專利名稱：發(fā)光二極管光源的制作方法
本申請(qǐng)是先前提交的并在此引用以供參考的專利申請(qǐng)US-A6,127,783的部分繼續(xù)。
本發(fā)明涉及一種具有紅、綠和藍(lán)發(fā)光二極管(LED)陳列的光源，并更具體地涉及一種具有用于調(diào)節(jié)各個(gè)分量以保持所需要的色平衡(色度)的控制系統(tǒng)的白光發(fā)光光源。
U.S.專利號(hào)5,301,090公開了一種LED光源，該光源具有包括分別為紅、綠和藍(lán)色的多個(gè)LED的LED陣列。每種顏色的LED并聯(lián)接線并提供獨(dú)立的電源供電，并且在陣列上提供一個(gè)漫射屏。該組件的色度可通過用于相應(yīng)顏色的三個(gè)旋鈕手動(dòng)控制；沒有提到自動(dòng)控制。
LED是基于半導(dǎo)體的；對(duì)于一給定的驅(qū)動(dòng)電流，光輸出因接線柱而異，并且也隨每個(gè)接線柱的壽命而變。光輸出還隨溫度相反變化，但對(duì)每種顏色并不一致。最后，在一給定顏色的LED組中，如果一個(gè)或多個(gè)LED失效則光輸出將變化。在已知可以影響LED任何陣列的色平衡的所有因素的情況下，自動(dòng)監(jiān)測(cè)和調(diào)整色平衡，尤其是在白光發(fā)光光源中的色平衡是所希望的。
基于溫度控制到一給定顏色的LED陣列的電流是已知的，例如在交通信號(hào)燈的情況中。該方案在具有多種顏色的LED的光源中是令人討厭的，因?yàn)閷?duì)于各種不同的顏色，溫度(并因此光強(qiáng))不均勻變化。
在不考慮導(dǎo)致各種顏色的光輸出變化的因素的情況下，自動(dòng)控制白光發(fā)光光源的色彩是所期望的。
在不依靠一種從光譜上解決的光測(cè)量系統(tǒng)，諸如用于每種相應(yīng)顏色的光電二極管和濾波器的情況下，自動(dòng)控制色彩將是進(jìn)一步所期望的。
按照本發(fā)明，一種發(fā)射白光的LED光源的組合光輸出(色度)是基于通過安排單個(gè)光電二極管測(cè)量陣列中的所有LED的光輸出的測(cè)量進(jìn)行電子控制的。這通過在時(shí)間脈沖序列中獨(dú)立測(cè)量每種顏色的LED的光輸出實(shí)現(xiàn)。對(duì)于紅、綠和藍(lán)LED的陣列在一個(gè)測(cè)量序列中有三個(gè)時(shí)間脈沖。在每個(gè)時(shí)間脈沖期間，沒被測(cè)量的顏色的電流被斷開。常用光電二極管的響應(yīng)時(shí)間非常短，所以測(cè)量序列可在觀察者不會(huì)察覺它的足夠短的時(shí)間內(nèi)執(zhí)行(例如10ms)。
所測(cè)量的顏色的光輸出與可由用戶控制器設(shè)置的所希望的輸出進(jìn)行比較，需要時(shí)對(duì)顏色組的電源供電進(jìn)行調(diào)節(jié)。于是色彩被自動(dòng)控制而不考慮可導(dǎo)致其變化的因素。用戶輸入允許將所希望的色彩變化到或者暖白(紅輸出較多)或冷白(藍(lán)輸出較多)。
為了最好地補(bǔ)償在加熱階段期間取決于溫度的變化，在加熱期間電子控制線路可更頻繁地執(zhí)行測(cè)量序列。在達(dá)到穩(wěn)定的工作溫度后，較低頻率的測(cè)量足以補(bǔ)償LED中的長(zhǎng)期變化。
在每種顏色的LED是并聯(lián)接線的情況下，LED的失效可通過在下一個(gè)測(cè)量序列期間改變流到剩余LED的電流自動(dòng)補(bǔ)償。
按照本發(fā)明的另一實(shí)施例，LED陣列是由電流源驅(qū)動(dòng)的，該電流源包括一具有至少一第一提高(boost)部分和一“斷開”部分的測(cè)量驅(qū)動(dòng)脈沖。每種顏色的LED有一光輸出，該光輸出在正常的運(yùn)行期間具有標(biāo)稱連續(xù)值，在提高部分期間增加并在“斷開”部分中斷。當(dāng)由電流源提供電流時(shí)LED陣列具有組合的光輸出。安排一光電二極管以測(cè)量陣列中所有LED的光輸出。流到LED的電流被選擇性地?cái)嚅_，使得光電二極管響應(yīng)測(cè)量驅(qū)動(dòng)脈沖獨(dú)立測(cè)量每種顏色的光輸出。
本發(fā)明的這些和附加優(yōu)點(diǎn)將從下面的附圖和說明中得以明確。


圖1是按照本發(fā)明的、具有光纖光拾波器的光源的剖面圖；圖2是該光源的示意圖；圖3是控制器的邏輯序列的示圖，以及圖4是光反饋系統(tǒng)的時(shí)序圖。
圖5說明一測(cè)量驅(qū)動(dòng)的測(cè)量序列。
參考圖1，按照本發(fā)明的LED光源包括LED 10，12，14的一二維陣列，該陣列包括多種顏色中每種顏色的多個(gè)LED。在當(dāng)前情況下，陣列包括安裝在殼體18內(nèi)的布線襯底16上的紅色LED 10，綠色LED 12和藍(lán)色LED 14。這些LED被這樣安排使得總的光輸出將是白色的；提供安裝在殼體18上的漫射器22用于增強(qiáng)混合。附加顏色的LED，諸如琥珀色可用于增強(qiáng)混合選項(xiàng)?；旌瞎鈱W(xué)系統(tǒng)可包括除漫射器以外的其它裝置。
單個(gè)光電二極管24被安排用于測(cè)出陣列中所有LED的光強(qiáng)。
圖1中，沿殼體18的長(zhǎng)度延伸的光纖將光送到光電二極管24，它產(chǎn)生經(jīng)反饋線26用于控制器30的相應(yīng)的電流信號(hào)。對(duì)于小的陣列該光電二極管用于一個(gè)陣列，而不是圖1中所示的光纖排列。
同樣參考圖2，控制器30將來自光電二極管24的反饋轉(zhuǎn)變?yōu)樯c(diǎn)測(cè)量，該測(cè)量與經(jīng)用戶輸入40提供所希望的設(shè)置進(jìn)行比較。基于該比較，控制器30判斷是否存在所希望的色平衡，并由此發(fā)信號(hào)給相應(yīng)二極管10，12，14的電流調(diào)節(jié)器11，13，15。來自AC變換器50的功率輸入于是被轉(zhuǎn)變成控制相應(yīng)顏色紅，綠和藍(lán)的光強(qiáng)的電流輸出以獲得所希望的色平衡。陣列的每種顏色的二極管通過在襯底16上布線保持公共電位。對(duì)于所設(shè)計(jì)的設(shè)置的用戶控制包括用于相應(yīng)顏色的輸入41，42，43和控制獲得的白光的整體強(qiáng)度的調(diào)光器44。
圖3在示圖中示出對(duì)光源的邏輯控制。當(dāng)燈被打開時(shí)31，電能被提供給LED并且測(cè)量序列被啟動(dòng)32。色點(diǎn)測(cè)量與按照用戶調(diào)整35存儲(chǔ)的所希望的設(shè)置34比較33。基于該比較，確定36是否需要顏色調(diào)節(jié)，如果需要，則進(jìn)行37調(diào)節(jié)，并且重復(fù)測(cè)量序列32。如果確定不需要顏色調(diào)節(jié)36，在重復(fù)測(cè)量序列32之前控制器將等待預(yù)定的測(cè)量間隔38。
圖4是說明在光源打開時(shí)執(zhí)行的控制邏輯的時(shí)序圖。四條跡線中的最上面一條是由一系列由時(shí)間跨度(測(cè)量間隔)分開的三脈沖(測(cè)量序列)組成的測(cè)量信號(hào)。在第一脈沖期間，綠和藍(lán)色LED被斷開使得光電二極管可測(cè)量紅色LED的光強(qiáng)；在第二脈沖期間，紅和藍(lán)色LED被斷開使得光電二極管可測(cè)量綠色LED的光強(qiáng)；在第三脈沖的期間，紅和綠色LED被斷開使得光電二極管可測(cè)量藍(lán)色LED的光強(qiáng)。隨后控制電子學(xué)將所測(cè)量的強(qiáng)度與所希望的強(qiáng)度進(jìn)行比較，并在可能需要時(shí)調(diào)節(jié)流到一組或多組LED的電流。
典型的光電二極管的響應(yīng)時(shí)間非常短，并且每個(gè)脈沖可以短到觀察者不會(huì)察覺到它，例如10ms。于是一測(cè)量序列在光源的正常工作期間進(jìn)行。測(cè)量間隔的長(zhǎng)度取決于光輸出的快速變化。這例如取決于LED的溫度變化有多快。它的范圍可從每分鐘或更短一次到幾個(gè)小時(shí)一次；控制邏輯可被編程用于啟動(dòng)之后不久的頻繁測(cè)量，在達(dá)到穩(wěn)定的工作溫度時(shí)隨之以不太頻繁的測(cè)量。
對(duì)于光源來說包括每種顏色多于一行的LED，并且單獨(dú)測(cè)量行的輸出是可能的。例如三種顏色中的每種顏色為兩行的情況下，測(cè)量序列可具有六個(gè)脈沖。在每種情況下，優(yōu)選基于一個(gè)序列中的所有測(cè)量調(diào)節(jié)色平衡，而不是僅基于相應(yīng)的光輸出調(diào)節(jié)單個(gè)顏色。
前面所述是示例而不是有意地限制下述權(quán)利要求的范圍。
雖然上面參考圖4所述每個(gè)通道中的驅(qū)動(dòng)脈沖基本上是短的，例如約為1-2ms，很多觀察者仍可注意到發(fā)射光中的閃爍。這是因?yàn)槿搜墼诩s15msec的范圍內(nèi)通過累積眼中接收的光對(duì)光進(jìn)行響應(yīng)。因此，敏感的眼睛可觀察到如400μs那么短的一個(gè)周期的光中斷。因此將測(cè)量序列中的每個(gè)“斷開”周期縮短到400μs或更短是所期望的。但是，對(duì)于常規(guī)電子電路該持續(xù)時(shí)間可能是極短的用以測(cè)量LED的光強(qiáng)。
按照本發(fā)明的另一實(shí)施例，在每個(gè)測(cè)量序列期間的每個(gè)通道的驅(qū)動(dòng)脈沖是變化的以調(diào)節(jié)這種可能的閃爍。圖5說明在按照本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的測(cè)量期間的示例測(cè)量驅(qū)動(dòng)脈沖。據(jù)此該測(cè)量驅(qū)動(dòng)脈沖包括隨之以“斷開”或中斷周期的第一提高部分，并依次隨之以第二提高部分。其中有三種限制影響每個(gè)測(cè)量驅(qū)動(dòng)脈沖的選擇。第一，每個(gè)脈沖的提高部分優(yōu)選盡可能地低以避免任何對(duì)LED的長(zhǎng)期損害。第二，“斷開”或中斷周期優(yōu)選盡可能長(zhǎng)以便于用不太貴的元件精確測(cè)量。第三，為了避免可見的人為現(xiàn)象，第一提高部分、“斷開”周期和第二提高部分的整個(gè)序列優(yōu)選約15msec。
按照本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，一種在LED中提供穩(wěn)定的光電平外形的測(cè)量驅(qū)動(dòng)脈沖包括，5msec的120％標(biāo)稱光輸出的提高，隨之以2msec電流完全中斷，隨之以另一5msec的120％標(biāo)稱光輸出的提高。
按照本發(fā)明的另一實(shí)施例，驅(qū)動(dòng)脈沖序列是對(duì)稱的，使得序列中的兩個(gè)提高部分顯示相同的幅度和持續(xù)時(shí)間，雖然本發(fā)明在這方面的范圍沒有被限定。例如，按照本發(fā)明的又一實(shí)施例，測(cè)量驅(qū)動(dòng)脈沖包括包括隨之以一個(gè)“斷開”周期的第一提高部分的兩個(gè)分量。此外，按照本發(fā)明的原則可采用具有至少一個(gè)提高部分和一個(gè)“斷開”部分的測(cè)量驅(qū)動(dòng)脈沖的其它形狀。優(yōu)選，這樣選擇沖脈使得在人眼的累積時(shí)間內(nèi)-即約15msec.-被驅(qū)動(dòng)的LED的光平均電平與在正常工作期間的標(biāo)稱連續(xù)值相同。
按照本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，光輸出近似地與驅(qū)動(dòng)電流成比例，使得驅(qū)動(dòng)電流的特定百分比的增加對(duì)應(yīng)于光輸出電平成比例的增加。于是，例如，如果希望光輸出電平如圖5所示增加到120％，則電流的增加為一預(yù)定的百分比，例如也為120％。于是，將包括一特定的電流提高百分比的測(cè)量驅(qū)動(dòng)脈沖序列用于所有驅(qū)動(dòng)電平是可能的。
但是，在所有的工作電流，LED不必需顯示光輸出電平變化和驅(qū)動(dòng)電流變化之間的比例關(guān)系。于是，按照本發(fā)明的另一實(shí)施例，為了在測(cè)量序列期間實(shí)現(xiàn)更好的維持恒定光輸出電平的精度，為光源校準(zhǔn)光與電流之間的關(guān)系，并且提高的電流值是這樣選擇的，使得在所有工作電平，光電平平均為標(biāo)稱直流電平。為了存儲(chǔ)校準(zhǔn)的電流與光輸出的關(guān)系，智能控制電路30被配置為包括一個(gè)數(shù)據(jù)庫，該數(shù)據(jù)庫提供工作條件范圍的光輸出電平中任何所希望的變化所需要的電流變化的數(shù)量。
權(quán)利要求
1.一種光源包括-包括多種顏色中的每種顏色的至少一個(gè)LED的一種LED(10，12，14)陣列；-用于將電流(50)提供給每種所述顏色的所述LED(10，12，14)的裝置，所述電流具有包括測(cè)量驅(qū)動(dòng)脈沖的測(cè)量周期，該測(cè)量驅(qū)動(dòng)脈沖具有至少一第一提高部分和一“斷開”部分，每種所述顏色的所述LED(10，12，14)具有一光輸出，使得所述光輸出在正常工作期間具有標(biāo)稱連續(xù)值，并在所述提高部分期間增加，并在所述“斷開”部分期間被中斷，當(dāng)電流被提供給陣列中的所有LED(10，12，14)時(shí)，該陣列具有組合的光輸出；-被安排測(cè)量陣列中所有LED(10，12，14)的光輸出的光電二極管(24)；以及-用于選擇地?cái)嚅_流到所述LED(10，12，14)的電流，使得所述光電二極管(24)響應(yīng)所述測(cè)量驅(qū)動(dòng)脈沖獨(dú)立測(cè)量每種顏色的光輸出的裝置。
2.按照權(quán)利要求1的光源，其中，測(cè)量周期期間的平均光輸出基本上等于在所述正常工作期間的標(biāo)稱連續(xù)光輸出，以便避免可見的閃爍。
3.按照權(quán)利要求2的光源，其中，所述測(cè)量驅(qū)動(dòng)脈沖進(jìn)一步包括所述“斷開”周期之后的第二提高部分。
4.按照權(quán)利要求3的光源，其中，所述第一和第二提高部分具有相同的持續(xù)時(shí)間和幅度。
5.按照權(quán)利要求4的光源，其中，所述第一和第二提高部分為所述標(biāo)稱連續(xù)光值的120％。
6.按照權(quán)利要求5的光源，其中，所述第一和第二提高部分的持續(xù)時(shí)間近似為5msec，并且所述“斷開”周期的持續(xù)時(shí)間為2msec。
7.按照權(quán)利要求2的光源，進(jìn)一步包括用于存儲(chǔ)將LED驅(qū)動(dòng)電流變化與LED光輸出變化聯(lián)系起來(30)的校準(zhǔn)值的裝置。
8.一種用于驅(qū)動(dòng)LED(10，12，14)的陣列的方法，該陣列包括光源中多種顏色中的每種顏色的至少一個(gè)LED，該方法包括步驟-將電流(31)提供給每種所述顏色的所述LED(10，12，14)，使得所述LED(10，12，14)在正常工作期間有具有標(biāo)稱連續(xù)值的光輸出；-在測(cè)量周期期間提高所述電流以便確定具有至少第一提高部分的測(cè)量驅(qū)動(dòng)脈沖；-在所述測(cè)量周期期間“斷開”所述電流以便確定“斷開”部分，使得所述光輸出在所述提高部分期間增加并在所述“斷開”部分期間被中斷，當(dāng)電流被提供給陣列中的所有LED(10，12，14)時(shí)，該陣列具有組合的光輸出；-測(cè)量陣列中所有LED(10，12，14)的光輸出(32)，以及-選擇地?cái)嚅_流到所述LED(10，12，14)的電流，以便響應(yīng)所述測(cè)量驅(qū)動(dòng)脈沖獨(dú)立測(cè)量每種顏色的光輸出。
9.按照權(quán)利要求8的方法，進(jìn)一步包括步驟，在測(cè)量周期期間保持平均光輸出基本上等于所述正常工作期間的標(biāo)稱連續(xù)光輸出，以便避免可見閃爍。
10.按照權(quán)利要求9的方法，進(jìn)一步包括步驟，在所述‘?dāng)嚅_“周期之后提高所述電流以便確定第二提高部分。
11.按照權(quán)利要求10的方法，進(jìn)一步包括步驟，保持所述第一和第二提高部分以具有相同的持續(xù)時(shí)間和幅度。
12.按照權(quán)利要求11的方法，進(jìn)一步包括步驟，將所述電流信號(hào)提高到所述標(biāo)稱連續(xù)光值的120％。
13.按照權(quán)利要求12的方法，進(jìn)一步包括步驟，將所述第一和第二提高部分的持續(xù)時(shí)間保持在約5msec，并將所述“斷開”周期的持續(xù)時(shí)間保持在約2msec。
14.按照權(quán)利要求9的方法，進(jìn)一步包括步驟，存儲(chǔ)將LED驅(qū)動(dòng)電流變化與LED光輸出變化聯(lián)系起來的校準(zhǔn)值。
全文摘要
一種光源包括一LED陣列，該LED陣列包括多種顏色中的每種顏色的至少一個(gè)LED(10，12，14)。用于將電流提供給每種顏色的LED的裝置(50，30)提供電流，該電流具有包括測(cè)量驅(qū)動(dòng)脈沖的測(cè)量周期，該測(cè)量驅(qū)動(dòng)脈沖具有至少一個(gè)第一提高部分和一個(gè)“斷開”部分。涉及每種顏色的LED(10，12，14)具有一光輸出，使得該光輸出在正常工作期間具有標(biāo)稱連續(xù)值，并在所述提高部分期間增加，并在所述“斷開”部分期間被中斷。此外，當(dāng)電流提供給陣列中的所有LED(10，12，14)時(shí)，該陣列具有組合的光輸出。光電二極管(24)被安排測(cè)量陣列中所有LED(10，12，14)的光輸出。提供裝置用于選擇地?cái)嚅_流到LED(10，12，14)的電流，使得光電二極管(24)響應(yīng)測(cè)量驅(qū)動(dòng)脈沖獨(dú)立測(cè)量每種顏色的光輸出。測(cè)量周期期間的平均光輸出基本上等于正常工作期間的標(biāo)稱連續(xù)光輸出，以便避免可見的閃爍。
文檔編號(hào)F21Y101/02GK1393118SQ01802758
公開日2003年1月22日 申請(qǐng)日期2001年9月5日 優(yōu)先權(quán)日2000年9月15日
發(fā)明者T·M·馬沙爾, M·D·帕斯利 申請(qǐng)人:皇家菲利浦電子有限公司