專利名稱：發(fā)光二極管燈與其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種燈具，其中提供有至少兩個(gè)基本上同色的發(fā)光二極
管(LED)以及至少一個(gè)驅(qū)動(dòng)器以驅(qū)動(dòng)每一發(fā)光二極管。本發(fā)明進(jìn)一步包括 制造一燈具的方法。
背景技術(shù)：
色溫為一熱黑體輻射體(Planckian radiator)的物理溫度。熒光粉發(fā)光 二極管的色溫會(huì)因加在發(fā)光二極管上熒光粉的量的微小差異而有所變 化，而光源色溫的一致性對(duì)于其可呈現(xiàn)出的均勻性而言很重要，尤其是 在發(fā)白光的發(fā)光二極管等發(fā)光體中。因此當(dāng)設(shè)計(jì)一發(fā)光系統(tǒng)時(shí)，色彩分 選(colour binning)是一個(gè)重要的考慮。色彩分選(colour binning)是一種根 據(jù)(白光)發(fā)光二極管的不同特征加以組合并賦予一分選碼(bin code)的程 序。通常具有相同特征的發(fā)光二極管會(huì)放在一滾動(dòng)條(reel)上。
在一CIE色度圖(CIE chromaticity diagram)內(nèi)的白色分選實(shí)例，如圖l 所示，其中每一格代表一個(gè)分選庫(bin)。由圖1可看出在單一分選庫中-一 白色發(fā)光二極管的相關(guān)色溫(correated color temperature, CCT)變化可能會(huì) 超過500K。 一般的人眼能在日光CCT變化范圍的2000K到6000K范圍內(nèi)分 辨出50至U100K的CCT差異；而在6000K以上的范圍，人眼所能感知的CCT 差異會(huì)在200K左右。因此，對(duì)于上述CCT變化超過500K的現(xiàn)象， 一般的 人眼可很清楚地察覺到，所以，當(dāng)設(shè)計(jì)一具有至少兩個(gè)或以上白色發(fā)光 二極管的發(fā)光系統(tǒng)時(shí)，即使在單一分選庫中，亦可能因各白色發(fā)光二極 管間的CCT變化而產(chǎn)生色彩差異。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一具有均勻色溫的LED發(fā)光體，特別是提供一 具有可調(diào)相關(guān)色溫(CCT)的白光發(fā)光體，以避免各白色發(fā)光二極管間存在可視的色彩效應(yīng)。
為達(dá)成所述目的，本發(fā)明提供一種燈具，提供有至少兩個(gè)基本上相 同顏色的發(fā)光二極管以及至少一個(gè)供給每一發(fā)光二極管的驅(qū)動(dòng)器，較佳 采用至少一個(gè)驅(qū)動(dòng)器，以于燈具工作期間以一不同的電量供給至少兩個(gè) 發(fā)光二極管，使得工作中的任一對(duì)發(fā)光二極管在色溫上的最大差異比供 給相等電量時(shí)的該任一對(duì)發(fā)光二極管在色溫上的最大差異小。
該燈具較佳提供有測量燈具溫度或其相關(guān)量的裝置，以及用以依該 測量結(jié)果調(diào)整該至少兩個(gè)發(fā)光二極管的電量的處理裝置。該處理裝置較 佳用以調(diào)整該電量，使達(dá)到一預(yù)定的接面溫度或其相關(guān)量。該測量燈具 溫度的裝置是用以分別測量該至少兩個(gè)發(fā)光二極管中的每一個(gè)的溫度或 其相關(guān)量，該至少兩個(gè)發(fā)光二極管彼此間熱絕緣，且該至少兩個(gè)發(fā)光二 極管中的每一個(gè)均提供有一分別的熱槽。該測量燈具溫度的裝置是用以
測量所述發(fā)光二極管接面的溫度或其相關(guān)量，如WO 2006/043232中所述。 利用此溫度信息可控制光輸出，使得每一發(fā)光二極管的CCT值相等或幾近 相等。個(gè)別發(fā)光二極管的控制使得發(fā)光體系統(tǒng)的光輸出(單位為流明)保持 固定，或者亦可保持在一所欲的調(diào)光量。
為達(dá)成所述目的，本發(fā)明提供一種制造燈具的方法，該燈具提供有 至少兩個(gè)基本上相同顏色的發(fā)光二極管以及至少一個(gè)供給每一發(fā)光二極 管的驅(qū)動(dòng)器，其中測量每一發(fā)光二極管在一預(yù)定電量下的色溫，且驅(qū)動(dòng) 器依所測得的色溫加以調(diào)整，以于該燈具工作間以一不同的電量供給該 燈具的每一個(gè)發(fā)光二極管，使得工作中的任一對(duì)發(fā)光二極管在色溫上的 最大差異比供給相等電量時(shí)的該任一對(duì)發(fā)光二極管在色溫上的最大差異 小。


圖1為一CIE色度圖中一調(diào)光方式的實(shí)例；
圖2為一發(fā)光體的示意視圖3為表示出本發(fā)明原理的色溫對(duì)接面溫度的關(guān)系圖4為歸一化后的光通量對(duì)溫度的關(guān)系圖；圖5為發(fā)光二極管的相關(guān)色溫(CCT)量測以及發(fā)光二極管接面溫度目 標(biāo)值的建立的流程圖6(A)與圖6(B)為色溫控制法則的流程圖；以及 圖7為表示出本發(fā)明原理的第二實(shí)例的色溫對(duì)接面溫度的關(guān)系圖。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明將通過所附圖式中所示的實(shí)施例加以進(jìn)一步說明，其中
較佳實(shí)施例的詳細(xì)說明
一LED發(fā)光體包括至少兩個(gè)LED源，如圖2所示。該發(fā)光體包括至少 提供有熒光體并發(fā)出相同顏色的至少兩個(gè)LED源2，如白光銦氮化鎵 (InGaN)LED。由于LED上熒光體的量稍有差異，因此，在相等光通量 (luminous flux)的基準(zhǔn)下，兩個(gè)白光LED的CCT值會(huì)有所不同，但其仍然 是在相同的白色分選范圍內(nèi)。本發(fā)明通過調(diào)整送經(jīng)發(fā)光體中個(gè)別LED的電 力來減低或消除LED間的這些色溫差異。
根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，每一LED源2提供有一分離的熱槽4，且其彼此 之間為熱絕緣。LED驅(qū)動(dòng)器5是用來提供經(jīng)調(diào)節(jié)后的電力予個(gè)別的LED源 2，其中個(gè)別LED的電力大小由控制器8所控制。
該發(fā)光體進(jìn)一步包括溫度傳感器6。溫度傳感器6是用來檢測LED的接 面溫度(junction temperature)。溫度傳感器6可包括一熱阻器(thermistor)或 熱電堆(thermopile)或任何以硅為基質(zhì)的傳感器(如NTC電阻)。另外，亦可 使用一溫度傳感器來測量LED發(fā)光體的殼溫(case temperature)。通過測量 LED發(fā)光體的殼溫，可利用該LED光源的熱模型與輸入LED的電流來估算 每一個(gè)別LED的接面溫度，但也可以使用殼體(case)的單次測量溫度來代 表個(gè)別LED的接面溫度。LED的接面溫度經(jīng)測量或估算后，便可決定出 LED提供所欲色溫時(shí)所需的電力。此外，還有另一種估算接面溫度的方式， 其是利用跨越LED的正向壓降(forward voltage drop),如美國專利 7,052,180號(hào)中所述，跨越一LED的正向壓降與溫度間幾乎成線性變化。
在本發(fā)明的實(shí)施例中，控制器8提供有一微控制器、數(shù)字內(nèi)存、以及 數(shù)字信號(hào)處理器。如圖5所示，圖5為發(fā)光二極管的相關(guān)色溫(CCT)量測以 及發(fā)光二極管接面溫度目標(biāo)值的建立的流程圖。首先，傳送初始電流Iflav與lf2av至個(gè)別的LED(S501)，上述的初始電流Iflav與If2av具有相同的值，
且儲(chǔ)存在該內(nèi)存中；接著量測個(gè)別LED的接面溫度Tjl與Tj2及相關(guān)色溫 CCT1與CCT2，并儲(chǔ)存于該內(nèi)存中(S502);接著在1米處量測個(gè)別LED的 照度E1與E2，并通過演算方式可得出個(gè)別的光通量F1與F2，其中，Tjfi小 〈Tjl且Tj2〈Tj最大(S503);接著利用CCT1與CCT2來計(jì)算得出接面溫度的目 標(biāo)數(shù)值(Tjl)s標(biāo)與(Tj2)目標(biāo)(S504)，且由于Tj最小與Tj最大限制的關(guān)系，CCT將會(huì) 被局限在一區(qū)域內(nèi)。
以下將繼續(xù)說明因最小/最大接面溫度(Tjft小與Tja大)限制的緣故,進(jìn)而 影響接面溫度的目標(biāo)數(shù)值((Tj)服)的流程。首先，判斷(Tjl),是否大于Tj 溢大(S505)，若是，則設(shè)定("l)w等于"s大(S506)，若否，則判斷(XJ1)H標(biāo)是 否小于Tj最小(S507)，若是，則設(shè)定(Tjl)目標(biāo)等于Tj斜(S508);若(Tjl)目標(biāo)不小 于Tj最小，則接著判斷(Tj2)目標(biāo)是否大于Tj最大(S509)，若是，則設(shè)定(Tj2)目標(biāo)等 于Tj最大(S510)，若否，則判斷(Tj2)目標(biāo)是否小于Tjn小(S511)，若是，則設(shè)定 (Tj2)目標(biāo)等于Tja小(S512)。以上流程主要是確認(rèn)接面溫度的目標(biāo)數(shù)值((Tj)目標(biāo)) 是落在最小/最大接面溫度(Tj^、與Tj^)之間，若其未落在最小/最大接面 溫度(TJ4H、與Tj^)之間，則重新設(shè)定接面溫度的目標(biāo)數(shù)值((Tj),O的值為最 小或最大接面溫度的值。
該LED光源的接面溫度數(shù)據(jù)可經(jīng)離線計(jì)算，其為該發(fā)光體全部所需光 通量的函數(shù)，并可通過使用者輸入方式加以設(shè)定(調(diào)光(dimming))。該微控 制器可自溫度傳感器6接收LED接面溫度數(shù)據(jù)，并將這些數(shù)據(jù)與所儲(chǔ)存的 目標(biāo)溫度數(shù)據(jù)加以比較。接著該微控制器根據(jù)該所需電力輸出數(shù)據(jù)來控 制個(gè)別LED驅(qū)動(dòng)器5的電力量，如圖6(A)與圖6(B)所示，并將于以下詳細(xì)說明。
圖6(A)與圖6(B)為色溫控制法則的流程圖。首先，先判斷CCT2是否 在CCT1-ACCT與CCT1+ACCT之間(S601)， ACCT可設(shè)定在人眼所能接受 的色溫變化的差異值，若是，則結(jié)束此控制流程，其表示CCT1與CCT2 之間的差異值并不會(huì)讓人眼感覺出有色溫的變化。若否，則判斷CCT1是 否大于CCT2(S602)，若是，則接續(xù)圖6(A)的流程，若否，則進(jìn)行圖6(B) 的流程。
7以下先針對(duì)CCT1大于CCT2的狀態(tài)進(jìn)行說明。若CCT1大于CCT2，則 量測得到白光LED的(Tjl)實(shí)際值(S603);接著依據(jù)AF^AFxF^的公式求出 AF1(S604);接著判斷(Tjl)實(shí)際是否大于(Tjl)目標(biāo)(S605)，若是，則設(shè)定 F1=F1-AF1(S606)，其是因?yàn)楫?dāng)(Tjl)實(shí)際大于(Tjl)目標(biāo)時(shí)，則利用減少LED1 的光通量Fl來調(diào)整實(shí)際的接面溫度((Tjl)飾)值，使其趨近接面溫度目標(biāo)值 ((Tjl)A標(biāo))。若(Tjl)實(shí)際未大于(Tjl)a標(biāo)，則量測得到白光LED的(Tj2)實(shí)際值 (S607);接著依據(jù)AF「AFxFNi的公式求出AF2(S608);接著判斷(Tj2)實(shí)際是否 大于或等于(Tj2),(S609)，若是，則設(shè)定F2二F2-AF2(S610)，若否，則設(shè) 定F2二F2+AF2(S611)。
若CCT1未大于CCT2，則進(jìn)行圖6(B)的流程。首先，量測得到白光LED 的(Tjl)實(shí)際值(S701);接著依據(jù)AF^AFxFNi的公式求出AFl(S702);接著判斷 (Tjl)實(shí)際是否大于或等于(Tjl)服(S703)，若是，則設(shè)定F1-F1-AF1(S704)， 若否，則設(shè)定F1-F1+AF1(S705)。接著繼續(xù)量測得到白光LED的(Tj2)實(shí)際值 (S706);接著依據(jù)AFrAFxFNi的公式求出AF2(S707);接著判斷(Tj2)實(shí)際是否 大于(Tj2)目標(biāo)(S708)，若是，則設(shè)定F2,2-AF2(S609)。
由于白光LED的CCT值會(huì)因改變LED的接面溫度Tj而改變。當(dāng)接面溫 度增加時(shí)，白光LED的CCT偏移至一較高值，如圖3所示。LED的CCT值 與其接面溫度Tj之間的關(guān)系函數(shù)可以用CCT = a*(Tj)2 + b*Tj + c —式加 以說明。
通過改變流經(jīng)LED的電力，LED的光輸出(光通量F)與接面溫度Tj會(huì) 隨之改變。該光輸出可通過以具有一固定正向電流Ifmax的控制函數(shù)為主 的脈寬調(diào)節(jié)(PWM)來加以變化，其中，該正向電流Ifmax對(duì)所有LED來說 都相等，且與LED接面溫度Tj無關(guān)。PWM信號(hào)的工作周期的改變會(huì)改變 電流Ifkv，而LED中的電力消耗可以用P^fa/Vf—式加以說明，其中Vf為 正向電壓且電力消耗P與溫度相關(guān)(Tj^Ta + P+Rj-a)。因此，若電力增加， 則接面溫度亦會(huì)增加。
由于該系統(tǒng)的總光通量，即系統(tǒng)中每一白光LED光源的光通量的總 和，是維持恒定，或者，在一可調(diào)光的發(fā)光體中，其總光通量是維持在 所欲的值。因此，為了降低兩LED間CCT值的差，并同時(shí)維持一定的發(fā)光 體總光通量，其相關(guān)的參數(shù)是往相反的方向變化，亦即，當(dāng)一LED的接面溫度通過增加該LED的光通量而增加時(shí)，另一LED會(huì)因該LED的光通量的 減少而降低接面溫度，如圖3的實(shí)例所示。在此例中，在工廠中所測得的 兩白光LED在某一接面溫度下的初始CCT值是記錄在內(nèi)存中，如下 Tjl二70。C時(shí)，LED1: CCT1 =4720K;光通量為F1=F Tj2二70。C時(shí)，LED2: CCT2 = 4540K;光通量為F2 = F 總光通量為F1 +F2 = 2F。
然而，兩白光LED的CCT1與CCT2值必須差不多相等，以避免可視的 色彩誤差。此可通過改變LED1與LED2個(gè)別的電力大小來達(dá)成。同時(shí)，所 選擇出來的LED1與LED2的兩個(gè)不同電力大小必須使該發(fā)光體的總光通 量保持固定(F1 + F2 = 2F)。如圖4所示，該光通量F與接面溫度(上方線) 或熱槽或殼溫(下方線)相依，即F-a3^Tjf + b3+Tj + c3，因此，當(dāng)計(jì)算 電力大小時(shí)也應(yīng)將此列入考慮。
這兩個(gè)限制迫使根據(jù)圖6(A)與(B)的法則的該控制器通過減少If1^ (以脈寬調(diào)節(jié))而降低流經(jīng)LED1的電力以及相關(guān)的光通量F1，直到Tjl =38 。C，由此使CCT1減至4650K。同時(shí)，通過增加1￡2^ (以脈寬調(diào)節(jié))直到Tj2 = 110。C而增加流經(jīng)LED2的電力以及相關(guān)的光通量F2，直到力2= 110°C， 由此使CCT1增至相同的4650K。因此，兩白光LED的CCT值相等，且該
發(fā)光體的總光通量維持固定。
另一個(gè)實(shí)例顯示于圖7中，其中最大的CCT控制范圍受某一預(yù)定的最 小與最大接面溫度所限制。因此兩LED無法達(dá)到相等的CCT，但CCT的差 異仍可降至人眼無法看出的程度。
雖然本發(fā)明于此通過一較佳實(shí)施例作為實(shí)例加以說明，但熟習(xí)此技藝 的人士可了解在本案范圍內(nèi)可以有多種修飾與變形。
權(quán)利要求
1、一種燈具，其特征在于，提供有至少兩個(gè)基本上相同顏色的發(fā)光二極管以及至少一個(gè)供給每一發(fā)光二極管的驅(qū)動(dòng)器，該至少一個(gè)驅(qū)動(dòng)器于燈具工作期間以一不同的電量供給該至少兩個(gè)發(fā)光二極管，使得工作中的任一對(duì)發(fā)光二極管在色溫上的最大差異比供給相等電量時(shí)的該任一對(duì)發(fā)光二極管在色溫上的最大差異小。
2、 如權(quán)利要求l的燈具，其特征在于，所述發(fā)光二極管為發(fā)白光的發(fā)光二極管。
3、 如權(quán)利要求2的燈具，其特征在于，所述發(fā)光二極管為提供有發(fā) 紅、綠及/或黃光的熒光粉(phosphors)的藍(lán)光二極管。
4、 如權(quán)利要求3的燈具，其特征在于，所述發(fā)光二極管為發(fā)白光的 銦氮化鎵(InGaN)發(fā)光二極管。
5、 如權(quán)利要求1的燈具，其特征在于，該燈具進(jìn)一步提供有測量燈 具溫度或其相關(guān)量的裝置，以及用以依該測量結(jié)果調(diào)整該至少兩個(gè)發(fā)光 二極管的電量的處理裝置。
6、 如權(quán)利要求5的燈具，其特征在于，該處理裝置是用以調(diào)整該電 量，使達(dá)到一預(yù)定的接面溫度或其相關(guān)量。
7、 如權(quán)利要求5的燈具，其特征在于，該測量燈具溫度的裝置是用 以分別測量該至少兩個(gè)發(fā)光二極管中的每一個(gè)的溫度或其相關(guān)量。
8、 如權(quán)利要求1的燈具，其特征在于，該至少兩個(gè)發(fā)光二極管彼此 間熱絕緣。
9、 如權(quán)利要求l的燈具，其特征在于，該至少兩個(gè)發(fā)光二極管中的 每一個(gè)均提供有一分別的熱槽。
10.如權(quán)利要求5的燈具，其特征在于，該測量燈具溫度的裝置是用 以測量所述發(fā)光二極管接面的溫度或其相關(guān)量。
11、 一種制造燈具的方法，其te征在于，該燈具提供有至少兩個(gè)基本 上相同顏色的發(fā)光二極管以及至少一個(gè)供給每一發(fā)光二極管的驅(qū)動(dòng)器， 其中測量每一所述發(fā)光二極管在一預(yù)定電量下的色溫，且其中該驅(qū)動(dòng)器 依所測得的色溫加以調(diào)整，以于該燈具工作間以一不同電量供給該燈具的每一個(gè)發(fā)光二極管，使得工作中的任一對(duì)發(fā)光二極管在色溫上的最大 差異比供給相等電量時(shí)的該任一對(duì)發(fā)光二極管在色溫上的最大差異小。
全文摘要
一種燈具，提供有至少兩個(gè)基本上相同顏色的發(fā)光二極管以及至少一個(gè)供給每一發(fā)光二極管的驅(qū)動(dòng)器，其中該至少一個(gè)驅(qū)動(dòng)器可于燈具工作期間以一不同的電量供給該至少兩個(gè)發(fā)光二極管，使得工作中的任一對(duì)發(fā)光二極管在色溫上的最大差異比供給相等電量時(shí)的該任一對(duì)發(fā)光二極管在色溫上的最大差異小。
文檔編號(hào)F21S2/00GK101666434SQ20091013414
公開日2010年3月10日 申請(qǐng)日期2009年4月13日 優(yōu)先權(quán)日2008年9月5日
發(fā)明者湯尼·凡·艾德 申請(qǐng)人:建興電子科技股份有限公司