TWI605730B - 具溫度補償元件之發光裝置 - Google Patents

Description

具溫度補償元件之發光裝置

本發明係關於一種發光裝置，尤其包含一開關元件連接在溫度補償元件及一發光二極體群組之間。

白熾燈係因熱而發光。相反地，發光二極體(light-emitting diode，LED)之發光機制為電子與電洞的結合，因此發光二極體被稱為冷光源。

此外，發光二極體具有高耐久性、壽命長、輕巧、耗電量低等優點，因此現今的照明市場對於發光二極體寄予厚望，將其視為新一代的照明工具，已逐漸取代傳統光源，並且應用於各種領域，如交通號誌、背光模組、路燈照明、醫療設備等。

在照明領域的應用上，一般需使發光二極體產生近日光(白光)的光譜以配合人眼視覺習慣。前述白光應用可由紅、藍、綠三原色發光二極體，藉由電路設計調配操作電流，依不同比例混成白光。由於電路模組成本高且電路設計複雜，目前此應用並不普遍。另外可藉由紫外光譜發光二極體(UV-LED)激發紅、綠、藍色螢光粉使發出紅光、綠光、藍光，再混成白光。但因目前UV-LED的發光效率仍待改善，於產品應用上尚未普遍。

然而，當電流輸入發光二極體時，除了電能-光能的轉換機制外，還有一部份的電能會轉變成熱能，進而造成諸多光電特性的改變。第1圖顯示當發光二極體之接面溫度(junction temperature；Tj)由20℃上升至80℃時，藍光與紅光發光二極體之光電特性之曲線圖；其中，縱軸顯示當發光裝置於各接面溫度時之光電特徵值與接面溫度為20℃時之相對值，例如圖中所示包括光輸出功率(Po)、波長偏移量(Wd)、及順向電壓值(Vf)；圖中之實線代表藍光發光二極體之特徵曲線，虛線則代表紅光發光二極體之特徵曲線。當接面溫度由20℃升高至80℃時，藍光發光二極體之光輸出功率下降約12%，亦即其熱冷係數(Hot/Cold Factor)約為0.88；對於紅光發光二極體之光輸出功率則下降約37%，亦即其熱冷係數約為0.63。此外，在波長的偏移方面，藍光與紅光發光二極體並無太大差別，僅隨Tj變化而些微變化；在順向電壓的變化方面，當Tj由20℃升高至80℃時，藍光與紅光發光二極體則各下降約7~8%的幅度，亦即，於定電流操作下，藍光與紅光發光二極體之等效電阻下降約7~8%的幅度。綜上所述，因為紅光及藍光發光二極體的光電特性對溫度的依存度不同，從操作初始至到達穩定狀態的這段期間紅/藍光輸出功率比例變動的不良現象便會發生。當發光裝置由紅光及藍光發光二極體所組成之暖白光發光裝置應用在照明領域上時，亦因紅光及及藍光發光二極體之熱冷係數不同，使照明系統於點亮初始至穏定時出現光的顏色不穩定，造成使用上的不便。

因此，本發明係關於一中發光裝置。

發光裝置，包含：一第一發光二極體群組；一第二發光二極體群組，並聯連接至第一發光二極體群組；一溫度補償元件，串聯連接至第二發光二極體群組；及一第一開關元件，連接在第二發光二極體群組及溫度補償元件間。

為讓本發明之上述和其他目的、特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下

200、400、600、601、602、800、900‧‧‧發光裝置

202、502、802‧‧‧第一發光二極體群組

204、503、804‧‧‧第二發光二極體群組

206、405、506、605‧‧‧熱敏電阻

208、408、507、508、808、810、902、904、906‧‧‧發光二極體單元

206‧‧‧第一電阻

207‧‧‧第二電阻

201‧‧‧第一機構件

402、700‧‧‧發光二極體群組

501‧‧‧載板

504‧‧‧第三發光二極體群組

509‧‧‧電極

510‧‧‧第一發光二極體模組

511‧‧‧電壓調變裝置

520‧‧‧第二發光二極體模組

607、608‧‧‧開關元件

609‧‧‧電阻

711‧‧‧溝渠

720‧‧‧n型接觸層

730‧‧‧n型束縛層

740‧‧‧活性層

750‧‧‧p型束縛層

760‧‧‧p型接觸層

770‧‧‧連接導線

780‧‧‧絕緣層

82、82'、82"、92‧‧‧溫度補償元件

821‧‧‧電阻組件

8211、923‧‧‧電阻

8212、921‧‧‧形狀記憶合金

830‧‧‧開關電路

831‧‧‧溫度偵測電路

832‧‧‧溫度感測單元

840‧‧‧電流偵測電路

841‧‧‧電流偵測單元

9211‧‧‧接點

922‧‧‧導電彈簧

第1圖為接面溫度對發光裝置之光電特性之影響曲線圖。

第2A圖為本發明之第一實施例中發光裝置之示意圖。

第2B圖為本發明之第二實施例中發光裝置之示意圖。

第3圖為本發明之第三實施例中發光裝置之示意圖。

第4圖為本發明之第四實施例中發光裝置之示意圖。

第5圖為本發明之第五實施例中發光裝置之示意圖。

第6圖為本發明之第六實施例中發光裝置之示意圖。

第6A圖為本發明之另一實施例中發光裝置之示意圖。

第6B圖為本發明之另一實施例中發光裝置之示意圖。

第7圖為上述實施例中發光裝置之發光二極體群組之結構示意圖。

第8圖為本發明之第五實施例或第六實施例中發光裝置之結構示意圖。

第9圖為本發明之第七實施例中發光裝置之示意圖。

第10A~10D圖為本發明之第七實施例中發光裝置於不同溫度操作下的示意圖。

第11A~11D圖為本發明之第八實施例中發光裝置之示意圖。

第12A、12B圖為本發明之九實施例中發光裝置之示意圖。

第13圖為本發明之第十實施例中發光裝置之示意圖。

第14圖為本發明之第十一實施例中發光裝置之示意圖。

以下實施例將伴隨著圖式說明本發明之概念，在圖式或說明中，相似或相同之部分係使用相同之標號，並且在圖式中，元件之形狀或厚度可擴大或縮小。需特別注意的是，圖中未繪示或描述之元件，可以是熟習此技藝之人士所知之形式。

第2A圖顯示本發明之發光裝置之第一實施例電路示意圖，發光裝置200包含一第一發光二極體群組202、一第二發光二極體群組204、以及一溫度補償元件。溫度補償元件包含一第一電阻，例如具有正溫度係數之熱敏電阻206。第一發光二極體群組202包含一具第一數量彼此串聯之發光二極體單元208，第二發光二極體群組204包含一具第二數量彼此串聯之發光二極體單元208，且第一發光二極體群組202與第二發光二極體群組204電性串聯；其中，第一發光二極體群組202及第二發光二極體群組204中的發光二極體單元208具有一熱冷係數不大於0.9、或較佳地不大於0.85、或更佳地不大於0.8，並且包含可發出波長範圍位於可見光或不可見光範圍之發光二極體，例如包含紅光、藍光、或紫外光波長範圍的發光二極體，或由AlGaInP系列材料或GaN系列材料為主之發光二極體。熱冷係數係指發光二極體於一第一溫度(例如：T=80℃)之光輸 出功率與發光二極體於一第二溫度(例如：T=20℃)之光輸出功率的比值。第二溫度小於第一溫度。光輸出功率係被標準化且發光二極體於T=20℃之光輸出功率定為100(或1)。

本實施例中，第二發光二極體群組204與熱敏電阻206間係為電性並聯，第一發光二極體群組202具有一等效內建電阻值R₁，第二發光二極體群組204具有一等效內建電阻值R₂，及熱敏電阻206具有一電阻值R_PTC，其中R₁及R₂約隨溫度上升而減小。如第1圖所示，當發光二極體單元208為紅光或藍光發光二極體時，且T由20℃上升至80℃，R₁及R₂各自約減少7~8%。具有正溫度係數之熱敏電阻206之電阻值R_PTC與溫度有一關係式，亦即，當溫度上升時，R_PTC會以一線性或非線性關係上升。在發光裝置200的操作期間，一約介於20~1000毫安培(mA)的電流I₁，流過第一發光二極體群組202，且分流為流經第二發光二極體群組204的電流I₂以及流經熱敏電阻206的電流I₃，其中I₁=I₂+I₃。此外，第二發光二極體群組204二端之電位差等於熱敏電阻206二端之電位差，即I₃*R_PTC=I₂*R₂，因此，從以上二關係式可得知，流經第二發光二極體群組204之電流I2約與R_PTC/(R₂+R_PTC)呈正相關，即I₂分別與R_PTC呈正相關且與R₂呈負相關。本實施例中，於操作時，發光裝置200的溫度會上升。例如：當溫度由20℃之起始操作溫度(第二溫度)上升至80℃之穏定溫度(第一溫度)時，熱敏電阻206之電阻值R_PTC因溫度上升而隨之上升，而第二發光二極體群組204之電阻值R₂因溫度上升而隨之減小，因此，在固定電流(I₁為固定值)的情形下，通過第二發光二極體群組204之電流I₂因而增加，且第二發光二極體群組204之光輸出功率亦隨I₂增加而提高。換言之，第二發光二極體群組204之光輸出功率可利用R_PTC加以控制，以減少第二發光二極體群組204之光輸出功率因其熱冷係數於溫度上升 時所產生之衰減，達到溫度補償之功能。此外，透過調整第一及第二發光二極體群組所具有之發光二極體單元數量，或挑選適合的溫度係數之熱敏電阻，亦可抵消或控制發光裝置其熱冷係數受溫度上升所造成的光輸出功率之衰減。須注意的是，溫度可為接面溫度或環境溫度，且在穩態時接面溫度等於環境溫度。

在一實施例中，第一發光二極體群組202可發出具有450nm~490nm波長的藍光且第二發光二極體群組204可發出具有610nm~650nm波長的紅光。第一發光二極體群組202中的發光二極體單元208包含大於0.85的熱冷係數且第二發光二極體群組204中的發光二極體單元208包含小於0.85的熱冷係數。

第2B圖顯示本發明之發光裝置之第二實施例電路示意圖。第一發光二極體群組202可發出具有450nm~490nm波長的藍光且第二發光二極體群組204可發出具有610nm~650nm波長的紅光。溫度補償元件包含一第一電阻206及一第二電阻207。在本實施例中，第一電阻206與第二發光二極體群組204並聯連接。第二電阻207與第一電阻206串聯連接且與第二發光二極體群組204並聯連接。在本實施例中，第一電阻206，例如熱敏電阻，具有一第一電阻溫度係數，且第二電阻207具有一第二電阻溫度係數。第一電阻溫度係數之絕對值比第二電阻溫度係數之絕對值大十倍以上。此外，第一電阻溫度係數及第二電阻溫度係數皆為正值。在一實施例中，第一電阻206具有一第一電阻值且第二電阻207具有一第二電阻值。第一電阻值小於第二電阻值。根據實際的需求，第一電阻值亦可大於或等於第二電阻值。

須注意的是，發光裝置200在第一溫度具有一第一色溫且在第二溫度具有一第二色溫。第二色溫小於第一色溫。當發光裝置200的亮度大於800 流明時，第一色溫與第二色溫的差值小於300K。第一色溫大於第二色溫。第一溫度與第二溫度的差值大於20℃。

如第3圖所示，本發明之第三實施例所揭露之具有正溫度係數的熱敏電阻206，可同時與第一發光二極體群組202以及第二發光二極體群組204電性並聯。因此，發光裝置300之溫度上升時，通過第一發光二極體群組202以及第二發光二極體群組204之電流較起始溫度時為高。

第4圖為顯示本發明之發光裝置之第四實施例電路示意圖，發光裝置400包含一發光二極體群組402以及一具有負溫度係數之熱敏電阻405。發光二極體群組402包含彼此串聯之複數個發光二極體單元408，發光二極體群組402包含可發出波長範圍位於可見光或不可見光範圍之發光二極體，例如包含紅光、藍光、或紫外光波長範圍之發光二極體，或由A1GaInP系列材料或GaN系列材料為主之發光二極體。

本實施例中，發光二極體群組402與熱敏電阻405間係為電性串聯，發光二極體群組402具有一等效內建電阻值R₁，熱敏電阻406具有一電阻值R_NTC；其中R₁約隨溫度上升而減小。如第1圖所示，當發光二極體單元408為紅光或藍光發光二極體時，T由20℃上升至80℃，R₁約減少7~8%。具有負溫度係數之熱敏電阻405之電阻值R_NTC與溫度有一關係式，例如當溫度上升時，R_NTC會以一線性或非線性關係下降。發光裝置400於定電壓操作時，在輸入值V_in之定電壓下，流過發光二極體群組402的電流I₁約介於20~1000毫安培。依據歐姆定律，電流I₁與發光二極體群組402與熱敏電阻405之總電阻成反比，亦即I₁=V_in/(R₁+R_NTC)。換言之，通過發光二極體群組402之電流I₁與R_NTC及R₁呈負相關。本實施例中，操作時，發光裝置400之溫度會上升。例如：當溫度由20℃之起始操作溫度(第二溫度)上升至80℃之穏定溫度(第一溫度)時，熱敏電阻 405之電阻值R_NTC及發光二極體群組402之電阻值R₁如前述均隨溫度上升而下降，因此，I₁隨之上升，使得發光二極體群組402之光輸出功率隨I1上升而提高。換言之，發光二極體群組402之光輸出功率可利用R_NTC加以控制，以減少發光二極體群組402之光輸出功率因其熱冷係數於溫度上升時所產生之衰減，達到溫度補償之功能。此外，透過調整發光二極體群組402所具有之發光二極體單元數量，及/或挑選適合的溫度係數之熱敏電阻，亦可減少發光裝置因其熱冷係數受溫度上升所造成的光輸出功率衰減。

第5圖為顯示本發明之發光裝置500之第五實施例電路示意圖。發光裝置500包含一第一發光模組510、一與第一發光模組510並聯連接之第二發光模組520、以及一與第二發光模組520電性連接且具有正溫度係數之熱敏電阻506。第一發光模組510包含一第一發光二極體群組502，第二發光模組520包含一第二發光二極體群組503及一第三發光二極體群組504。第一發光二極體群組502包含一具第一數量彼此串聯之第一發光二極體單元507，第二發光二極體群組503包含一具第二數量彼此串聯之第二發光二極體單元508，第三發光二極體群組504包含一具第三數量彼此串聯之第二發光二極體單元508；其中，熱敏電阻506與第三發光二極體群組504電性並聯，並且與第二發光二極體群組503電性串聯。第一發光模組510或第一發光二極體單元507具有一熱冷係數約大於0.85；第二發光模組520或第二發光二極體單元508具有一熱冷係數小於第一發光模組510或第一發光二極體單元507，例如熱冷係數小於0.85，或較佳地小於0.8。於本實施例中，第一發光二極體單元507係包含熱冷係數約為0.88且可發出具有450nm~490nm波長的藍光發光二極體；第二發光二極體單元508係包含熱冷係數約為0.63且可發出具有610nm~650nm波長的紅光發光二極體，但並不以此為限，亦可包含其他可發出可見光波長或不可見光波長範圍之發光二極體，例如綠 光、黃光、或紫外光波長範圍的發光二極體，或由AlGaInP系列材料或GaN系列材料為主之發光二極體。

本實施例中，第三發光二極體群組504與熱敏電阻506間係為電性並聯，第二發光二極體群組503具有一等效內建電阻值R₁，第三發光二極體群組504具有一等效內建電阻值R₂，熱敏電阻506具有一電阻值R_PTC，其中R₁及R₂約隨溫度上升而減小。如第1圖所示，當第二發光二極體單元為紅光或藍光發光二極體時，R₁及R₂各自約減少7~8%；而具有正溫度係數之熱敏電阻506其電阻值R_PTC與溫度有一關係式，例如當溫度上升時，R_PTC會以一線性或非線性關係上升。在發光裝置500的操作期間，一電流I₀分流為流過第一發光模組510的I₁以及流過第二發光模組520的I₂。經過第二發光模組520之第三發光二極體群組504與熱敏電阻506時，I₂分流為流經第三發光二極體群組504的I₃以及流經熱敏電阻506的I₄，其中I₂=I₃+I₄。又，第三發光二極體群組504二端之電位差等於熱敏電阻506二端之電位差，即I₄*R_PTC=I₃*R₂。因此，從以上二關係式可得知，流經第三發光二極體群組504之電流I₃與R_PTC/(R₂+R_PTC)呈正相關，即I₃分別與R_PTC呈正相關，以及與R₂呈負相關。本實施例中，於操作時，發光裝置500之溫度會上升，例如：當溫度由20℃之起始操作溫度(第二溫度)上升至80℃之穏定溫度(第一溫度)時，熱敏電阻506之電阻值R_PTC因溫度上升而隨之上升，且第三發光二極體群組504之電阻值R2因溫度上升而隨之減小，因此，I₃隨溫度上升而上升，使得第三發光二極體群組504之光輸出功率隨I₃上升而提高。於本實施例中，因為第一發光模組510之熱冷係數較第二發光模組520大，因此第二發光模組520之光輸出功率隨溫度上升而衰退的幅度大於第一發光模組510，造成第一發光模組510與第二發光模組520發出之混合光色隨溫度上升而往第一發光模組510之光色偏移。 然而藉由控制熱敏電阻506之R_PTC，可以減少第二發光模組520之光輸出功率因其熱冷係數於溫度上升時所產生之衰減，達到溫度補償之功能。此外，透過調整第二及第三發光二極體群組所具有之發光二極體單元數量，或挑選適合的溫度係數之熱敏電阻，亦可抵消或控制第二發光模組因其熱冷係數受溫度上升所造成的光輸出功率之衰減。再者，本實施例中所揭露之熱敏電阻506可同時與第二發光二極體群組503以及第三發光二極體群組504電性並聯，因此，當發光裝置之溫度升高時，通過第二發光二極體群組503以及第三發光二極體群組504之電流較起始溫度時為高。

本發明之第六實施之發光裝置600如第6圖所示。第六實施例與第五實施例之差異在於第二發光模組520係與一具有負溫度係數之熱敏電阻605串聯連接，並且基於類似於第四實施例及第五實施例，達到本發明之溫度補償功用。此外，前述第五及第六實施例之第一發光模組及第二發光模組並不限於並聯連接，亦可以各自連接至一獨立控制之電流源或電壓源，仍屬於本發明之一部份。

第6A圖為顯示本發明之發光裝置601之另一實施例電路示意圖。發光裝置601包含一第一發光模組510、一第二發光模組520、一熱敏電阻605(溫度補償元件)以及一開關元件607。在本實施例中，第一發光模組510包含一第一發光二極體群組502，第二發光模組520包含一第二發光二極體群組504。第一發光二極體單元502可發出具有一波峰波長為450nm~490nm波長的藍光；第二發光二極體單元可發出具有一波峰波長為610nm~650nm波長的紅光。第二發光模組520的熱冷係數小於第一發光模組510的熱冷係數。換言之，第二發光模組520的溫度係數大於第一發光模組510的溫度係數(第二發光模組520光輸出效率受 溫度的影響大於第一發光模組510)。第一發光模組510與第二發光模組520並聯連接。第二發光模組520串聯連接至熱敏電阻605。熱敏電阻605為一具有負溫度係數的電阻(R_NTC)。開關元件607電連接在第二發光模組520與熱敏電阻605之間。在此實施例中，開關元件607為一雙載子接面電晶體(BJT)，因此，流經第二發光二極體群組504的電流(I_C)實質上等於流經熱敏電阻605的電流(I_E)。詳言之，雙載子接面電晶體具三個節點(node)：射極(emitter，節點E)、集極(collector，節點C)、及基極(base，節點B)。節點C連接至第二發光二極體群組504且節點E連接至熱敏電阻605。一電壓調變裝置511連接在節點M及節點N之間。節點M的電壓等於節點B的電壓。需注意的是，施加於電壓調變裝置511之節點M及節點N間的電壓(V_MN)等於節點B及節點N間的電壓(V_BN)。節點B及節點N間的電壓(V_BN)包含節點B及節點E間的接面電壓(V_BE)及跨過熱敏電阻605的電壓(V_{R_NTC})，因此，V_MN=V_BE+V_{R_NTC}。例如：電壓調變裝置511包含兩矽基材質的二極體，因此V_MN=1.4V，且當雙載子接面電晶體為一矽電晶體時，接面電壓V_BE=0.7V；即V_{R_NTC}=1.4V-0.7V=0.7V。根據歐姆定律V_{R_NTC}=I_E*R_{_}NTC，電流I_E可由V_{R_NTC}及R_NTC所調整或決定。同樣地，因為I_C≒I_E，流經第二發光二極體群組504的電流(I_C)也可由V_{R_NTC}及R_NTC所決定。另一實施例中，開關元件607可包含功率雙載子接面電晶體、雙載子接面電晶體、異質接面雙載子電晶體、金屬-氧化物-半導體場效電晶體、功率金屬-氧化物-半導體場效電晶體、高電子遷移率電晶體(HEMT)、矽控整流器(SCR)、絕緣柵雙極電晶體(IGBT)、或及其組合。

參考第6A圖，例如：發光裝置601在一定電壓下操作。發光裝置601在溫度20℃的操作期間，流經第一發光二極體群組502的電流I₁(20℃)在固定 輸入電壓V_in約為20~1000毫安培(mA)，以及流經第二發光二極體群組504與熱敏電阻605的電流I_C(20℃)(≒I_E(20℃))在固定輸入電壓V_in約為20~1000毫安培(mA)。因第二發光二極體群組504與開關元件607及熱敏電阻605串聯連接，固定輸入電壓V_in為第二發光二極體群組504的順向電壓(V_LED)、節點C及節點E的電壓(V_CE)以及熱敏電阻605電壓(V_{R_NTC})的總和，即V_in=V_LED+V_CE+V_{R_NTC}。

值得注意的是，因為熱敏電阻605為一具有負溫度係數的電阻(R_{_}NTC)，熱敏電阻之電阻值R_NTC會隨著溫度上升而降低。雖然電壓調變裝置511的電壓也會隨著溫度上升而降低，然其變異性比熱敏電阻605要小的多。因此，在溫度80℃下，流經熱敏電阻605淨電流是增加的，即流經熱敏電阻605的電流在溫度80℃比在溫度20℃要大。更者，因為流經第二發光二極體群組504的電流(I_C)實質上等於電流(I_E)，電流(I_C)也跟著增加，亦即，流經第二發光二極體群組504的電流在溫度80℃比在溫度20℃要大。藉此，第二發光二極體群組504之光輸出功率因其較小之熱冷係數(或較大之溫度係數)於溫度上升時所產生之衰減可被減緩，進而使第二發光二極體群組504之紅光光輸出功率與第一發光二極體群組502之藍光光輸出功率間的相對穩態比例可於不同溫度下維持一定值。因此，在不同溫度下發光裝置601仍具有一穩定的色溫。

在本實施例中，開關元件607的功能係於操作期間調節(regulate)流經第二發光二極體群組504的電流。即，當電壓偏離一預定範圍時，電流仍可控制在一預設範圍。具體而言，在製造過程中，第二發光二極體群組504的順向電壓(V_LED)也許與一預設值有所偏差。然而，由於開關元件607的存在，可施加一偏移電壓(off voltage)在開關元件607上。因此，不需因發光二極體群組彼此間的順向電壓差異而個別地調整熱敏電阻605(例如：具有不同順向電壓的兩 發光二極體群組可個別連接至完全相同之熱敏電阻)，且藉由開關元件607即可使流經發光二極體群組的操作電流維持在同一電流值。此外，當溫度從20℃上升至80℃，因為第二發光二極體群組504的順向電壓(V_LED)會降低，第二發光二極體群組504的額外電壓變異(△V=V_LED(20℃)-V_LED(80℃))也可施加在開關元件607上，而不影響跨過熱敏電阻605的電壓。進一步而言，因為此電路配置，流經第二發光二極體群組504的電流(I_C)主要由電壓調變裝置511所決定，因此，藉由開關元件607，在不同溫度下，電流仍可保持在一預定值。第6B圖顯示本發明之發光裝置602之另一實施例電路示意圖。發光裝置602具有一類似發光裝置601的電路圖。一開關元件608及一電阻609電連接至第一發光二極體群組502。開關元件608放置在第一發光二極體群組502及電阻609間。同樣地，由於此電路配置，流經第一發光二極體群組502的電流以及流經第二發光二極體群組504的電流主要由電壓調變裝置511所決定。此外，藉由開關元件608，當第一發光二極體群組502的順向電壓(V_LED)隨著溫度上升而降低時，第一發光二極體群組502順向電壓的額外電壓變異(△V=V_LED(20℃)-V_LED(80℃))也可施加在開關元件608上，且電流仍維持在一預定值。開關元件608包含功率雙載子接面電晶體、雙載子接面電晶體、異質接面雙載子電晶體、金屬-氧化物-半導體場效電晶體、功率金屬-氧化物-半導體場效電晶體、高電子遷移率電晶體(HEMT)、矽控整流器(SCR)、絕緣柵雙極電晶體(IGBT)、或及其組合。熱敏電阻605具有一第一電阻溫度係數且電阻609具有一第二電阻溫度係數；第一電阻溫度係數之絕對值比第二電阻溫度係數之絕對值大十倍以上。

第7圖顯示本發明前述各實施例所揭示之發光二極體群組之結構示意圖。發光二極體群組700包括一基板710以及複數個發光二極體單元共同地 以一陣列形式成長或接合於基板710上，並以溝渠711隔開。各複數個發光二極體單元包括一n型接觸層720形成於基板710之上、一n型束縛層(cladding layer)730形成於接觸層720之上、一活性層(active layer)740形成於n型束縛層730之上、一p型束縛層750形成於活性層740之上、一p型接觸層760形成於p型束縛層750之上、一連接導線770電性連接各發光二極體單元之n型接觸層720至另一發光二極體單元之p型接觸層760以形成一串聯結構、以及一絶緣層780形成於溝渠711與連接導線770之間，以防止不避要之短路路徑。n型束縛層730及p型束縛層750分別提供電子及電洞，使電子、電洞於活性層740中結合以發光。接觸層提供一歐姆接觸介面於一電極及束縛層之間。於本發明之一實施例，發光二極體群組700包含複數個發光二極體單元共同形成於單一基板之高壓陣列單晶片，例如為發出藍光且操作電壓在60~120V之藍光高壓陣列單晶片或發出紅光且操作電壓在30~50V之紅光高壓陣列單晶片。操作電壓取決於串聯之發光二極體單元之數量。其中，所述之n型或p型接觸層、n型或p型束縛層、或活性層之材料係包含III-V族化合物，例如包含Al_xIn_yGa_(1-x-y)N或Al_xIn_yGa_(1-x-y)P，其中，0≦x，y≦1；(x+y)≦1。

第8圖為本發明發光裝置第五或第六實施例之結構示意圖，其中發光裝置500或600之第一發光模組510包含如第7圖所揭示之藍光高壓陣列單晶片，以及第二發光模組520包含如第7圖所揭示之紅光高壓陣列單晶片電性連接於一熱敏電阻506或605；二個電極509係電性連接至第一發光模組510及第二發光模組520並用以接收一電源訊號；其中，第一發光模組510、第二發光模組520、溫度補償元件(熱敏電阻506、605)、以及電極509係共同形成於一載板501上。

第9圖為顯示本發明之發光裝置800之第七實施例電路示意圖。發光裝置800包含一第一發光二極體群組802及一第二發光二極體群組804。第一發光二極體群組802包含一具第一數量彼此串聯之第一發光二極體單元808，第二發光二極體群組804包含一具第二數量彼此串聯之第二發光二極體單元810，第一發光二極體群組802與第二發光二極體群組804彼此串聯連接。發光二極體單元808、810包含可發出波長範圍位於可見光或不可見光範圍之發光二極體，例如包含紅光、藍光、或紫外光波長範圍之發光二極體，或由AlGaInP系列材料或GaN系列材料為主之發光二極體。在此實施例中，第一發光二極體群組802可發出具有450nm~490nm波長的藍光且第二發光二極體群組804可發出具有610nm~650nm波長的紅光。發光裝置800更包含一溫度補償元件82並聯連接至第二發光二極體群組804。溫度補償元件82可為一電子操作形式或一機械操作形式。在本實施例中，溫度補償元件82為機械操作形式且包含複數個電阻組件821。每一電阻組件821包含一電阻8211及一機械式開關8212。開關8212包含微致動器、單向或雙向形狀記憶合金(one-way or two way-shaped memory alloy)、雙金屬片(bi-metallic strip)或毛細管溫控開關(capillary thermostat switch)。每一電阻組件821中的電阻8211具有相同的電阻值。在另一實施例中，每一電阻組件821中的電阻8211可依據實際需求而具有不同的電阻值。電阻組件821的數目亦可改變。開關可依據設計而隨著溫度作開(disconnected)或關(connected)的控制。

在本實施例中，開關8212為一雙向形狀記憶合金，形狀記憶合金的形狀可隨著溫度改變而形變。在一第一階段，參照第10A圖，發光裝置800於20℃的操作期間，形狀記憶合金8212連接至電阻8211，使得電阻8211(在本實施例中，以三個電阻為例子)並聯連接至第二發光二極體群組804。因此，流經 第一發光二極體群組802之20~1000毫安培的電流I₁₁分流為流經第二發光二極體群組804的電流I₂₁以及流經溫度補償元件82的電流I₃₁；其中，I₁₁=I₂₁+I₃₁。在一第二階段，參照第10B圖，溫度為40℃，其中一形狀記憶合金8212的形狀形變而使得一個電阻8211未連接至第二發光二極體群組804，因此電阻組件821的總電阻增加(亦即溫度補償元件的電阻增加)且流過溫度補償元件82的電流I₃₂(<I₃₁)變小。因為流經第一發光二極體群組802的電流I₁₂(=I₁₁=I₂₂+I₃₂)是固定的，當溫度補償元件82的電阻增加，流經第二發光二極體群組804的電流I₂₂(>I₂₁)因此增加。同樣地，在一第三階段，參照第10C圖，溫度為60℃，另一形狀記憶合金8212的形狀亦形變而使得兩個電阻8211未連接至第一發光二極體群組804，因此相較於第10B圖，電阻組件821的總電阻係增加(亦即溫度補償元件的電阻亦增加)，且流過溫度補償元件82的電流I₃₃(<I₃₂)變小。流經第二發光二極體群組804的電流I₂₃(>I₂₂)因此增加。在一第四階段，參照第10D圖，溫度為80℃，三個形狀記憶合金8212的形狀皆形變而使得所有電阻8211未連接至第二發光二極體群組804，因此流經第一發光二極體群組802的電流I₁₄(=I₁₁=I₁₂=I₁₃)並未被分流且此電流亦流經第二發光二極體群組804(I₂₄>I₂₃)。藉由斷開電阻組件821與第二發光二極體群組804間的連接，電阻組件821的總電阻會隨之增加(即溫度補償元件的電阻增加)，且當流經溫度補償元件82及流經第二發光二極體群組804的電流為固定值時，電阻組件821總電阻的增加會使得流經溫度補償元件82的電流減少且流經第二發光二極體群組804的電流增加。因此，可控制溫度補償元件的電阻，以減少第二發光二極體群組804之光輸出功率因其熱冷係數於溫度上升時所產生之衰減，達到溫度補償之功能。需注意的是，當每一電阻組件的電阻值為相同時，第一階段與第二階段間電阻值的第一差異小於第二階段 與第三階段間電阻值的第二差異。第二差異小於第三階段與第四階段間電阻值的第三差異。在一實施例中，每一電阻組件的電阻值可為不同。

第11A~11C圖為顯示本發明之發光裝置第八實施例電路示意圖。如第11A圖所示，溫度補償元件82'並聯連接至第二發光二極體群組804。溫度補償元件82'包含一具有一第一電阻值之第一電阻8214、一具有一第二電阻值之第二電阻8215及一開關8212。第二電阻值小於第一電阻值。第一電阻值比第二電阻值至少大二倍以上。開關8212為一形狀記憶合金。於20℃的操作期間，如第11B圖所示，開關8212連接至第二電阻8215而未連接至第一電阻8214。流經第一發光二極體群組802的電流I₁₅分流為流經第二發光二極體群組804的電流I₂₅以及流經第二電阻8215的電流I₃₅；其中，I₁₅=I₂₅+I₃₅。在溫度50℃時，如第11C圖所示，開關8212的形狀改變因而斷開與第二電阻8215的連接且連接至第一電阻8214，第一電阻的電阻值大於第二電阻的電阻值。因為流經第一發光二極體群組802的電流I₁₆(=I₁₅=I₂₆+I₃₆)是固定的，當溫度補償元件82'的電阻增加，流經溫度補償元件82'的電流I₃₆(<I₃₅)會減少，進而使得流經第二發光二極體群組804的電流I₂₆(>I₂₅)增加。在溫度80℃時，如第11D圖所示，開關8212的形狀改變且皆未與第一電阻8214及第二電阻8215連接，藉此，流經第一發光二極體群組802的電流I17並未被分流且此電流亦流經第二發光二極體群組804(I₂₇>I₂₆)。因此，可控制溫度補償元件82'的電阻，以減少第二發光二極體群組804之光輸出功率因其熱冷係數於溫度上升時所產生之衰減，達到溫度補償之功能。

第12A及12B圖為顯示本發明之發光裝置第九實施例電路示意圖。如第12A圖所示，溫度補償元件92包含一單向形狀記憶合金921、一導電彈簧922、及一電阻923。在溫度20℃時，形狀記憶合金921具有一端點固定於導電 彈簧922之一端點，且形狀記憶合金921之此端點與第二發光二極體群組804在一接點9211形成連接。導電彈簧922具有另一端點與電阻923連接，因此電阻923與第二發光二極體群組804並聯連接。流經第一發光二極體群組802的電流I₁₈分流為流經第二發光二極體群組804的電流I28以及流經電阻923的電流I₃₈。在溫度80℃時(或40℃或60℃)，形狀記憶合金921會改變形狀且加壓於導電彈簧922，藉此斷開導電彈簧922與電阻923間的連接，如第12B圖所示。因此，流經第一發光二極體群組802的電流I₁₉並未被分流且此電流亦流經第二發光二極體群組804。接著，當溫度從80℃降低至20℃時，存在於導電彈簧922中的彈簧力(restoring force)被釋放且迫使形狀記憶合金921連接至第二發光二極體群組804，因而再次使得電阻923與第二發光二極體群組804並聯連接。

第13圖顯示本發明之發光裝置第十實施例電路示意圖。溫度補償元件82"為一電子操作形式且包含一溫度感測單元832、一溫度偵測電路831、一開關電路830、及複數個電阻834。開關電路830包含雙載子接面電晶體、功率雙載子接面電晶體、異質接面雙載子電晶體、金屬-氧化物-半導體場效電晶體、功率金屬-氧化物-半導體場效電晶體、高電子遷移率電晶體(HEMT)、矽控整流器(SCR)、絕緣柵雙極電晶體(IGBT)、或及其組合。溫度偵測電路831及開關電路830可整合為一積體電路。操作時，溫度感測單元832感測一溫度並傳送一訊號至溫度偵測電路831。之後，溫度偵測電路831基於來自溫度感測單元832的訊號以控制開關電路830使得電阻834連接或不連接第二發光二極體群組804。類似顯示在第9~10D圖第七實施例，在溫度20℃時，所有的電阻834皆與第二發光二極體群組804並聯連接。在溫度40℃時，其中一個電阻未與第二發光二極體群組804連接。在溫度60℃時，兩個電阻未與第二發光二極體群組804連接。在溫度80℃時，所有的電阻皆未與第二發光二極體群組804連接。

第14圖顯示本發明之發光裝置900第十一實施例電路示意圖。發光裝置900包含一第一發光二極體群組902及一第二發光二極體群組904。第一發光二極體群組902包含一具第一數量彼此串聯之發光二極體單元908，第二發光二極體群組904包含一具第二數量彼此串聯之發光二極體單元908，且第一發光二極體群組902與第二發光二極體群組904電性串聯。發光裝置900具有與第十實施例之發光裝置類似的結構。發光裝置900更包含一發光二極體單元906與第二發光二極體群組904電性並聯。發光二極體單元906、908、910包含可發出波長範圍位於可見光或不可見光範圍之發光二極體，例如包含紅光、藍光、或紫外光波長範圍之發光二極體，或由AlGaInP系列材料或GaN系列材料為主之發光二極體。發光裝置900包含溫度補償元件82"、一電流偵測單元841及一電流偵測電路840。電流偵測單元偵測流經第二發光二極體群組904的電流並傳送一訊號至電流偵測電路840。之後，電流偵測電路840基於來自電流偵測單元841的電流訊號以控制發光二極體單元906是否發光。在本實施例中，發光二極體單元906、910發紅光且發光二極體單元908發藍光。當電流小於3mA時，紅光發光二極體之光輸出效率的衰減大於藍光發光二極體之光輸出效率的衰減。因此，當電流偵測單元841偵測到流經第二發光二極體群組904的電流小於3mA時，來自電流偵測單元841的訊號會傳送至電流偵測電路840以控制並使得發光二極體單元906發光。在此實施例中，溫度補償元件82"電流偵測電路840可整合為一積體電路。

需了解的是，本發明中上述之實施例在適當的情況下，是可互相組合或替換，而非僅限於所描述之特定實施例。本發明所列舉之各實施例僅用以說明本發明，並非用以限制本發明之範圍。任何人對本發明所作之任何顯而易見之修飾或變更接不脫離本發明之精神與範圍。

601‧‧‧發光裝置

502‧‧‧第一發光二極體群組

504‧‧‧第二發光二極體群組

510‧‧‧第一發光模組

511‧‧‧電壓調變裝置

520‧‧‧第二發光模組

605‧‧‧熱敏電阻

607‧‧‧開關元件

Claims (10)

1. 一發光裝置，包含：一第一發光二極體群組具有一第一熱冷係數，包含一第一端點、一第二端點、以及一複數個彼此串連的第一發光二極體單元；一第二發光二極體群組具有一比該第一熱冷係數大的第二熱冷係數，並與該第一發光二極體群組於該第二端點電性串聯；以及一溫度補償元件不包含二極體元件且於該第一端點與該第二端點與該第一發光二極體群組電性並聯，並具有彼此串連的一第一電阻與一第二電阻，其中，該第一電阻具有一第一溫度係數，該第二電阻具有一第二溫度係數；該第一溫度係數之絕對值比該第二溫度係數之絕對值大十倍以上；以及其中該第一發光二極體群組與該第二發光二極體群組同時發出不同顏色的光。
2. 如申請專利範圍第1項所述之發光裝置，其中，該第一溫度係數是正的。
3. 如申請專利範圍第1項所述之發光裝置，其中，該第二溫度係數是正的。
4. 如申請專利範圍第1項所述之發光裝置，其中，該第一發光二極體群組包含一發出紅光的發光二極體。
5. 如申請專利範圍第1項所述之發光裝置，其中，該第二發光二極體群組包含一複數個彼此串連的第二發光二極體單元。
6. 如申請專利範圍第5項所述之發光裝置，其中，該第二發光二極體群組包含一發出藍光的發光二極體。
7. 如申請專利範圍第1項所述之發光裝置，更包含一載板，其中該第一發光二極體群組、該第二發光二極體群組及該溫度補償元件形成在該載板上。
8. 如申請專利範圍第1項所述之發光裝置，其中，該溫度補償元件具有一電阻值，該電阻值於一第一溫度時高於該電阻值於一第二溫度，該第二溫度比該第一溫度低。
9. 一發光裝置，包含：一第一發光二極體群組包含一第一端點、一第二端點、以及一複數個彼此串連的第一發光二極體單元；一第二發光二極體群組與該第一發光二極體群組於該第二端點電性串聯，並包含一複數個彼此串連的第二發光二極體單元；以及一溫度補償元件不包含二極體元件於該第一端點與該第二端點與該第一發光二極體群組電性並聯，並具有彼此串連的一第一電阻與一第二電阻；其中，該第一電阻具有一第一溫度係數，該第二電阻具有一第二溫度係數；該第一溫度係數之絕對值比該第二溫度係數之絕對值大十倍以上；其中該第一發光二極體群組與該第二發光二極體群組同時發出不同顏色的光，其中，該發光裝置於一第一溫度具有一第一色溫，於一第二溫度具有一第二色溫，該第二溫度比該第一溫度低，其中，該第一溫度與該第二溫度的差距大於20度，且該第一色溫與該第二色溫的差距小於300K。
10. 如申請專利範圍第9項所述之發光裝置，其中，該第一色溫比該第二色溫高。