TW200822802A - Light emitting diode apparatus - Google Patents

Description

200822802 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於一種發光二極體（Light Emitting Diode ; LED)裝置，尤係關於一種具有温控及整流功能之發光二極 體裝置。 【先前技術】 近幾年來，白光發光二極體（LED)是最被看好且最受全球 矚目的新興產品。它具有體積小、耗電量低、壽命長和反 應速度佳等優點，能解決過去白熾燈泡所難以克服的問 題。LED應用於顯示器背光源、迷你型投影機、照明及汽 車燈源等市場愈來愈獲得重視。 雖然LED似為照明應用之明日之星，惟其仍有諸多問題 需要克服，例如對於照明用之高功率LED而言，其輸入LED 的功率約只有15〜20%轉換成光，其餘80〜85%轉換成熱。這 些熱如果無法適時逸散至環境，將使得LED晶粒的介面溫 度過高而影響其發光強度及使用壽命。 參照圖1，其顯示單顆LED晶粒施加4V、1.8A之操作電 壓、電流時之電流、電壓及溫度狀況。LED晶粒在施加此 電壓、電流後，溫度於10分鐘内由約30°C持續上升至超過 80°C，且仍持續不斷增溫中，使得LED晶粒有過熱（over-heat) 的現象。 傳統上，為解決LED晶粒過熱的問題，可選擇串接電阻 (resistor)的方式。然，電阻對於溫度變化不敏銳，而不具 溫度感測及整流的功能，因此成效不佳，無法提供穩定且 200822802 於安全範圍内之電流以保護LED晶粒。 另外，紅（R)、綠（G)、藍（B)LED晶粒於高溫時與低溫時 之發光型態不同，此溫差將導致不預期的R、G、B色差， 而造成後續調配三原色時有色彩失真的情況發生。傳統 上，LED晶粒係透過功率1C進行限流（current limiting)以防 止電池不致過熱，而色差係依賴色彩補償電路（color compensation circuit)及控制1C加以修正。然而，上述之功 率1C、色彩補償電路及控制1C等之技術均較為複雜且價格 高昂，而一定程度地限制LED應用之普及。 綜上可知，如何解決LED應用上之發熱及發光色差的問 題，實為LED普及之重要關鍵。 【發明内容】 本發明係提供一種發光二極體（LED)裴置，藉由搭配溫度 控制及電流調整（簡稱溫控及整流，Temperature Control and Current Regulator ; TCCR)元件，可防止過電流及過高溫的 問題發生，且可避免LED發光之色差問題。 本發明揭示一種發光二極體裝置，其包含至少一 LED晶 粒以及至少一溫控整流（TCCR)元件。該TCCR元件電氣串聯 於該LED晶粒及電源之間，且相距該LED晶粒於一溫度感測 有效距離内，以有效感測該LED晶粒之溫度變化，該TCCR 元件於25°C至85°C間之溫度與電阻係成正向關係，即電阻 隨溫度增加而增加，且該TCCR元件於50°C及80°C時之電阻 差大於等於0.1Ω。 該TCCR元件係一種類比式元件，其可偵測其鄰近串接之 200822802 LED晶粒所產生之熱，因此，當LED晶粒之溫度上升時， TCCR元件之溫度亦將因感測LED之溫度而上升，而造成電 阻增加。藉此即可降低流經該LED晶粒之電流，從而避免 LED晶粒之溫度繼續升高而過熱（over-heating)損壞，進而 達到溫控及整流的目的。 由於具有正溫度係數（Positive Temperature Coefficient ; PTC)特性之導電複合材料在正常溫度下之電阻可維持極低 值，使與PTC元件串接之電路或元件得以正常運作。但是， 當電路或電池發生過電流（over-current)或過高溫 (over-temperature)的現象時，其電阻值會瞬間提高至一高 電阻狀態（至少104〇hm以上），即所謂之觸發（trip)。在觸發 前，PTC元件之電阻係隨溫度緩步上升，因此，本發明一 較佳實施例可選用PTC元件作為該TCCR元件，該PTC元件 主要可以選擇高分子材料中加入導電填料（如：碳黑、金屬 粉、導電陶瓷粉），或可以選擇具正溫度係數的陶瓷材料製 成。 本發明之TCCR元件係運作於25°C〜85°C之電阻與溫度成 正向關係之區域，其可控制LED晶粒的溫度不超過l〇〇°c， 使得經調整後之電流對於LED晶粒而言可維持於穩定及安 全的範圍内，而得防止LED晶粒因過熱損壞或因溫度色差 造成色彩失真的問題。 TCCR元件於未觸發前具有低電阻之特性，其可提供LED 晶粒穩定且近乎固定的電流，因此，LED晶粒電阻改變所 造成的發光變異可藉由此TCCR元件加以補償改善。經 200822802 TCCR元件整流之LED晶粒可發出幾近固定之光線，其提供 較大的裕度（tolerance)因應LED晶粒製造時產生之電阻的 變化，因此可增進LED晶粒之生產良率。 【實施方式】 參照圖2,本發明將一溫控整流元件（TCCR)21與LED晶粒 22串接形成一發光二極體裝置20，且該TCCR元件21與該 LED晶粒22之間距係小於一感測有效距離（例如3公分），使 該TCCR元件21可有效感測該LED晶粒22之溫度。 該TCCR元件21可採用具正溫度係數之PTC元件，其電阻 與溫度之關係如圖3所示。該TCCR元件21於觸發前（例如25 °C〜85°C )之電阻與溫度係成正向關係，即電阻約隨溫度上 升呈線性增加，其於50°C〜80°C間之電阻增加大於等於 0·1Ω。由於TCCR元件21於觸發前具有電阻隨溫度上升的現 象’故當串接之LED晶粒22因發光導致溫度上升時，該 TCCR元件21之溫度亦將因感測到LED晶粒22之溫度而逐 漸上升。因此，TCCR元件21之電阻將隨之增加，而將降低 流經LED晶粒22之電流。 參照圖4，其係該發光二極體裝置2〇施加4V、1 ·8A之操作 電壓、電流時，LED晶粒22之電流、電壓及溫度狀況。led 晶粒22在施加此電壓、電流後，溫度在通電4〇〇秒後升至約 55°C，之後呈緩慢增加而於通電20分鐘後，其溫度仍維持 低於60°C，且已約呈熱平衡狀態，亦即溫度不再持續上升。 顯然’當LED晶粒22串接1'(1^&元件21後，可有效防止]^0 晶粒22過熱的問題發生。 200822802 詳言之，當LED元件22通電100秒後，溫度上升至約5〇°C ’ 同時TCCR元件21因感測該LED元件22之高溫，其電阻上升 而相對降低流經該LED元件22之電流，即由0.75A降至約 0.5A。因電流降低，故LED元件22之温度由遽增改為緩增’ 即藉由整流而達到溫控的效果。 圖5係本發明另一實施例之發光二極體裝置3〇之電路示 意圖，其應用於複數個LED元件之狀況。該發光二極體裝 置30包含一 TCCR元件31、一第一 LED晶粒32及一第二LED 晶粒33。該第一LED晶粒32及第二LED晶粒33係並聯後串接 該TCCR元件31。 參照圖6，其係本發明又一實施例之發光二極體裝置40 之電路示意圖。該發光二極體裝置4〇包含一第一 TCCR元件

41、一第二TCCR 元件 42、一第三TCCR 元件 43、一第一LED 晶粒44、一第二LED晶粒45及一第三LED晶粒46，其中該第 一 LED晶粒44、第二LED晶粒45及第三LED晶粒46分別為紅 (R)、綠（G)及藍色（B)LED晶粒，且分別串接該第一 TCCR元 件41、第二TCCR元件42及第三TCCR元件43，且彼此形成 並聯。該第一LED晶粒44、第二LED晶粒45及第三LED晶粒 46分別發出R、G及B三原色光，故其組成之LED發光模組 47可調配發出所需顏色之光線。 上述實施例中，LED晶粒實質上均串接TCCR元件，使得 其所組成之發光二極體裝置具有溫控及整流之功能。此 外，TCCR元件亦可控制或避免下列異常狀況： 1 ·輸入電流遠大於LED晶粒之額定電流（rated current); 200822802 2. 輸入電壓大於LED晶粒之額定電壓（rated voltage); 3. 突然的LED晶粒溫度上升；以及 4. 電流湧（surge of electrical current) 〇 本發明之技術内容及技術特點已揭示如上，然而熟悉本 項技術之人士仍可能基於本發明之教示及揭示而作種種不 背離本發明精神之替換及修飾。因此，本發明之保護範圍 應不限於實施例所揭示者，而應包括各種不背離本發明之 替換及修飾，並為以下之申請專利範圍所涵蓋。 【圖式簡單說明】 圖1係習知之LED晶粒之電流、電壓及溫度與通電時間的 關係圖； 圖2係本發明第一實施例之發光二極體裝置之電路示意 圖； 圖3係本發明第一實施例之發光二極體裝置之TCCR元件 之溫度及電阻的關係； 圖4係本發明第一實施例之發光二極體裝置之LED晶粒 之電流、電壓及溫度與通電時間的關係圖； 圖5係本發明第二實施例之發光二極體裝置之電路示意 圖；以及 圖6係本發明第三實施例之發光二極體裝置之電路示意 圖。 【主要元件符號說明】 20 發光二極體裝置 21 TCCR元件 22 LED晶粒 30 發光二極體裝置 200822802 31 TCCR元件 32 第一 LED晶粒 33 第二LED晶粒 40 發光二極體裝置 41 第一 TCCR元件 42 第二TCCR元件 43 第三TCCR元件 44 第一 LED晶粒 45 第二LED晶粒 46 第三LED晶粒 47 LED發光模組

Claims (1)

1. 200822802 十、申請專利範圍： 1· 一種發光二極體（LED)裝置，包含·· 至少一LED晶粒；以及 至少一溫控整流元件，電氣串聯於該LED晶粒及電源之 間，且相距該LED晶粒於一溫度感測有效距離内，以有效 感測該LED晶粒之溫度變化，該溫控整流元件具有正溫度 係數特性，且電阻與溫度於5〇°C及80°C間之電阻差大於等 於 0.1Ω 〇 _ 2.根據请求項1之發光二極體裝置，其中該溫控整流元件於 25°C〜85°C間之電阻與溫度成正向關係。 3·根據請求項1之發光二極體裝置，其中該LED晶粒有兩 個，且為並聯。 4·根據請求項1之發光二極體裝置，其中該lED晶粒有三 個’且分別發出紅、綠及藍光。 5·根據請求項4之發光二極體裝置，其中該紅、綠及藍光lED _ 晶粒各與—該溫控整流元件串聯。 6·根據明求項丨之發光二極體裝置，其中該溫度感測有效距 離係小於3公分。 根據喷求項1之發光二極體裝置，其中該LED晶粒之溫度 小於100°G。