光单元间的节点分别连接到所述切换方块。
8.一种用于交流电力操作的发光装置，其特征在于该装置包含：
一基体；
位于该基体上且具有不同数目的串联连接的发光单元的多个第一阵列，所述第一阵列彼此互相并联连接；以及
位于该基体上且具有不同数目的串联连接的发光单元的多个第二阵列，所述第二阵列反向并联连接到所述第一阵列。
9.如权利要求8所述的用于交流电力操作的发光装置，其特征在于还包含一切换方块，用以根据交流电源的电压位准而控制该多个第一及第二阵列中的每一阵列的发光。
10.如权利要求9所述的用于交流电力操作的发光装置，其特征在于所述第一及第二阵列中的每一阵列的一端共同连接到第一电源连接端，且所述每一阵列的另一端分别连接到第二电源连接端。
11.如权利要求10所述的用于交流电力操作的发光装置，其特征在于该切换方块连接在所述第二电源连接端与该交流电源之间，以便根据该交流电源的电压位准而形成一电流路径。
12.如权利要求8所述的用于交流电力操作的发光装置，其特征在于所述第二阵列中的每一阵列具有与所述第一阵列中的对应阵列的每一阵列相同数目的发光单元。
13.如权利要求12所述的用于交流电力操作的发光装置，其特征在于所述第一及第二阵列中具有较多数目的发光单元的阵列具有较大的发光单元。
14.如权利要求8所述的用于交流电力操作的发光装置，其特征在于还包含：
分别串联连接到所述第一阵列的第一电阻器；以及
分别串联连接到所述第二阵列的第二电阻器。
15.如权利要求14所述的用于交流电力操作的发光装置，其特征在于
所述第一电阻器具有不同的电阻值；
所述第二电阻器具有不同的电阻值；以及
所述第一及第二电阻器以具有较大电阻值的电阻器被连接到具有较少数目的发光单元的阵列如此的方式而分别串联连接到所述第一及第二阵列。
16.如权利要求15所述的用于交流电力操作的发光装置，其特征在于所述第二电阻器分别具有对应于所述第一电阻器的电阻值的电阻值。
17.如权利要求14所述的用于交流电力操作的发光装置，其特征在于所述第一及第二电阻器位在该基体上。
18.如权利要求8所述的用于交流电力操作的发光装置，其特征在于还包含一共同串联连接到所述第一及第二阵列的共用电阻器。
19.如权利要求8所述的用于交流电力操作的发光装置，其特征在于在所述第一及第二阵列的每一阵列中，具有最少数目的发光单元的阵列内的发光单元具有大于具有最多数目的发光单元的阵列内的发光单元的光强度的光强度。
20.如权利要求19所述的用于交流电力操作的发光装置，其特征在于其中具有最少数目的发光单元的阵列内的发光单元具有粗糙化的表面，使得所述发光单元可具有大于具有最多数目的发光单元的阵列内的发光单元的光强度的光强度。
21.如权利要求19所述的用于交流电力操作的发光装置，其特征在于具有最少数目的发光单元的阵列内的发光单元具有倾斜的侧表面，使得所述发光单元可具有大于具有最多数目的发光单元的阵列内的发光单元的光强度的光强度。
22.一种用于交流电力操作的发光装置，其特征在于该装置包含：
一基体；
位在该基体上，且具有不同数目的串联连接的发光单元的多个阵列，且所述阵列彼此互相并联连接；以及
一桥式整流器，该桥式整流器的两个节点分别电连接至所述阵列的两个末端部分。
23.如权利要求22所述的用于交流电力操作的发光装置，其特征在于该桥式整流器位在该基体上。
24.如权利要求22所述的用于交流电力操作的发光装置，其特征在于还包含一连接在所述阵列的一末端部分与该桥式整流器的其中一个节点之间的切换方块，以根据交流电源的电压位准而控制该多个阵列中的每一阵列的发光。
25.如权利要求22所述的用于交流电力操作的发光装置，其特征在于还包含位于该桥式整流器与该多个阵列之间的电阻器，且所述电阻器分别串联连接到该多个阵列。
26.如权利要求25所述的用于交流电力操作的发光装置，其特征在于所述电阻器具有不同的电阻值，且所述电阻器以具有较大电阻值的电阻器被连接到具有较少数目的发光单元的阵列如此的方式而分别串联连接到该多个阵列。
27.如权利要求22所述的用于交流电力操作的发光装置，其特征在于还包含一共同串联连接到该多个阵列的共用电阻器。
28.如权利要求22所述的用于交流电力操作的发光装置，其特征在于所述的多个阵列中具有较多数目的发光单元的阵列具有较大的发光单元。
29.如权利要求22所述的用于交流电力操作的发光装置，其特征在于在所述的多个阵列中，具有最少数目的发光单元的阵列内的发光单元具有大于具有最多数目的发光单元的阵列内的发光单元的光强度的光强度。
30.如权利要求29所述的用于交流电力操作的发光装置，其特征在于具有最少数目的发光单元的阵列内的发光单元具有粗糙化的表面，使得所述发光单元可具有大于具有最多数目的发光单元的阵列内的发光单元的光强度的光强度。
31.如权利要求29所述的用于交流电力操作的发光装置，其特征在于具有最少数目的发光单元的阵列内的发光单元具有倾斜的侧表面，使得所述发光单元可具有大于具有最多数目的发光单元的阵列内的发光单元的光强度的光强度。
32.一种用于交流电力操作的发光装置，其特征在于该装置包含：
一发光二极管晶片，该发光二极管晶片具有多个发光单元；
一透明组件，用以覆盖该发光二极管晶片；以及
一延迟磷光体，该延迟磷光体借由自所述发光单元所发射出的光来予以激励，而于可见光范围中发光。
33.如权利要求32所述的用于交流电力操作的发光装置，其特征在于该延迟磷光体位在该发光二极管晶片与该透明组件之间，或者该延迟磷光体散布于该透明组件之内。
34.如权利要求32所述的用于交流电力操作的发光装置，其特征在于该延迟磷光体具有1毫秒至10小时的衰减时间。
35.如权利要求32所述的用于交流电力操作的发光装置，其特征在于还包含另一磷光体，该另一磷光体借由自该发光二极管晶片所发射出的光来予以激励，而于可见光范围中发光。
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