TW201208460A - Light-emitting apparatus and lighting appliance provided with the same - Google Patents

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201208460 六、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於一種具有串聯連接之複數個發光二極體 (LED)之發光裝置且係關於一種具有該發光裝置之照明器 具。 【先前技術】 對於連接至一交流電源線以供使用之一電氣裝置，有必 要實施一絕緣電阻測試及一耐壓測試來作為遵從諸如 IEC60598、UL1598、JIS C81 05-1「照明器具-第一部分： 一般安全要求（Luminaires-Part 1: General requirements for safety)」之一品質與安全驗證測試。舉例而言，對於連接 至一商用交流電源之一 LED照明裝置，需要實施絕緣電阻 測試及耐壓測試。 舉例而言，專利文件1及2係作為關於其中提供複數個發 光二極體之一 LED照明裝置之先前技術文件而引用。 專利文件 1 : JP-A-2009-301952 專利文件 2: JP-A-2010-80844 圖1係展示本文中所提供之一 LED照明裝置100及一光源 板10之一示意性側視圖。LED照明裝置100包含：光源板 10，其具有串聯連接之複數個發光二極體D(D1、D2、 D3); —外殼30，光源板10附接至外殼30 ; —電源單元 40，其固定於外殼30内部；及反射器板50，其反射發光二 極體D之光。跨越發光二極體D施加由連接至一外部交流 電源之電源單元40產生之一直流電壓，以使得在圖式中向 156937.doc -4- 201208460 上輻射發光二極體D之光。 光源板10係由為改良發光二極體！)之熱耗散而安裝於一 輻射基板20上之發光二極體〇形成。輻射基板2〇之一特定 實例係MCPCB(金屬芯印刷電路板）。該McpcB係由其 中形成銅連接12a至12f之一導電層12、一導熱絕緣層 一金屬板14形成之一印刷板，導電層12、導熱絕緣層丨i及 金屬板14係以此次序彼此上下安放。舉例而言，發光二極 體D1之一陽極側電極係焊接至銅連接〗2 &，且一陰極側電 極係焊接至銅連接12b。其他發光二極體D2AD3同樣如 此。外设3 0亦充當一散熱片以改良發光二極體D及電源單 元40之熱耗散。 有時僅僅在光源板10上實施或在作為一整體的呈其中如 圖1中所展示光源板1 〇係附接至外殼3 〇之一狀態的led照 明裝置100上實施上文所提及之絕緣電阻測試、耐壓測試 ·#。藉由一尚壓交流電源2〇〇在輻射基板2〇之銅連接與外 殼30(亦即，一殼體接地）之間施加一高壓Ac電壓，可檢查 光源板10之輻射基板20之電絕緣效能。 圖2係展示光源板1 〇之組態及用於實施一耐壓測試之一 方法之一圖示。如同在圖1中’光源板1〇係由其中串聯連 接複數個發光二極體D(D1至D6)之一 LED串形成，且該 LED串係安裝於輻射基板2〇上。在位於她鄰發光二極體之 間的銅連接N(N1至N5)中之每一者與一殼體接地之間，存 在寄生電容CP(CP1至CP5)中之對應一者。該殼體接地對 應於圖1中所展示之外殼30或金屬板14,銅連接N1至N5對 156937.doc 201208460 應於圖1中所展示之銅連接12b至12e，且該led串之端中 之一者處之每一銅連接Ml (M2)對應於圖丨中所展示之各別 銅連接12a(12f)。 當實施一耐壓測試時，串聯連接至LED串之陰極側端之 一電源線13a之一端M3與串聯連接至LED串之陽極側端之 一電源線13b之一端河4兩者皆連接至一電源線2〇ι，電源 線201連接至高壓AC電源2〇〇之正電極側。連接至高壓 電源200之負電極之一電源線2〇2連接至外殼儿或金屬板 14»亦即，高壓AC電源2〇〇與外殼3〇(或金屬板14)連接至 一共同電接地。 當在此連接狀態中自高壓交流電源2〇〇輸出一高壓ac電 壓時，儘管在設計階段最初於電源線13(13a及13b)與殼體 接地之間提供了絕緣，但在電源線13(13a及Ub)與該殼體 接地之間產生通過寄生電容CP之電流路徑。 圖3展示當於光源板10甲在電源線n(13a、Ub)與殼體接 地之間施加1000 V/50 Hz之一交流電壓時端子之間的一電 壓（電極之間的一電壓）之模擬結果，跨越每一發光二極體 之端皆產生該電壓。因此，觀測到高達約V之一反向電 壓來作為發光二極體之電極之間的一電壓。在位於LED串 之端處之發光二極體D1及D6處觀測到最高反向電壓。 考量到’在LED串之一端處之發光二極體D丨之所觀測到 的反向電壓尤其高，此乃因：當電源線13(13a、13b)之電 位由於一咼壓交流電壓之施加而高於殼體接地之電位時， 電力》·流動穿過寄生電容cp 1之一路徑，寄生電容CP1之 156937.doc 201208460 阻抗低於通過LED串之内部發光二極體之路徑之阻抗。類 似地考量到，在LED串之另一端處之發光二極體D6之所觀 測的反向電壓尤其高，此乃因：當電源線13(13a、13(?)之 電位由於一高壓交流電壓之施加而低於殼體接地時，一電 流藉由通過具有一低阻抗之寄生電容cp5i 一路徑流動穿 過發光二極體D6。 考里如圖8中所展示的那樣配置之旁路電容器6來作為保 護該等發光二極體免受由此一過高反向電壓導致的電應力 之影響之一保護電路。圖8係上文所提及之專利文件2中所 揭不之一 LED電路7之一組態圖。在lED電路7中，複數個 旁路電容器6(其組合電容大於發光二極體5與一接之間 的汁動電容Cs)各自並聯連接至串聯連接之複數個發光二 極體5中之對應一者。 然而，為藉由使用圖8之保護電路來保護發光二極體免 爻上文所闡述之過高反向電壓之影響，必須增加每一旁路 電容器6之電容’此乃因隨著串聯連接之發光二極體5之數 目增加必#降低每一 |光二極體5之陽極與陰極之間的阻 抗。此增加旁路電容器6之大小且亦増加成本。 【發明内容】 因此，本發明之一目的係：提供一種發光裝置，其甚至 在串聯連接之發光二極體之數目増加時亦可防止保護一發 光二極體免受-過高反向電壓之影響之一保護元件之大小 之一增加及成本之一增加；及提供一種具有該發光裝置之 照明器具。 156937.doc 201208460 為達成以上目的’根據本發明之一發光裝置包含： 一基板； 一 LED串，其安裝於該基板上，在此led串中串聯連接 複數個LED ; 一電源路徑，其串聯連接至該LED串；及 一保護元件’其配置於該LED串中之至少一組LED之間 的一連接與該電源路徑之間’其中該保護元件之阻抗小於 該連接與一接地之間的一阻抗。 此外，為達成以上目的，根據本發明之一照明器具包含 該發光裝置及一外殼（該基板附接至該外殼），且該照明器 具藉由一電壓之施加而點亮該等LED。 根據本發明，可防止保護一發光二極體免受一過高反向 電壓之影響之一保護元件之大小之一增加及成本之一增 加0 【實施方式】 下文中，將參照圖式來闡述用於實施本發明之實施例。 圖4係展示一光源板6〇之組態及用於實施一耐壓測試之一 方法之圖示，光源板60係根據本發明之一發光裝置之一 第一實施例。如同圖】及圖2中，光源板6〇係由其中串聯連 接複數個發光二極體0(〇1至〇6)之一 LED串形成，該LED 串女裝於幸田射基板20上。光源板6〇係提供於圖丨中所圖 解說月之LED照明裝置中之一組件，且如圖2中所展示 一原板0之隋形—樣附接至一外殼3 〇。將省略可在圖工 及圖2中找到之此等組件之闡釋。 156937.doc 201208460 電源線13(13a、13b)係由一圖案部分及一導線部分形 成’該圖案部分如一銅連接12a等之情形—樣形成於輻射 基板20之一導電層12中，且該導線部分電連接至該圖案以 促進與一電源單元4〇或一高壓AC電源2〇〇之連接。 光源板60上安裝有保護電容器（：（(：1至(：：5)，作為保護該 LED _免受上文所提及之反向電壓之影響之一保護電路。 保護電容器C係安裝於圖1中所展示之輻射基板2〇上其上安 裝發光二極體D之同一安裝表面上。在一耐壓測試中為防 止施加一過高反向電壓至發光二極體，有必要在於電源線 13(13a、13b)與一殼體接地之間施加—高壓交流電壓時防 止形成每一發光二極體D之陽極與陰極之間的一電壓差。 因此’將保護電容器C插入於至少一組發光二極體之間 的一連接N與電源線13之間。更佳地，保護電容器c(c 1至 C5)各自插入於毗鄰位於該led串之端處之發光二極體 D(D1、D6)之連接N(N1、N5)中之對應一者與電源線13之 間。最佳地，保護電容(：（(：1至(：：5)各自插入於該等發光二 極體之間的所有連接N(N1至N5)中之對應一者與電源線J 3 之間以將該等發光二極體之間的連接N(N1至N5)與電源線 13之間的電壓保持在相同電位，以便防止形成每一發光二 極體D之陽極與陰極之間的一電壓差。另外，為了甚至在 其中於電源線13與殼體接地之間施加一高壓交流電壓之一 狀態_亦使該等發光二極體之間的連接N(N1至N5)與電源 線13之間的電壓盡可能接近於零，將每一保護電容器^之 阻抗設定為遠小於每一寄生電容Cp之阻抗之一值（舉例而 156937.doc 201208460 言，每一寄生電容CP之阻抗之1/1000或更小、更佳地 1/10000或更小之一值，但寄生電容CP之量值可相依於一 物件之類型而變化）。 圖5展示當於光源板60中在電源線13(13a、13b)與殼體接 地之間施加1000 V/50 Hz之一交流電壓時跨越每一發光二 極體之端而產生的端子之間的電壓（電極之間的電壓）之模 擬結果。該等元件之阻抗之所使用數值條件係圖6B中所展 示之值（稍後將闡述其細節）。如圖5中所展示，藉由如圖4 中所展示的那樣配置保護電容器C，甚至在實施一耐壓測 試時亦可防止施加一過高反向電壓至發光二極體D並減小 流動穿過發光二極體D之電流。因此，可減小由耐壓測試 施加至發光二極體D之應力。 圖6A及圖6B展示在耐壓測試中施加一高壓交流電壓至 的光源板之模型實例。圖6A展示一電路之一配置模型，且 圖6B係圖6A之該電路之—阻抗模型。在該耐壓測試中， 於殼體接地與電源線之間施加處於5〇 ^^至肋Hz下的6〇〇 V至1 500 V。在其中無電流流動之一狀態中，發光二極體 D之阻抗係約100 ΜΩβ在5〇 HzJL6〇 Hz之範圍内寄生電 容cp之阻抗變為約25G ΜΩβ每—寄生電容cp之電容隨著 一絕緣層之厚度（每一銅連接與金屬板14之間的距離）及每 一銅連接之圖案面積而變化。亦即，寄生電容CP之電容c c = ε X (S/d) 其中介電常數係ε， ..·⑴’ 佈線圖案之面積係S，且絕緣層之厚度 156937.doc 201208460 係d。寄生電容CP通常約為1〇 pF至⑽pF。保護電容器之 阻抗絰選擇以便不施加一過高反向電壓至該等發光二極 體。出於彼目# ’保護電容器c之阻抗僅必須足夠小於在 所施加交流電壓之頻率下寄生電容cp之阻抗。亦即，該保 護電容器之電容僅必須足夠大於寄生電容c p之電容（舉挪 而言，較佳地，前者之電容係後者之電容的1〇〇〇倍以 上）》舉例而言，在圖6八中，使用具有丨〇叶之一電容之 保護電容器以使得在50 Hz至60 Hz下之阻抗變為約3 。 另外，藉由將在LED串之端處之發光二極體之電極電連 接至％極側上之電源線或陰極側上之電源線，可防止在每 一發光二極體之電極之間的電壓中產生一電壓。另外提 及，儘管根據寄生電容CP之電容來判定保護電容器之電 容，但較佳地，舉例而言，該保護電容器之電容係在自 0.01 μί·至10 pf之一範圍内。此外，藉由於電源線13與每一 銅連接N之間插入保護電容器C，防止在每一發光二極體 之陽極與陰極之間產生一電壓。因此，由於甚至在增加或 減少串聯連接於LED串中之元件之數目時亦不論該LED串 中之發光二極體之數目如何，皆不需要調整保護電容器c 之電容，因此可防止保護電容器C之大小之一增加及成本 之一增加。 雖然已詳細地闡述了根據本發明之較佳實施例，但本發 明並不限於上文所闡述之實施例，且可在不背離本發明之 範疇之情形下對上文所闡述之實施例做出各種修改及替 換。 156937.doc -11 201208460 舉例而言，圖7係展示一光源板70之組態及用於實施一 耐壓測試之一方法之一圖示，光源板7〇係根據本發明之發 光裝置之一第二實施例。雖然圖4之光源板60具有連接至 陰極側電源線13a之保護電容器c 1至C3及連接至陽極側電 源線13b之保護電容器C4及C5，但圖7之光源板70具有僅 連接至陰極側電源線13a之保護電容器C1至C5。另一選擇 係’保護電容器C1至C5可僅連接至陽極側電源線13b。 另外提及’在圖4中，若在作為其中電源單元40之正電 極側連接至電源線13b之一端M4且電源單元40之負電極側 連接至電源線13 a之一端M3之一 LED照明器具而正常使用 期間在端M3與M4之間產生一高突波電壓，則一過電流可 流動穿過一路徑「M3-保護電容器C3-銅連接N3-發光二極 體D4-保§蒦電容器C4-M4」。同樣在圖7中，若在端m3與 M4之間產生一高突波電壓，則一過電流可流動穿過一路 徑「M3-保護電容器C5-鋼連接N5-發光二極體d6_M4」。 一過電流流動穿過此等路徑的原因係此等路徑之阻抗低於 其他路徑之阻抗。因此，為防止一過電流流動穿過圖4之 發光二極體D4或圖7之發光二極體D6，較佳地提供一保護 電容器C10。 此外’在上文所闡述之實施例中’已提出保護電容器c 作為保護發光二極體免受一過高反向電壓之影響之一元件 之一特定實例。然而’可使用諸如一電阻元件及一齊納 (Zener)二極體之一保護元件。 此外，儘管自易於組件配置及保護該等組件免受一過電 156937.doc •12· 201208460 壓之影響之觀點而言，較佳地可將一保護元件（諸如保護 電谷器C)安裝於一基板（諸如輻射基板20)上，但在其中不 將保護元件安裝於基板上之形式中，舉例而言，可藉由用 一導線連接而將該保護元件插入於發光二極體之間的連接 N與電源線13之間。 另外’在上文所闡述之實施例中，發光二極體D係圖解 說明為一單個發光器件；然而，其並不限於此。舉例而 言’可藉由使用由串聯及/或並聯連接之複數個發光器件 形成之一電路或一封裝而適當地做出設計改變。 此外，關於發光二極體D，可使用（舉例而言）一所謂的 白色可見光發光二極體；然而，發光二極體D並不限於 此。發光二極體D可係一藍色、紅色或綠色可見光發光二 極體或（舉例而言）可與光轉換螢光材料或類似材料組合並 發射除可見光以外之先（諸如紫外光或紅外光的光）之一發 光二極體。此外’可使用不同發光二極體之—組合作為發 光二極體D。 另外，其上安裝有發光二極體〇之基板可不係輻射基板 2〇 ’且可係（舉例而言）一印刷板（諸如一剛玻璃環氧樹脂 板）或一介電基板（諸如一撓性基板）。 一此外’保護元件(諸如保護電容器c)不僅對在一耐壓測 试或過電壓測4中可產生於電源線13與殼體接地之間的 一過高電壓有效地起作用，且亦對雜訊（諸如在作為一咖 照明裝置之-正常使用狀態中可產生於電源線叫殼體接 地之間的一突波）有效地起作用。 156937.doc •13· 201208460 此外’圖1中所展示之電源單元40僅必須具有將自外部 輸入之一交流電壓轉換成欲施加至lEd串之一直流電壓之 一 AC至DC轉換器；然而，當自外部輸入之電壓係一直流 電壓時，電源單元40可具有一DC至DC轉換器或一切換調 節器°另外’可採用其中不將電源單元4〇併入至一 LEr)照 明裝置中並將一外部產生之直流電壓輸入至該LEd照明裝 置且然後施加該直流電壓至LED串之一組態。 此外’根據本發明之發光裝置及照明器具之應用並不限 於一建築物（諸如一房屋），且因此可將根據本發明之發光 裝置及照明器具應用於諸如一運輸系統之用途，諸如道路 照明、一街燈及一交通燈、一汽車、一招牌或景觀照明 (諸如一投影機）。 【圖式簡單說明】 圖1係展示本文中所提供之一 LED照明裝置100及一光源 板10之一示意性側視圖； 圖2係展示光源板10之組態及用於實施一耐壓測試之一 方法之一圖示； 圖3展示當於光源板1〇中在電源線i3(13a、13b)與一殼體 接地之間施加1 000 V/50 Hz之一交流電壓時端子之間的一 電壓（電極之間的一電壓）之模擬結果，跨越每一發光二極 體之端皆產生該電壓； 圖4係展示一光源板60之組態及用於實施一财壓測試之 一方法之一圖示，光源板60係根據本發明之一發光裝置之 一第一實施例； 156937.doc .14- 201208460 圖5係展示當於光源板60中在電源線i3(13a、13b)與殼體 接地之間施加1000 V/50 Hz之一交流電壓時跨越每一發光 二極體之端而產生的端子之間的電壓（電極之間的電壓）之 模擬結果之一圖示； 圖6A展示在一耐壓測試中一光源板之一電路之一配置模 型； 圖6B展示在一耐壓測試中該光源板之該電路之一阻抗模 型； 圖7係展示一光源板70之組態及用於實施一耐壓測試之 一方法之一圖示，光源板70係根據本發明之發光裝置之一 第二實施例；及 圖8係專利文件2中所揭示之一 LED電路7之一組態圖。 【主要元件符號說明】 10 光源板 11 導熱絕緣層 12a-12f 銅連接 13(13a ' 13b) 電源線 14 金屬板 20 輕射基板 30 外殼 40 電源單元 50 反射器板 60 > 70 光源板 100 LED照明裝置 156937.doc -15. 201208460 200 高壓交流電源 201 ' 202 電源線 C 保護電容器 CP 寄生電容 D 發光二極體（LED) N 銅連接 156937.doc - 16-

Claims (1)

1. 201208460 七、申請專利範圍： 1. 一種發光裝置，其包括： 一基板.； 一 LED串，其安裝於該基板上，在此LED串中串聯連 ’ 接複數個LED; 一電源路徑，其串聯連接至該[ED串；及 一保護元件，其配置於該LED串中之至少一組ίΕΕ)2 間的一連接與s亥電源路徑之間，其中該保護元件之阻抗 小於該連接與一接地之間的一阻抗。 2. 如請求項！之發光裝置，丨中該保護元件係西己置於田比鄰 位於該LED串之端處之該等LED之該等連接中之每一者 與該電源路徑之間。 3. 如請求項！之發光裝£，其中該發光裝置係配置於該咖 串中之該等LED之間的該等連接中之每一者與該電源路 徑之間。 4. 如請求項1至3中任-項之發光裝置，其中該保護元件係 一電容器》 5. 如請求項卜2或3之發光裝置，其中該電源路徑係該咖 • _之-陽極側上之-電源路徑及該LED串之—陰極側上 ♦ 之一電源路徑中之至少任一者。 6_ —種照明器具，其包括： 如請求項1至5中任一項之發光裝置；及 一外殼’該基板附接至該外殼， 其中該等LED係藉由一電壓之施加而點亮。 156937.doc