TWI576003B - 發光裝置及具有發光裝置之照明器具 - Google Patents

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Description

發光裝置及具有發光裝置之照明器具
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。
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 C8105-1「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)；一外殼30，光源板10附接至外殼30；一電源單元40，其固定於外殼30內部；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D之熱耗散而安裝於一輻射基板20上之發光二極體D形成。輻射基板20之一特定實例係一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11及一金屬板14形成之一印刷板，導電層12、導熱絕緣層11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12a，且一陰極側電極係焊接至銅連接12b。其他發光二極體D2及D3同樣如此。外殼30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10係附接至外殼30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、耐壓測試等。藉由一高壓交流電源200在輻射基板20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10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10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20上。在位於毗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M1(M2)對應於圖1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M4兩者皆連接至一電源線201，電源線201連接至高壓AC電源200之正電極側。連接至高壓AC電源200之負電極之一電源線202連接至外殼30或金屬板14。亦即，高壓AC電源200與外殼30(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200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13b)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-8 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D1之所觀測到的反向電壓尤其高，此乃因：當電源線13(13a、13b)之電位由於一高壓交流電壓之施加而高於殼體接地之電位時，一電流流動穿過寄生電容CP1之一路徑，寄生電容CP1之阻抗低於通過LED串之內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、13b)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CP5之一路徑流動穿過發光二極體D6。
考量如圖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中所揭示之一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與一接地E之間的浮動電容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受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之數目增加必須降低每一發光二極體5之陽極與陰極之間的阻抗。此增加旁路電容器6之大小且亦增加成本。
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增加時亦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；及提供一種具有該發光裝置之照明器具。
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。
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60之組態及用於實施一耐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。如同圖1及圖2中，光源板60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，該LED串安裝於一輻射基板20上。光源板60係提供於圖1中所圖解說明之一LED照明裝置中之一組件，且如圖2中所展示之光源板10之情形一樣附接至一外殼30。將省略可在圖1及圖2中找到之此等組件之闡釋。
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等之情形一樣形成於輻射基板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40或一高壓AC電源200之連接。
光源板60上安裝有保護電容器C(C1至C5)，作為保護該LED串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20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一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(C1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C(C1至C5)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13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中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C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之該電路之一阻抗模型。在該耐壓測試中，於殼體接地與電源線之間施加處於50 Hz至60 Hz下的600 V至1500 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 MΩ。在50 Hz至60 Hz之範圍內，寄生電容CP之阻抗變為約250 MΩ。每一寄生電容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可表達為
C=ε×(S/d)　‧‧‧(1)，
其中介電常數係ε，佈線圖案之面積係S，且絕緣層之厚度係d。寄生電容CP通常約為10 pF至100 pF。保護電容器之阻抗經選擇以便不施加一過高反向電壓至該等發光二極體。出於彼目的，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CP之電容(舉例而言，較佳地，前者之電容係後者之電容的1000倍以上)。舉例而言，在圖6A中，使用具有1.0 μF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 kΩ。
另外，藉由將在LED串之端處之發光二極體之電極電連接至陽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 μf至10 μf之一範圍內。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。
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70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C1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13a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-保護電容器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-銅連接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壓之影響之觀點而言，較佳地可將一保護元件(諸如保護電容器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光(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一組合作為發光二極體D。
另外，其上安裝有發光二極體D之基板可不係輻射基板20，且可係(舉例而言)一印刷板(諸如一FR4玻璃環氧樹脂板)或一介電基板(諸如一撓性基板)。
此外，保護元件(諸如保護電容器C)不僅對在一耐壓測試或一過電壓測試中可產生於電源線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LED照明裝置之一正常使用狀態中可產生於電源線13與殼體接地之間的一突波)有效地起作用。
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40併入至一LED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)。
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．．．輻射基板
30．．．外殼
40．．．電源單元
50．．．反射器板
60、70．．．光源板
100．．．LED照明裝置
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
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10中在電源線13(13a、13b)與一殼體接地之間施加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；
圖4係展示一光源板60之組態及用於實施一耐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；
圖5係展示當於光源板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。
13a．．．電源線
13b．．．電源線
60．．．光源板
200．．．高壓交流電源
201．．．電源線
202．．．電源線
C1．．．保護電容器
C2．．．保護電容器
C3．．．保護電容器
C4．．．保護電容器
C5．．．保護電容器
C10．．．保護電容器
CP1．．．寄生電容
CP2．．．寄生電容
CP3．．．寄生電容
CP4．．．寄生電容
CP5．．．寄生電容
CP6．．．寄生電容
D1．．．發光二極體
D2．．．發光二極體
D3．．．發光二極體
D4．．．發光二極體
D5．．．發光二極體
D6．．．發光二極體
M1．．．端
M2．．．端
M3．．．端
M4．．．端
N1．．．連接
N2．．．連接
N3．．．連接
N4．．．連接
N5．．．連接

Claims (6)

  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；一第一電源節點(power supply node)，其連接至該LED串之一端；及複數個保護元件，各保護元件均具有共同連接至該第一電源節點的一第一節點及連接於以串聯連接之該等LED中之一對之間的一第二節點，該等LED之各對彼此相異，其中該等保護元件之一交流(AC)阻抗小於該對LED與一殼體接地(case ground)之間的一阻抗，其中該等保護元件包含電容或齊納(Zener)二極體。
  2. 如請求項1之發光裝置，其中該複數個保護元件之各者係配置於該LED串中之該等LED對之各者與該第一電源節點之間。
  3. 如請求項1之發光裝置，其進一步包括一第二電源節點及複數個第二保護元件，該第二電源節點連接至該LED串之另一端，該複數個第二保護元件之各者均具有共同連接至該第二電源節點的一第一節點及連接於以串聯連接之該等LED中之一第二對之間的一第二節點，該等LED之各第二對彼此相異。
  4. 如請求項1之發光裝置，其進一步包括一第二電源節點及另一保護元件，該第二電源節點連接至該LED串之另 一端，該另一保護元件係配置於該第一及第二電源節點之間。
  5. 如請求項1之發光裝置，其中該等LED之各者包含複數個發光元件。
  6. 一種照明器具，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係藉由施加一電壓而點亮。
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