TW201132222A - High frequency multi-voltage and multi-brightness LED lighting devices and systems and methods of using same - Google Patents

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201132222 六、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明大體上和用於AC操作的發光二極體（LED)有 關。明確地說，本發明和下面有關：多電壓位準、多亮度 位準、及電壓可選的LED元件、封裝及燈具；高頻驅動LED 電路及高頻驅動器；及LED的驅動方法。 本發明大體上和用於高頻與可選電壓、多電壓位準、 及/或多亮度位準操作的發光二極體（LED)有關。明確地說， 本發明和下面有關：高頻操作；用於直接AC電壓電源操作 或經過橋式整流之AC電壓電源操作的電壓可選、多電壓位 準、及多亮度位準的發光二極體電路、單晶片、封裝及燈 具「元件」。 【先前技術】 LED會在被供應一零流給時產生光的半導體元件。LED 本質上係僅在一個極性中傳輸電流的DC元件而且過去都 係使用電阻器、電流調節器、以及電壓調節器藉由DC電壓 源來驅動，以便限制被傳送至該LED的電壓與電流。某些 LED具有被建構於LED封裝中的電阻器，以便提供通常被 5V DC或12V DC驅動的較高電壓LED。 全世界的標準AC電壓包含12 VAC、24 VAC、100 VAC、 1 10VAC' 120VAC' 220VAC、230VAC、240VAC 及 277VAC。 所以有利的方式：當封裝多個多電壓及/或多電流單晶片 LED時藉由直接選擇一電壓位準及/或電流位準、或當將多 晶片單一 LED封裝整合在一印刷電路板上或一最終照明產 201132222 品裡面時藉由選擇一特定的電壓位準及/或電流位準，讓可 以輕易配置的單晶片LED或多晶片單一 LED封裝及/或元 件操作在多電壓位準及/或多亮度位準處。另外有利的係： 提供用於LED燈具應用的多電流LED晶片及/或封裝，以 便藉由切入額外的電路來提供一種提高LED燈具亮度的構 件，就如同在標準的白熱燈具中切入額外的燈絲。 US 7’525,248揭示一種包含多個離散LED的晶片級 LED燈具，該等離散LED能夠被建構在電絕緣基板、導電 基板、或是半導電基板上。進一步言之，該LED燈具的結 構能夠讓該燈具被配置成用於高電壓AC或DC電力操作。 以LED為基礎的固態發光元件或燈具係被建構在一已被形 成在基板的支撐表面上的電絕緣層上。明確地說，該 絕緣層可能會被磊晶成長在該基板上，接著便依序由一 η 型半導體層、-光學主動層、及—p型半導體層所組成的 —LED架構。藉由往下蝕刻該lED架構的特定部分至該絕 緣層會形成由多個個別、離散LED所組成的隔離網狀結 構從而在相鄰led之間形成溝槽。爾後，該等個別led 便經由導體器件或線路被電耦合在一起，該等導體器件或 線路係被沉積用於連接一個！^〇的η型層和一相鄰LED的 P型層，它們會繼續跨越所有該等LED以便形成該固態發 光7L件》所以，該元件可被形成具有用於供應電力之正導 線與負導線的一整合式AC/DC光發射器。例如：該LED燈 具可被配置成由高電壓DC電力（例如：12v、24v等）或高 電壓AC電力（例如：！ ι〇/12〇ν、22〇/24〇v等）來供電。 201132222 US 7,213,942揭示—種使用積體電路技術的單晶片 LED斋件’其能夠用於標準的高ac電壓(北美的"〇伏； 臥/州亞洲的220 .伏等）操作。該單晶片ac led器件整合 許多被串聯連接的較小型LED^整合作#在碰製作過 程^間便70成，而最終產品則係一能夠直接被插入房屋或 建桌電源插座中或吉技站· 丄 接被紅入由禚準AC電壓供電的白埶 f具座中的單晶片元件。該等串聯連接的較小型㈣會在 早一晶片上藉由光微影術、#刻（例如，電梁乾式融刻）、及 金屬化而被圖樣化。藉由將發光材料餘刻至該絕緣基板中 使得沒有任何發光材料存在於小型咖之間便會在一單晶 片裡面的小型LED之間達到電絕緣效果。跨越該等小型 LED中每一者的電壓和由相同類型材料製成的習知π操 作㈣令的電.壓大約相同（例如：藍光㈣約為35伏）; 據此’單晶片LED已經夸$丨丨咁座,^ H又到限制，而且在開發AC led 之前，除了固定串聯、固宕廿 、、甲聊U疋並聯、或是固定串並聯電路配 置之外，並沒有任何積體電路。 除了固定串聯、固定並聯 β 卑噼或疋固定串並聯LED電路 配置之外，以前的LED封裝並沒有任何積體電路。 本技術的缺點在於蛊法右各丨 〇 …、忐有利地在单一基板上提供一體 成形整合的多電壓及/或多電流電路。 若提供具有下面功能的多電壓及/或多亮度電路之進一 步優點.能夠提供電壓位準選摞 上 千、擇、耠供焭度位準選 或提供AC或DC供電輸入電力喜好選擇。 及/ 若提供具有下面功能的多電壓位準及/或多亮度位準發 201132222 光LED電路、晶片、封裝、及燈具「多電壓及/或多亮度 LED元件」會有的優點：能夠輕易地被電配置成用於具有 直接AC電壓輕合、經過橋式整流之ac電麵合、或是怪 疋電壓DC電源耦合的至少兩個正向電壓驅動位準。本發明 包括能夠以一可選擇的所希操作電壓位準為基礎而利用一 ^ X上且有6V或更大數額之AC或DC正向電壓的「多電 壓」方式來驅動的多個電路與多個元件，該可選擇的所希 操作電壓位準係藉由以串聯或並聯電路配置來電連接該等 電路所達成，及/或能夠以一切換構件為基礎而利用一 個以上亮度位準的「多亮度」來驅動的多個電路與多個元 件，该切換構件會將至少一個額外LED電路連接至一第一 LED電路及/或將至少一個額外LED電路與一第一 [ED電 路中斷連接。該所希操作電壓位準及/或該所希亮度位準電 連接可在該等多電壓及/或多亮度電路及/或單晶片被整合 於該LED封裝中時於㈣封裝層級處達成及/或完成，或 者省LED封裝可能會有配接該等被整合在裡面之多電壓及/ 或多亮度電路及/或單晶片的外部電接點，從而讓該遍封 裝的外部具有驅動電壓位準及/或亮度位準選擇能力並且允 =在該LED封裝的使用者處、或是在pCB組裝設施處、或 疋在末端產品製造商處選擇電壓位準或亮度位準。 右在一單晶片上或是一單LED封裝裡面提供具有至少 12VAq 12VDC或更大正向電壓的至少兩個積體電路而具 有下面功能會有進一步的優點：當使用離散晶粒（每次一個 LED晶片）來封裝一多電壓及/或多亮度電路並且在封裝層

S 201132222 級處將它們桿線連接成一電路時或是當將 及/或多亮度位準電路i日 田、3夕個多電壓 又位旱電路早晶片封裝於—LED封裝裡 供一種選擇正向電壓的構件。 鍉 有進：=具有下面功能的多電壓及/或多亮度位準元件合 有^的優點：能夠在預設的6V或更大正向電二 AC或DC電壓操作中提供電連接選擇。 準的 若提供具有下面功能的多亮度㈣元件會有進 優點·除了一單晶片及/哎LED私肚. 、 之外，能夠，由6單地：| 裡面的一第-操作電路 換…： 開啟或關閉額外的電路而被切 換成不同的売度位準。這可以讓LED燈具以如同今曰的2 路或3路：熱燈具的切換方式切換成較高的亮度位準。 卢.τργ»單曰曰片上提供6V或更大數額的多電壓電路的好 ^ 封裝廠能夠使用此單晶片作為一平台，用以讓有 一個以上LED封裝的產品具備一 m 早日日片來疋址各種末端消 費者設計需求的多個電壓位準。這還會提高晶片製造商單 一產品的產量並且改善庫存控制。這還會在使用一晶片時 改善LED封裝廠的購買力與庫存控制。 若提供具有下面功能之包含用於AC或DC驅動之LED 電路系統及高冑AC電壓變㈣或反向器的咖照明组件 會有進一步的優點：可詩將低頻電壓（例如：市電電壓或 是50/60Hz的其它低電塵）轉換成高頻，其並不會改變所提 供的電壓。例如：若接供—目女丁 τ 敌供具有下面功能的LED照明電源 供應Is及/或驅動器會非堂古妥丨· 賞非韦有利.能夠接收60Hz 120VAC並 且能夠直接提供-高頻AC輸出給_(或多個)ac驅動⑽ 201132222 電路；另或者，能夠接收60Hz 120VAC並且能夠經由一 Ac 至DC整流器以等於或不同於被供應給該電源供應器及/或 驅動器之原始輸入電壓的電壓提供一高頻AC輸出給一（或 多個）AC驅動LED電路。 若藉由下面方式來組合多個多電壓LED晶片、封裝、 電路、燈具等及高頻AC電壓電源供應器及/或變壓器來驅 動LED會有進一步的優點：將一高頻變壓器或反向器直接 連接至一（或多個）AC驅動LED電路；或是以操作的方式連 接一介於該高頻變壓器或反向器以及一 DC驅動LED電路 之間的AC至DC整流器。採用正確的設計考量，便可以怪 疋電壓或丨亙定電流D C驅動技術以外的直接a c或是經整流 AC來更有效地驅動LED。相較於目前用來供電給led的 恒定電流或恆定電壓DC驅動器或電源供應器，高頻aC變 壓器或反向器可以被製造成更小的尺寸而且成本更低廉。 頻率越高，變壓器便能夠被製造成越小的尺寸。採用正確 的設計考量並且以電源供應器的AC電壓輸出的瓦數與頻 率為基礎’ 一高頻AC變壓器能夠被製成很小的尺寸而得以 直接被安置在一 LED照明PCB組件之上。 本發明提供前述優點並且解決本技術的缺點。 【發明内容】 根據本發明的一項觀點，至少兩個單電壓Ac LED電路 會被形成在一單晶片上或一基板上’用以提供用於直接AC 電力操作的一多電壓AC LED元件。每一個單電壓AC LED 電路皆具有以反向平行的關係相互連接的至少兩個leD。

S 201132222 柯據本發明的另一項觀點，每一個單電壓led電路 皆會被設計成用以被-至少6VAC的預設正向電塵驅動， 而j較佳的係，每-個單電壓AC LED電路皆具有用於每一 個:電屋 ACLED 電路的 6VAC、12VAC、24VAc、⑶vac、 或是其匕AC電壓位準的匹配正向電壓。 比」艮據本發明的另一項觀點’每一個多電壓AC LED元件 ”夠被至少兩個不同的入。正向電壓驅動，從而藉由並聯 電連接該等兩個單電麼acled電路而產生一第一正向電 Μ動位準並且藉由串聯電連接該等至少兩 ㈣Ac LED電路的第二正向電I驅動位㈣㈣ =並聯連㈣AC LED電路㈣—正向電壓驅動位準的 =^準。該等至少兩個並聯連接的ACLED電路的電流係 4 >兩個串聯連接的ACLED電路的兩倍。 該多一元件的任-種正向電壓驅動 ^擇方式，壳度皆約略相同。 根據本發明的另一項觀點’至少兩個單電壓串聯L E D 路（該寺電路中的每一者皆具有至 會被形成在-單日m η 兩個串&連接led) … 或一基板上’用以提供-可多電壓 AC或DC操作的LED元件。 =本發明的另一項觀點，每一個單電壓串聯咖電

白由被没計成用以被至少6V AC或DC 壓驅動，而且較佳的#，#一個預玟正向電 孕乂佳的係，母個早電壓串聯LED電路 、咖、24V、謂、或是其它Ac或此電壓位㈣ 201132222 :配正向電壓。例如：每-個多電壓AC或DCLED元件皆 能：被至少兩個不同的^或DC正向電屋驅動，從而藉由 並如電連接該等兩個單電壓串聯LED電路而產生一 ==準並且藉由串聯電連接該等至少兩個單；壓 罨路而產生一第一正向電壓驅動位準。誃 串聯連接的串聯led電路的第-正 ㈣的弟一正向電壓驅動位準係約為 該專並如連接的串聯LED電路的第一正向電壓驅動位準的 兩倍位準。該等至少兩個並聯連接的串聯LED電路的電流 係这等至少兩個串聯連接的串聯LED電路的兩倍。於任一 種電路配置中’利用該多電壓串聯led元件的任一種正向 電壓驅動選擇方式，亮度皆約略相同。

根據本發明的另一項觀點，至少兩個單電壓AC LED 電路會被形成在一單曰一 片上或一基板上，用以提供用於直 AC電力操作的—多電麼及/或多亮度AC LED元件。 比根據本發明的另一項觀點，每一個單電壓Μ 電路 白：有以反向平行的關係相互連接的至少兩個LED。每一 個早電壓AC LED電路皆會被設計成用以被至少6^的— 預設正向電麼驅動’而且較佳的係，每一個單電壓AC^ f路皆具有用於每一個單電屋AC LED電路& 6VAC、 AC、24VAC、12〇VAC、或是其它ac電麼位準的匹配 正向電屋。母一個多電愿及/或多電流AC LED元件裡面的 至少兩個AC LED電路皆能夠被至少兩個不同的ac正向電 i驅動’從而藉由並聯電連接該等兩個單電塵Μ [ED電路 生第正向電壓驅動位準並且藉由串聯電連接該等

10 S 201132222 夕兩個單電壓位準LED電路而產生一第二正向電壓驅動 準”亥等串聯連接的AC LED電路的第二正向電壓驅動位 準係、勺為4等並聯達接# AC led電路的第一正向電壓驅 動位準的位準的兩倍。該等至少兩個並聯連接@ AC LED 電路的宅/瓜係s玄等至少兩個串聯連接的ac [ED電路的兩 "於任種電路配置中，利用該多電壓LED元件的任一 種正向電壓驅動選擇方式，亮度皆約略相同。 康本發明的另一項觀點，至少兩個單電壓LED電路 日，v成在單晶片上或一基板上，且由多個製成的 ,少一橋式電路會被形成在相同的單晶片或基板上，用以 提供二於直接此電力操作的一多電麼及/或多亮度LED元 件。每-個單電壓LED電路皆具有相互串聯連接的至少兩 個LED°每—個單電壓LED電路皆被設計成用以被-預設 正向電壓驅動而且較佳的係會被每一個電路的匹配正向電 壓驅動’例如：每一個單電壓LED電路的12VDC、24VDC、 120VDL或是其它DC電壓位準。每一個多電壓及/或多亮 ，LED π件皆能夠被至少兩個不同的dc正向電壓驅動， 從而當該等兩個單電壓LED電路被並聯連接時合產生一第 -正向電壓驅動位準而且當該等至少兩個咖；路被串聯 連接時會產生-第二正向電壓驅動位準，肖第二正向電壓 驅動位準係該第—正向電壓驅動位準的兩倍位準。 根據本發明的另一項觀點，至少兩個單電壓㈣電路 會被形成在-單晶片上或—基板上，用以提供用於直接π 電力插作的一多電壓及/或多亮度㈣元件。每一個單電壓

11 S 201132222 LED電路皆具有相互串聯逯 7适接的至少兩個LED。每一個單 電壓LED電路皆會被設外忐 t成用以被一預設正向電壓驅動而 且較佳的係會被每一個雷狄沾nr JR，f 徊冤路的匹配正向電壓驅動，例如： 每-個單電壓LED電路的12VDC、24VDC、12GVDC、或 是其它DC電壓位準〇 母個夕電壓及/或多亮度LED元件 皆能夠被至少兩個不同的τ &兩π 个丨』扪13C正向電壓驅動，從而當該等兩 個單電壓㈣電路被並聯連接時會產生-第-正向電壓驅 動位準而且當該等至少兩個LED電路被串聯連接時會產生 -第二正向電壓驅動位準，㈣二正向電壓驅動位準係該 第一正向電壓驅動位準的兩倍位準。 根據本發明的另-項觀點，至少兩個單電壓㈣電路 會被形成在-單晶片上或—基板上，且由多個標準二極 體、多個LED”戈前述特定組合製成的至少一橋式電路會 被提供而和該LED電路分離或被形成在相同的單晶片或基 板上，用以提供一用於直接Dc電力操作的多電壓及/或多 亮度LED元件。每-個單電壓咖電路皆具有相互串聯連 接的至少兩個LED。每-個單電壓LED電路皆被設計成用 以被一預設正向電壓驅動而且較佳的係被每一個電路的匹 配正向電壓驅動，例如：每一個單電壓LED電路的、 24VDC、120VDC、或其它沉電壓位準。每一個多電壓及/ 或多壳度LED元件皆能夠被至少兩個不同的Dc正向電壓 驅動，從而當該等兩個單電壓LED電路被並聯連接時會產 生一第一i向電壓驅動位準且當該等至少兩個led電路被 串聯連接時會產生一第二正向電壓驅動位準，該第二正向

12 201132222 電壓驅動位準係該第一正向電壓驅動位準的兩倍位準。 根據本發明的另一項觀點，一多電壓及/或多電流AC LED電路會被整合在一單晶片LED裡面。每一個多電壓及/ 或多電流單晶片AC LED皆包括至少兩個單電壓AC LED電 路。每一個單電壓AC LED電路皆具有反向平行配置的至少 兩個LED，用以適應於直接AC電壓操作。每一個單電壓 AC LED電路在該電路的每一個反向末端處皆可能有至少 一電壓輸入電接點；或該等至少兩個單電壓AC LED電路可 能會在該早晶片上被電串聯連接在一起’並且在該等兩個 串聯連接的單電壓AC LED電路中的每一個反向末端處會 有至少一電壓輸入電接點，及在該等串聯連接至少兩個單 電壓AC LED電路的中央接合處會有一電壓輸入電接點。該 等至少兩個單電壓AC LED電路會被整合在一單晶片裡 面，用以形成一多電壓及/或多電流單晶片AC LED。 根據本發明的另一項觀點，至少一多電壓及/或多亮.度 LED元件可能會被整合在一 LED燈具裡面。該（等）多電壓 及/或多亮度LED元件裡面的至少兩個個別的LED電路可 以在LED封裝過程期間由LED封裝廠以串聯或並聯電路配 置方式進行繞線連接，從而提供至少兩種正向電壓驅動選 擇，例如：12VAC 與 24VAC 或是 120VAC 與 240VAC，其 能夠由該LED封裝廠來選擇。 根據本發明的另一項觀點會提供一多電壓及/或多電流 AC LED封裝，其包括被整合在一 LED封裝裡面的至少一 多電壓及/或多電流單晶片AC LED。該多電壓及/或多電流

S 13 201132222 AC LED料會在該咖封裝的外㈣供多個匹配電連接 觸塾’用以連接至被整合在該Led封裝裡面的至少一多電 壓及/或多電流單晶片Ac LED的電連接觸塾，從而讓該 封裝使用者於PCB組|過程或最終產品整合μ 多電壓及/或多電流AC LED封裝繞線連接成一串聯或並聯 電路配置’並_a_進—步提供具有至少兩個正向電壓驅動選 擇的一 AC LED封裝。 ' 根據本發明的另一項觀點，會使用多個個別的離散LED 晶片於- LED #裝裡面以形成至少一多電壓及/或多電流 AC LED電路’從而提供一多電壓及/或多電流AC LED封 裝。該封裝裡面的每一個多電壓及/或多電流Ac 電路 皆包括至少兩個單電壓AC LED電路。每一個單電壓A。 LED電路皆具有反向平行配置的至少兩個㈣，用以適應 於直接AC電壓操作。㈣D封裝會在該LED封裝的外部 提供多個電連接觸墊，它們會匹配於被整合在該多電壓及/ 或多電流AC LED封裝裡面的至少兩個單電壓Ac led電路 的電連接觸塾，從而讓該LED封裝會於pCB組裝過程期間 被繞線連接成一争聯或並聯電路配置，且進一步提供具有 至少兩個正向電壓驅動選擇的一 LED封裝。 根據本發明的另一項觀點，一多電壓及/或多電流單晶 片ACLED及/或多電壓及/或多電流ACLED封裝會被整合 在一 LED燈具裡面。該LED燈具的結構包括一散熱片'一 透鏡蓋及一標準燈具電底座。該多電壓及/或多電流單晶片 AC LED及/或封裝會被配置成用以在多電壓及/或多電流 14 201132222 電路裡面的至少—額外單電壓AC LED電路上提供 -切換構件，用以從該LED燈具處提供高亮度。 ' 根據本發明的另-項主要觀點，至少一多電流从㈣ 早晶片會被整合在一 LED封農裡面。 #據本卷明的另一項觀點’具有多個標準二極體、多 :led或前述特定组合的至少一單晶片多電流橋式電路會 ，整合在具有—標準燈具底座的LED燈具裡面。該單晶片 多電流橋式電路雖然可以並聯配置方式被電連接在一起， 乃保持開路以在该單晶片上使得從開啟一切換器適應於 — 個以上的切換器，且在該等兩個串聯連接電路中的 > s反向末端處會有至少_可接#電接點及在該等至少 .兩個個別串聯連接的LED電路的中央接合處有一可接取電 接點。該等至少兩個個別電路會被整合在一單晶片裡面。 〜根據本發明的另一項觀點，當該等至少兩個電路在該 早阳片上保持未被連接且在封裝過程期間提供用於連接的 電觸墊時，LED封裝廠便可基於末端LED封裝供應產品的 所希電壓位準規格予以繞線成串聯連接或並聯連接。 根據本發明的另一項觀點，一高頻變壓器或反向器可 以提供電力給至少一多電壓及/或多亮度LED元件或晶片。 該向頻變壓器或反向器可能會與該LED元件或晶片封裝在 —起且可提供直接AC電壓給該LED元件或晶片；或者， 忒巧頻變壓器或反向器可能係該LED元件或晶片的一離散 驅動器或電源供應器，其能夠被電連接至該LED元件或晶 片。該高頻變壓器或反向器會被設計成以接收一低頻電壓

S 15 201132222 (例如：如同市電電壓之50/60Hz電壓）且輸出一高頻電壓。 該高頻變壓器或反向器亦可能會被配置成以步升或步降而 從一來源電壓處被提供至該變壓器或反向器的電壓。 根據本發明的另一項觀點，一高頻變壓器或反向器可 月b經由具有多個標準二極體、多個led或前述特定組合之 一整抓器（被電連接在該高頻變壓器或反向器和一 DC驅動 的LED電路、晶片或元件之間）提供電力給dc驅動的LED 電路、晶片或元件或者含有一或多條串聯led串的LED電 路、晶片或元件可能會。該整流器可獨立於該高頻變壓器 或反向器及該LED電路、晶片或元件的方式被提供，且在 輸入處被電連接至該高頻變壓器或反向器及在輸出處被電 連接至該LED電路、晶片或元件。另或者，該整流器可能 會與該间頻變壓器或反向器封裝一起以形成該LED電路、 晶片或元件的電源供應器或驅動器。同樣地，該整流器可 與LED電路、晶片或元件直接封裝在一起或是為一 [ED 電路、晶片或元件的一部分。熟習本技術人士便應明白： 將該整流器與該LED電路、晶片或元件直接封裝在一起可 讓含有—DC驅動的LED電路、晶片或元件的- LED封裝 或疋或多條串聯LED串被直接插入任何電源供應器或驅 動器中，以提供一 AC冑壓輸出並且運作。在另一替代例 问頻反向器、整流器及LED電路、晶片或元件可被 ，裝至能夠直接併人—照明器件的單—照明元件中，或者 °直接被併入一燈具或運用LED光的其它〇EM產品中。 根據本發明的另一項觀點’可在提供電力給- LED電 16 201132222 路、晶片或元件的一高頻反向器及該LED電路、晶片或元 件之間直接提供一雙路或三路切換器；另或者於替代例 中，會在一 LED電路、晶片或元件及被電連接至一高頻變 壓器或反向器的一整流器（其具有多個標準二極體、多個 LED、或前述特定組合）之間直接提供一雙路或三路切換器。 【實施方式】 圖1揭示一多電壓及/或多亮度LED照明元件10的略 圖。電壓及/或多亮度LED照明元件10包括被配置在一不 平衡橋式電路中的至少兩個AC LED電路12，每一者皆具 至少兩個LED 14。該等至少兩個AC LED電路在反向末端 處具有電接點16a、1 6b、16c及16d以供一 AC電壓源輸入 提供各種連接選擇。例如：倘若16a與16c被電連接一起且 16b與16d被電連接一起且該Ac電壓輸入的一側被施加至 1 6a與1 6c而該AC電壓輸入的另一側被施加至j 與16廿， 該電路則成為具有一第一操作正向電壓的並聯電路。倘若 僅有16a與16c被電連接且該等Ac電壓輸入被施加至電接 點16b與16d ’便需要一第二操作正向電壓來驅動該單晶片 18。該單晶片18亦可被配置成藉由下面方式而操作在一個 乂上儿度位準的「多免度」處：例如：電連接心與恤 且將AC電壓源線路的一側施加至i 6a與i❿及將來自該 AC電壓源的線路另一側的第二電壓個別施加至施與I 圖2揭示一多電壓及/或多亮度LED照明元件20的略 圖^雷同於上面在圖！中所述的多電壓及/或多亮度 、月兀件1G。該等至少兩個Ac led電路η被整合在一基

S 17 201132222 板22上。該等至少兩個ac LED電路12會被配置在一不平 衡的橋式電路中’每一者皆具至少兩個LED 14。該等至少 兩個AC LED電路在該基板22的外部具有電接點i6a、 16b、16c及16d並且能夠被用來電配置及/或控制該多電壓 及/或多亮度LED照明元件的操作電壓及/或亮度位準。 圖3揭示係一多電壓及/或多亮度LED照明元件30的 略圖’雷同於在圖1與2中所述多電壓及/或多亮度Led照 明元件10與20。該多電壓及/或多亮度Led照明元件30 包括至少兩個AC LED電路32’其具有以串聯及反向平行 配置方式連接的至少兩個LED 34。該等至少兩個AC LED 電路32在反向末端處具有電接點36a、3 6b、36c及3 6d以 供一 AC電壓源輸入提供各種連接選擇。例如：倘若36a與 36c被電連接在一起且36b與36d被電連接在一起且該aC 電壓輸入的其中一側被施加至36a與36c而該AC電壓輸入 的另一側被施加至36b與3 6d，該電路則變成為具有一第一 操作正向電壓的一並聯電路。倘若僅有36a與36c被電連接 且該等AC電壓輸入係被施加至電接點36b與36d，便需要 一第二操作正向電壓來驅動該多電壓及/或多亮度照明元件 3 0。該多電壓及/或多亮度照明元件3 0可能係--體成形的 整合單晶片38、一被整合在一 LED封裝38裡面的一體成 形的整合單晶片、或是被整合在一基板38上用以形成一多 電壓及/或多亮度照明元件3 0的數個個別離散晶粒。 圖4揭示係和圖3中所述相同的多電壓及/或多亮度 LED元件30的略圖，其具有至少兩個ac LED電路32，它 18 201132222 們會以並聯配置方式被連接一 AC電壓源並且操作在一第 一正向電壓處。一電阻器40可以被用來限制流往該多電壓 及/或多亮度LED照明元件30的電流。 圖5揭示係和圖3中所述相同的多電壓及/或多亮度 LED元件30的略圖’其具有至少兩個ac LED電路32，它 們會以串聯配置的方式被連接一 AC電麼源並且操作在一 第二正向電壓處’該第二正向電壓約為圖4中所述之並聯 電路的第一正向電壓的兩倍大》—電阻器可以被用來限制 流在該多電壓及/或多亮度LED照明元件的電流。 圖6a與7a揭示一多電壓及/或多亮度led照明元件50 的略圖。該多電壓及/或多亮度LED照明元件5〇包括至少 兩個AC LED電路52’其中每一者皆具有以串聯及反向平 行關係連接的至少兩個LED 54。該等至少兩個AC LED電 路52具有至少二個電接點56a、56b及56c，而於圖7a情 況中則有一第四電接點56心該等至少兩個ac LED電路52 會在一末端被並聯電連接一起並且在該等電接點5 6b及56c 的反向末端處保持沒有連接，而於圖7a情況中則在第四電 接點56d的反向末端處同樣保持沒有連接。一八匸電壓源線 路的一側會被電連接至56a，而AC電壓源線路的另一側則 會個別被電連接至56b、56c及56d，其具有一固定連接或 是一切換式連接，從而在一 AC電壓被施加至56a與56b時 提供一第一亮度’及在一 AC電壓被施加至56a、56b、以 及56c時提供一第二亮度，以及在一 AC電壓被施加至5^、 56b、56c及56d時提供一第三亮度。在本發明所涵蓋的範 201132222 圍中’電壓及/或多亮度LE〇照明元件50可以係-單晶 片、一 LED封裝、—LED組件或一 LED燈具。 圖讣與几揭示—雷同於圖以與乃中所示多電壓及/ 或^冗度LED元件5〇的略圖，其會被整合在一燈具58裡 面並且會被連接至—切換器6〇，用以控制該多電壓及/或多 亮度LED照明元件5〇的亮度位準。 圖8揭不係一多亮度LED照明元件62的略圖，其具有 和LED電路69串聯的至少兩個橋式68。和：LED電 路69串聯的至少兩個橋式整流器68中的每一者皆包括被 配置在橋式電路68中的四個LED 7〇。LED電路69具有 串耳《•連接的至少兩個LED 71和及電接點72a、72b及72c。 田AC電壓的一侧被施加至72a且一 Ac電壓線路的另一 側個別被施加至72b與72c時，該多亮度LED照明元件62 的π度位準會以固定方式或切換程序提高及/或降低。 圖9揭不一如上面在圖8中多亮度led照明元件62的 略圖，一切換器74會被電連接在該多亮度LED照明元件 62與該AC電壓源78之間。 圖9揭示至少兩個單電壓LED電路的略圖，它們會與 —單晶片整合或是被整合在一基板裡面並且形成一多電壓 及/或多亮度LED元件。 圖10揭示具有四個LED 81的一單晶片橋式電路8〇的 略圖，該等四個LED 81會被配置在一橋式電路中並且被一 體成形整合在一基板82上。該全波LED橋式電路具有多個 電接點86，以提供AC電壓輸入連接及Dc電壓輸出連接。

S 20 201132222 圖11揭示一多電壓及/或多亮度LED照明元件90的略 圖。該多電壓及/或多亮度LED照明元件90具有至少兩個 串聯LED電路92 ’該等至少兩個串聯LED電路92中每一 者皆具有被串聯連接的至少兩個LED 94。該等至少兩個串 聯LED電路92在反向末端處具有多個電接點96以提供一 種電連接手段。該等至少兩個串聯LED電路以一體成形方 式被整合在一單晶片98中。該等電接點96被用來將該等 至少兩個串聯LED電路92繞線連接成一串聯電路、一並聯 電路或是一 AC LED電路，全部都在一單晶片裡面。 圖12揭示係如上面圖丨丨中所示相同的多電壓及/或多 焭度LED照明元件9〇的略圖。該多電壓及/或多亮度 照明元件90具有至少兩個串聯LED電路％，該等至少兩 個串聯LED電路92中的每一者皆具有被串聯連接的至少兩 個LED 9二該等至少兩個串聯咖電路以一體成形方式被 整合在-單晶片的裡面；或者離散的個別晶粒能夠被整合 在一基板裡面以形成一 LED封裝1〇〇。該led封裝 有多個電接點102,它們會被用來將該等至少兩個串聯㈣ 電路繞線連接成-_聯電路 並聯電路或以向平行方 式形成- AC LED電路，全部都在單一咖封裝裡面。 如在圖13至15中所見，可為二或多個led電路μ提 :了整流器11〇’每一個LED電路92皆含有 至少兩個㈣94。該整流器11〇包括被連接 ： 源Π6的多個標準二極體112;或者μ代例中 = 至-驅動器或電源供應胃’該驅動器或電 =

21 S 201132222 提供AC電壓’例如：—高頻Ac驅動器"8。該整流器 110會被電連接至該等LED電路92。明確地說，該整流器 110會連接至每—個LED電路92中至少一個LED 94的— 陽極的共同接合處，並且會連接至每—個LED電路92中至 v個LED 94的陰極。如圖15中所示，該整流器亦可能 會被連接至-切換器，從而在任何給定的時間處讓led電 路92中的一或兩個LED電路92進行運作。 在本發明所涵蓋範圍中，圖13至15中的二極體112 可與圖8和9中的整流器68的咖7()互換，反之亦然。 熟習本技術的人士便應該明白，只要整流器68與11〇會從 一 AC電源處提供DC電力，LED 7〇與二極體ιΐ2的任何 組合皆可以被使用在整流器68與丨1〇中。 如圖13與14中所示及圖16至2〇中進一步顯示本 發明所涵蓋的任何照明元件、晶片、或是从㈣或dcled 電路可由一咼頻AC驅動器、反向器、或變壓器I”來供電。 如圖13中所示，雖然任何AC電源116皆可被連接至該高 頻驅動器或反向器或變壓器118;然而，如圖16與2〇中所 示，2通常涵蓋低頻電壓124,例如：一市電電壓會被提供 至該高頻驅動器或變壓器或反向器118。 圖16與丨7顯示_ AC LED照明系統14〇的兩個實施 例，其中一高頻AC驅動器、反向器或變壓器118會提供— 高頻電壓給一 AC LED電路、照明元件或晶片126。一 ac LED電路、照明元件或晶片126可能具有圖丨至7中所示 元件電路或晶片中任何一者的形式，例如：LED照明=

S 22 201132222 件10、20、30及/或八〇1^1)電路12、32。如圖16中所示， 該尚頻AC驅動器、反向器或變壓器118可以和一 ac LED 電路、元件或晶片126分開封裝。於此等實施例中，一低 頻電源128會提供電壓給該高頻AC驅動器、反向器或變壓 器118’其會將該電壓的頻率從一較低的頻率處步升至一較 南的頻率並且提供該較高頻率的電壓給該AC LED電路、元 件或晶片126。高頻AC驅動器 '反向器或變壓器118可能 還進一步包含必要電路系統，例如：用以步升或步降由該 低頻電源1 2 8所提供之A C電壓的一變壓器。 如圖17中所示’高頻Ac驅動器、反向器或變壓器n8 可以和AC LED電路、元件或晶片126 一起被封裝在一單元 式AC LED燈泡、照明器件j3〇。圖中雖然並未顯示；不過， 本發明中所涵盍的切換器可以被配置在該高頻驅動器、反 向器、或變壓器118和該AC LED電路、元件或晶片126 之間’用以選擇性地操作一或多個AC LED電路。 圖14及18至20顯示一種DC LED照明系統142，其 具有一 DC LED電路、元件或晶片92、132，其會經由一整 流器110由一高頻AC驅動器、反向器或變壓器U8供電。 在操作中，AC電源Π6、128 ;高頻AC驅動器、反向器或 變壓器118 ;及DC LED電路、元件或晶片92、132之組合 的操作方式實質上配合圖16與17所述者相同。然而，在 圖14及18至20的每一個系統中，整流器11〇會在一電壓 被提供至該DC LED電路、元件或晶片92、132之前先整流 該尚頻AC驅動器、反向器或變壓器的高頻AC電壓輸出。

S 23 201132222 如圖18至20中所示，如同在一 AC實施例中，AC驅 動器、反向器或變壓器118 ;整流器U0 ;以及DC LED電 路、元件或晶片132可以任何各種方式來封裝。如圖μ中 所示，每一個器件可以分開封裝並且以串聯方式被電連接 在一起。另或者，如圖19中所示，可藉由組合該高頻AC 驅動器、反向器或變壓器118和整流器110而形成一 DC LED驅動器134。如圖20中所示本發明所涵蓋的一種額外 替代例係形成一 DC LED照明器件136，其可以被具現為一 光燈泡、照明系統、燈具等，其中DC led照明器件136 包含下面之中的每一者：高頻Ac驅動器、反向器或變壓器 U8，整流器110 ;以及DC LED電路、晶片或元件132。圖 中雖然並未顯示；不過，熟習本技術的人士便應該明白， 亦可以設計出一僅含整流器Π 〇及E)C LED電路、晶片或元

13 2的照明器件。此等照明器件的優點係能夠被插入任 A C電源中’不論其係高頻ac驅動器 '反向器或變壓器， 或=簡易的市電電壓，並且會以和圖1至7中所示之不 平衡相同的方式提供光輸出。 【圖式簡單說明】 圖1係本發明的一較佳實施例的略圖； 圖2係本發明的—較佳實施例的略圖； 圖3係本發明的一較佳實施例的略圖； 圖4係本發明的一較佳實施例的略圖； 圖5係本發明的一較佳實施例的略圖； 圖6a係本發明的一較佳實施例的略圖； 201132222 圖讣係本發明的一較佳實施例的略圖； 圖7a係本發明的—較佳實施例的略圖丨 圖7b係本發明的—較佳實施例的略圖； 圖8係本發明的-較佳實施例的略圖； 圖9係本發明的—較佳實施例的略圖； 圖10係本發明的一較佳實施例的略圖； 圖11係本發明的一較佳實施例的略圖； 圖12係本發明的—較佳實施例的略圖； 圖1 3係本發明的一較佳實施例的略圖； 圖14係本發明的一較佳實施例的略圖； 圖15係本發明的一較佳實施例的略圖； 圖I 6係本發明的一較佳實施例的方塊圖； 圖17係本發明的一較佳實施例的方塊圓； 圖18係本發明的一較佳實施例的方塊圖； 圖19係本發明的一較佳實施例的方塊圖；及 圖20係本發明的一較佳實施例的方塊圖。 【主要元件符號說明】 10 多電壓及/或多亮度LED照明元件 12 AC LED 電路

LED 16a-16d 電接點 18 單晶片 2〇 多電壓及/或多亮度LED照明元件 22 基板 25 201132222 30 多電壓及/或多亮度LED照明元件 32 AC LED電路 34 LED 3 6a-3 6d 電接點 38 一體成形整合單晶片/LED封裝 40 電阻器 50 多電壓及/或多亮度LED照明元件 52 AC LED電路 54 LED 56a-56d 電接點 58 燈具 60 切換器 62 多亮度LED照明元件 68 橋式整流器（電路） 69 LED電路 70-71 LED 72a-72c 電接點 74 切換器 78 AC電壓源 80 單晶片橋式電路 81 LED 82 基板 84 LED電路 86 電接點

26 201132222 90 92 94 96 98 100 102 110 112 116 118 124 126 128 130 132 134 136 140 142 多電壓及/或多亮度LED照明元件 LED電路

LED 電接點 單晶片 LED封裝 電接點 單一整流器 標準二極體 AC電壓源 高頻AC驅動器、反向器或變壓器 低頻電壓 AC LED電路、照明器件或晶片 低頻電源 單元式AC LED燈泡、照明器件 DC LED電路、元件或晶片 DC LED驅動器 DC LED照明器件 AC LED照明系統 DC LED照明系統

S 27

Claims (1)

1. 201132222 七、申請專利範圍： 1.一種由AC電壓源供電的照明系統，該照明系統包括： a.—高頻AC驅動器，其會在一相對恆定的頻率處輸出 一相對恆定的電壓，其t相對恆定的頻率輸出實質上高於 一輸入電壓的頻率；以及 b.至少兩個LED電路，每一者皆具有被串聯連接的至 少兩個LED，它們會被電連接至該高頻ac驅動器。 2.如申請專利範圍第丨項的照明系統，其中該等至少兩 個LED電路每一個皆包含： a·以反向串聯關係連接的至少兩個leD，俾使得該等至 少兩個LED每一個的陽極會構成一第一節點； b·以反向串聯關係連接的至少兩個leD，俾使得該等至 少兩個LED每一個的陰極會構成一第二節點；以及 c.跨越連接LED，其將該第一節點連接至該第二節 點，俾使得該跨越連接LED的陰極會被連接至該第一節 點，而該跨越連接LED的陽極會被連接至該第二節點。 3.如申請專利範圍第2項的照明系統，其中該等至少兩 個路每—個皆能夠以—串聯關係或—並聯關係被連 接至该高頻AC驅動器。 4.如申請專利範圍第3項的照明系統，其_該等兩個 LED電路每一個皆具有實質上相等的正向操作電壓。 5:如申凊專利範圍第4項的照明系統，其進一步包括一 …？皮酉己置在該㈣AC驅冑器與該等至少兩個 LED電路之間。 28 201132222 6.如申請專利範圍第 一雙路切換器。 5項的照明系統， 其中該切換器係 7.如申請專利範圍第 一三路切換器。 5項的照明系統， 其中該切換器係 8·如申請專利範圍第1項的照明系統，其中該高頻Ac 驅動器與該等至少兩個LED電路會被分開封裝。 9.如申請專利範圍第i項的照明系統，其中該高頻A。 驅動器與該等至少兩個電路會被封裝在 成一 AC LED照明元件。 用乂^ 一 10.如申請專利範圍帛1項的照明系統，其進一步包括 -橋式整、流器會被電連接在該高步員Ac驅動器與該等至 少兩個LED電路之間。 11. 如申請專利範圍第1〇項的照明系統，其中該等至少 兩個LED電路包含串聯連接的至少兩個lEd。 12. 如申請專利範圍第1〇項的照明系統，其中該橋式整 流器係利用多個二極體所形成。 13·如申請專利範圍第1〇項的照明系統，其中該橋式整 流器係利用多個LED所形成。 七I4.如申請專利範圍第1〇項的照明系統，其中該橋式整 係利用夕個二極體與多個led的組合所形成。 15.如申請專利範圍第11項的照明系統，其中該等至少 兩個LED電路每一個皆能夠以一串聯關係或一並聯關係所 連接。 16 ·如申請專利範圍第15項的照明系統，其中該等兩個 £ 29 201132222 LED電路每一個皆具有實質上相等的正向操作電壓。 17.如申請專利範圍第16項的照明系統，其進—牛 -切換器，其會被配置在該高頻AC驅動器與該 LED電路之間。 寺至夕兩値 18.如申請專利範圍第 係一雙路切換器。 17項的照明系統， 其中該切換器 17項的照明系統， 19·如申請專利範圍第 係一三路切換器。 20·如申請專利範圍第 AC驅動器、該橋式整流器、 被分開封震。 其中該切換器 1〇項的照明系統，纟中該高頻 以及該等至少兩個LED電路會 其中該高頻 用以形成一 其中該高頻 LED電路會 21 ·如申請專利範圍第1 〇項的照明系統， AC驅動器與該橋式整流器會被封裝在—起， DC LED驅動器。 22.如申請專利範圍第1〇項的照明系統， AC驅動器、該橋式整流器、以及該等至少兩個 被封裝在一起，用以形成一 DC LED照明元件 23.如申請專利範圍第1〇項的照明系統，其中該整流器 與該等至少兩個LED電路會被封裝在一起 24·一種LED照明元件，其包括： a‘至少一個LED電路； b.該至少一個LED電路，其具有被串聯連接的至少兩 個 LED ; c•一橋式整流器，其中該至少一個LED電路會被電連

   30 201132222 接至該橋式整流器。 25 ·如申請專利範圍第24項的LED照明元件，其進_ 步包括至少一個額外的LED電路，其中該至少一個額外的 LED電路包含被串聯連接的至少兩個led » 26·如申請專利範圍第25項的LED照明元件，其中— 第二橋式整流器會被電連接至該至少一個額外的led電 路。 27. 如申請專利範圍第25項的LED照明元件，其令該 至少一個額外的LED電路會被電連接至該橋式整流器。 28. 如申請專利範圍第27項的led照明元件，其中一 切換器會被電連接在下面之間： a. 該橋式整流器；以及 b. 該至少一個LED電路與該至少一個額外的LED電 路。 29. 如申請專利範圍第26項的led照明元件，其中一 切換器會被電連接至該橋式整流器與該第二橋式整流器中 每一者的輸入。 30. 如申吻專利範圍第28或29項的LED照明元件，其 中該至少一個LED電路與該至少一個額外的lED電路會具 有實質上相等的正向電壓。 31. 如申請專利範圍第30項的lEd照明元件，其中該 至少-個LED電路與該至少一個額外的咖電路皆能夠以 一串聯關係或一並聯關係被連接。 32·如申請專利範圍帛24至31項任-項的LED照明元 S 31 201132222 件，其進一步包括一高頻AC驅動器，其會被附接至該橋式 整流益與S玄第二橋式整流器中的一或多者。 3 3.—種LED照明元件，其包括： a·至少兩個LED電路； b·該等至少兩個LED電路中的每一者皆具有被串聯連 接的至少兩個LED ;以及 c·一橋式整流器，其中該等至少兩個led電路中的每 一者會以一並聯關係被電連接至該橋式整流器。 34·—種提供光的方法，該方法包括下面步驟： a•在第一頻率處提供一 AC電壓； b. 將該第一頻率處的AC電壓轉換成在一第二頻率處之 被提供的電壓；以及 c. 供應該第二頻率處之被提供的電壓給至少兩個led 電路。 35.如申請專利範圍第34項的方法，其中一高頻ac驅 動器會將該第一頻率處的AC電壓轉換成在該第二頻率處 之被提供的電壓。 36·如申請專利範圍第35項的方法，其中該AC電壓與 該被提供的電壓為實質上相等的Ac電壓。 37. 如申請專利範圍第35項的方法，其中該被提供的電 壓係小於該AC電壓的一第二AC電壓。 38. 如申請專利範圍第35項的方法，其中該被提供的電 壓係大於該AC電壓的—第二AC電壓。 39·如申請專利範圍第35項的方法其進一步包括下面 32 S 201132222 步驟：在供應該被提供的電壓給該等至少兩個㈣電路之 前先整流該第二頻率處之被提供的電壓。 後如申請專利制第39項的方法，其中—橋式整流器 會整流在該第二頻率處之被提供的電壓。 41·如申請專利範圍第μ至4〇項任一項的方 盆 一步包括下面步驟：選擇該等至少兩個㈣電路中有幾個 LED電路會接收該被提供的ac電壓。 二2.如申請專利範圍帛41帛的方法’其中一雙路切換器 =三路切換器中的一者會被用來選擇該等至少兩個 電路中有幾個led電路會被供應該被提供的AC電壓。 八、圖式： (如次頁） S 33