CN103629567B - 照明装置 - Google Patents

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Abstract

一种照明装置，包括至少一个发光源。发光源包括基板；至少一个发光芯片，设置于基板上；以及至少一个恒定电流元件，电性耦接于发光芯片。发光芯片包括多个发光单元，通过串联、并联或其组合而电性耦接；第一型电极，设置于该些发光单元的至少其中一个，用以电性耦接到中央直流电源；第二型电极，设置于该些发光单元的至少其中一个，但与设置有第一型电极的发光单元不同；以及至少一个抽头端，用以将该些发光单元的至少其中一个电性耦接到恒定电流元件。

Description

照明装置
技术领域
本发明涉及一种照明装置，特别是涉及一种发光二极管照明装置。
背景技术
随着发光二极管的发光效率的显著提高及成本与价格的大幅降低，发光二极管已广泛应用于照明。发光二极管的寿命理论上可达10万小时，实际使用寿命也超过7万小时。然而，对于大功率发光二极管的照明应用（例如发光二极管路灯），其驱动电路的寿命则小于1万小时，因而影响了发光二极管照明灯具的可靠度或者增加维护的成本。究其原因，驱动电路的输出端必须使用电解电容（例如铝电解电容）降低输出纹波，以防止闪烁问题的产生。铝电解电容的寿命与其工作环境温度有很大的关系，也即，环境温度越高，铝电解电容的寿命就越短。
因此，亟需提出一种新颖的照明装置，以改进传统发光二极管照明灯具的缺点。
发明内容
鉴于上述发明背景，本发明实施例的目的之一在于提供一种照明装置，其不需使用电解电容；形成封装体结构，增进使用便利性；或者使用抽头垫结构，以提高整体工作效率。
根据本发明的一实施例，一种照明装置，包括：至少一个发光源，该发光源包括：基板；至少一个发光芯片，该至少一个发光芯片设置在该基板上；以及至少一个恒定电流元件，该至少一个恒定电流元件电性耦接于所述发光芯片；其中，所述发光芯片包括：多个发光单元，该多个发光单元通过串联、并联或其组合而电性耦接；第一型电极，该第一型电极设置于所述发光单元的至少其中一个，以电性耦接到中央直流电源；第二型电极，该第二型电极设置于与设置有所述第一型电极的所述发光单元不同的所述发光单元的至少其中一个；以及至少一个抽头端，该至少一个抽头端用以将所述发光单元的至少其中一个电性耦接到所述恒定电流元件。
根据本发明另一实施例，一种照明装置，包括：至少一个发光源，该发光源包括：基板；至少一个恒定电流元件；多个发光芯片，该多个发光芯片设置于所述基板上，所述发光芯片之间通过串联、并联或其组合方式相互电性耦接；第一型电极，该第一型电极用以电性耦接到中央直流电源，其中该第一型电极设置于所述发光芯片的至少其中一个；第二型电极，该第二型电极设置于与设置有所述第一型电极的所述发光芯片不同的所述发光芯片的至少其中一个；以及抽头端，该抽头端位于所述发光芯片的至少其中一个或其中相邻两个所述发光芯片之间，以电性耦接到所述恒定电流元件。
附图说明
图1A示出本发明第一实施例的照明装置的方框图。
图1B示出图1A的灯泡的剖面示意图。
图1C示出图1B的发光芯片的剖面示意图。
图1D示出图1B的发光芯片的上视图。
图1E示出图1B的发光源的上视图。
图1F示出中央直流电源、发光芯片与恒定电流元件的连接电路图。
图2A示出本发明第二实施例的照明装置的方框图。
图2B示出图2A的发光模块的剖面示意图。
图3A至图3G例示多种波长转换元件的剖面图。
图4A至图4C显示恒定电流元件相关的改进结构。
附图标号列表
具体实施方式
图1A示出本发明第一实施例的照明装置1的方框图。在本实施例中，照明装置1包括至少一个灯泡11，这些灯泡11互相并联。灯泡11可以是蜡烛灯（candlelight），但不限定于此。照明装置1还包括中央直流电源10，其具有第一电源端V+及第二电源端V-（或接地端GND），用以提供直流电压向该些灯泡11供电。中央直流电源10供给的直流电压非常稳定（容许变动范围为标称电压的正负10%，优选为正负5%），每个灯泡均工作在最佳状态，功耗很小，可靠性非常高。
常见的直流供电系统中，根据传输距离，为了实现LED最佳工作并降低线路损耗，常见的直流电压有12V、24V、48V、110V、220V和380V，根据使用者的实际需求，上述电压还可在很宽范围内调整。
集中供电装置对LED只能提供稳定的直流电压。由于LED芯片的正向电压随环境温度变化而变化，为了防止LED芯片因过电流而产生严重光衰，须配合恒定电流元件使用。图1B示出图1A的灯泡11的剖面示意图。在本实施例中，灯泡11包括发光源110，该发光源110包括基板111；至少一个发光芯片（例如发光二极管芯片）112，设于基板111上；以及至少一个恒定电流元件113（其可为一集成电路），设于基板111上，且电性连接于发光芯片112。其中，发光芯片112可以为封装（packaged）芯片或者为裸（bare）芯片；恒定电流元件113可以为封装元件或者为裸（bare）元件。此外，灯泡11还可包括灯壳114，用以包覆发光源110。当恒定电流元件113电性耦接到中央直流电源10后，可在电压容许变动范围内调节以获得固定电流。恒定电流元件113可为数位或类比元件，例如恒定电流驱动集成电路或调节器、恒定电流调节二极管或电阻等。
图1C示出图1B的发光芯片112的剖面示意图，图1D示出图1B的发光芯片112的上视图。本实施例的发光芯片112可为内连线阵列结构。具体地，发光芯片112包括多个发光单元1121，设置于底材1120上。发光单元1121之间可通过金属线作串联、并联或其组合（也即串并联）。如图1C所示，相邻发光单元1121之间填充有第一介电层1122（例如高分子），形成在底材1120上。相邻发光单元1121之间还填充有第二介电层1123（例如二氧化硅），形成在第一介电层1122上。在第二介电层1123上形成有内连线1124（例如金属），用以连接相邻发光单元1121。因此，可形成单晶（monolithicchip）阵列结构，因而可以大量减少整体的体积。在一实施例中（未图示），相邻发光单元1121之间填充有介电层（例如高分子、二氧化硅…等），形成在底材1120上。在介电层上形成内连线1124（例如金属），用以连接相邻发光单元1121。此外，串联的发光单元1121可形成高压发光二极管。由于驱动同样功率的高压发光二极管所需的驱动电流远小于普通（低压）发光二极管，且由于发光二极管发热量正比于驱动电流的平方值，因此高压发光二极管的传导散热量远低于普通发光二极管。
如图1D所示，发光芯片112还包括第一型电极PP（例如P型电极），用以电性耦接到中央直流电源10。其中，第一型电极PP可设置在发光单元1121的至少其中一个。以图1D所示为例，第一型电极PP跨设于相邻两个发光单元1121上。类似的情形，发光芯片11还包括第二型电极NN（例如N型电极），用以电性耦接至恒定电流元件113。其中，第二型电极NN可设于发光单元1121的至少其中一个，但与设有第一型电极PP的发光单元1121不同。以图1D所示为例，第二型电极NN跨设于相邻两个发光单元1121上。
根据本发明实施例的特征之一，如图1D所示，发光芯片112包括至少一个抽头端（tappedpoint）TT，用以将至少一个发光单元1121电性耦接到恒定电流元件113。因此，发光芯片112除了具有第一型电极PP与第二型电极NN外，还增加抽头端TT作为第三型电极。抽头端TT的设置位置，可设于至少其中一个发光单元1121上，但与设有该第一型电极PP及该第二型电极NN的该些发光单元1121不同；或者，可设置于底材1120上，且位于发光单元1121的其中相邻两个之间，并电性耦接相邻两个发光单元1121的至少其中一个。图1D所示抽头端TT虽设于发光芯片112内部，然而抽头端TT也可设于发光芯片112外的基板111上。在本实施例中，如图1E所示中央直流电源10、发光芯片112与恒定电流元件113的连接电路图，第二型电极NN电性耦接到恒定电流元件113的端点，该端点与抽头端TT电性耦接到恒定电流元件113的端点不同。
在一实施例中，抽头端TT的位置设于所有串联的发光单元1121总个数的1/25～2/5处。因此，根据发光芯片112的发光单元1121的串、并联型态，可调整抽头端TT位于整个发光芯片112的位置，以提高整体工作效率。举例而言，通过抽头端TT的使用，对于目标电压为24V的恒定电流元件113，其在21.6V可以启动，一直到26.4V仍可维持定电流。
参考图1E，在一实施例中，发光源110包括：基板111；以及多个发光芯片（例如发光二极管芯片）112，设于基板111上（图1E例示有四个发光芯片112）。多个发光芯片112之间可通过金属线作串联、并联或其组合（也称串并联），以适用于各种不同的输入电压或/和不同的光通量（luminousflux，其单位为流明（lumen））规格需求。发光芯片112可不采用平台式（mesa）工艺，其可以是以大尺寸芯片封装体或独立芯片封装体。
发光源110还包括有第一型电极P、第二型电极N以及抽头端T。第一型电极P可供发光芯片112的至少其中一个电性耦接到一中央直流电源，其中第一型电极P设于发光芯片112的至少其中一个。第二型电极N设于发光芯片112的至少其中一个，但与设有第一型电极P的发光芯片112不同。抽头端T位于发光芯片112的至少其中一个上或其中相邻两个之间，以供电性耦接到恒定电流元件（未图示）。在一实施例中，第二型电极N电性耦接至恒定电流元件的端点与抽头端T电性耦接到恒定电流元件的端点不同。在一例子中，串联18V蓝光发光芯片112与3V红光发光芯片112，抽头端T设于蓝光发光芯片112与红光发光芯片112之间的基板111上，以产生白光。
根据上述本实施例，在电压容许变动范围内，不同组合的发光源110或灯泡11都并联于中央直流电压10的第一电源端V+与第二电源端V-（或接地端GND）之间，因此发光源110或灯泡11不需使用电解电容，而且灯泡11与中央直流电压10之间不需要其他额外的驱动电路，使得照明装置1的寿命得以延长。
图2A示出本发明第二实施例的照明装置2的方框图。与前一实施例相同的组成元件使用相同的标号。在本实施例中，照明装置2包括至少一个发光源110，该些发光源110互相并联。中央直流电压10的第一电源端V+及第二电源端V-（或接地端GND）提供直流电压向该些发光源110供电。如图2A所示，每一个发光源110包括至少一个发光模块（例如发光二极管元件）109，该些发光模块109互相并联。图2B示出图2A的发光模块109的剖面示意图。在本实施例中，发光模块109包括基板111；至少一个发光芯片112，设于基板111上；及至少一个恒定电流元件113，设于基板111上，且电性连接于发光芯片112。此外，发光源110还可包括灯壳114，用以包覆发光模块109。本实施例的发光模块109是封装体结构。以封装体来制造有助于使用上的便利性。以蜡烛灯为例，可以在蜡烛灯内放置一个封装体，也可在蜡烛灯内放置三个封装体。由于封装体彼此之间为并联，蜡烛灯彼此之间也为并联，因此，各种弹性配置皆可适用于中央直流电压10。
本实施例的发光模块109上覆盖有波长转换元件13，其可以固设在基板111上，用以转换发光芯片112的发光波长，例如将其转换为白色光。在一实施例中，波长转换元件单独覆盖发光芯片；在另一实施例中，波长转换元件覆盖发光芯片与恒定电流元件。图3A至图3C例示多种波长转换元件13的剖面图。如图3A所示，荧光（luminescent）粒子131（例如荧光粉）均匀分布于包覆（encapsulating）材料132（例如高分子）内。荧光粒子131与包覆材料132形成波长转换元件13。如第三B图所示，荧光粒子131共形（conformal）分布于发光芯片112的外侧表面，而包覆材料132则覆盖于荧光粒子131之上。如图3C所示，包覆材料132包覆发光芯片112，盖体（cover）133位于包覆材料132之上，而荧光粒子131则远端（remote）分布于盖体133内。在部分实施例中，盖体133由荧光粒子131与包覆材料132混合制成。盖体133的材质可为环氧树脂、硅氧树脂（silicone）、高分子（polymer）、陶瓷（ceramic）或其组合，其可与包覆材料132相同或不同。荧光粒子131、包覆材料132与盖体133形成波长转换元件13。
图3D至图3G还示出多种变化结构的波长转换元件13的剖面图。如图3D所示，包覆材料132包覆发光芯片112，荧光粒子131位于盖体133的内侧表面，且包覆材料132与荧光粒子131之间具有空气间隙（airgap）134。如图3E所示，包覆材料132包覆发光芯片112，荧光粒子131位于盖体133的外侧表面，且盖体133与荧光粒子131之间具有空气间隙134。如图3F所示，包覆材料132包覆发光芯片112，荧光粒子131分布于盖体133内，且盖体133与包覆材料132之间具有空气间隙134。在部分实施例中，盖体133系由荧光粒子131与包覆材料132混合制成。如图3G所示，包覆材料132包覆发光芯片112，荧光粒子131分布于外盖体133A与内盖体133B之间，且内盖体133B与包覆材料132之间具有空气间隙134。
在本实施例中，如图4A所示的剖面图，基板111可设有凹槽115以容置恒定电流元件113，因此，可避免恒定电流元件113遮住发光芯片112的发射光。如图4B所示的剖面图，在恒定电流元件113的表面涂布有反射层116，例如白色硅胶，用以反射发光芯片112的发射光。如图4C所示的上视图，在恒定电流元件113的边缘形成有反射环117，例如具光反射材质的薄膜，用以反射发光芯片112的发射光。
以上所述仅是本发明的优选实施例，并非用以限定本发明的专利范围；凡其它未脱离发明所公开的精神的等效改变或改进，均应包含本申请的专利范围内。

Claims (9)

1.一种照明装置，包括：
至少一个发光源，该发光源包括：
基板；
至少一个发光芯片，该至少一个发光芯片设置在所述基板上；以及
至少一个恒定电流元件，该至少一个恒定电流元件电性耦接于所述发光芯片；
其中，所述发光芯片包括：
多个发光单元，该多个发光单元通过串联、并联或其组合而电性耦接；
第一型电极，该第一型电极设置于所述发光单元的至少其中一个，以电性耦接到中央直流电源；
第二型电极，该第二型电极设置于与设置有所述第一型电极的所述发光单元不同的所述发光单元的至少其中一个；以及
至少一个抽头端，该至少一个抽头端用以将所述发光单元的至少其中一个电性耦接到所述恒定电流元件。
2.根据权利要求1所述的照明装置，其中，所述第二型电极电性耦接到所述恒定电流元件的端点，该端点与所述抽头端电性耦接到所述恒定电流元件的另一端点不同。
3.根据权利要求1所述的照明装置，其中，所述抽头端位于所述发光单元上或是所述发光单元之间。
4.根据权利要求1所述的照明装置，其中，所述照明装置包括多个发光源，并且所述多个发光源相互并联。
5.根据权利要求1所述的照明装置，还包括波长转换元件，该波长转换元件覆盖所述发光芯片。
6.根据权利要求1所述的照明装置，其中，所述基板设置有凹槽，以容纳所述恒定电流元件。
7.根据权利要求1所述的照明装置，还包括反射层，该反射层涂布于所述恒定电流元件的表面。
8.根据权利要求1所述的照明装置，还包括反射环，该反射环形成在所述恒定电流元件的边缘。
9.一种照明装置，包括：
至少一个发光源，该发光源包括：
基板；
至少一个恒定电流元件；
多个发光芯片，该多个发光芯片设置于所述基板上，所述发光芯片之间通过串联、并联或其组合方式相互电性耦接；
第一型电极，该第一型电极用以电性耦接到中央直流电源，其中该第一型电极设置于所述发光芯片的至少其中一个；
第二型电极，该第二型电极设置于与设置有所述第一型电极的所述发光芯片不同的所述发光芯片的至少其中一个；以及
抽头端，该抽头端位于所述发光芯片的至少其中一个或其中相邻两个所述发光芯片之间，以电性耦接到所述恒定电流元件。
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