TW201409752A - 照明裝置 - Google Patents

Abstract

一種照明裝置，包含至少一發光源。發光源包含基板；至少一發光晶片，設於基板上；及至少一定電流元件，電性耦合於發光晶片。發光晶片包含複數發光單元，藉由串聯、並聯或其組合而形成電性耦合；第一型電極，設於該些發光單元的至少其中一個，用以供電性耦合至中央直流電源；第二型電極，設於該些發光單元的至少其中一個，但異於設有第一型電極的發光單元；及至少一抽頭端，用以將該些發光單元的至少其中一個電性耦合至定電流元件。

Description

照明裝置

本發明係有關一種照明裝置，特別是關於一種發光二極體照明裝置。

隨著發光二極體之發光效率的顯著提高及成本與價格的大幅降低，發光二極體已廣泛應用於照明用途。發光二極體的壽命理論上可達10萬小時，實際使用壽命也超過7萬小時。然而，對於大功率發光二極體的照明應用（例如發光二極體路燈），其驅動電路的壽命則小於1萬小時，因而影響了發光二極體照明燈具的可靠度或者增加維護的成本。究其原因，驅動電路的輸出端必須使用電解電容（例如鋁電解電容）降低輸出紋波，以防止閃爍問題的產生。鋁電解電容的壽命與其工作環境溫度有很大的關係，亦即，環境溫度越高，鋁電解電容的壽命就越短。

因此，亟需提出一種新穎的照明裝置，以改進傳統發光二極體照明燈具的缺點。

鑑於上述發明背景，本發明實施例的目的之一在於提出一種照明裝置，其不需使用電解電容；形成封裝體結構，增進使用便利性；或者使用抽頭墊結構，以提高整體工作效率。

根據本發明實施例之一，照明裝置包含至少一發光源。發光源包含基板、至少一發光晶片及至少一定電流元件。發光晶片設於基板上，定電流元件電性耦合於發光晶片。其中，發光晶片包含複數發光單元、第一型電極、第二型電極及至少一抽頭端。發光單元藉由串聯、並聯或其組合而形成電性耦合。第一型電極設於該些發光單元的至少其中一個，用以供電性耦合至中央直流電源。第二型電極設於該些發光單元的至少其中一個，但異於設有第一型電極的發光單元。抽頭端用以將該些發光單元的至少其中一個電性耦合至定電流元件。

根據本發明另一實施例，照明裝置包含至少一發光源。發光源包含基板、至少一定電流元件及複數發光晶片。上述複數發光晶片設於基板上，彼此之間藉由串聯、並聯或其組合方式以相互電性耦合。發光源更包含一第一型電極、一第二型電極及一抽頭端（tappedpoint）。上述第一型電極用以電性耦合至一中央直流電源，第一型電極設於該些發光晶片的至少其中一個。上述第二型電極設於該些發光晶片的至少其中一個，但異於設有第一型電極的發光晶片。上述抽頭端，位於該些發光晶片的至少其中一個或其中相鄰兩個之間，以供電性耦合至定電流元件。

第一A圖顯示本發明第一實施例之照明裝置1的方塊圖。在本實施例中，照明裝置1包含至少一燈泡11，該些燈泡11係互相並聯。燈泡11可為蠟燭燈（candlelight），但不限定於此。照明裝置1還包含中央直流電源10，其具有第一電源端V+及第二電源端V-（或接地端GND），用以提供直流電壓向該些燈泡11供電。中央直流電源10供給的直流電壓非常穩定（容許變動範圍為標稱電壓的正負10%，較佳者正負5%），每個燈泡均工作在最佳狀態，功耗很小，可靠性非常高。

常見的直流供電系統中，根據傳輸距離，為了實現LED最佳工作並降低線路損耗，常見的直流電壓有12V、24V、48V、110V、220V和380V，根據使用者的實際需求，上述電壓還可在很寬範圍內調整。【00010】     集中供電裝置對LED只能提供穩定的直流電壓。由於LED晶片的正向電壓隨環境溫度變化而變化，為了防止LED晶片因過電流而產生嚴重光衰，須配合定電流元件使用。第一B圖顯示第一A圖之燈泡11的剖面示意圖。在本實施例中，燈泡11包含一發光源110，該發光源110包含基板111；至少一發光晶片（例如發光二極體晶片）112，設於基板111上；及至少一定電流元件113（其可為一積體電路），設於基板111上，且電性連接於發光晶片112。其中，發光晶片112可以為封裝（packaged）晶片或者為裸（bare）晶片；定電流元件113可以為封裝元件或者為裸（bare）元件。此外，燈泡11還可包含燈殼114，用以包覆發光源110。當定電流元件113電性耦合至中央直流電源10後，可在電壓容許變動範圍內調節以獲得固定電流。定電流元件113可為數位或類比元件，例如定電流驅動積體電路或調節器、定電流調節二極體或電阻等。【00011】     第一C圖顯示第一B圖之發光晶片112的剖面示意圖，第一D圖顯示第一B圖之發光晶片112的上視圖。本實施例之發光晶片112可為內連線陣列結構。詳而言之，發光晶片112包含複數發光單元1121，設於底材1120上。發光單元1121之間可藉由金屬線作串聯、並聯或其組合（亦即串並聯）。如第一C圖所示，相鄰發光單元1121之間填充有第一介電層1122（例如高分子），形成於底材1120上。相鄰發光單元1121之間還填充有第二介電層1123（例如二氧化矽），形成於第一介電層1122上。於第二介電層1123上形成有內連線1124（例如金屬），用以連接相鄰發光單元1121。藉此，可形成單晶（monolithicchip）陣列結構，因而可以大量減少整體的體積。於一實施例中（未圖示），相鄰發光單元1121之間填充有一介電層（例如高分子、二氧化矽…等），形成於底材1120上。於介電層上形成內連線1124（例如金屬），用以連接相鄰發光單元1121。此外，串聯的發光單元1121可形成高壓發光二極體。由於驅動同樣功率的高壓發光二極體所需的驅動電流遠小於普通（低壓）發光二極體，且由於發光二極體發熱量正比於驅動電流的平方值，因此高壓發光二極體的傳導散熱量遠低於普通發光二極體。【00012】     如第一D圖所示，發光晶片112還包含第一型電極PP（例如P型電極），用以電性耦合至中央直流電源10。其中，第一型電極PP可設於發光單元1121的至少其中一個。以第一D圖所示為例，第一型電極PP跨設於相鄰二個發光單元1121上。類似的情形，發光晶片11還包含第二型電極NN（例如N型電極），用以電性耦合至定電流元件113。其中，第二型電極NN可設於發光單元1121的至少其中一個，但異於設有第一型電極PP的發光單元1121。以第一D圖所示為例，第二型電極NN跨設於相鄰二個發光單元1121上。【00013】     根據本發明實施例的特徵之一，如第一D圖所示，發光晶片112包含至少一抽頭端（tapped point）TT，用以將至少一個發光單元1121電性耦合至定電流元件113。因此，發光晶片112除了具有第一型電極PP與第二型電極NN外，還增加抽頭端TT作為第三型電極。抽頭端TT的設置位置，可設於至少其中一個發光單元1121上，但異於設有該第一型電極PP及該第二型電極NN的該些發光單元1121；或是，可設於底材1120上，且位於發光單元1121的其中相鄰兩個之間，並電性耦合相鄰兩個發光單元1121的至少其中一個。第一D圖所示抽頭端TT雖設於發光晶片112內部，然而抽頭端TT也可設於發光晶片112外的基板111上。在本實施例中，如第一E圖所示中央直流電源10、發光晶片112與定電流元件113的連接電路圖，第二型電極NN電性耦合至定電流元件113的端點異於抽頭端TT電性耦合至定電流元件113的端點。【00014】     在一實施例中，抽頭端TT的位置設於所有串聯之發光單元1121總個數的1/25~2/5處。藉此，根據發光晶片112之發光單元1121的串、並聯型態，可調整抽頭端TT位於整個發光晶片112的位置，以提高整體工作效率。舉例而言，藉由抽頭端TT的使用，對於一目標電壓為24V的定電流元件113，其在21.6V可以啟動，一直到26.4V仍可維持定電流。【00015】     參考第一E圖，在一實施例中，發光源110包含一基板111以及複數發光晶片（例如發光二極體晶片）112，設於基板111上（第一E圖例示有四個發光晶片112）。複數發光晶片112之間可藉由金屬線作串聯、並聯或其組合（亦稱串並聯），以適用於各種不同的輸入電壓或/且不同的光通量（luminous flux，其單位為流明（lumen））規格需求。發光晶片112可不採用平台式(mesa)製程，其可為以係一大尺寸晶片封裝體或一獨立晶片封裝體。【00016】     發光源110還包含有一第一型電極P、一第二型電極N及一抽頭端T。第一型電極P可供發光晶片112的至少其中一個電性耦合至一中央直流電源，其中第一型電極P設於發光晶片112的至少其中一個。第二型電極N設於發光晶片112的至少其中一個，但異於設有第一型電極P的發光晶片112。抽頭端T位於發光晶片112之至少其中一個上或其中相鄰兩個之間，以供電性耦合至一定電流元件(未圖示)。在一實施例中，第二型電極N電性耦合至定電流元件的端點異於抽頭端T電性耦合至定電流元件的端點。在一例子中，串聯18V藍光發光晶片112與3V紅光發光晶片112，抽頭端T設於藍光發光晶片112與紅光發光晶片112之間的基板111上，以產生白光。【00017】     根據上述本實施例，在電壓容許變動範圍內，不同組合的發光源110或燈泡11都並聯於中央直流電壓10的第一電源端V+與第二電源端V-（或接地端GND）之間，因此發光源110或燈泡11不需使用電解電容，而且燈泡11與中央直流電壓10之間不需要其他額外的驅動電路，使得照明裝置1的壽命得以延長。【00018】     第二A圖顯示本發明第二實施例之照明裝置2的方塊圖。與前一實施例相同的組成元件使用相同的標號。在本實施例中，照明裝置2包含至少一發光源110，該些發光源110係互相並聯。中央直流電壓10的第一電源端V+及第二電源端V-（或接地端GND）提供直流電壓向該些發光源110供電。如第二A圖所示，每ㄧ發光源110包含至少一發光模組（例如發光二極體元件）109，該些發光模組109係互相並聯。第二B圖顯示第二A圖之發光模組109的剖面示意圖。在本實施例中，發光模組109包含基板111；至少一發光晶片112，設於基板111上；及至少一定電流元件113，設於基板111上，且電性連接於發光晶片112。此外，發光源110還可包含燈殼114，用以包覆發光模組109。本實施例之發光模組109係為封裝體結構。以封裝體來製造有助於使用上的便利性。以蠟燭燈為例，可以於一蠟燭燈內放置一個封裝體，也可於一蠟燭燈內放置三個封裝體。由於封裝體彼此之間係為並聯，蠟燭燈彼此之間亦為並聯，因此，各種彈性配置皆可適用於中央直流電壓10。【00019】     本實施例的發光模組109上覆蓋有波長轉換元件13，其可以固設於基板111上，用以轉換發光晶片112的發光波長，例如將其轉換為白色光。於一實施例中，波長轉換元件單獨覆蓋發光晶片；於另一實施例中，波長轉換元件覆蓋發光晶片與定電流元件。第三A圖至第三C圖例示多種波長轉換元件13的剖面圖。如第三A圖所示，螢光（luminescent）粒子131（例如螢光粉）均勻分佈於包覆（encapsulating）材料132（例如高分子）內。螢光粒子131與包覆材料132形成波長轉換元件13。如第三B圖所示，螢光粒子131共形（conformal）分佈於發光晶片112的外側表面，而包覆材料132則覆蓋於螢光粒子131之上。如第三C圖所示，包覆材料132包覆發光晶片112，蓋體（cover）133位於包覆材料132之上，而螢光粒子131則遠端（remote）分佈於蓋體133內。於部分實施例中，蓋體133係由螢光粒子131與包覆材料132混合製成。蓋體133的材質可為環氧樹脂、矽氧樹脂（silicone）、高分子（polymer）、陶瓷（ceramic）或其組合，其可相同或相異於包覆材料132。螢光粒子131、包覆材料132與蓋體133形成波長轉換元件13。【00020】     第三D圖至第三G圖更例示多種變化結構的波長轉換元件13的剖面圖。如第三D圖所示，包覆材料132包覆發光晶片112，螢光粒子131位於蓋體133的內側表面，且包覆材料132與螢光粒子131之間具有空氣間隙（air gap）134。如第三E圖所示，包覆材料132包覆發光晶片112，螢光粒子131位於蓋體133的外側表面，且蓋體133與螢光粒子131之間具有空氣間隙134。如第三F圖所示，包覆材料132包覆發光晶片112，螢光粒子131分佈於蓋體133內，且蓋體133與包覆材料132之間具有空氣間隙134。於部分實施例中，蓋體133係由螢光粒子131與包覆材料132混合製成。如第三G圖所示，包覆材料132包覆發光晶片112，螢光粒子131分佈於外蓋體133A與內蓋體133B之間，且內蓋體133B與包覆材料132之間具有空氣間隙134。【00021】     在本實施例中，如第四A圖所示的剖面圖，基板111可設有凹槽115以容置定電流元件113，藉此，可避免定電流元件113遮住發光晶片112的發射光。如第四B圖所示的剖面圖，於定電流元件113的表面塗佈有反射層116，例如白色矽膠，用以反射發光晶片112的發射光。如第四C圖所示的上視圖，於定電流元件113的邊緣形成有反射環117，例如具光反射材質的薄膜，用以反射發光晶片112的發射光。【00022】     以上所述僅為本發明之較佳實施例而已，並非用以限定本發明之申請專利範圍；凡其它未脫離發明所揭示之精神下所完成之等效改變或修飾，均應包含在下述之申請專利範圍內。

1．．．照明裝置

2．．．照明裝置

10．．．中央直流電源

11．．．燈泡

109．．．發光模組

110．．．發光源

111．．．基板

112．．．發光晶片

1120．．．底材

1121．．．發光單元

1122．．．第一介電層

1123．．．第二介電層

1124．．．內連線

113．．．定電流元件

114．．．燈殼

115．．．凹槽

116．．．反射層

117．．．反射環

13．．．波長轉換元件

131．．．螢光粒子

132．．．包覆材料

133．．．蓋體

133A．．．外蓋體

133B．．．內蓋體

134．．．空氣間隙

V+．．．第一電源端

V-．．．第二電源端

T．．．抽頭端

TT．．．抽頭端

P．．．第一型電極

PP．．．第一型電極

N．．．第二型電極

NN．．．第二型電極

GND．．．接地端

第一A圖顯示本發明第一實施例之照明裝置的方塊圖。第一B圖顯示第一A圖之燈泡的剖面示意圖。第一C圖顯示第一B圖之發光晶片的剖面示意圖。第一D圖顯示第一B圖之發光晶片的上視圖。第一E圖顯示第一B圖之發光源的上視圖。第一F圖顯示中央直流電源、發光晶片與定電流元件的連接電路圖。第二A圖顯示本發明第二實施例之照明裝置的方塊圖。第二B圖顯示第二A圖之發光模組的剖面示意圖。第三A圖至第三G圖例示多種波長轉換元件的剖面圖。第四A圖至第四C圖顯示定電流元件相關的改良結構。

1．．．照明裝置

10．．．中央直流電源

112．．．發光晶片

113．．．定電流元件

V+．．．第一電源端

V-．．．第二電源端

TT．．．抽頭端

PP．．．第一型電極

NN．．．第二型電極

GND．．．接地端

Claims (12)

1. 一種照明裝置，包含：至少一發光源，該發光源包含：       一基板；       至少一發光晶片，設於該基板上；及       至少一定電流元件，電性耦合於該發光晶片；       其中，該發光晶片包含：              複數發光單元，藉由串聯、並聯或其組合而形成電性耦合；              一第一型電極，設於該些發光單元的至少其中一個，用以供電性耦合至一中央直流電源；              一第二型電極，設於該些發光單元的至少其中一個，但異於設有該第一型電極的發光單元；及              至少一抽頭端，用以將該些發光單元的至少其中一個電性耦合至該定電流元件。
2. 根據申請專利範圍第1項所述之照明裝置，其中該第二型電極用以供電性耦合至該定電流元件。
3. 根據申請專利範圍第2項所述之照明裝置，其中該第二型電極電性耦合至該電子元件的端點異於該抽頭端電性耦合至該電子元件的之另一端點。
4. 根據申請專利範圍第1項所述之照明裝置，其中該抽頭端係位於發光單元上或是發光單元之間。
5. 根據申請專利範圍第1項所述之照明裝置，其中該照明裝置包含複數個發光源，且複數個發光源係相互並聯。
6. 根據申請專利範圍第1項所述之照明裝置，更包含一波長轉換元件，該波長轉換元件覆蓋該發光晶片。
7. 根據申請專利範圍第1項所述之照明裝置，其中該基板設有一凹槽，以容置該定電流元件。
8. 根據申請專利範圍第1項所述之照明裝置，更包含一反射層，塗佈於該定電流元件的表面。
9. 根據申請專利範圍第1項所述之照明裝置，更包含一反射環，形成於該定電流元件的邊緣。
10. 一種照明裝置，包含：至少一發光源，該發光源包含：       一基板；至少一定電流元件；       複數發光晶片，設於該基板上，該些發光晶片之間藉由串聯、並聯或其組合方式以相互電性耦合；       一第一型電極，用以電性耦合至一中央直流電源，其中該第一型電極設於該些發光晶片的至少其中一個；       一第二型電極設於該些發光晶片的至少其中一個，但異於設有該第一型電極的該發光晶片；及       一抽頭端（tapped point），位於該些發光晶片的至少其中一個或其中相鄰兩個之間，以供電性耦合至該定電流元件。
11. 根據申請專利範圍第10項所述之照明裝置，其中該第二型電極用以供電性耦合至該定電流元件。
12. 根據申請專利範圍第11項所述之照明裝置，其中該第二型電極電性耦合至該定電流元件的端點異於該抽頭端電性耦合至該定電流元件的之另一端點。