CN110072315B

CN110072315B - 具有温度补偿元件的发光装置

Info

Publication number: CN110072315B
Application number: CN201910164450.7A
Authority: CN
Inventors: 王健源; 谢明勋; 陈宗熙; 刘欣茂
Original assignee: Epistar Corp
Current assignee: Epistar Corp
Priority date: 2013-02-05
Filing date: 2014-01-30
Publication date: 2022-04-12
Anticipated expiration: 2034-01-30
Also published as: TWI605730B; CN103974506A; CN110072315A; TW201433208A

Abstract

本发明提供一种具温度补偿元件的发光装置，该发光装置包含：一第一发光二极管群组；一第二发光二极管群组，并联连接至第一发光二极管群组；一温度补偿元件，串联连接至第二发光二极管群组；及一第一开关元件，连接在第二发光二极管群组及温度补偿元件间。通过控制温度补偿元件的电阻，以减少第二发光二极管群组的光输出功率因其热冷系数在温度上升时所产生的衰减，达到温度补偿的功能。

Description

具有温度补偿元件的发光装置

本发明是以下专利申请的分案申请：申请号：201410044257.7，申请日：2014年01月30日，发明名称：具温度补偿元件的发光装置。

技术领域

本发明涉及一种发光装置，尤其包含一开关元件连接在温度补偿元件及一发光二极管群组之间。

背景技术

白炽灯因热而发光。相反地，发光二极管(light-emitting diode，LED)的发光机制为电子与电洞的结合，因此发光二极管被称为冷光源。

此外，发光二极管具有高耐久性、寿命长、轻巧、耗电量低等优点，因此现今的照明市场对于发光二极管寄予厚望，将其视为新一代的照明工具，已逐渐取代传统光源，并且应用于各种领域，如交通号志、背光模块、路灯照明、医疗设备等。

在照明领域的应用上，一般需使发光二极管产生近日光(白光)的光谱以配合人眼视觉习惯。前述白光应用可由红、蓝、绿三原色发光二极管，藉由电路设计调配操作电流，依不同比例混成白光。由于电路模块成本高且电路设计复杂，目前此应用并不普遍。另外可藉由紫外光谱发光二极管(UV-LED)激发红、绿、蓝色萤光粉使发出红光、绿光、蓝光，再混成白光。但因目前UV-LED的发光效率仍待改善，在产品应用上尚未普遍。

然而，当电流输入发光二极管时，除了电能-光能的转换机制外，还有一部分的电能会转变成热能，进而造成诸多光电特性的改变。图1显示当发光二极管的接面温度(junction temperature；Tj)由20℃上升至80℃时，蓝光与红光发光二极管的光电特性的曲线图；其中，纵轴显示当发光装置在各接面温度时的光电特征值与接面温度为20℃时的相对值，例如图中所示包括光输出功率(Po；菱形符号)、波长偏移量(Wd；三角形符号)、及顺向电压值(Vf；正方形符号)；图中的实线代表蓝光发光二极管的特征曲线，虚线则代表红光发光二极管的特征曲线。当接面温度由20℃升高至80℃时，蓝光发光二极管的光输出功率下降约12％，亦即其热冷系数(Hot/Cold Factor)约为0.88；对于红光发光二极管的光输出功率则下降约37％，亦即其热冷系数约为0.63。此外，在波长的偏移方面，蓝光与红光发光二极管并无太大差别，仅随Tj变化而些微变化；在顺向电压的变化方面，当Tj由20℃升高至80℃时，蓝光与红光发光二极管则各下降约7～8％的幅度，亦即，在定电流操作下，蓝光与红光发光二极管的等效电阻下降约7～8％的幅度。综上所述，因为红光及蓝光发光二极管的光电特性对温度的依存度不同，从操作初始至到达稳定状态的这段期间红/蓝光输出功率比例变动的不良现象便会发生。当发光装置由红光及蓝光发光二极管所组成的暖白光发光装置应用在照明领域上时，亦因红光及及蓝光发光二极管的热冷系数不同，使照明系统于点亮初始至稳定时出现光的颜色不稳定，造成使用上的不便。

发明内容

因此，本发明涉及一中发光装置。

发光装置，包含：一第一发光二极管群组；一第二发光二极管群组，并联连接至第一发光二极管群组；一温度补偿元件，串联连接至第二发光二极管群组；及一第一开关元件，连接在第二发光二极管群组及温度补偿元件间。

为让本发明的上述和其他目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举优选实施例，并配合附图，作详细说明如下

附图说明

图1为接面温度对发光装置的光电特性的影响曲线图。

图2A为本发明的第一实施例中发光装置的示意图。

图2B为本发明的第二实施例中发光装置的示意图。

图3为本发明的第三实施例中发光装置的示意图。

图4为本发明的第四实施例中发光装置的示意图。

图5为本发明的第五实施例中发光装置的示意图。

图6A为本发明的第六实施例中发光装置的示意图。

图6B为本发明的另一实施例中发光装置的示意图。

图6C为本发明的另一实施例中发光装置的示意图。

图7为上述实施例中发光装置的发光二极管群组的结构示意图。

图8为本发明的第五实施例或第六实施例中发光装置的结构示意图。

图9为本发明的第七实施例中发光装置的示意图。

图10A～图10D为本发明的第七实施例中发光装置于不同温度操作下的示意图。

图11A～图11D为本发明的第八实施例中发光装置的示意图。

图12A、图12B为本发明的第九实施例中发光装置的示意图。

图13为本发明的第十实施例中发光装置的示意图。

图14为本发明的第十一实施例中发光装置的示意图。

【符号说明】

200、400、600、601、602、800、900 发光装置

202、502、802 第一发光二极管群组

204、503、804 第二发光二极管群组

206、405、506、605 热敏电阻

208、408、507、508、808、810、902、904、906 发光二极管单元

206 第一电阻

207 第二电阻

201 第一机构件

402、700 发光二极管群组

501 载板

504 第三发光二极管群组

509 电极

510 第一发光二极管模块

511 电压调制装置

520 第二发光二极管模块

607、608 开关元件

609 电阻

711 沟渠

720 n型接触层

730 n型束缚层

740 活性层

750 p型束缚层

760 p型接触层

770 连接导线

780 绝缘层

82、82'、82”、92 温度补偿元件

821 电阻组件

8211、923 电阻

8212、921 形状记忆合金

830 开关电路

831 温度检测电路

832 温度感测单元

840 电流检测电路

841 电流检测单元

9211 接点

922 导电弹簧

具体实施方式

以下实施例将伴随着附图说明本发明的概念，在附图或说明中，相似或相同的部分使用相同的标号，并且在附图中，元件的形状或厚度可扩大或缩小。需特别注意的是，图中未绘示或描述的元件，可以是本领域技术人员所知的形式。

图2A显示本发明的发光装置的第一实施例电路示意图，发光装置200包含一第一发光二极管群组202、一第二发光二极管群组204、以及一温度补偿元件。温度补偿元件包含一第一电阻，例如具有正温度系数的热敏电阻206。第一发光二极管群组202包含一具第一数量彼此串联的发光二极管单元208，第二发光二极管群组204包含一具第二数量彼此串联的发光二极管单元208，且第一发光二极管群组202与第二发光二极管群组204电性串联；其中，第一发光二极管群组202及第二发光二极管群组204中的发光二极管单元208具有一热冷系数不大于0.9、或优选地不大于0.85、或更佳地不大于0.8，并且包含可发出波长范围位于可见光或不可见光范围的发光二极管，例如包含红光、蓝光、或紫外光波长范围的发光二极管，或由AlGaInP系列材料或GaN系列材料为主的发光二极管。热冷系数是指发光二极管于一第一温度(例如：T＝80℃)的光输出功率与发光二极管于一第二温度(例如：T＝20℃)的光输出功率的比值。第二温度小于第一温度。光输出功率被标准化且发光二极管在T＝20℃的光输出功率定为100(或1)。

本实施例中，第二发光二极管群组204与热敏电阻206间为电性并联，第一发光二极管群组202具有一等效内建电阻值R₁，第二发光二极管群组204具有一等效内建电阻值R₂，及热敏电阻206具有一电阻值R_PTC，其中R₁及R₂约随温度上升而减小。如图1所示，当发光二极管单元208为红光或蓝光发光二极管时，且T由20℃上升至80℃，R₁及R₂各自约减少7～8％。具有正温度系数的热敏电阻206的电阻值R_PTC与温度有一关系式，亦即，当温度上升时，R_PTC会以一线性或非线性关系上升。在发光装置200的操作期间，一约介于20～1000毫安培(mA)的电流I₁，流过第一发光二极管群组202，且分流为流经第二发光二极管群组204的电流I₂以及流经热敏电阻206的电流I₃，其中I₁＝I₂+I₃。此外，第二发光二极管群组204二端的电位差等于热敏电阻206二端的电位差，即I₃*R_PTC＝I₂*R₂，因此，从以上二关系式可得知，流经第二发光二极管群组204的电流I₂约与R_PTC/(R₂+R_PTC)呈正相关，即I₂分别与R_PTC呈正相关且与R₂呈负相关。本实施例中，在操作时，发光装置200的温度会上升。例如：当温度由20℃的起始操作温度(第二温度)上升至80℃的稳定温度(第一温度)时，热敏电阻206的电阻值R_PTC因温度上升而随之上升，而第二发光二极管群组204的电阻值R₂因温度上升而随之减小，因此，在固定电流(I₁为固定值)的情形下，通过第二发光二极管群组204的电流I₂因而增加，且第二发光二极管群组204的光输出功率亦随I₂增加而提高。换句话说，第二发光二极管群组204的光输出功率可利用R_PTC加以控制，以减少第二发光二极管群组204的光输出功率因其热冷系数在温度上升时所产生的衰减，达到温度补偿的功能。此外，通过调整第一及第二发光二极管群组所具有的发光二极管单元数量，或挑选适合的温度系数的热敏电阻，也可抵消或控制发光装置其热冷系数受温度上升所造成的光输出功率的衰减。须注意的是，温度可为接面温度或环境温度，且在稳态时接面温度等于环境温度。

在一实施例中，第一发光二极管群组202可发出具有450nm～490nm波长的蓝光且第二发光二极管群组204可发出具有610nm～650nm波长的红光。第一发光二极管群组202中的发光二极管单元208包含大于0.85的热冷系数且第二发光二极管群组204中的发光二极管单元208包含小于0.85的热冷系数。

图2B显示本发明的发光装置的第二实施例电路示意图。第一发光二极管群组202可发出具有450nm～490nm波长的蓝光且第二发光二极管群组204可发出具有610nm～650nm波长的红光。温度补偿元件包含一第一电阻206及一第二电阻207。在本实施例中，第一电阻206与第二发光二极管群组204并联连接。第二电阻207与第一电阻206串联连接且与第二发光二极管群组204并联连接。在本实施例中，第一电阻206，例如热敏电阻，具有一第一电阻温度系数，且第二电阻207具有一第二电阻温度系数。第一电阻温度系数的绝对值比第二电阻温度系数的绝对值大十倍以上。此外，第一电阻温度系数及第二电阻温度系数皆为正值。在一实施例中，第一电阻206具有一第一电阻值且第二电阻207具有一第二电阻值。第一电阻值小于第二电阻值。根据实际的需求，第一电阻值也可大于或等于第二电阻值。

须注意的是，发光装置200在第一温度具有一第一色温且在第二温度具有一第二色温。第二色温小于第一色温。当发光装置200的亮度大于800流明时，第一色温与第二色温的差值小于300K。第一色温大于第二色温。第一温度与第二温度的差值大于20℃。

如图3所示，本发明的第三实施例所公开的具有正温度系数的热敏电阻206，可同时与第一发光二极管群组202以及第二发光二极管群组204电性并联。因此，发光装置300的温度上升时，通过第一发光二极管群组202以及第二发光二极管群组204的电流较起始温度时为高。

图4为显示本发明的发光装置的第四实施例电路示意图，发光装置400包含一发光二极管群组402以及一具有负温度系数的热敏电阻405。发光二极管群组402包含彼此串联的多个发光二极管单元408，发光二极管群组402包含可发出波长范围位于可见光或不可见光范围的发光二极管，例如包含红光、蓝光、或紫外光波长范围的发光二极管，或由AlGaInP系列材料或GaN系列材料为主的发光二极管。

本实施例中，发光二极管群组402与热敏电阻405间为电性串联，发光二极管群组402具有一等效内建电阻值R₁，热敏电阻406具有一电阻值R_NTC；其中R₁约随温度上升而减小。如图1所示，当发光二极管单元408为红光或蓝光发光二极管时，T由20℃上升至80℃，R₁约减少7～8％。具有负温度系数的热敏电阻405的电阻值R_NTC与温度有一关系式，例如当温度上升时，R_NTC会以一线性或非线性关系下降。发光装置400于定电压操作时，在输入值V_in的定电压下，流过发光二极管群组402的电流I₁约介于20～1000毫安培。依据欧姆定律，电流I₁与发光二极管群组402与热敏电阻405的总电阻成反比，亦即I₁＝V_in/(R₁+R_NTC)。换句话说，通过发光二极管群组402的电流I₁与R_NTC及R₁呈负相关。本实施例中，操作时，发光装置400的温度会上升。例如：当温度由20℃的起始操作温度(第二温度)上升至80℃的稳定温度(第一温度)时，热敏电阻405的电阻值R_NTC及发光二极管群组402的电阻值R₁如前述均随温度上升而下降，因此，I₁随之上升，使得发光二极管群组402的光输出功率随I₁上升而提高。换句话说，发光二极管群组402的光输出功率可利用R_NTC加以控制，以减少发光二极管群组402的光输出功率因其热冷系数于温度上升时所产生的衰减，达到温度补偿的功能。此外，通过调整发光二极管群组402所具有的发光二极管单元数量，和/或挑选适合的温度系数的热敏电阻，也可减少发光装置因其热冷系数受温度上升所造成的光输出功率衰减。

图5为显示本发明的发光装置500的第五实施例电路示意图。发光装置500包含一第一发光模块510、一与第一发光模块510并联连接的第二发光模块520、以及一与第二发光模块520电性连接且具有正温度系数的热敏电阻506。第一发光模块510包含一第一发光二极管群组502，第二发光模块520包含一第二发光二极管群组503及一第三发光二极管群组504。第一发光二极管群组502包含一具第一数量彼此串联的第一发光二极管单元507，第二发光二极管群组503包含一具第二数量彼此串联的第二发光二极管单元508，第三发光二极管群组504包含一具第三数量彼此串联的第二发光二极管单元508；其中，热敏电阻506与第三发光二极管群组504电性并联，并且与第二发光二极管群组503电性串联。第一发光模块510或第一发光二极管单元507具有一热冷系数约大于0.85；第二发光模块520或第二发光二极管单元508具有一热冷系数小于第一发光模块510或第一发光二极管单元507，例如热冷系数小于0.85，或优选地小于0.8。在本实施例中，第一发光二极管单元507包含热冷系数约为0.88且可发出具有450nm～490nm波长的蓝光发光二极管；第二发光二极管单元508包含热冷系数约为0.63且可发出具有610nm～650nm波长的红光发光二极管，但并不以此为限，也可包含其他可发出可见光波长或不可见光波长范围的发光二极管，例如绿光、黄光、或紫外光波长范围的发光二极管，或由AlGaInP系列材料或GaN系列材料为主的发光二极管。

本实施例中，第三发光二极管群组504与热敏电阻506间为电性并联，第二发光二极管群组503具有一等效内建电阻值R₁，第三发光二极管群组504具有一等效内建电阻值R₂，热敏电阻506具有一电阻值R_PTC，其中R₁及R₂约随温度上升而减小。如图1所示，当第二发光二极管单元为红光或蓝光发光二极管时，R₁及R₂各自约减少7～8％；而具有正温度系数的热敏电阻506其电阻值R_PTC与温度有一关系式，例如当温度上升时，R_PTC会以一线性或非线性关系上升。在发光装置500的操作期间，一电流I₀分流为流过第一发光模块510的I₁以及流过第二发光模块520的I₂。经过第二发光模块520的第三发光二极管群组504与热敏电阻506时，I₂分流为流经第三发光二极管群组504的I₃以及流经热敏电阻506的I₄，其中I₂＝I₃+I₄。又，第三发光二极管群组504二端的电位差等于热敏电阻506二端的电位差，即I₄*R_PTC＝I₃*R₂。因此，从以上二关系式可得知，流经第三发光二极管群组504的电流I₃与R_PTC/(R₂+R_PTC)呈正相关，即I₃分别与R_PTC呈正相关，以及与R₂呈负相关。本实施例中，在操作时，发光装置500的温度会上升，例如：当温度由20℃的起始操作温度(第二温度)上升至80℃的稳定温度(第一温度)时，热敏电阻506的电阻值R_PTC因温度上升而随之上升，且第三发光二极管群组504的电阻值R₂因温度上升而随之减小，因此，I₃随温度上升而上升，使得第三发光二极管群组504的光输出功率随I₃上升而提高。于本实施例中，因为第一发光模块510的热冷系数较第二发光模块520大，因此第二发光模块520的光输出功率随温度上升而衰退的幅度大于第一发光模块510，造成第一发光模块510与第二发光模块520发出的混合光色随温度上升而往第一发光模块510的光色偏移。然而藉由控制热敏电阻506的R_PTC，可以减少第二发光模块520的光输出功率因其热冷系数于温度上升时所产生的衰减，达到温度补偿的功能。此外，通过调整第二及第三发光二极管群组所具有的发光二极管单元数量，或挑选适合的温度系数的热敏电阻，也可抵消或控制第二发光模块因其热冷系数受温度上升所造成的光输出功率的衰减。再者，本实施例中所公开的热敏电阻506可同时与第二发光二极管群组503以及第三发光二极管群组504电性并联，因此，当发光装置的温度升高时，通过第二发光二极管群组503以及第三发光二极管群组504的电流较起始温度时为高。

本发明的第六实施的发光装置600如图6A所示。第六实施例与第五实施例的差异在于第二发光模块520与一具有负温度系数的热敏电阻605串联连接，并且基于类似于第四实施例及第五实施例，达到本发明的温度补偿功用。此外，前述第五及第六实施例的第一发光模块及第二发光模块并不限于并联连接，也可以各自连接至一独立控制的电流源或电压源，仍属于本发明的一部分。

图6B为显示本发明的发光装置601的另一实施例电路示意图。发光装置601包含一第一发光模块510、一第二发光模块520、一热敏电阻605(温度补偿元件)以及一开关元件607。在本实施例中，第一发光模块510包含一第一发光二极管群组502，第二发光模块520包含一第二发光二极管群组504。第一发光二极管单元502可发出具有一波峰波长为450nm～490nm波长的蓝光；第二发光二极管单元可发出具有一波峰波长为610nm～650nm波长的红光。第二发光模块520的热冷系数小于第一发光模块510的热冷系数。换句话说，第二发光模块520的温度系数大于第一发光模块510的温度系数(第二发光模块520光输出效率受温度的影响大于第一发光模块510)。第一发光模块510与第二发光模块520并联连接。第二发光模块520串联连接至热敏电阻605。热敏电阻605为一具有负温度系数的电阻(R_NTC)。开关元件607电连接在第二发光模块520与热敏电阻605之间。在此实施例中，开关元件607为一双载子接面晶体管(BJT)，因此，流经第二发光二极管群组504的电流(I_C)实质上等于流经热敏电阻605的电流(I_E)。详言之，双载子接面晶体管具三个节点(node)：射极(emitter，节点E)、集极(collector，节点C)、及基极(base，节点B)。节点C连接至第二发光二极管群组504且节点E连接至热敏电阻605。一电压调制装置511连接在节点M及节点N之间。节点M的电压等于节点B的电压。需注意的是，施加于电压调制装置511的节点M及节点N间的电压(V_MN)等于节点B及节点N间的电压(V_BN)。节点B及节点N间的电压(V_BN)包含节点B及节点E间的接面电压(V_BE)及跨过热敏电阻605的电压(V_{R_NTC})，因此，V_MN＝V_BE+V_{R_NTC}。例如：电压调制装置511包含两硅基材质的二极管，因此V_MN＝1.4V，且当双载子接面晶体管为一硅晶体管时，接面电压V_BE＝0.7V；即V_{R_NTC}＝1.4V-0.7V＝0.7V。根据欧姆定律V_{R_NTC}＝I_E*R_NTC，电流I_E可由V_{R_NTC}及R_NTC所调整或决定。同样地，因为I_C≒I_E，流经第二发光二极管群组504的电流(I_C)也可由V_{R_NTC}及R_NTC所决定。另一实施例中，开关元件607可包含功率双载子接面晶体管、双载子接面晶体管、异质接面双载子晶体管、金属-氧化物-半导体场效晶体管、功率金属-氧化物-半导体场效晶体管、高电子迁移率晶体管(HEMT)、硅控整流器(SCR)、绝缘栅双极晶体管(IGBT)、或及其组合。

参考图6B，例如：发光装置601在一定电压下操作。发光装置601在温度20℃的操作期间，流经第一发光二极管群组502的电流I_1(20℃)在固定输入电压V_in约为20～1000毫安培(mA)，以及流经第二发光二极管群组504与热敏电阻605的电流I_c(20℃)(≒I_E(20℃))在固定输入电压V_in约为20～1000毫安培(mA)。因第二发光二极管群组504与开关元件607及热敏电阻605串联连接，固定输入电压V_in为第二发光二极管群组504的顺向电压(V_LED)、节点C及节点E的电压(V_CE)以及热敏电阻605电压(V_{R_NTC})的总和，即V_in＝V_LED+V_CE+V_{R_NTC}。

值得注意的是，因为热敏电阻605为一具有负温度系数的电阻(R_NTC)，热敏电阻的电阻值R_NTC会随着温度上升而降低。虽然电压调制装置511的电压也会随着温度上升而降低，然其变异性比热敏电阻605要小的多。因此，在温度80℃下，流经热敏电阻605净电流是增加的，即流经热敏电阻605的电流在温度80℃比在温度20℃要大。更者，因为流经第二发光二极管群组504的电流(I_C)实质上等于电流(I_E)，电流(I_C)也跟着增加，亦即，流经第二发光二极管群组504的电流在温度80℃比在温度20℃要大。藉此，第二发光二极管群组504的光输出功率因其较小的热冷系数(或较大的温度系数)于温度上升时所产生的衰减可被减缓，进而使第二发光二极管群组504的红光光输出功率与第一发光二极管群组502的蓝光光输出功率间的相对稳态比例可于不同温度下维持一定值。因此，在不同温度下发光装置601仍具有一稳定的色温。

在本实施例中，开关元件607的功能在操作期间调节(regulate)流经第二发光二极管群组504的电流。即，当电压偏离一预定范围时，电流仍可控制在一预设范围。具体而言，在制造过程中，第二发光二极管群组504的顺向电压(V_LED)也许与一预设值有所偏差。然而，由于开关元件607的存在，可施加一偏移电压(off voltage)在开关元件607上。因此，不需因发光二极管群组彼此间的顺向电压差异而个别地调整热敏电阻605(例如：具有不同顺向电压的两发光二极管群组可个别连接至完全相同的热敏电阻)，且藉由开关元件607即可使流经发光二极管群组的操作电流维持在同一电流值。此外，当温度从20℃上升至80℃，因为第二发光二极管群组504的顺向电压(V_LED)会降低，第二发光二极管群组504的额外电压变异(ΔV＝V_LED(20℃)-V_LED(80℃))也可施加于开关元件607上，而不影响跨过热敏电阻605的电压。进一步而言，因为此电路配置，流经第二发光二极管群组504的电流(I_C)主要由电压调制装置511所决定，因此，藉由开关元件607，在不同温度下，电流仍可保持在一预定值。图6C显示本发明的发光装置602的另一实施例电路示意图。发光装置602具有一类似发光装置601的电路图。一开关元件608及一电阻609电连接至第一发光二极管群组502。开关元件608放置在第一发光二极管群组502及电阻609间。同样地，由于此电路配置，流经第一发光二极管群组502的电流以及流经第二发光二极管群组504的电流主要由电压调制装置511所决定。此外，藉由开关元件608，当第一发光二极管群组502的顺向电压(V_LED)随着温度上升而降低时，第一发光二极管群组502顺向电压的额外电压变异(ΔV＝V_LED(20℃)-V_LED(80℃))也可施加于开关元件608上，且电流仍维持在一预定值。开关元件608包含功率双载子接面晶体管、双载子接面晶体管、异质接面双载子晶体管、金属-氧化物-半导体场效晶体管、功率金属-氧化物-半导体场效晶体管、高电子迁移率晶体管(HEMT)、硅控整流器(SCR)、绝缘栅双极晶体管(IGBT)、或及其组合。热敏电阻605具有一第一电阻温度系数且电阻609具有一第二电阻温度系数；第一电阻温度系数的绝对值比第二电阻温度系数的绝对值大十倍以上。

图7显示本发明前述各实施例所揭示的发光二极管群组的结构示意图。发光二极管群组700包括一基板710以及多个发光二极管单元共同地以一阵列形式成长或接合于基板710上，并以沟渠711隔开。各多个发光二极管单元包括一n型接触层720形成于基板710之上、一n型束缚层(cladding layer)730形成于接触层720之上、一活性层(active layer)740形成于n型束缚层730之上、一p型束缚层750形成于活性层740之上、一p型接触层760形成于p型束缚层750之上、一连接导线770电性连接各发光二极管单元的n型接触层720至另一发光二极管单元的p型接触层760以形成一串联结构、以及一絶缘层780形成于沟渠711与连接导线770之间，以防止不避要的短路路径。n型束缚层730及p型束缚层750分别提供电子及电洞，使电子、电洞在活性层740中结合以发光。接触层提供一欧姆接触接口于一电极及束缚层之间。在本发明的一实施例，发光二极管群组700包含多个发光二极管单元共同形成于单一基板的高压阵列单芯片，例如为发出蓝光且操作电压在60～120V的蓝光高压阵列单芯片或发出红光且操作电压在30～50V的红光高压阵列单芯片。操作电压取决于串联的发光二极管单元的数量。其中，所述的n型或p型接触层、n型或p型束缚层、或活性层的材料包含III-V族化合物，例如包含Al_xIn_yGa_(1-x-y)N或Al_xIn_yGa_(1-x-y)P，其中，0≦x，y≦1；(x+y)≦1。

图8为本发明发光装置第五或第六实施例的结构示意图，其中发光装置500或600的第一发光模块510包含如图7所揭示的蓝光高压阵列单芯片，以及第二发光模块520包含如图7所揭示的红光高压阵列单芯片电性连接于一热敏电阻506或605；二个电极509电性连接至第一发光模块510及第二发光模块520并用以接收一电源信号；其中，第一发光模块510、第二发光模块520、温度补偿元件(热敏电阻506、605)、以及电极509共同形成于一载板501上。

图9为显示本发明的发光装置800的第七实施例电路示意图。发光装置800包含一第一发光二极管群组802及一第二发光二极管群组804。第一发光二极管群组802包含一具第一数量彼此串联的第一发光二极管单元808，第二发光二极管群组804包含一具第二数量彼此串联的第二发光二极管单元810，第一发光二极管群组802与第二发光二极管群组804彼此串联连接。发光二极管单元808、810包含可发出波长范围位于可见光或不可见光范围的发光二极管，例如包含红光、蓝光、或紫外光波长范围的发光二极管，或由AlGaInP系列材料或GaN系列材料为主的发光二极管。在此实施例中，第一发光二极管群组802可发出具有450nm～490nm波长的蓝光且第二发光二极管群组804可发出具有610nm～650nm波长的红光。发光装置800还包含一温度补偿元件82并联连接至第二发光二极管群组804。温度补偿元件82可为一电子操作形式或一机械操作形式。在本实施例中，温度补偿元件82为机械操作形式且包含多个电阻组件821。每一电阻组件821包含一电阻8211及一机械式开关8212。开关8212包含微致动器、单向或双向形状记忆合金(one-way or two way-shaped memoryalloy)、双金属片(bi-metallic strip)或毛细管温控开关(capillary thermostatswitch)。每一电阻组件821中的电阻8211具有相同的电阻值。在另一实施例中，每一电阻组件821中的电阻8211可依据实际需求而具有不同的电阻值。电阻组件821的数目也可改变。开关可依据设计而随着温度作开(disconnected)或关(connected)的控制。

在本实施例中，开关8212为一双向形状记忆合金，形状记忆合金的形状可随着温度改变而形变。在一第一阶段，参照图10A，发光装置800在20℃的操作期间，形状记忆合金8212连接至电阻8211，使得电阻8211(在本实施例中，以三个电阻为例子)并联连接至第二发光二极管群组804。因此，流经第一发光二极管群组802的20～1000毫安培的电流I₁₁分流为流经第二发光二极管群组804的电流I₂₁以及流经温度补偿元件82的电流I₃₁；其中，I₁₁＝I₂₁+I₃₁。在一第二阶段，参照图10B，温度为40℃，其中一形状记忆合金8212的形状形变而使得一个电阻8211未连接至第二发光二极管群组804，因此电阻组件821的总电阻增加(亦即温度补偿元件的电阻增加)且流过温度补偿元件82的电流I₃₂(<I₃₁)变小。因为流经第一发光二极管群组802的电流I₁₂(＝I₁₁＝I₂₂+I₃₂)是固定的，当温度补偿元件82的电阻增加，流经第二发光二极管群组804的电流I₂₂(>I₂₁)因此增加。同样地，在一第三阶段，参照图10C，温度为60℃，另一形状记忆合金8212的形状亦形变而使得两个电阻8211未连接至第一发光二极管群组802，因此相较于图10B，电阻组件821的总电阻增加(亦即温度补偿元件的电阻亦增加)，且流过温度补偿元件82的电流I₃₃(<I₃₂)变小。流经第二发光二极管群组804的电流I₂₃(>I₂₂)因此增加。在一第四阶段，参照图10D，温度为80℃，三个形状记忆合金8212的形状皆形变而使得所有电阻8211未连接至第二发光二极管群组804，因此流经第一发光二极管群组802的电流I₁₄(＝I₁₁＝I₁₂＝I₁₃)并未被分流且此电流亦流经第二发光二极管群组804(I₂₄>I₂₃)。藉由断开电阻组件821与第二发光二极管群组804间的连接，电阻组件821的总电阻会随之增加(即温度补偿元件的电阻增加)，且当流经温度补偿元件82及流经第二发光二极管群组804的电流为固定值时，电阻组件821总电阻的增加会使得流经温度补偿元件82的电流减少且流经第二发光二极管群组804的电流增加。因此，可控制温度补偿元件的电阻，以减少第二发光二极管群组804的光输出功率因其热冷系数在温度上升时所产生的衰减，达到温度补偿的功能。需注意的是，当每一电阻组件的电阻值为相同时，第一阶段与第二阶段间电阻值的第一差异小于第二阶段与第三阶段间电阻值的第二差异。第二差异小于第三阶段与第四阶段间电阻值的第三差异。在一实施例中，每一电阻组件的电阻值可为不同。

图11A～图11C为显示本发明的发光装置第八实施例电路示意图。如图11A所示，温度补偿元件82'并联连接至第二发光二极管群组804。温度补偿元件82'包含一具有一第一电阻值的第一电阻8214、一具有一第二电阻值的第二电阻8215及一开关8212。第二电阻值小于第一电阻值。第一电阻值比第二电阻值至少大二倍以上。开关8212为一形状记忆合金。在20℃的操作期间，如图11B所示，开关8212连接至第二电阻8215而未连接至第一电阻8214。流经第一发光二极管群组802的电流I₁₅分流为流经第二发光二极管群组804的电流I₂₅以及流经第二电阻8215的电流I₃₅；其中，I₁₅＝I₂₅+I₃₅。在温度50℃时，如图11C所示，开关8212的形状改变因而断开与第二电阻8215的连接且连接至第一电阻8214，第一电阻的电阻值大于第二电阻的电阻值。因为流经第一发光二极管群组802的电流I₁₆(＝I₁₅＝I₂₆+I₃₆)是固定的，当温度补偿元件82'的电阻增加，流经温度补偿元件82'的电流I₃₆(<I₃₅)会减少，进而使得流经第二发光二极管群组804的电流I₂₆(>I₂₅)增加。在温度80℃时，如图11D所示，开关8212的形状改变且皆未与第一电阻8214及第二电阻8215连接，藉此，流经第一发光二极管群组802的电流I₁₇并未被分流且此电流亦流经第二发光二极管群组804(I₂₇>I₂₆)。因此，可控制温度补偿元件82'的电阻，以减少第二发光二极管群组804的光输出功率因其热冷系数在温度上升时所产生的衰减，达到温度补偿的功能。

图12A及图12B为显示本发明的发光装置第九实施例电路示意图。如图12A所示，温度补偿元件92包含一单向形状记忆合金921、一导电弹簧922、及一电阻923。在温度20℃时，形状记忆合金921具有一端点固定在导电弹簧922的一端点，且形状记忆合金921的此端点与第二发光二极管群组804在一接点9211形成连接。导电弹簧922具有另一端点与电阻923连接，因此电阻923与第二发光二极管群组804并联连接。流经第一发光二极管群组802的电流I₁₈分流为流经第二发光二极管群组804的电流I₂₈以及流经电阻923的电流I₃₈。在温度80℃时(或40℃或60℃)，形状记忆合金921会改变形状且加压于导电弹簧922，藉此断开导电弹簧922与电阻923间的连接，如图12B所示。因此，流经第一发光二极管群组802的电流I₁₉并未被分流且此电流亦流经第二发光二极管群组804。接着，当温度从80℃降低至20℃时，存在于导电弹簧922中的弹簧力(restoring force)被释放且迫使形状记忆合金921连接至第二发光二极管群组804，因而再次使得电阻923与第二发光二极管群组804并联连接。

图13显示本发明的发光装置第十实施例电路示意图。温度补偿元件82”为一电子操作形式且包含一温度感测单元832、一温度检测电路831、一开关电路830、及多个电阻834。开关电路830包含双载子接面晶体管、功率双载子接面晶体管、异质接面双载子晶体管、金属-氧化物-半导体场效晶体管、功率金属-氧化物-半导体场效晶体管、高电子迁移率晶体管(HEMT)、硅控整流器(SCR)、绝缘栅双极晶体管(IGBT)、或及其组合。温度检测电路831及开关电路830可整合为一集成电路。操作时，温度感测单元832感测一温度并传送一信号至温度检测电路831。之后，温度检测电路831基于来自温度感测单元832的信号以控制开关电路830使得电阻834连接或不连接第二发光二极管群组804。类似显示在图9～图10D第七实施例，在温度20℃时，所有的电阻834皆与第二发光二极管群组804并联连接。在温度40℃时，其中一个电阻未与第二发光二极管群组804连接。在温度60℃时，两个电阻未与第二发光二极管群组804连接。在温度80℃时，所有的电阻皆未与第二发光二极管群组804连接。

图14显示本发明的发光装置900第十一实施例电路示意图。发光装置900包含一第一发光二极管群组902及一第二发光二极管群组904。第一发光二极管群组902包含一具第一数量彼此串联的发光二极管单元908，第二发光二极管群组904包含一具第二数量彼此串联的发光二极管单元908，且第一发光二极管群组902与第二发光二极管群组904电性串联。发光装置900具有与第十实施例的发光装置类似的结构。发光装置900还包含一发光二极管单元906与第二发光二极管群组904电性并联。发光二极管单元906、908、910包含可发出波长范围位于可见光或不可见光范围的发光二极管，例如包含红光、蓝光、或紫外光波长范围的发光二极管，或由AlGaInP系列材料或GaN系列材料为主的发光二极管。发光装置900包含温度补偿元件82”、一电流检测单元841及一电流检测电路840。电流检测单元检测流经第二发光二极管群组904的电流并传送一信号至电流检测电路840。之后，电流检测电路840基于来自电流检测单元841的电流信号以控制发光二极管单元906是否发光。在本实施例中，发光二极管单元906、910发红光且发光二极管单元908发蓝光。当电流小于3mA时，红光发光二极管的光输出效率的衰减大于蓝光发光二极管的光输出效率的衰减。因此，当电流检测单元841检测到流经第二发光二极管群组904的电流小于3mA时，来自电流检测单元841的信号会传送至电流检测电路840以控制并使得发光二极管单元906发光。在此实施例中，温度补偿元件82”电流检测电路840可整合为一集成电路。

需了解的是，本发明中上述的实施例在适当的情况下，是可互相组合或替换，而非仅限于所描述的特定实施例。本发明所列举的各实施例仅用以说明本发明，并非用以限制本发明的范围。本领域技术人员对本发明所作的任何显而易见的修饰或变更接不脱离本发明的精神与范围。

Claims

1.一种发光装置，包含：

第一发光二极管群组；

第二发光二极管群组,与该第一发光二极管群组并联连接；

第一开关组件，具有第一节点、第二节点及第三节点,并经由该第一节点串联连接至该第二发光二极管群组；

温度补偿组件,经由直接电性连接至该第一开关组件的第三节点,串联连接至该第二发光二极管群组；以及

电压调制装置,经由该第二节点与该第一开关组件及该温度补偿组件并联连接，用以维持该第二发光二极管群组与该第一发光二极管群组的光输出功率比例。

2.如权利要求1所述的发光装置，其中该温度补偿组件包含热敏电阻,该热敏电阻为具有负温度系数的电阻。

3.如权利要求1所述的发光装置，其中该第二发光二极管群组的热冷系数小于该第一发光二极管群组的热冷系数。

4.如权利要求1所述的发光装置，还包含载板,其中该第一发光二极管群组、该第二发光二极管群组以及该温度补偿组件共同形成于该载板。

5.如权利要求1所述的发光装置，还包含电阻，电连接至该第一发光二极管群组；及第二开关组件，串联连接在该第一发光二极管群组及该电阻间。

6.如权利要求5所述的发光装置，其中该第一开关组件或该第二开关组件包含功率双载子接面晶体管、双载子接面晶体管、异质接面双载子晶体管、金属-氧化物-半导体场效晶体管、功率金属-氧化物-半导体场效晶体管、高电子迁移率晶体管(HEMT)、硅控整流器(SCR)和绝缘栅双极晶体管(IGBT)中的一个或多个。

7.如权利要求5所述的发光装置，其中该温度补偿组件具有第一电阻温度系数且该电阻具有第二电阻温度系数,该第一电阻温度系数的绝对值比该第二电阻温度系数的绝对值大十倍以上。

8.如权利要求2所述的发光装置，其中流经该第二发光二极管群组的电流实质上等于流经该热敏电阻的电流。

9.如权利要求1所述的发光装置，其中该第一发光二极管群组和该第二发光二极管群组同时发光。

10.如权利要求1所述的发光装置，其中流经该第一发光二极管群组的电流以及流经该第二发光二极管群组的电流主要由该电压调制装置所决定。