交流驱动发光装置和照明设备的制作方法

专利名称：交流驱动发光装置和照明设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及发光二极管(LED)电路，更具体地，涉及可直接应用交流(AC)电源而不需要用于将AC转换为直流(DC)的转换器的LED驱动电路以及LED阵列装置。
背景技术：
半导体发光二极管(LED)作为光源在输出、效率或可靠性方面具有优势。因此，积极地研究和开发LED作为高输出和高效率光源，以替代发光装置或显示装置的背光。通常，以低驱动电流(DC)驱动LED。因此，为了以普通电压(即，220V的交流(AC)) 驱动，LED需要用于提供低DC输出电压的附加电路(例如，AC/DC转换器)。然而，这种附加电路使LED模块的结构变得复杂，并且还可能在转换供给电源时破坏效率和可靠性。此外， 除光源之外的附加部分增加了产品的成本和大小，并且还由于以开关方式工作的周期性部件而降低了电磁干扰(EMI)特性。为了克服该问题，已经提出了能够在不需要额外转换器的情况下被驱动的各种 LED驱动电路。然而，在传统AC驱动的LED驱动电路中，大多数LED被配置为以AC电压的特定半个周期进行驱动，从而增加了实现期望光量所需的LED的数量。即使提供相同的光量，所需LED的数量也会根据LED的布置而改变。但是LED的传统配置确保了非常低的效率。例如，在以反向平行或桥结构配置LED的传统代表性实例中，连续发光的LED的实际数量仅分别表示LED总数量的50%和60%。即，无效率地需要更多数量的LED，以实现期望的发光。因此，可以更有效率地配置LED，以通过更少的LED来确保相同的光量。具有更高效率的这种配置对于确保AC驱动的LED电路的成本效率是非常重要的。

发明内容
本发明的一个方面提供了一种新颖的发光二极管(LED)驱动电路，其在直接采用交流(AC)电压同时需要最少量的LED。本发明的一个方面还提供了包括LED驱动电路的LED阵列装置。根据本发明的一个方面，提供了一种LED驱动电路，包括至少一个梯形网络电路，其包括(n+1)个第一支路，通过第一接合点和第二接合点之间的η个第一中间接合点彼此并联连接，其中，η表示满足η > 2的整数；(n+1)个第二支路，通过第一接合点和第二接合点之间的η个第二中间接合点彼此并联连接，(n+1)个第二支路与第一支路并联连接； 以及η个中间支路分别将相同的第m个第一中间接合点和第二中间接合点相互连接，其中， 第一支路、第二支路和中间支路的每一个均包括至少一个LED装置，m是限定相对于第一接合点的各个(n+1)第一支路和第二支路以及η个中间支路的个数的正整数；第一电流回路，具有分别位于第Om-I)个第一支路、第an个第二支路以及η个中间支路上的第一组LED 装置，该第一组LED装置彼此串联连接并在施加在第一接合点和第二接合点之间的交流电压的第一半周期中被驱动；以及第二电流回路，具有分别位于第an个第一支路、第Om-I) 个第二支路以及η个中间支路上的第二组LED装置，该第二组LED装置彼此串联连接并在施加在第一接合点和第二接合点之间的交流电压的第二半周期中被驱动。第一支路、第二支路以及中间支路中的每一个均可包括一个LED。可选地，第一支路、第二支路以及中间支路的至少一个可包括彼此串联连接的多个LED。第一支路和第二支路可分别包括一个LED，以及中间支路可包括彼此串联连接的多个LED。考虑到反向电压，中间支路包括串联连接到一起的两个和三个发光二极管中的一个。梯形网络电路包括彼此串联连接的多个梯形网络电路，其中，一个梯形网络电路的第二接合点与另一个梯形网络电路的第一接合点接触。根据本发明的另一方面，提供了一种LED阵列装置，其包括多个LED，该LED阵列具有如上述限定的LED驱动电路。根据本发明的又一方面，提供了一种LED阵列装置，包括K个第一 LED，通过在第一接合点和第二接合点之间的η个第一中间接合点在行方向上连接，第一中间接合点中的每一个均具有与其连接的相同极性的电极，其中，η是满足η > 2的整数，K是满足K > 3的整数，其中，连接至第一中间接合点的电极具有以第一极性开始的、从第一接合点开始交替布置的极性；L个第二 LED，通过在第一接合点和第二接合点之间的η个第二中间接合点在行方向上连接，第二中间接合点中的每一个均具有与其连接的相同极性的电极，其中，L是满足L > 3的整数，其中，连接至第二中间接合点的电极具有以第二极性开始的、从第一接合点开始交替配置的极性；以及M个第三LED连接在每一个均具有从第一接合点开始的相同个数的第一中间接合点和第二中间接合点之间，每个第三LED均具有被连接以具有与第一和第二 LED的对应电极相反极性的电极，其中，m是限定从相对于第一接合点的η个第一和第二中间接合点的个数的正整数，M是满足M彡η的整数。第一和第二 LED可分别包括(n+1)个第一和第二发光二极管，第一和第二 LED分别连接至相同的极性。第三发光二极管的每一个均分别连接在第一中间接合点和第二中间接合点之间。多个第三LED分别连接在第一中间接合点和第二中间接合点之间，并且第一中间接合点和第二中间接合点之间的第三LED彼此串联连接或并联连接。


从以下结合附图的详细描述中，本发明的上述和其他方面、特征和其他优点将变得更加容易理解，其中图1示出了根据本发明示例性实施例的发光二极管(LED)驱动电路；图2A至图2C示出了根据本发明另一示例性实施例的LED驱动电路；图3示出了根据本发明又一示例性实施例的LED驱动电路；图4A至图4C示出了根据传统实例和根据本发明示例性实施例的LED驱动电路； 以及
图5A至图5B示出了根据另一传统实例和根据本发明的另一个示例性实施例的 LED驱动电路。
具体实施例方式下面，将参照附图详细描述本发明的示例性实施例。图1示出了根据本发明示例性实施例的发光二极管(LED)驱动电路。该LED驱动电路包括梯形网络LED电路。即，本实施例的梯形网络LED电路包括 三个第一支路，通过在第一和第二接合点a和b之间的第一中间接合点Cl和c2而相互连接；以及三个第二支路，通过在第一和第二接合点a和b之间的第二中间接合点dl和d2而相互连接。该LED驱动电路包括两个中间支路，其连接在相同个数(sequence)的第一和第二中间接合点cl、dl、c2和d2之间。这里，LED装置8、9、10、11、12、13、14和15分别设置在第一和第二支路以及中间支路上。LED驱动电路包括以交流电压不同的半周期驱动的两个电流回路Ll和L2。第一电流回路Ll包括以交流电压的第一半周期驱动的、彼此串联连接的LED装置8、9、10、11和 12。第二电流回路L2包括以交流电压的第二半周期驱动的、彼此串联连接的LED装置13、 11、14、9和15。如上所述，通过所施加的交流电压，可以操作该电路，使得以双向驱动LED 装置9和11。当从第一接合点a开始的第一、第二和中间支路具有定义为m的个数时，LED被布置为如下所述的梯形网络电路。根据可驱动交流电流的周期，可将LED装置8、9、10、11、12、13、14和15划分为第一和第二 LED组。第一 LED组包括属于第Om-I)个奇数的第一支路、所有中间支路以及第 2m个偶数的第二支路的LED 8、9、10、11和12。第一 LED组的LED 8、9、10、11和12彼此串联连接。第二 LED组包括属于第an个偶数的第一支路、所有中间支路以及第Om-I)个奇数的第二支路的LED 13、11、14、9和15。第二 LED组彼此串联连接，以与第一 LED组的极性相反。因此，第一 LED组可形成以交流电压的第一半周期驱动的第一电流回路Li，以及第二 LED组可形成以交流电压的第二半周期驱动的第二电流回路L2。在该驱动结构中，位于中间支路并共同属于第一和第二 LED组的LED装置9和11可以在交流电压的整个周期内连续地工作。如上所述，在包括八个LED装置8、9、10、11、12、13、14和15的LED驱动电路中，
可在交流电压的整个周期内驱动两个LED装置10和14。因此，在实际的梯形网络中，可以设置五个LED装置以执行连续发光。这里，驱动LED的数量与所采用LED的数量的比率为 62.5%。该图大于传统AC驱动LED布置(例如，反向极性布置(50% )或桥布置(60% )) 的情况。本实施例的LED驱动电路明显与桥结构不同，这是因为LED装置9和LED装置11 彼此串联连接而不是并联连接。即，在本实施例的LED驱动电路中，在LED装置9和LED装置11之间插入彼此串联连接的LED装置10和LED装置14。这产生了与桥结构根本不同的梯形网络结构。在本实施例的LED驱动电路中，通过插入LED装置10和14并连接四个中接合点cl、c2、dl和d2来串联连接而不是并联连接以双向(S卩，在交流电压的整个周期上)驱动的 LED。该LED配置结构上形成了一个回路。在实际的驱动过程中，如上所述，在由中间接合点形成的回路中LED的电势差不同，因此，在一个串联结构中进行操作而不形成电流回路。根据本发明的另一示例性实施例，在图1所示的梯形网络结构中，将第一和第二中间接合点连接到一起的回路可以被设置为一个堆叠，并通过多个堆叠使各种LED驱动电路彼此连续地连接。即，可以分别以至少3个的相同数量配置第一和第二中间接合点。可以分别以至少4个的相同数量配置第一和第二支路。图2A示出了根据本发明另一示例性实施例的分别具有四个第一和第二中间接合点 cl、c2、c3、c4 和 dl、d2、d3、d4 的 LED 驱动电路。图2A所示的LED驱动电路包括四个中间支路，用于连接第相同个的第一和第二中间接合点。该驱动电路可以理解为具有三个堆叠的梯形网络电路。参照图2A，每条支路均具有一个设置在其上的LED装置。配置这些LED装置，以使其包括以交流电压的不同半周期驱动的第一和第二电流回路。即，在交流电压的第一半周期中，对应的多个LED装置彼此串联连接，以沿A1-C1-B2-C2-A3-C3-B4-C4-A5形成第一电流回路。在交流电压的第二半周期中，其他对应的多个LED装置彼此串联连接，以沿 B1-C1-A2-C2-B3-C3-A4-C4-B5 形成第二电流回路。在本实施例的LED驱动电路中，可以在交流电压的整个周期内使位于中间支路上并共同包括在第一和第二电流回路中的四个LED装置Cl、C2、C3和C4连续工作。如上所述，在包括总共14个LED装置的LED驱动电路中，可以在交流电压的整个周期内驱动四个LED装置C1、C2、C3和C4。这使得9个LED装置在实际的梯形网络电路中连续发光。这里，LED利用率约为64%。在本实施例中，与前一实施例相比，可以利用更少的 LED。在图1和图2A所示的驱动电路中，第一、第二和中间支路的每一个被示出为包括一个LED装置。可选地，第一、第二和中间支路的每一个均可包括多个LED装置。然而，即使在这种情况下，属于相同支路的多个LED装置也应该彼此串联连接。具体地，中间支路中LED数量的增加导致以双向驱动的LED数量的相对增加。因此，这提高了所采用LED的发光效率。从而，这减少了获得期望发光等级所需的LED的数量。配置图2B所示的LED驱动电路，使得两个LED装置在图2A的LED驱动电路中的每个中间支路上相互串联连接。在交流电压的第一半周期内，对应的多个LED装置彼此串联连接，以沿Al-Cl-Cl ‘-B2-C2-C2' -A3-C3-C3' -B4-C4-C4' -A5形成第一回路。在交流电压的第二半周期内， 其他对应的多个LED装置彼此串联连接，以沿Bl-Cl-Cl' -A2-C2-C2' -B3-C3-C3' -A4-C4 -C4' -B5形成第二电流回路。在本实施例的LED驱动电路中，8个LED装置C1、C1'、C2、C2'、C3、C3'、C4、C4' 属于中间支路。即，与图2A的LED驱动电路相比，在第一和第二电流回路中共同包括两倍多数量的LED装置Cl、Cl'、C2、C2'、C3、C3'、C4、C4'，以确保在交流电压的整个周期上
连续工作。从而，在包括总共18个LED装置的LED驱动电路中，可以在交流电压的整个周期上驱动8个LED装置C1、C1'、C2、C2'、C3、C3'、C4、C4'。因此，在实际的梯形网络电路中，13个LED装置可连续发光。这里，LED的利用率为72%。在本实施例中，采用比前一实施例更多量的LED。配置图2C所示的LED驱动电路，使得在图2A所示的LED驱动电路中，分别在第一个第一支路、第二个第二支路以及第三个中间支路上设置LED装置Al'、B2'和C3'，以彼此并联连接。在交流电压的第一半周期内，对应的多个LED彼此串联连接，以沿(Al， Al' )-Cl-(B2,B2' )-C2-A3-(C3，C3' )-B4-C4-A5 形成第一电流回路。在交流电压的第二半周期内，其他对应的多个LED彼此串联连接，以沿B1-C1-A2-C2-B3-(C3，C3' )-A4_C4_B5 形成第二电流回路。然而，圆括号中的装置彼此并联连接。位于中间支路上LED装置的增加导致以双向驱动的装置数量的增加，从而增强了 LED的利用率。然而，只有位于中间支路上LED装置数量的增加导致施加给属于第一和第二支路的LED装置的反向电压的增加。因此，在LED装置尺寸相同的情况下，位于中间支路上的LED的数量可以是两个或三个。在本发明的具体实施例中，提供了多个梯形网络电路。这里，一个梯形网络电路的第二接合点可以与另一梯形网络电路的第一接合点串联连接。在图3中示出了该实施例。参照图3，配置LED驱动电路，使得两个梯形网络电路彼此串联连接。S卩，第一梯形网络电路的第二接合点bl连接至第二梯形网络的第一接合点a2。此外，第一梯形网络电路的第一接合点al和第二梯形网络的第二接合点1^2连接至AC电源端。此外，在本实施例中，分别在第一支路、第二支路和中间支路上设置彼此串联连接的两个LED装置。在图3的LED驱动电路中，在交流电压的第一半周期内，对应的多个LED装置彼此串联连接，以沿Α1-ΑΓ -Cl-Cl' -B2-B2‘ -C2-C2‘ -A3-A3‘(下文中为第一梯形网络电路)-B4-B4' -C3-C3‘ -A5-A5‘ -C4-C4' -B6-B6‘(下文中为第二梯形网络电路)形成第一电流回路。在交流电压的第二半周期内，其他对应的多个LED装置彼此串联连接，以具有沿Bl-Bl' -Cl-Cl' -A2-A2‘ -C2-C2‘ -B3-B3‘(下文中为第一梯形网络电路)-A4 -A4' -C3-C3' -B5-B5' -C4-C4' -A6-A6'(下文中为第二梯形网络电路)形成第二电流回路。在本实施例的LED驱动电路中，8个LED装置C1、C1'、C2、C2'、C3、C3'、C4、C4' 属于中间支路。即，与图2A的LED驱动电路相比，在第一和第二电流回路中共同包括两倍多数量的LED装置Cl、Cl'、C2、C2'、C3、C3'、C4、C4'，以确保在交流电压的整个周期上
连续工作。如上所述，可以各种结构布置LED，以用AC驱动根据本实施例的梯形网络结构。根据本发明的示例性实施例，可以提供包括各种梯形网络结构的LED驱动电路的、具有多个LED装置的LED阵列装置。即，在本发明的LED阵列装置中，通过第一和第二接合点之间的η个第一中间接合点在行方向上连接K个第一 LED装置。此外，每一个第一中间接合点均具有与其连接的相同极性的电极。连接至第一中间接合点的电极具有以第一极性开始的、从第一接合点开始交替布置的极性。这里，K是满足K >3的整数，以及η是满足η >2的整数。通过在第一和第二接合点之间的η个第二中间接合点在行方向上连接L个第二 LED装置。此外，每一个第二中间接合点均具有与其连接的相同极性的电极。连接至第二中间接合点的电极具有以第二极性开始的、从第一接合点开始交替布置的极性。这里，L是满足L >3的整数。因此，连接至第一和第二中间接合点的电极具有彼此相反的极性。此外，设置在电路的中间支路上的M个第三LED装置连接在每一个均具有从第一接合点开始的第相同个的第一和第二中间接合点之间。每个第三发光二极管均具有连接至相同第m个第一和第二中间接合点的电极，以具有与第一和第二 LED的对应电极相反的极性。这里，M是满足M > η的整数，以及m是限定从第一接合点开始的第一和第二中间接合点的个数的正整数。每个第一 LED装置以及每个第二 LED装置可以分别位于中间接合点之间。类似地， 每个第三LED装置可以分别位第一和第二中间接合点之间。任选地，多个第三LED装置可连接在第一和第二中间接合点之间。这里，第三LED 装置可彼此串联或并联连接(参见图2B或图2C)。为了解释本实施例的梯形网络LED驱动电路中较少LED数量的效果，将在本实施例的梯形网络LED驱动电路中所需的LED数量和在传统AC驱动LED电路(例如，双极电路和桥式网络电路)中所需的LED数量相比较，以使用相同的LED装置来满足特定的输出条件。首先，图4A至图4C示出了根据传统实例和根据本发明示例性实施例的LED驱动电路。图4A所示的LED驱动电路是用于普通AC驱动的反向平行电路结构，其中，反向平行布置的LED装置30A和30B彼此串联连接，以限定多个堆叠S。如表1所示，尽管总的来说增加了堆叠的数量，但连续被驱动LED的数量与所采用LED的数量的比率，即，LED的利用率为50%。图4B所示的LED驱动电路是桥式电路结构，其中，每个LED装置均位于每个支路中。一个堆叠包括所有5个LED装置40A、40B、40C、40D和40E，并且可形成多个堆叠以确保期望的输出。如表1所示，不论堆叠数量的多少，该桥式网络LED电路均具有60%的利用率。因为不同于图4A的反向平行布置，所以可以实现可以双向连续驱动位于中间支路中的 LED 装置 40E。以与图2A相同的方式，图4C所示的梯形网络LED驱动电路包括总共8个LED装置来限定两个堆叠。5个LED被连续驱动，以确保62. 5%的高利用率。也如表1所示，配置该梯形网络LED驱动电路，使得通过更多数量的堆叠，以双向驱动更多数量的LED。相应地， 这使得LED利用率逐渐增加。[表 1]
权利要求
1.一种交流驱动发光装置，包括多个第一 LED，所述多个第一 LED中的每一个均具有第一极性和第二极性，通过η个第一中间接合点线性连接所述多个第一 LED，其中，相邻的第一 LED的相同极性彼此连接，其中，η代表满足η彡2的整数；多个第二 LED，所述多个第二 LED中的每一个均具有第一极性和第二极性，通过η个第二中间接合点线性连接所述多个第二 LED，其中，相邻的第二 LED的相同极性彼此连接；第一接合点，在所述第一接合点处所述第一 LED中的首个LED与所述第二 LED中的首个LED这两者的不同极性彼此连接；第二接合点，在所述第二接合点处所述第一 LED中的最后LED与所述第二 LED中的最后LED这两者的不同极性彼此连接；以及多个第三LED，所述多个第三LED中的每一个均具有第一极性和第二极性，在所述第一中间接合点和所述第二中间接合点之间按照相同顺序连接所述多个第三LED，使得所述第三LED的相关极性连接至具有不同极性的中间接合点，其中，在所述第一接合点和所述第二接合点之间施加交流电压时，所述第一 LED和所述第二 LED在所述交流电压的半周期中被驱动，所述第三LED在所述交流电压的整个周期中被驱动。
2.根据权利要求1所述的交流驱动发光装置，其中，所述第一LED和所述第二 LED被布置为使得单个LED置于相邻的所述中间接合点之间。
3.根据权利要求1所述的交流驱动发光装置，其中，所述第一LED和所述第二 LED被布置为使得至少两个LED在相邻的所述中间接合点之间串行连接。
4.根据权利要求1所述的交流驱动发光装置，其中，所述第三LED被布置为使得至少两个LED在所述第一中间接合点与所述第二中间接合点之间串行连接。
5.一种照明设备，包括根据权利要求1所述的交流驱动发光装置。
6.一种照明设备，包括多个第一 LED，所述多个第一 LED中的每一个均具有第一极性和第二极性，通过η个第一中间接合点线性连接所述多个第一 LED，其中，相邻的第一 LED的相同极性彼此连接，其中，η代表满足η彡2的整数；多个第二 LED，所述多个第二 LED中的每一个均具有第一极性和第二极性，通过η个第二中间接合点线性连接所述多个第二 LED，其中，相邻的第二 LED的相同极性彼此连接；第一接合点，在所述第一接合点处所述第一 LED中的首个LED与所述第二 LED中的首个LED这两者的不同极性彼此连接；第二接合点，在所述第二接合点处所述第一 LED中的最后LED与所述第二 LED中的最后LED这两者的不同极性彼此连接；以及多个第三LED，所述多个第三LED中的每一个均具有第一极性和第二极性，在所述第一中间接合点和所述第二中间接合点之间按照相同顺序连接所述多个第三LED，使得所述第三LED的相关极性连接至具有不同极性的中间接合点，其中，在所述第一接合点和所述第二接合点之间施加交流电压时，所述第一 LED和所述第二 LED在所述交流电压的半周期中被驱动，所述第三LED在所述交流电压的整个周期中被驱动。
7.根据权利要求6所述的照明设备，其中，所述第一LED和所述第二 LED被布置为使得单个LED置于相邻的所述中间接合点之间。
8.根据权利要求6所述的照明设备，其中，所述第一LED和所述第二 LED被布置为使得至少两个LED在相邻的所述中间接合点之间串行连接。
9.根据权利要求6所述的照明设备，其中，所述第三LED被布置为使得至少两个LED在所述第一中间接合点与所述第二中间接合点之间串行连接。
全文摘要
本发明公开了一种交流驱动发光装置和照明设备。该交流驱动发光装置包括多个第一LED，每个具有第一极性和第二极性，通过n个第一中间接合点线性连接多个第一LED，相邻第一LED的相同极性彼此连接；多个第二LED，每个具有第一极性和第二极性，通过n个第二中间接合点线性连接多个第二LED，其中，相邻第二LED的相同极性彼此连接；第一接合点，第一LED中首个LED与第二LED中首个LED的不同极性彼此连接；第二接合点，第一LED中最后LED与第二LED中最后LED的不同极性彼此连接；以及多个第三LED，每个具有第一极性和第二极性，在第一中间接合点和第二中间接合点之间按照相同顺序连接多个第三LED，使第三LED的相关极性连接至具有不同极性的中间接合点。
文档编号H05B37/00GK102291865SQ201110268180
公开日2011年12月21日 申请日期2008年6月23日 优先权日2007年6月22日
发明者朴吉汉, 李永镇, 格里戈里·奥努什金, 闵丙云 申请人:三星Led株式会社