TWI468078B - 發光裝置及其驅動電路 - Google Patents

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Description

發光裝置及其驅動電路
本發明是有關於一種發光裝置及其驅動電路，且特別是有關於一種能夠提高功率因數與光學效率同時減小總諧波失真(total harmonic distortion)和減少閃爍(flickering)的發光裝置及其驅動電路。
發光二極體(light emitting diodes,LEDs)也表現出二極體的共同特性，當發光二極體被施加以正向臨界電壓(forward threshold voltage)或更大的電壓時，此發光二極體接通。另外，當施加交流(Alternating Current,AC)電壓源時，為了增大發光區域，可將兩個或兩個以上的發光二極體相互反向並聯(以下，這些相連的發光二極體將稱作“交流發光二極體(AC LED)”)。在此情形下，在交流電壓源的正半週期中，正向臨界電壓或更大的電壓被施加在與電壓之正半週期有關的正向相互連接的發光二極體上，使得交流發光二極體接通，而在交流電壓源的負半週期中，正向臨界電壓或更大的電壓被施加在與電壓之負半週期有關的正向相互連接的發光二極體上，使得交流發光二極體接通。
當施加交流電壓源時，每個發光二極體的運作區較短，造成因閃爍或總諧波失真加劇所致的交流發光二極體之光學效率降低的問題。當多個交流發光二極體串聯時，此類問題愈加嚴重。下面將參考圖式來描述交流發光二極體的這些問題。
圖1是習知的一種交流發光二極體的等效電路圖，且圖2是圖1所示之交流發光二極體的電壓-電流特性曲線圖。
請參照圖1，發光裝置10、交流電壓源Vac 以及電阻器R11 相互串聯。此處，發光二極體12(D11 、D12 )與發光二極體14(D13 、D14 )就是交流發光二極體。
當交流電壓源Vac 的正半週期施加在交流發光二極體12、14上時，發光二極體D11 、D13 運作。容易理解的是，因為發光二極體D11 、D13 串聯，所以當電壓大於各別發光二極體D11 、D13 之正向臨界電壓之和時，發光二極體D11 、D13 運作。
同樣的，當交流電壓源Vac 的負半週期施加在交流發光二極體14、12上時，發光二極體D14 、D12 運作。在此情形下，當電壓大於各別發光二極體D14 、D12 之正向臨界電壓之和時，發光二極體D14 、D12 運作。此處，在以下的敍述中，發光二極體的運作將視為發光二極體的發光運作。
當交流發光二極體12、14在交流電壓源Vac 的正半週期或負半週期中運作時，電流取決於電阻器R11 。
在圖2中，v1 是電壓曲線，i1 是電流曲線。x軸指示時間，y軸指示電流或電壓的強度。這將同樣適用於以下所有的電壓及電流曲線。
如圖1所述，當交流電壓源Vac 施加在交流發光二極體上時，根據交流電壓源Vac 的正半週期或負半週期，當電壓大於與交流電壓源Vac 有關的正向連接的各別發光二極體的正向臨界電壓之和時，電流可流經交流發光二極體。圖2之電壓-電流曲線圖清楚地繪示出這種特性。容易理解的是，當發光裝置包括單個交流發光二極體12或14時，此交流發光二極體12或14也表現出與上述發光裝置相似的電壓-電流特性。另外，儘管圖1中繪示為兩個交流發光二極體12與14，但是包括三個或三個以上的交流發光二極體的發光裝置也能表現出與圖2相似的電壓-電流特性。
這種只有交流電壓高於或等於正向臨界電壓之和才能使交流發光二極體12與14運作的特性會引發多個問題。換言之，當施加在交流發光二極體12與14上的交流電壓源Vac 高於或等於與該電壓有關的正向連接的發光二極體的正向臨界電壓之和時，電流會突然流經交流發光二極體，提供給交流發光二極體的運作區較短，僅持續施加在此交流發光二極體上的交流電壓源的一個週期，從而造成總諧波失真(total harmonic distortion,THD)加劇、過度閃爍以及光學效率降低。
因此，迫切需要一種發光裝置或其驅動電路，當施加交流電壓源時，這種發光裝置或其驅動電路能夠解決交流發光二極體之運作特性所引發的各種問題，諸如功率因數減小、總諧波失真以及過度閃爍。
本發明的目的是解決先前技術的上述問題，且實施例包括一種發光裝置及其驅動電路，此發光裝置及其驅動電路能夠解決交流發光二極體之運作特性所引發的問題，諸如功率因數減小、總諧波失真加劇以及過度閃爍，也就是當施加在交流發光二極體上的交流電壓源高於或等於與該電壓有關的正向連接的發光二極體的正向臨界電壓之和時產生的突發電流，以及交流發光二極體的運作區較短，僅能持續施加在此交流發光二極體上的交流電壓源的單個週期。
依照一觀點，一種發光裝置包括：第一與第二發光單元，它們相互串聯，第一與第二發光單元中的每個發光單元包括至少一個發光二極體；以及PTF單元，其並聯至第一發光單元，且串聯至第二發光單元。
有利之處在於，第一與第二發光單元之一或兩者都可包括兩個相互反向並聯的發光二極體。
有利之處在於，當施加交流電壓源時，PTF單元可使得第二發光單元先於第一發光單元而運作。
有利之處在於，第一發光單元可包括相互反向並聯的第一及第二發光二極體，且第二發光單元可包括相互反向並聯的第三及第四發光二極體。第一及第三發光二極體是在交流電壓源的正半週期區域中運作，其中第三發光二極體先於第一發光二極體而運作。第二及第四發光二極體是在交流電壓源的負半週期區域中運作，其中第四發光二極體先於第二發光二極體而運作。
有利之處在於，此發光裝置可更包括整流器(rectifier)，此整流器連接在發光裝置與交流電壓源之間。
有利之處在於，當施加交流電壓源時，PTF單元可使得第二發光單元先於第一發光單元而運作。
有利之處在於，PTF單元可包括電容器。
依照另一觀點，一種發光裝置包括：第一與第二發光單元，它們相互反向並聯，第一與第二發光單元中的每個發光單元包括至少兩個正向相互串聯的發光二極體；第一PTF單元，並聯至第一發光單元的一些發光二極體；以及第二PTF單元，並聯至第二發光單元的一些發光二極體。
有利之處在於，當施加交流電壓源時，第一與第二PTF單元可使得第一發光單元中的與第一PTF單元並聯的那些發光二極體之外的其他發光二極體之運作或者第二發光單元中的與第二PTF單元並聯的那些發光二極體之外的其他發光二極體之運作先於與第一PTF單元並聯的那些發光二極體之運作或者先於與第二PTF單元並聯的那些發光二極體之運作。
依照又一觀點，一種發光裝置包括：第一發光群組(group)，包括至少一個第一發光單元，此第一發光單元包括至少一個發光二極體；第二發光群組，包括至少一個第二發光單元，此第二發光單元包括至少一個發光二極體；以及至少一個PTF單元，此PTF單元並聯至第一發光群組，且串聯至第二發光群組。
有利之處在於，當施加電源時，PTF單元可使得第二發光群組先於第一發光群組而運作。
有利之處在於，當第一發光群組包括至少兩個第一發光單元時，這些第一發光單元可相互並聯，且PTF單元可以共用方式並聯至這些第一發光單元。
有利之處在於，第一發光群組可包括至少兩個第一發光單元，且第二發光群組可包括至少兩個第二發光單元，每個第一發光單元可對應地串聯至每個第二發光單元，且PTF單元可並聯至各別的第一發光單元。
有利之處在於，當第一及第二發光單元之一或兩者都包括至少兩個發光二極體時，至少兩個發光二極體可按照正向串聯、並聯、反向並聯以及串並聯相結合中所選的任何一種連接關係來相互連接。
有利之處在於，第一或第二發光群組可單片整合在單一基板上。
有利之處在於，每個第一發光單元或每個第二發光單元可分別形成在獨立的封裝(package)中。
有利之處在於，第一發光單元中的每個發光二極體或第二發光單元中的每個發光二極體可分別形成在獨立的封裝中。
有利之處在於，第一或第二發光群組可形成在單一封裝中，且形成在單一封裝中的第一或第二發光群組內的每個發光二極體可分別形成在獨立的封裝中。
有利之處在於，第一發光單元可包括第一至第四發光二極體，這些發光二極體經由第一至第四節點而相互連接，其中第一發光二極體是從第一節點指向第三節點而正向連接；第二發光二極體是從第四節點指向第一節點而正向連接；第三發光二極體是從第二節點指向第三節點而正向連接；第四發光二極體是從第四節點指向第二節點而正向連接；以及第三節點電性地連接至第四節點。
有利之處在於，此發光裝置可更包括第五發光二極體，此第五發光二極體是從第三節點指向第四節點而正向連接在第三節點與第四節點之間。
依照另一觀點，一種驅動電路是利用交流電壓源來驅動發光裝置，此驅動電路包括PTF單元，其中發光裝置包括第一及第二發光裝置，每個發光裝置包括至少一個發光二極體，且第一及第二發光裝置經由第一節點來相互串聯，PTF單元並聯至第一發光單元，且串聯至第二發光單元。
有利之處在於，第一及第二發光單元之一或兩者都可包括兩個相互反向並聯的發光二極體。
有利之處在於，當施加交流電壓源時，PTF單元可使得第二發光單元先於第一發光單元而運作。
有利之處在於，PTF單元可包括電容器。
有利之處在於，此發光裝置可更包括一電阻器，此電阻器經由第二節點來串聯至第一發光單元與PTF單元，其中第一發光單元可並聯至介於第一節點與第二節點之間的PTF單元。
有利之處在於，此發光裝置可更包括一電阻器，此電阻器串聯至介於交流電壓源與第一發光單元之間的第一發光單元，其中PTF單元可並聯至第一發光單元與此電阻器。
有利之處在於，第一發光單元可包括相互反向並聯的第一及第二發光二極體，且第二發光單元可包括相互反向並聯的第三及第四發光二極體，其中第一及第三發光二極體是在交流電壓源的正半週期區域中運作，且第三發光二極體先於第一發光二極體而運作。而第二及第四發光二極體是在交流電壓源的負半週期區域中運作，且第四發光二極體先於第二發光二極體而運作。
有利之處在於，此發光裝置可更包括一整流器，此整流器是連接在發光裝置與交流電壓源之間。
有利之處在於，當施加交流電壓源時，PTF單元可使得第二發光單元先於第一發光單元而運作。
依照另一觀點，一種驅動電路利用交流電壓源來驅動發光裝置，此發光裝置包括第一及第二發光單元，每個發光單元包括至少一個發光二極體，且第一及第二發光單元經由第一節點來相互串聯。其中此驅動電路包括：第一電阻器，經由第二節點來串聯至第一發光單元；電容器，並聯至介於第三節點與第一節點之間的第一發光單元和第一電阻器；以及第二電阻器，串聯至介於第三節點與第一節點之間的電容器。
有利之處在於，第二電阻器可用來調節該電容器的充電/放電時間，且降低雜訊與電磁干擾。
有利之處在於，此驅動電路可更包括一熱敏電阻(thermistor)，此熱敏電阻串聯在交流電壓源與發光裝置之間。
為讓本發明之上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。
下面將參考所附圖式來詳細描述本發明之實施例。以下的詳細描述和圖式是為了透過舉例說明來讓本領域中具有通常技能者能夠徹底瞭解本發明，而不應理解成是對本發明之範圍的限定。
圖3至圖5是依照本發明之實施例的發光裝置或其驅動電路的方塊圖。
請參照圖3，一種發光裝置包括第一發光單元32、第二發光單元34以及PTF單元36。第一發光單元32與第二發光單元34均包括至少兩個相互反向並聯的發光二極體。PTF單元36並聯至第一發光單元32，且串聯至第二發光單元34，當交流電壓源被施加在電源輸入端IN1 、IN2 時，使得第二發光單元34能夠先於第一發光單元32而運作。
PTF單元36可包括多種元件，諸如電阻器、電容器、電感器等。也就是說，PTF單元36可包括各種元件，只要當施加交流電壓源時，這些元件能夠使第二發光單元34先於第一發光單元32而運作即可。
例如，假設第一發光單元32是一個包括兩個相互反向並聯的發光二極體的交流發光二極體，且第二發光單元34是另一個包括兩個相互反向並聯的發光二極體的交流發光二極體，則第一發光單元32之運作就是指交流發光二極體的兩個發光二極體當中的正向連接的發光二極體的運作。
換言之，在第一發光單元32內的與交流電壓源有關的正向連接的發光二極體運作之前(也就是說，當正向電壓低於第一發光單元32中之發光二極體之正向臨界電壓但高於第二發光單元34中之發光二極體之正向臨界電壓時)，電流流經一種由節點N34 、PTF單元36、節點N32 、第二發光單元34以及節點N36 所形成的路徑，下面將做詳細描述。相反地，當不包括PTF單元36時，如上所述，只有當施加的電壓高於第一發光單元32中之發光二極體之正向臨界電壓與第二發光單元34中之發光二極體之正向臨界電壓之和時，發光單元才能夠運作。
與不包括PTF單元36的發光裝置相比，依照本實施例的發光裝置具有更長的運作週期，且根據第一發光單元32與第二發光單元34中的交流電壓源的正、負半週期，當施加的交流電壓源高於或等於與交流電壓源有關的正向連接的發光二極體的正向臨界電壓之和時，依照本實施例的發光裝置能夠抑制突發電流。因此，本實施例之發光裝置具有改良之功率因數，且總諧波失真與閃爍都減少。由於功率因數、總諧波失真以及閃爍的改良與PTF單元有關，所以PTF單元就是這些改良的縮寫。
容易理解的是，儘管圖3所繪示的是PTF單元36並聯至第一發光單元32，但是PTF單元36並聯至第二發光單元34也可執行相同的功能。另外，每個發光單元可經配置以使得單個發光二極體的反向並聯或兩個發光二極體的反向並聯組合是形成在單個封裝裡。或是，包括PTF單元36的整個發光單元可形成在單個封裝裡。
此外，雖然本實施例之發光裝置中提供單個第一發光單元32與單個第二發光單元34，但是至少一個第三發光單元可並聯至第一發光單元32與第二發光單元34中的每個發光單元。另外，許多個發光裝置可連續地相互並聯，其中每個發光裝置包括第一發光單元32、PTF單元36以及第二發光單元34。
另外，如上所述，至少一個第三發光單元可串聯至第一發光單元32與第二發光單元34中的每個發光單元或串聯至第一發光單元32與第二發光單元34中的並聯著至少一個第四發光單元的每個發光單元。
此外，PTF單元36並聯至發光單元的位置可改變，且並聯至PTF單元36的發光單元的數量也可改變。
因此，很顯然，用串聯與/或並聯以增加元件的方法來增加各種元件到依照本發明之實施例的發光裝置上，就能對發光裝置進行各種改良，且這些改良也包括在本發明的範圍內。
在圖4中，電阻器48連接於節點N44 與施加在輸入端IN1 、IN2 之間的交流電壓源之間，使得電阻器48、第一發光單元42與PTF單元46之並聯以及第二發光單元44相互串聯。
如圖3所示，就PTF單元46與第一發光單元42、第二發光單元44的相互連接而言，PTF單元46是並聯至第一發光單元42，且串聯至第二發光單元44，因此當交流電壓源被施加在此發光裝置上時，使得第二發光單元44能夠先於第一發光單元42而運作。電阻器48的作用是決定第一發光單元42與/或第二發光單元44運作過程中的電流強度。
在圖4中，電阻器48繪示為連接在交流電壓源與第一發光單元42之間，但是也可串聯在第二發光單元44與交流電壓源之輸入端當中的輸入端IN2 之間。
在圖5中，電阻器58串聯至第一發光單元52，同時電阻器58與第一發光單元52並聯至PTF單元56。如圖4所示，PTF單元56的作用是當交流電壓源被施加在發光裝置上時，使第二發光單元54先於第一發光單元52而運作。另外，電阻器58決定第一發光單元52與/或第二發光單元54運作過程中的電流強度。此外，如圖4所示，電阻器58可串聯在第二發光單元54與交流電壓源之輸入端當中的輸入端IN2 之間。
圖6是圖3至圖5所示之發光裝置或其驅動電路的電壓及電流特性曲線圖。請參照圖2與圖6，容易理解的是，與不包括PTF單元36、46、56的習知發光裝置相比，依照本發明之實施例的發光裝置具有更寬的運作區。換言之，如圖6之電流曲線i10 所示，第二發光單元34、44、54先於第一發光單元32、42、52而運作，以致於即使在不包括PTF單元36、46、56的習知發光裝置不能運作的區域裡，依照本發明之實施例的發光裝置也能夠運作。因此，依照本發明之實施例的發光裝置具有寬很多的運作區，在低電壓下就能提前接通，從而使閃爍和總諧波失真能夠明顯減少。
在圖3中，第一發光單元32與第二發光單元34可用相同數量或不同數量的交流發光二極體來構成。第一發光單元42與第二發光單元44、第一發光單元52與第二發光單元54也可用相同數量或不同數量的交流發光二極體來構成。若構成第一發光單元32、42、52的交流發光二極體的數量不同於構成第二發光單元34、44、54的交流發光二極體，就會影響到第二發光單元34、44、54的運作時間和第一發光單元32、42、52的運作時間。因此，期望根據發光裝置所期望的設計來適當地確定交流發光二極體的數量。另外，如上所述，就交流電壓源或構成交流發光二極體的發光二極體的正向臨界電壓而言，元件之間可採用各種類型的串聯與/或並聯，透過各別發光二極體之連接而得到的發光單元可具有各種類型，且單個晶片上的發光二極體可採用各種排列。
圖7是圖4所示之發光裝置或其驅動電路的等效電路圖。請參照圖7，PTF單元46包括電容器C41 ，且第一發光單元42與第二發光單元44均包括兩個發光二極體。第一發光單元42經由第一節點N42 來串聯至第二發光單元44，同時並聯至電容器C41 。此處，電阻器48經由第二節點N44 來串聯至第一發光單元42與電容器C41 。換言之，第一發光單元42並聯至介於第一節點N42 與第二節點N44 之間的電容器C41 。另外，關於電容器C41 與第一發光單元42、第二發光單元44之間的連接，電容器C41 是並聯至第一發光單元42，且串聯至第二發光單元44。
第一發光單元42包括相互反向並聯的第一發光二極體D41 與第二發光二極體D42 ，且第二發光單元44包括相互反向並聯的第三發光二極體D43 與第四發光二極體D44 。值得注意的是，圖7所示之第一發光單元42與第二發光單元44所呈現的是最基本的交流發光二極體。因此，如上所述，第一發光單元42與第二發光單元44均可包括一個或多個交流發光二極體。另外，單個交流發光二極體(例如，交流發光二極體42)可包括兩個或兩個以上的發光二極體，只要當施加交流電壓源時這些發光二極體能夠運作即可。
當施加交流電壓源Vac 時，第一發光二極體D41 與第三發光二極體D43 在交流電壓源的正半週期區域運作，而第二發光二極體D42 與第四發光二極體D44 在交流電壓源的負半週期區域運作。在交流電壓源Vac 的正半週期區域，第三發光二極體D43 先於第一發光二極體D41 而運作，而在交流電壓源Vac 的負半週期域，第四發光二極體D44 先於第二發光二極體D42 而運作。
雖然圖7中繪示為單個電容器C41 作為PTF單元46，但是此PTF單元也可以是電阻器或電感器，或者是諸如電阻器、電容器等各種元件的連接單元。
依照一實施例，發光裝置的驅動電路可更包括熱敏電阻R44 ，其串聯在交流電壓源Vac 與發光裝置40之間。通常，熱敏電阻可分為負溫度係數熱敏電阻與正溫度係數熱敏電阻。負溫度係數熱敏電阻具有負溫度係數，使電阻隨著溫度上升而減小，而正溫度係數熱敏電阻具有正溫度係數，使電阻隨著溫度上升而增大。依照本實施例，正溫度係數熱敏電阻的作用是當發光裝置40之溫度升高時用來減小要供應給發光裝置40的電流。
此外，雖然為了便於描述，決定發光裝置40運作過程中的電流強度的電阻器48與R43 的數量是按兩個電阻器R41 、R42 與單個電阻器R43 來描述，但是必要時，電阻器之數量與電阻以及它們之間的連接可視發光裝置40內的發光二極體之數量與額定功率來進行各種各樣的設計。另外，雖然電阻器R43 繪示為並聯至熱敏電阻R44 ，但是依照本發明的發光裝置的驅動電路並不侷限於此種組態，而是可改良成各種組態。
圖8至圖13是圖7所示之發光裝置或其驅動電路之運作的等效電路圖以及曲線圖。詳細地說，圖8與圖9繪示為當施加交流電壓源Vac 之正半週期時發光裝置之運作的等效電路圖；圖10是與圖8、圖9相對應的電壓及電流曲線圖；圖11與圖12繪示為當施加交流電壓源Vac 之負半週期時發光裝置之運作的等效電路圖；以及圖13是與圖11、圖12相對應的電壓及電流曲線圖。
請參照圖8，在交流電壓源Vac 的正半週期，當電壓小於第一發光二極體D41 與第三發光二極體D43 的正向臨界電壓之和時，只有第三發光二極體D43 運作。換言之，電流沿著箭頭A1 與A2 所指示的路徑流動。此處，在交流電壓源Vac 之正半週期，當電壓是從0V至小於第三發光二極體D43 之正向臨界電壓的電壓時，即使電壓小於第三發光二極體D43 之正向臨界電壓，但由於電容器C41 的影響，所以電流仍然沿著箭頭A1 與A2 所指示的路徑流動(從下述之交流電壓源Vac 之負半週期以及電容器C41 之運作特性當中的電流相位超前(phase lead)現象方面考慮就能夠理解)。
然後，當電壓升高且高於第一發光二極體D41 與第三發光二極體D43 之正向臨界電壓之和時，電流就會沿著箭頭A3 與A4 所指示的路徑流動。因此，第一發光二極體D41 與第三發光二極體D43 一起運作。
也就是說，在交流電壓源Vac 的正半週期，沿著箭頭A1 與A2 所指示的路徑而流動的電流被切斷，然後在第一發光二極體D41 接通的時點沿著箭頭A3 與A4 所指示的路徑流動。
就交流電壓源Vac 的整個正半週期而言，第三發光二極體D43 接通，先於第一發光二極體D41 而運作(電流路徑沿著圖8之箭頭A1 與A2 )，接著第一發光二極體D41 與第三發光二極體D43 同時運作。
圖10是交流電壓源Vac 之正半週期的與圖8、圖9相對應的電壓(g1 )及電流(g2 )曲線圖。請參照圖10，第三發光二極體D43 先於第一發光二極體D41 而運作，接著第一發光二極體D41 與第三發光二極體D43 同時運作。
接著，請參照圖11，在交流電壓源Vac 的負半週期，當電壓小於第二發光二極體D42 與第四發光二極體D44 的正向臨界電壓之和時，只有第四發光二極體D44 運作。換言之，電流沿著箭頭A5 與A6 所指示的路徑流動。此處，在交流電壓源Vac 之負半週期中，當電壓是從0V至小於第四發光二極體D44 之正向臨界電壓的電壓時，即使電壓小於第四發光二極體D44 之正向臨界電壓，但由於電容器C41 的影響，所以電流仍然沿著箭頭A5 與A6 所指示的路徑而流經發光裝置。這從電容器C41 之運作特性當中的電流相位超前現象方面考慮，也就是說，考慮到電流相位超前於電壓相位，就容易理解了。
然後，當電壓升高且高於第二發光二極體D42 與第四發光二極體D44 的正向臨界電壓之和時，電流就會沿著箭頭A7 與A8 所指示的路徑流動。因此，第二發光二極體D42 與第四發光二極體D44 一起運作。
也就是說，在交流電壓源Vac 的負半週期，經過第四發光二極體D44 而流向電容器C41 的電流被切斷，然後在第二發光二極體D42 接通的時點流經第四發光二極體D44 與第二發光二極體D42 。
然後，交流電壓源之負半週期之後的新正半週期將重複以上參照圖8至圖10所述之運作。
圖13是交流電壓源Vac 之負半週期的與圖11、圖13相對應的電壓(g3 )及電流(g4 )曲線圖。請參照圖13，第四發光二極體D44 先於第二發光二極體D42 而運作，接著第二發光二極體D42 與第四發光二極體D44 同時運作。
圖14是將圖8至圖13所示之交流電壓源Vac 之正、負半週期結合在一起而得到的交流電壓源之單一週期的電壓(g5 )及電流(g6 )曲線圖。
就交流電壓源Vac 的整個單一週期而言，在正半週期中，第三發光二極體D43 先於第一發光二極體D41 而運作，接著第一發光二極體D41 與第三發光二極體D43 同時運作。在負半週期中，第四發光二極體D44 先於第二發光二極體D42 而運作，接著第二發光二極體D42 與第四發光二極體D44 同時運作。
與圖1、圖2所示之不包括PTF單元的習知發光裝置相比，依照本發明之實施例的發光裝置或其驅動電路具有較寬的運作區。因此，依照實施例的發光裝置不大可能發生閃爍與突發的操作，而在習知的發光裝置中，當所施加的電壓高於或等於正向連接的兩個發光二極體的正向臨界電壓之和時，則會發生這種閃爍與突發的操作。另外，在依照實施例的發光裝置中，尖峰電流與總諧波失真減小，且表現出改良的功率因數與光學效率。
應理解的是，上述實施例是從定性分析的角度來進行描述的，目的是為了有效地繪示本發明的特徵。也就是說，考慮到實際操作中的具體狀況，諸如依照本發明之實施例的發光裝置或其驅動電路中的電容器之實際電容、電阻器之實際電阻以及交流發光二極體之數量及負載功率，第一發光單元與第二發光單元的運作時點可存在輕微的差異。
圖15是與圖5所示之發光裝置相對應的發光裝置或其驅動電路的等效電路圖，其中此發光裝置包括能夠充當低頻濾波器的電阻器。請參照圖15，第一發光單元52、第二發光單元54、電容器C51 、第一電阻器58以及第二電阻器Rc 繪示於圖15中。
第一發光單元52經由第一節點N52 來串聯至第二發光單元54，以構成發光裝置50。驅動電路包括第一電阻器58、電容器C51 以及第二電阻器Rc ，此驅動電路藉由施加連接至此驅動電路的交流電壓源Vac 來驅動發光裝置50。
第一電阻器58經由第一節點N52 而串聯至第一發光單元52，第一電阻器58決定該發光裝置50運作過程中的電流強度。電容器C51 並聯至介於第三節點N56 與第一節點N52 之間的第一發光單元52與第一電阻器58。參照圖5來對PTF單元56的描述中已描述了電容器C51 。
第二電阻器Rc 串聯至介於第三節點N56 與第一節點N52 之間的電容器C51 。從第三節點N56 朝第一節點N52 來看，所繪示的串聯是按照從第二電阻器Rc 至電容器C51 的順序來建立的。然而，應理解的是，第二電阻器Rc 與電容器C51 按照相反的順序來串聯也具有相同的功能。另外，雖然在本實施例中第二電阻器Rc 繪示為單個電阻器，但是第二電阻器的數量或它們之間的連接並無限制。
第二電阻器Rc 的作用是調節電容器C51 的充電/放電時間，且可充當低頻濾波器，用來阻擋電磁干擾或雜訊所產生的射頻(radio frequencies)。
此外，熱敏電阻R54 可串聯在交流電壓源Vac 與發光裝置50之間，以執行上述功能。本實施例之發光裝置之基本運作與圖8至圖13之上述發光裝置之基本運作實質上相同，因此這裡將省略重複的描述。
圖16是依照本發明之另一實施例的一種發光裝置或其驅動電路的等效電路圖。請參照圖16，此發光裝置或其驅動電路包括整流器68、第一發光單元D61 、第二發光單元D62 以及PTF單元66。
雖然在本實施例中，整流器68繪示為具有四個整流二極體(rectifying diodes)的橋接整流電路(bridge rectifying circuit)，然而也可使用其他類型的整流電路。
此外，雖然第一發光單元D61 與第二發光單元D62 均繪示為包括一個發光二極體，但是本發明並不侷限於此種組態。例如，第一發光單元D61 與第二發光單元D62 可均包括相互之間正向串聯與/或並聯的多個發光二極體。
圖17是與圖16相對應的電壓及電流曲線圖。從圖17之電流曲線(i20 )可以看出，此發光裝置的運作比不包括PTF單元66的發光裝置快很多(參見圖2之正半週期的電流曲線(i1 ))。
圖18是依照本發明之又一實施例的一種發光裝置或其驅動電路的等效電路圖。請參照圖18，第一發光單元D71 及D73 、第二發光單元D72 及D74 、第一PTF單元76a以及第二PTF單元76b繪示於圖18中。
第一發光單元D71 及D73 與第二發光單元D72 及D74 包括至少兩個正向串聯的發光二極體。雖然圖18繪示為每個發光單元包括兩個正向串聯的發光二極體，但是與上述實施例相同的是，每個發光單元可包括多個相互之間正向串聯的發光二極體。
第一PTF單元76a並聯至第一發光單元D71 、D73 中的發光二極體之一，且第二PTF單元76b並聯至第二發光單元D72 、D74 中的發光二極體之一。如上所述，第一PTF單元76a與第二PTF單元76b均可包括多種元件，諸如電阻器、電容器、電感器等。第一PTF單元76a使得第一發光單元之發光二極體D73 能夠先於第一發光單元之發光二極體D71 而運作，且第二PTF單元77a使得第二發光單元之發光二極體D72 能夠先於第二發光單元之發光二極體D74 而運作。
在圖3至圖18中，發光裝置及其驅動電路在描述上並無明顯區別，在有些情形下，發光裝置繪示為僅包括發光單元。例如，在圖3中，一種包括第一發光單元32、第二發光單元34以及PTF單元36的物體可視為發光裝置，或者發光單元之一種串聯40可視為發光裝置。對於後一種情形，由於包括PTF單元36(以及(例如)圖7中的電阻器48、R47 等)的剩餘部件可視為發光裝置的驅動電路，所以發光裝置及其驅動電路在描述上並無明顯區別。
圖19與圖20是依照本發明之其他實施例的發光裝置或其驅動電路的方塊圖。首先，請參照圖19，此發光裝置包括：第一發光群組191，其包括一個或多個第一發光單元1921 、…、192n ，每個第一發光單元1921 、…、192n 包括至少一個發光二極體；第二發光群組193，其包括一個或多個第二發光單元1941 、…、194n ，每個第二發光單元1941 、…、194n 包括至少一個發光二極體；以及PTF單元196，並聯至第一發光群組191，且串聯至第二發光群組193。當經由輸入端IN1 、IN2 來施加交流電壓源時，PTF單元196使得第二發光群組193先於第一發光群組191而運作。
當第一發光群組191包括單個第一發光單元(例如1921 )時，第一發光群組191就變成第一發光單元1921 ，此組態與圖3所述之實施例相同。這也適用於第二發光群組193。因此，在本實施例中，第一發光群組191將描述成包括兩個或兩個以上的第一發光單元1921 、…、192n ，且第二發光群組193也將描述成包括兩個或兩個以上的第二發光單元1941 、…、194n 。
第一發光單元1921 、…、192n 在節點N194 與節點N192 之間相互並聯。PTF單元196連接在節點N194 與節點N192 之間，以共用方式並聯至第一發光單元1921 、…、192n 。
同樣地，第二發光單元1941 、…、194n 也相互並聯。
因此，如上所述，PTF單元196並聯至第一發光群組191，且串聯至第二發光群組193。
請參照圖21至圖23，每個第一發光單元1921 、…、192n 與每個第二發光單元1941 、…、194n 可用單個發光二極體(圖23之(a))或多個發光二極體採用串聯(圖23之(b))、並聯(圖23之(c))、反向並聯(圖23之(d))、反向並聯之組合(圖23之(e))以及串並聯之組合當中的任意一種連接方式來構成。然而，本發明並不侷限於此。
第一發光群組191與第二發光群組193可以各種方式來實現。例如，第一發光群組191或第二發光群組193可透過單片(monolithic)積體電路製程來形成在單一基板上的單一封裝中。可選擇的是，每個第一發光單元1921 、…、192n 或每個第二發光單元1941 、…、194n 也可形成在獨立的封裝中。可選擇的是，第一發光單元1921 、…、192n 中的每個發光二極體(例如，圖21至圖23所示之發光二極體)或第二發光單元1941 、…、194n 中的每個發光二極體(例如，圖21至圖23所示之發光二極體)可形成在獨立的封裝中。另外，即使第一發光群組191或第二發光群組193形成在單一封裝中，但是第一發光群組中的每個發光二極體(例如，圖21至圖23所示之發光二極體)或第二發光群組193中的每個發光二極體(例如，圖21至圖23所示之發光二極體)可形成在獨立的封裝中。
請參照圖20，第一發光群組包括一個或多個發光單元2021 、…、202n ，且第二發光群組包括一個或多個發光單元2041 、…、204n 。在此情形下，當第一發光群組僅包括單個第一發光單元(例如，2021 )時，第一發光群組就變成第一發光單元，此組態與圖3所述之實施例相同。這也同樣適用於第二發光群組。因此，在本實施例中，第一發光群組將描述成包括兩個或兩個以上的第一發光單元2021 、…、202n ，且第二發光群組也將描述成包括兩個或兩個以上的第二發光單元2041 、…、204n 。
每個第一發光單元2021 、…、202n 對應地串聯至每個第二發光單元2041 、…、204n 。換言之，第一發光群組中的第一發光單元之一(例如2021 )對應於第二發光群組中的第二發光單元之一(例如，2041 )，以構成一個串聯2001 。每個PTF單元2061 、…、206n 並聯至每個第一發光單元2021 、…、202n 。
在本實施例中，構成每個發光單元2021 、…、202n 及2041 、…、204n 的發光二極體可按照圖21至圖23所示之各種方式來連接。
此外，每個發光單元2021 、…、202n 及2041 、…、204n 可形成在獨立的封裝中，或者可與每個相關的PTF單元2061 、…、206n 一起形成在獨立的封裝中。可選擇的是，構成發光單元2021 、…、202n 及2041 、…、204n 的每個發光二極體可形成在獨立的封裝中。
圖21與圖22是依照本發明之一實施例的一種發光單元之範例的等效電路圖。請參照圖21，第一發光單元210經由節點N212 而串聯至第二發光單元211。
第一發光單元210包括第一發光二極體D211 、第二發光二極體D212 、第三發光二極體D213 以及第四發光二極體D214 ，這些發光二極體經由第一節點N211 、第二節點N212 、第三節點N213 及第四節點N214 來相互連接。
第一節點N211 與第二節點N212 是使PTF單元(未繪示)能夠並聯至第一發光單元210的節點。另外，第二節點N212 是連接至第二發光單元211的節點。
關於第一至第四發光二極體D211 、D212 、D213 、D214 之間經由第一至第四節點N211 、N212 、N213 、N214 而形成的連接，第一發光二極體D211 是從第一節點N211 指向第三節點N213 而正向連接，第二發光二極體D212 是從第四節點N214 指向第一節點N211 而正向連接，第三發光二極體D213 是從第二節點N212 指向第三節點N213 而正向連接，以及第四發光二極體D214 是從第四節點N214 指向第二節點N212 而正向連接。此處，第三節點N213 透過(例如)電線等而電性地連接至第四節點N214 。同樣地，第二發光單元211中的發光二極體具有與第一發光單元210中的發光二極體相同的連接。
圖22繪示為一種發光單元的範例，此發光單元更包括第五發光二極體D231 ，此第五發光二極體D231 介於圖21之節點N213 與N214 之間。換言之，第五發光二極體D231 是從第三節點N223 指向第四節點N224 而正向連接在第三節點N223 與第四節點N224 之間。
依照圖21與圖22所示之實施例，透過此發光單元內的發光二極體之間的連接，此發光裝置可進一步使總諧波失真與閃爍都減小，且可改良光學效率。
圖23是依照本發明之一實施例的一種發光單元的各種範例的等效電路圖。在圖23中，(a)繪示為包括單個發光二極體的發光單元，(b)繪示為包括多個發光二極體相互串聯的發光單元，(c)繪示為包括多個發光二極體相互並聯的發光單元，(d)繪示為包括多個發光二極體相互反向並聯的發光單元，以及(e)繪示為包括多個發光二極體反向並聯之組合的發光單元。
例如，當交流電壓源被直接施加在包括各種發光單元的發光裝置上而不採用整流電路時，期望各種發光單元的發光二極體如(d)或(e)所示的那樣相互反向並聯。相反地，當交流電壓源是透過整流電路來施加在發光裝置上時，則期望各發光二極體如(a)、(b)或(c)所示的那樣單向連接。
從上述內容可以明顯看出，依照本發明之實施例，發光裝置及其驅動電路能夠解決交流發光二極體之運作特性所引發的問題，諸如功率因數減小、總諧波失真加劇、過度閃爍等，也就是當施加在交流發光二極體上的交流電壓源高於或等於與該電壓有關的正向連接的發光二極體的正向臨界電壓之和時產生的突發電流，以及交流發光二極體的運作區較短，僅持續交流電壓源的單個週期。
上述的各個實施例可組合在一起，以提供更多的實施例。本說明書中所提及的與/或申請資料表中所列出的所有美國專利、美國專利申請公開案、美國專利申請案、國外專利、國外專利申請案以及非專利公開案都已整個併入本說明書作為參考。必要時可改良各實施例之觀點，以利用各種專利、申請案及公開案之概念來提供更多的實施例。
雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，故本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
10、30、40、50．．．發光裝置
12、14、32、34、42、44、52、54、1921 ~192n 、1941 ~194n 、2021 ~202n 、2041 ~204n 、210、211、220、221、232、233、234、235．．．發光單元
36、46、56、66、76a、76b、196、2061 ~206n ．．．PTF單元
48、58、R11 、Rc 、R41 ~R44 、R51 ~R54 ．．．電阻器
68．．．整流器
191、193．．．發光群組
2001 ~200n ．．．串聯
D11 ~D14 、D41 ~D44 、D51 ~D54 、D61 、D62 、D71 ~D74 、D211 ~D218 、D221 ~D228 、D231 、D232 ．．．發光二極體
Vac ．．．交流電壓源
C41 、C51 ．．．電容器
N32 、N34 、N42 、N44 、N52 、N54 、N56 、N62 、N64 、N66 、N72 、N73 、N74 、N76 、N192 、N194 、N204 、N202.1 ~N202.n 、N211 ~N218 、N221 ~N228 ．．．節點
IN1 、IN2 ．．．電源輸入端
v1 、i1 、v10 、i10 、v20 、i20 、g1 ~g6 ．．．曲線
A1 ~A8 ．．．箭頭
圖1是習知的一種交流發光二極體的等效電路圖。
圖2是圖1所示之交流發光二極體的電壓及電流特性曲線圖。
圖3至圖5是依照本發明之實施例的發光裝置或其驅動電路的方塊圖。
圖6是圖3至圖5所示之發光裝置或其驅動電路的電壓及電流特性曲線圖。
圖7是圖4所示之發光裝置或其驅動電路的等效電路圖。
圖8與圖9繪示為當施加交流電壓源之正半週期時發光裝置之運作的等效電路圖。
圖10是與圖8、圖9相對應的電壓及電流曲線圖。
圖11與圖12繪示為當施加交流電壓源之負半週期時發光裝置之運作的等效電路圖。
圖13是與圖11、圖12相對應的電壓及電流曲線圖。
圖14是將圖8至圖13所繪示之交流電壓源之正、負半週期結合在一起而得到的交流電壓源之單個週期的電壓及電流曲線圖。
圖15是圖5所示之發光裝置或其驅動電路的等效電路圖，其中此發光裝置包括能夠充當低頻濾波器的電阻器。
圖16是依照本發明之另一實施例的一種發光裝置或其驅動電路的等效電路圖。
圖17是與圖16相對應的電壓及電流曲線圖。
圖18是依照本發明之又一實施例的一種發光裝置或其驅動電路的等效電路圖。
圖19與圖20是依照本發明之其他實施例的發光裝置或其驅動電路的方塊圖。
圖21與圖22是依照本發明之一實施例的一種發光單元之範例的等效電路圖。
圖23是依照本發明之一實施例的一種發光單元的各種範例的等效電路圖。圖(a)繪示為包括單個發光二極體的發光單元，圖(b)繪示為包括多個發光二極體相互串聯的發光單元，圖(c)繪示為包括多個發光二極體相互並聯的發光單元，圖(d)繪示為包括多個發光二極體相互反向並聯的發光單元，以及圖(e)繪示為包括多個發光二極體反向並聯之組合的發光單元。
30．．．發光裝置
32、34．．．發光單元
36．．．PTF單元
N32 、N34 ．．．節點
IN1 、IN2 ．．．電源輸入端

Claims (13)

  1. 一種發光裝置，包括：第一及第二發光單元，所述第一及第二發光單元相互串聯，所述第一及第二發光單元中的每個發光單元包括至少一個發光二極體；以及用於改良功率因數、總諧波失真以及閃爍的單元，所述用於改良功率因數、總諧波失真以及閃爍的單元並聯至所述第一發光單元且串聯至所述第二發光單元，當施加交流電壓源時，所述用於改良功率因數、總諧波失真以及閃爍的單元使得所述第二發光單元先於所述第一發光單元而運作，其中所述第一發光單元包括相互反向並聯的第一及第二發光二極體，且所述第二發光單元包括相互反向並聯的第三及第四發光二極體，其中所述第一及第三發光二極體是在所述交流電壓源的正半週期區域中運作，所述第三發光二極體先於所述第一發光二極體而運作，且所述第二及第四發光二極體是在所述交流電壓源的負半週期區域中運作，所述第四發光二極體先於所述第二發光二極體而運作。
  2. 一種發光裝置，包括：第一及第二發光單元，所述第一及第二發光單元相互反向並聯，所述第一及第二發光單元中的每個發光單元包括至少兩個相互正向串聯的發光二極體；第一用於改良功率因數、總諧波失真以及閃爍的單 元，並聯至所述第一發光單元的一些發光二極體；以及第二用於改良功率因數、總諧波失真以及閃爍的單元，並聯至所述第二發光單元的一些發光二極體。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之發光裝置，其中當施加交流電壓源時，所述第一及第二用於改良功率因數、總諧波失真以及閃爍的單元使得所述第一發光單元中的與所述第一用於改良功率因數、總諧波失真以及閃爍的單元並聯的那些發光二極體之外的其他發光二極體之運作或者所述第二發光單元中的與所述第二用於改良功率因數、總諧波失真以及閃爍的單元並聯的那些發光二極體之外的其他發光二極體之運作先於與所述第一用於改良功率因數、總諧波失真以及閃爍的單元並聯的那些發光二極體之運作或者先於與所述第二用於改良功率因數、總諧波失真以及閃爍的單元並聯的那些發光二極體之運作。
  4. 一種發光裝置，包括：第一發光群組，包括至少一個第一發光單元，所述第一發光單元包括至少一個發光二極體；第二發光群組，包括至少一個第二發光單元，所述第二發光單元包括至少一個發光二極體；以及至少一個用於改良功率因數、總諧波失真以及閃爍的單元，並聯至所述第一發光群組且串聯至所述第二發光群組，當施加交流電壓源時，所述用於改良功率因數、總諧波失真以及閃爍的單元使得所述第二發光群組先於所述第一發光群組而運作， 其中當所述第一發光群組包括至少兩個第一發光單元時，所述第一發光單元相互並聯，且所述用於改良功率因數、總諧波失真以及閃爍的單元共同並聯至所述第一發光單元，其中所述第一發光單元包括第一至第四發光二極體，它們經由第一至第四節點來相互連接，其中所述第一發光二極體是從所述第一節點指向所述第三節點而正向連接；所述第二發光二極體是從所述第四節點指向所述第一節點而正向連接；所述第三發光二極體是從所述第二節點指向所述第三節點而正向連接；所述第四發光二極體是從所述第四節點指向所述第二節點而正向連接；以及所述第三節點電性地連接至所述第四節點。
  5. 如申請專利範圍第4項所述之發光裝置，其中當所述第一及第二發光單元之一或兩者都包括至少兩個發光二極體時，所述至少兩個發光二極體按照從正向串聯、並聯、反向並聯、以及串聯或並聯之組合中所選擇的任何一種連接關係來相互連接。
  6. 如申請專利範圍第4項所述之發光裝置，其中所述第一或第二發光群組被以單片整合在單一基板上。
  7. 如申請專利範圍第4項所述之發光裝置，其中每個所述第一發光單元或每個所述第二發光單元分別形成在獨立的封裝中。
  8. 如申請專利範圍第4項所述之發光裝置，其中所述第一發光單元中的每個所述發光二極體或所述第二發光單 元中的每個所述發光二極體分別形成在獨立的封裝中。
  9. 如申請專利範圍第4項所述之發光裝置，其中所述第一或第二發光群組是形成在單一封裝中，且所述第一或第二發光群組中的每個所述發光二極體是形成在獨立的封裝中。
  10. 如申請專利範圍第4項所述之發光裝置，更包括：第五發光二極體，從所述第三節點指向所述第四節點而正向連接在所述第三節點與所述第四節點之間。
  11. 如申請專利範圍第1項、第2項及第4項中任一項所述之發光裝置，其中所述用於改良功率因數、總諧波失真以及閃爍的單元包括電容器。
  12. 一種驅動電路，利用交流電壓源來驅動發光裝置，所述發光裝置包括第一及第二發光單元，每個發光單元包括至少一個發光二極體，且所述第一及第二發光單元經由第一節點而相互串聯，所述驅動電路包括：第一電阻器，經由第二節點而串聯至所述第一發光單元；電容器，並聯至介於第三節點與所述第一節點之間的所述第一發光單元和所述第一電阻器；以及第二電阻器，串聯至介於所述第三節點與所述第一節點之間的所述電容器。
  13. 如申請專利範圍第12項所述之驅動電路，更包括：熱敏電阻，串聯在所述交流電壓源與所述發光裝置之間。
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