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    • 专利摘要:
    本發明揭示固態照明裝置(200)及固定器(100)，其中電容器板(110、210)形成於該固定器中及該照明裝置中，以當該照明裝置置於該固定器中時，形成具有一或多個中間介電質之AC耦合電容器(C1、C2)，以供電給該照明裝置之一驅動器電路(220)，同時提供不具有暴露之帶電佈線之一固定器。
    公开号:TW201301943A
    申请号:TW101116979
    申请日:2012-05-11
    公开日:2013-01-01
    发明作者:Bruce Richard Roberts；Josip Brnada；Deeder Aurongzeb
    申请人:Gen Electric；
    IPC主号:H05B45-00
    专利说明:
    用於薄膜固態照明之隔離電容器驅動電路
    由於能量效率提高、外形較薄及容易適應不同形狀之照明裝置，固態照明(SSL)裝置(諸如發光二極體(LED)、有機發光二極體(OLED)及有機發光電晶體(OLET))正成為螢光燈及其他更多習知形式之光源之一流行替代方案。通常利用薄膜技術製造SSL，從而允許照明裝置構造成一較薄可撓結構。LED及OLED係由DC電流驅動，及因此用於此等裝置之固定器必須包含驅動器電路以與習知AC電源介接。由於此等裝置繼續被用於各種照明應用中，所以需要新技術及互連方案以供電給SSL光源。
    本發明提供一種有利於薄膜固態照明(SSL)裝置之電連接及機械連接的隔離驅動拓樸，其中一電容器耦合AC電路提供跨介於該照明裝置與一相關固定器之間之介面處之一隔離阻障之能量。隔離電路之二次(裝置)側包含一或多個整流器組件以整流該AC信號，以用DC電流驅動SSL裝置。本發明由此以一簡單且具成本效益之方式提供用於供電給撓性照明裝置之一安全經濟解決方案，其中該固定器可完全無暴露之帶電導體。該隔離電路因此可很容易地斷開且不會使一使用者暴露於電擊危險之情況，且整個總成可以比較簡單且具成本效益。本發明找到各種可能應用中之效用，例如，其中可將一非剛性驅動器併入於一撓性SSL光源中。可利用此等裝置(例如)作為照明壁紙，其中一基座結構為該光源膠合或以其他方式貼附於其上之一壁或天花板結構(例如，石膏板)之部分。另外，可很容易改變本發明之照明裝置，例如，允許一使用者週期性地改變光之色彩及/或搭配更新的室內裝飾主體。再者，若SSL光源結構是可撓的，則應用不限於照明裝置之平面定位。
    本發明之一或多個態樣係關於一種固態照明裝置，其包含全部或至少部分由絕緣材料構成之一基座結構，其中兩個或多個導電板結構面向該基座之一第一側壁外。該照明裝置亦包含一驅動器電路，其中第一及第二AC輸入端連接至板結構以及第一及第二DC輸出端為具有一或多個固態光源之一光板提供電力。
    在某些實施例中，該基座結構之第一側係平坦的。在某些實施例中，各板結構之第一側係平坦的及第一板側及該第一基座結構側可係共面的。再者，在一些實施例中，各板結構之第一板側可係暴露的。在其他實施例中，各板結構之第一板側覆蓋有一介電質材料。
    在某些實施例中，驅動器電路包含具有一或多個二極體之一整流器，諸如在一實例中具有四個二極體之一全橋整流器。在一些實施例中，(若干)整流器二極體係製造成併入於固態光源中之一或多個薄膜層。在其他實施例中，(若干)二極體係離散裝置。
    在某些實施例中，光板包含耦合於驅動器電路之DC輸出端之間之一或多個有機發光二極體(OLED)型固態光源。
    提供一固定器用於一固態照明裝置，其包含經組態以沿一第一基座結構側接收一固態照明裝置之一基座結構，其中該基座結構係全部或至少部分由一絕緣材料構成。該固定器包含定位於該基座結構中之第一及第二板結構，各者係由一導電材料構成且個別包括面向該第一基座結構側外並與該第一基座結構側內部相隔之一第一板側，以及一連接用於將該板結構電耦合至一AC電源。
    在某些實施例中，固定器基座結構包含用於接收固態照明裝置之一凹口。在一些實施例中，至少部分用一介電質材料(諸如在某些實施方案中之基座結構材料)填充第一板側之各者與第一基座結構側之間之一間隙。再者，在某些實施例中，第一基座結構側及板結構之各者之第一板側係共面的。
    以下詳細描述內容及圖式中提出一或多個例示性實施例。
    現參考圖式，全文中相同參考數字係用以指代相同元件且各種特徵不一定按比例繪製。圖1中顯示一種固態照明(SSL)系統2，其可由一單一或多相AC電源4供電。系統2包含提供至AC電源4之連接6之一固定器或燈插座100及用於將來自電源4之電力AC耦合至一相關固態照明(SSL)裝置200之一驅動器電路220之固定板(110)。SSL裝置200包含具有第一及第二DC電源端232及234以及一或多個固態光源231之一固態照明板230。在某些實施例中，SSL源231為基於半導體之發光二極體(LED)。在其他實施例中，光板230包含一或多個有機發光二極體(OLED)，其可以任何適合串聯及/或並聯電路組態連接於DC連接232與234之間。在其他實施例中，光板可為任何適合形式之固態照明源(包含但不限於LED、OLED及/或有機發光電晶體(OLET)或其等之組合)。
    SSL裝置200包含兩個或更多導電板結構210，其等經定位以當照明裝置200安裝於固定器或插座100中時與固定板110大體對齊。當固定板110及照明裝置板210彼此定向於恰當相對位置中時，各對板110/210形成一AC耦合電容器(例如，本文中提供之示意圖中之C1及C2)，其係用以將來自電源4之AC輸入電源耦合至驅動器電路220。
    亦參考圖2，驅動器電路220可為包含一或多個組件之任何適合形式之電路，藉由此電路轉換照明裝置板210處接收之AC輸入電源而將DC輸出電源提供至DC端232及234。在圖2之實例中，驅動器220包含一整流器電路，該整流器電路利用連接為一全橋整流器之二極體D1至D4提供輸入AC電源之全波整流。在其他實例中可提供一半波整流器，及甚至可使用一簡單單一二極體整流器電路以將AC電源轉換成DC輸出端232及234處的DC驅動器輸出電源。
    亦參考圖3至圖5，圖3及圖4繪示固定器100及SSL照明裝置200之第一實施例之剖面俯視平面圖。固定器100及照明裝置200在圖3中顯示之視圖中係分離的，及照明裝置200在圖4中係安裝於固定器100中。在此等實施例中，插座100包含全部或部分由一絕緣基座結構材料(諸如塑膠)構成之一基座結構102，其係形成以接收SSL裝置200。結構102包含一平坦第一基座結構側104，其面向形成於基座結構102中以接收SSL裝置200之一凹口108。在此實例中，第一側104通常係平坦的，然而其他實施例亦係可能的，其中基座結構102包含一曲線或其他不平坦側104，以與一SSL照明裝置200之一對應側介接。經形成以接收一固態照明裝置200之其他基座結構102(有或無一凹口108)係可能的。在圖3及圖4之實例中，凹口108具有通常與SSL裝置200之一厚度T相稱之一厚度T。
    固定器100包含定位於基座結構102中之兩個或更多板結構110，且第一板側112面向第一基座結構側104外並與第一基座結構側104內部相隔一非零間隙距離G。在所繪示之實施例中，板結構110通常大小相等(包含一寬度尺寸W)及通常呈圓柱形(例如，下文圖9)，然而其他形式亦係可能的且板結構110可彼此不同。再者，可在某些實施例中提供三個或更多此等板結構110(例如)以與多相AC輸入源4連接。另外，在某些實施例中，可為各AC連接6提供一個以上的板結構110，藉此可將三個或更多的板結構110甚至用於單相AC輸入源4。
    如圖5中所見，固定器100於板結構110之第一板側112之各者與第一基座結構側104之間提供一間隙107。儘管對於板110之各者而言，間隙107通常係相同的，但是在其他實施例中可使用不同間隙。在圖5之實例中，實質上完全用基座結構102之絕緣(例如，塑膠)材料填充間隙107，其中板結構110在此實施例中可形成為壓入形成於基座結構102中之對應空腔中之導電插入物。在其他實施例中，可用基座結構102之絕緣材料部分填充間隙107，如圖6中顯示，其中用空氣填充間隙107之一部分。其他組態係可能的，其中基座結構材料102可以與第一基座結構側104共面之方式延伸於第一板側112之前面，且一空氣間隙設置於第一板側112與基座結構材料102之此部分之間。在其他實施例中，全部或部分用另一介電材料填充間隙107，諸如間隙107中之一插入物(例如，單獨或與一空氣間隙組合)及/或形成或安裝於第一基座結構側104上之一介電膜(圖中未顯示)。
    亦如圖3中所見，此SSL裝置200之實施例包含一基座結構202，該基座結構具有全部或至少部分由一絕緣材料(例如，塑膠)構成之一第一基座結構側204。裝置200在此實例中係形成為一板體結構中之多個層之一薄板，包含基座結構202以及兩個或多個薄膜層220及230。在一實例中，整流器二極體D1至D4形成於安裝至基座結構202之一薄膜層結構220中，及一OLED型板體結構230形成於或安裝於薄膜層220上。在其他實施例中，驅動器電路之整流器二極體D1至D4及/或其他驅動器電路組件(例如，見下文圖11及圖12)可形成於一或多個此薄膜層220中，及/或可為安裝至裝置200之一適合結構並經互連以形成一對應驅動器電路220之離散組件。
    照明裝置200亦包含定位於基座結構202中之一對導電板結構210。在此實施例中，正如板結構210之第一側212，第一基座結構側204係平坦的。再者，第一板側212及第一基座結構側204在此實施例中係共面的，及板結構210之各者之第一板側212係暴露的。照明裝置板結構210較佳係經定位使得當照明裝置200安裝於固定器100中時，照明裝置板結構第一板側212面向固定器100中之對應板結構110之第一板側112並與固定器100中之對應板結構110之第一板側112大體平行。以此方式，各板對110/210將經由一中間介電質形成一電容器C1、C2，以允許來自一電源之AC輸入電源耦合至照明裝置200之驅動器電路220。就這點而言，應注意儘管耦合電容器C1及C2在某些實施例中具有大體相等電容並具有相似大小及組態，但此並非本發明之一必要條件，且電容器C1及C2可具有不同數值、不同形狀、不同大小及/或利用不同材料、不同板與板間隙距離製造等等。
    再者，對應板結構對110/210較佳相對於彼此定位於一受控對齊位置中。在圖3及圖4之實施例中，此係藉由提供對齊結構106而實現，在此情況下，保持突片形成為基座結構102之部分。以此方式，於固定器100中提供具有厚度T之凹口108及凹口108與照明裝置200之大小及形狀大體對應允許裝置200插入及卡扣配合於如圖3中顯示之凹口108中(亦見下文圖9)。因此，當安裝好以後，該等板對110/210之間之介電質間隙具有大致等於間隙距離G之一尺寸，其進而由插座100之製造控制。以此方式，AC耦合電容器C1及C2之電容可經控制以於電源4與驅動器220之間提供一所需量之AC耦合。
    電容器C1及C2由此係一安全隔離連接方案之部分，其中一板110連接至電源4及另一板220連接至驅動器電路220。由於電容器板110及210分離，驅動器電路220及SSL裝置負載230與線路電源隔離。再者，當從固定器100中移除照明裝置200時，設置於間隙107中之絕緣材料102可防止一使用者觸摸導電固定件板結構110，藉此固定器100之所有使用者可接近表面自身都與線路電源電隔離。
    此架構可經設計用於一給定照明應用所需之任何電壓位準及/或負載電流位準。例如，AC耦合電容器C1及C2之電容反應質可分別由固定器110及照明裝置板210之面向表面112及212之大小設定。就這點而言，對於一給定負載電流位準(例如，一給定OLED板230之額定DC驅動電流值)，及對於AC輸入源4之一給定電壓及頻率(例如，60 Hz之120 V RMS)，可(例如)根據以下公式(例如，在C1及C2具有相等電容之情況下)設定阻抗XC=XC1+XC2：(1)I=Vac/XC，及(2)XC=1/(2¶fC)，其中f=電源之AC頻率，及I=所需驅動電流位準。
    一給定設計所需之電容因此係藉由板結構110、210之設計及亦藉由間隙107中形成之介電質材料而設定。如圖5之實例中所見，間隙107具有可在用於製作固定器基座結構102之製程中完全控制之一尺寸G。另外，可透過材料選擇訂定經選定之結構材料102之介電質常數以獲得一給定所需電容值。在圖6之實例中，可針對一給定期望電容值訂定介電質102之厚度及電容器板內空氣間隙107之尺寸。
    亦參考圖7及圖8說明另一實施例，其中固定器100仍具有完全利用基座結構102之絕緣材料填充之一間隙107，具有超出導電固定器板結構110之第一板表面112一厚度G1。然而，在此實施例中，SSL裝置200之板結構210包含利用一介電質材料覆蓋之第一板側212。在一實施例中(如圖中顯示)，此係利用如圖7中顯示具有一厚度G2之照明裝置基座材料202(例如，一實例中之塑膠)完成。在其他實施例中，一介電質材料層(圖中未顯示)或塗層可安裝於板側212上方。如圖8中顯示，一旦照明裝置200安裝於固定器100中，有效的板與板電容器間隙具有G1+G2之一尺寸，且電容器介電質由厚度G1及G2以及由材料102及202之介電質常數判定。
    亦參考圖9及圖10，在使用中，固定器100之圖解實施例可為適合連接至一AC電源(圖中未顯示)之一壁安裝單元。就這點而言，固定器單元100可經構造以利用來自正常120 V、60 Hz之電源4之電力，且AC耦合電容器C1及C2相應地根據一給定固態照明裝置200之功率要求而設計。然而，應注意存在其他電源分佈選項，例如，120 V、60 Hz之AC電源係由適合整流器/變流器單元4轉換，以提供較高頻率之AC電源作為至固定器100之一輸入源。在此情況下，用於耦合電容器C1及C2之電容可較小，藉此有利於小型固定器100及相關固態照明裝置200用於較低功率照明應用。如圖9中所見，固定器100係安裝至一壁表面，及當固定器100中沒有安裝照明裝置200時，固定器板結構110係由基座結構材料102覆蓋，及由此一使用者身體無法接近固定器板結構110。因此，一使用者可安全地觸摸固定器100，即便嵌入的板結構110連接至一AC電源4。光源200(在一實例中係一OLED陣列)接著如圖10中顯示插入於固定器100之凹口108中，且對齊/保持突片106將光源200保持於固定器100之凹口108內，及亦使光源200之板結構210(圖中未顯示)與固定器100之板結構110對齊。
    圖11繪示另一可能實施例，其中驅動器電路220進一步包含耦合至一全橋整流器電路D1至D4之DC輸出端232及234之一DC-DC轉換器電路222。如上文提及，該整流器二極體D1至D4及/或DC-DC轉換器電路222之任何額外電路系統可利用薄膜技術製造成包含固態光源231(例如，一陣列230)以及用於一外形較薄之照明裝置結構200之耦合電容器二次板結構210之一多層照明裝置結構之部分。替代地或組合地，可單獨使用或結合薄膜組件及相關電路互連使用離散電路組件改造任何驅動器電路220。圖11之實施例有利於使用一般120 V AC電源用於較低瓦特數之照明應用，其中DC-DC轉換器222可執行逐步遞減轉換，例如，如一降壓轉換器拓樸。
    圖12繪示另一例示性實施例，其中驅動器電路220包含一輸入電容分壓電路(包含電容器C3及C4)，且中心節點接合電容器C3及C4連接成全橋整流器電路D1至D4之AC輸入端之一者。在某些實施例中，分壓電容器C3及C4可實施為照明裝置結構200中之離散裝置。此配置亦有利於使用高壓AC電源(例如，120 V、60 Hz)用於較低功率照明應用，且訂定DC輸出端232及234處提供之所得DC電壓以提供一給定固態光源板230之所需DC驅動電流。
    以上實例僅僅係本發明之各種態樣之若干可能實施例之說明，其中熟習技術者在閱讀及理解此說明書及附圖之後將想到等效變更及/或修改。尤其關於由上述組件(總成、裝置、系統、電路及類似物)執行之各種功能，用以描述此等組件之術語(包含提到一「構件」)意欲對應於(除非另有指明)執行所述組件之特定功能(即，功能等效物)之任何組件(諸如硬體、處理器執行的軟體或其等之組合)，即便在結構上不等效於執行本發明之說明性實施之功能之本發明結構。雖然已關於若干實施之僅一者說明及/或描述本發明之一特定特徵，但此特徵可與其他實施之一或多個其他特徵組合(如可為任何給定或特定應用所期望及對其有利)。此外，引用單數組件或項目意欲(除非另有指明)涵蓋兩個或更多此等組件或項目。另外，就術語「包含」、「具有」、「具」或其等之變形於詳細描述中及/或申請專利範圍中使用而言，此等術語意欲以類似於術語「包括」之一方式而包含在內。本發明已參考較佳實施例進行描述。顯然地，其他人士在閱讀及理解先前詳細描述之後將想到修改及變更。吾人意欲本發明被視為包含所有此等修改及變更。
    2‧‧‧系統
    4‧‧‧AC源
    6‧‧‧AC連接
    100‧‧‧固定器
    102‧‧‧基座結構
    104‧‧‧第一基座結構側
    106‧‧‧對齊結構
    107‧‧‧間隙
    108‧‧‧凹口
    110‧‧‧固定板
    112‧‧‧第一板側
    200‧‧‧固態照明裝置
    202‧‧‧基座結構
    204‧‧‧第一基座結構側
    210‧‧‧照明裝置板
    212‧‧‧第一板側
    220‧‧‧驅動器
    222‧‧‧DC-DC轉換器
    230‧‧‧光板
    231‧‧‧固態光源
    232‧‧‧DC輸出端
    234‧‧‧DC輸出端
    C1‧‧‧AC耦合電容器
    C2‧‧‧AC耦合電容器
    C3‧‧‧電容器
    C4‧‧‧電容器
    D1‧‧‧整流二極體
    D2‧‧‧整流二極體
    D3‧‧‧整流二極體
    D4‧‧‧整流二極體
    圖1係繪示包含一插座或固定器以及一相關固態照明裝置之一固態照明系統之一示意圖，其中一對電容器板形成於該照明裝置及該固定器兩者中以形成用於當該照明裝置之一驅動器插入該固定器中時供電給其之AC耦合電容器；圖2係繪示其中該照明裝置之驅動器電路包含由薄膜或離散二極體形成之一全橋整流器之一實施例之一示意圖；圖3及圖4分別係繪示處於分離或接合位置中之固定器及固態照明裝置之實施例之剖面俯視平面圖，其中該AC耦合電容器介電質係利用固定基座之絕緣材料形成；圖5係顯示圖3及圖4之固定器及固態照明裝置之一部分剖面俯視平面圖，其中用固定器基座材料填充AC耦合電容器板之間之間隙；圖6係繪示其中AC耦合電容器介電質包含利用固定器基座材料形成之一絕緣材料部分以及一空氣間隙部分之另一實施例之一部分剖面俯視平面圖；圖7及圖8分別係繪示處於分離及接合位置中之固定器及固態照明裝置之另外實施例之剖面俯視平面圖，其中該AC耦合電容器介電質係利用該固定基座及該照明裝置基座之絕緣材料形成；圖9及圖10係繪示圖3及圖4之例示性固定器及固態照明裝置實施例之移除及安裝相對位置之透視圖；圖11係繪示另一固態照明裝置實施例之一示意圖，其中該驅動器電路包含其後接著一DC-DC轉換器之一全橋整流器用於驅動一OLED光板；及圖12係其中該固態照明裝置之驅動器電路於該整流器橋之前包含一電容分壓電路之又另一實施例之一示意圖。
    2‧‧‧系統
    4‧‧‧AC源
    6‧‧‧AC連接
    100‧‧‧固定器
    110‧‧‧固定板
    200‧‧‧固態照明裝置
    210‧‧‧照明裝置板
    220‧‧‧驅動器
    230‧‧‧光板
    231‧‧‧固態光源
    232‧‧‧DC輸出端
    234‧‧‧DC輸出端
    C1‧‧‧AC耦合電容器
    C2‧‧‧AC耦合電容器
    权利要求:
    Claims (10)
    [1] 一種固態照明裝置(200)，其包括：一基座結構(202)，其具有一第一基座結構側(204)，該基座結構(202)至少部分由一絕緣材料構成；第一及第二板結構(210)，其等定位於該基座結構(202)中，該等板結構(210)各由一導電材料構成並具有面向該第一基座結構側(204)外之一第一板側(212)；一驅動器電路(220)，其包括：一第一AC輸入端，其與該第一板結構(210)電耦合，一第二AC輸入端，其與該第二板結構(210)電耦合，及第一及第二DC輸出端，該驅動器電路(220)可操作以轉換該AC輸入端處接收之AC輸入電源以於該DC輸出端處提供DC輸出電源；及一光板(230)，其包括耦合於該驅動器電路(220)之該第一DC輸出端與該第二DC輸出端之間之至少一固態光源(231)，該光板(230)可操作以當於該驅動器電路(220)之該DC輸出端處提供DC電源時提供光輸出。
    [2] 如請求項1之固態照明裝置(200)，其中該第一基座結構側(204)係平坦的。
    [3] 如請求項2之固態照明裝置(200)，其中該等板結構(210)之各者之該第一板側(212)係平坦的。
    [4] 如請求項3之固態照明裝置(200)，其中該等板結構(210)之各者之該第一板側(212)覆蓋有一介電質材料。
    [5] 如請求項1之固態照明裝置(200)，其中該驅動器電路(220)包括包含至少一二極體(D1至D4)之一整流器電路。
    [6] 如請求項5之固態照明裝置(200)，其中該至少一二極體(D1至D4)係製造成併入於該至少一固態光源(231)中之一或多個薄膜層。
    [7] 如請求項5之固態照明裝置(200)，其中該至少一二極體(D1至D4)為一離散裝置。
    [8] 如請求項5之固態照明裝置(200)，其中該光板(230)包括耦合於該驅動器電路(220)之該第一DC輸出端與該第二DC輸出端之間之至少一有機發光二極體(231)。
    [9] 一種用於一固態照明裝置(200)之固定器(100)，其包括：一基座結構(102)，其經組態以沿一第一基座結構側(104)接收一固態照明裝置(200)，該基座結構(102)至少部分由一絕緣基座結構材料構成；及第一及第二板結構(110)，其等定位於該基座結構(102)中，該等板結構(110)各由一導電材料構成且個別包括：一第一板側(112)，其面向該第一基座結構側(104)外並與該第一基座結構側(104)內部相隔一非零距離(G)，及一連接(6)，其與該板結構(110)電耦合以將該板結構(110)電耦合至一AC電源(4)。
    [10] 如請求項9之固定器(100)，其中該基座結構(102)包括用於接收該固態照明裝置(200)之一凹口(108)。
    类似技术:
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    同族专利:
    公开号 | 公开日
    US8653748B2|2014-02-18|
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    TWI581659B|2017-05-01|
    WO2012154528A2|2012-11-15|
    引用文献:
    公开号 | 申请日 | 公开日 | 申请人 | 专利标题
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    WO2013024406A2|2011-08-16|2013-02-21|Koninklijke Philips Electronics N.V.|Transparent capacitive wireless powering system|
    JP2015537374A|2012-10-15|2015-12-24|コーニンクレッカ フィリップス エヌ ヴェＫｏｎｉｎｋｌｉｊｋｅ Ｐｈｉｌｉｐｓ Ｎ．Ｖ．|容量性結合を備えるｌｅｄパッケージ|
    法律状态:
    优先权:
    申请号 | 申请日 | 专利标题
    US13/105,328|US8653748B2|2011-05-11|2011-05-11|Isolated capacitor drive circuit for thin-film solid-state lighting|
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