專(zhuān)利名稱(chēng)：發(fā)光二極管照明裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種具有陣列紅、綠和藍(lán)色發(fā)光二極管(LED)的照明裝置，更具體地，涉及一種具有調(diào)整各個(gè)元件的控制系統(tǒng)以保持一種所需的色平衡(色度)的白光發(fā)光照明裝置。
美國(guó)專(zhuān)利第5，301，090號(hào)公開(kāi)了一種具有一個(gè)LED陣列的發(fā)光二極管照明裝置，該陣列包括各紅、綠和藍(lán)顏色的多個(gè)LED。每種顏色的LED并聯(lián)連接，并提供有單獨(dú)的電源，陣列上面提供一個(gè)漫射屏幕。通過(guò)相應(yīng)于各顏色的三個(gè)旋鈕，可手動(dòng)地控制該裝置的色度；但并沒(méi)有提到自動(dòng)控制。
LED是以半導(dǎo)體為基礎(chǔ)制成的；對(duì)于一個(gè)給定的驅(qū)動(dòng)電流，各片的光輸出不同，每一片的使用壽命也不同。光輸出量與溫度呈相反變化，但對(duì)于每種顏色并不均勻。結(jié)果，對(duì)于一塊給定顏色的LED，如果一個(gè)或更多的LED出故障，光輸出量將變化。給定可影響任何LED陣列色平衡的所有因素，希望能夠自動(dòng)監(jiān)視和控制色平衡，特別是對(duì)于白光發(fā)光照明裝置。
根據(jù)溫度控制給定顏色的LED陣列的電流是已知的，例如交通燈。這種方案對(duì)于具有多種顏色的LED的照明裝置是很麻煩的，因?yàn)闇囟?和導(dǎo)致的光強(qiáng))對(duì)于各種顏色并不是均勻變化的。
希望自動(dòng)控制白光發(fā)光照明裝置的色度，而不考慮使單個(gè)顏色的輸出量變化的因素。
還希望自動(dòng)控制色度，而不采用一種光譜分辯的測(cè)量系統(tǒng)，例如用于每種各顏色的光電二極管和濾光器。
按照本發(fā)明，根據(jù)設(shè)置來(lái)用于測(cè)量陣列中的所有LED的光輸出的一個(gè)單獨(dú)的光電二極管的測(cè)量值，可電控制白光發(fā)光的LED照明裝置的混合光輸出(色度)。這是通過(guò)一個(gè)的時(shí)間脈沖程序來(lái)單獨(dú)地測(cè)量每一種顏色的LED的光輸出而完成的。對(duì)于一個(gè)紅、綠和藍(lán)LED陣列，在一次測(cè)量程序中有三個(gè)時(shí)間脈沖。在每一個(gè)時(shí)間脈沖期間，關(guān)斷不被測(cè)量的顏色的電流。一個(gè)典型的光電二極管的響應(yīng)時(shí)間極短，所以可以在足夠短的測(cè)量時(shí)間內(nèi)(例如10ms)執(zhí)行測(cè)量過(guò)程，觀察者將察覺(jué)不到。
所測(cè)量的顏色的光輸出與可通過(guò)使用者控制而設(shè)置的所需的光輸出相比較，必要時(shí)可以改變顏色塊的電源。色度因此得到自動(dòng)控制，而不考慮可能導(dǎo)致色度變化的因素。使用者輸入允許改變的所需色度，或者是暖白色(較多的紅色輸出)，或者是冷白色(較多的藍(lán)色輸出)。
為了最好地補(bǔ)償在加熱階段與溫度相關(guān)的變化，在加熱階段電子控制電路可能進(jìn)行更頻繁的測(cè)量程序。在達(dá)到穩(wěn)定的操作溫度后，較少的測(cè)量對(duì)于補(bǔ)償LED長(zhǎng)時(shí)間的變化已足夠。
在每一種顏色的LED并聯(lián)連接之處，通過(guò)在下一個(gè)測(cè)量程序期間改變其余的LED的電流，可自動(dòng)補(bǔ)償一個(gè)出故障的LED。
本發(fā)明的這些和其他優(yōu)點(diǎn)將通過(guò)以下的附圖和描述變得更明顯。


圖1是根據(jù)本發(fā)明的具有一個(gè)光纖光拾取器的照明裝置的剖面圖；圖2是照明裝置的示意圖；圖3是用于控制器的邏輯程序示意圖；圖4是光學(xué)反饋系統(tǒng)的時(shí)序示意圖。
附圖并未按比例繪制。一般地，附圖中的相同的標(biāo)號(hào)表示相同的部分。
參見(jiàn)圖1，根據(jù)本發(fā)明的一種LED照明裝置，它包括一個(gè)二維LED陣列10、12、14，其中包括多個(gè)各種顏色的LED。在本實(shí)施例中，該陣列包括安裝在一個(gè)殼體18中的一個(gè)連接導(dǎo)線的基座16上的紅LED10，綠LED12和藍(lán)LED14。各LED被設(shè)置成使得整個(gè)光輸出是白色；在殼體18上安裝一個(gè)散射器22以增強(qiáng)混合。附加顏色的LED，如淡黃色，可用于增強(qiáng)混合的選擇性。光混合裝置可以包括除散射器以外的其它裝置。
一個(gè)單獨(dú)的光電二極管24設(shè)置得使之感應(yīng)陣列中的所有LED的光強(qiáng)。圖1中，一個(gè)沿殼體18長(zhǎng)度延申的光纖向光電二極管24輸送光，該光電二極管通過(guò)反饋線26產(chǎn)生用于控制器30的相應(yīng)的電流信號(hào)。對(duì)于小的陣列來(lái)說(shuō)，可將光電二極管設(shè)置成直接感應(yīng)光的輸出?？蓪⒋罅康腖ED分成多個(gè)陣列，每一個(gè)陣列有一個(gè)光電二極管，來(lái)代替如圖1所描述的光纖設(shè)置。
再參見(jiàn)圖2，控制器30將光電二極管24的反饋信號(hào)轉(zhuǎn)換成顏色點(diǎn)的測(cè)量值，該值與通過(guò)使用者輸入裝置40提供的所需的設(shè)定值相比較。根據(jù)這個(gè)比較，控制器30確定呈現(xiàn)的是否是所需的色平衡，并因此對(duì)各個(gè)二極管10、12、14的電路調(diào)整器11、13、15發(fā)出信號(hào)。將從AC變換器50的一個(gè)電源輸入轉(zhuǎn)換成控制相應(yīng)紅、綠、和藍(lán)色的光強(qiáng)度的電流輸出，以獲得所需的色平衡。上述陣列的每一種顏色的二極管通過(guò)連接在基座16上而保持公共電位。使用者控制所需顏色的控制裝置，包括相應(yīng)顏色的輸入裝置41、42、43，和一個(gè)控制最終白光的總光強(qiáng)的調(diào)光器44。
圖3以示意圖的形式描述用于所述照明裝置的控制邏輯。當(dāng)在(31)開(kāi)啟燈時(shí)，向LED供電，并且一個(gè)測(cè)量程序(32)被啟動(dòng)。顏色點(diǎn)的測(cè)量值與根據(jù)使用者的調(diào)整(35)而存儲(chǔ)(34)的所需的設(shè)定值進(jìn)行比較(33)。根據(jù)這個(gè)比較，確定(36)是否需要調(diào)整顏色，如果需要，進(jìn)行調(diào)整(37)，并重復(fù)測(cè)量程序(32)。如果確定不需要調(diào)整(36)，則控制器在重復(fù)測(cè)量程序(32)之前等待一個(gè)預(yù)定的測(cè)量時(shí)間間隔。
圖4是說(shuō)明控制邏輯的時(shí)序示意圖，是在照明裝置開(kāi)啟時(shí)執(zhí)行的。四個(gè)軌跡的最高點(diǎn)是由一系列三個(gè)脈沖(測(cè)量程序)組成的測(cè)量信號(hào)，三個(gè)脈沖各分開(kāi)一段時(shí)間(測(cè)量時(shí)間間隔)。在第一個(gè)脈沖期間，綠和藍(lán)色LED關(guān)斷，因此發(fā)光二極管能測(cè)量紅色LED的光強(qiáng)；在第二個(gè)脈沖期間，紅和藍(lán)色LED關(guān)斷，使得發(fā)光二極管能測(cè)量綠色LED的光強(qiáng)；在第三個(gè)脈沖期間，紅和綠色LED關(guān)斷，使得發(fā)光二極管能測(cè)量藍(lán)色LED的光強(qiáng)?？刂齐娮友b置然后將測(cè)得的強(qiáng)光與所需的光強(qiáng)比較，并根據(jù)需要調(diào)整一組或多組LED的電流。
一個(gè)典型光電二極管的響應(yīng)時(shí)間極短，每個(gè)脈沖很短，例如10ms，使得觀察者察覺(jué)不到。因此在照明裝置的正常工作期間可以執(zhí)行測(cè)量程序。測(cè)量時(shí)間間隔的長(zhǎng)度取決于光輸出變化的快慢。例如，取決于LED溫度變化的快慢。其范圍從每一分鐘到每幾個(gè)小時(shí)；控制邏輯可編程為在啟動(dòng)之后很快進(jìn)行頻繁的測(cè)量，接著當(dāng)達(dá)到穩(wěn)定的操作溫度時(shí)，進(jìn)行較少的測(cè)量。
照明裝置可包括不止一排的每種顏色的LED，并可分開(kāi)測(cè)量這些排的輸出。例如兩排LED，每排有三種顏色，測(cè)量程序就會(huì)有六個(gè)脈沖。在每一種情況下，最好根據(jù)一個(gè)程序中的所有的測(cè)量值來(lái)調(diào)整色平衡，而不是只根據(jù)相應(yīng)的光輸出調(diào)整個(gè)別的顏色。
以上描述只是示例性的，并不限制后附的權(quán)利要求的范圍。
權(quán)利要求
1．照明裝置，包括一個(gè)發(fā)光二極管陣列，它包括多種顏色中的每種顏色的至少一個(gè)發(fā)光二極管(10，12，14)，用于向所述每種顏色的所述發(fā)光二極管提供電流的裝置，據(jù)此，所述每種顏色的所述發(fā)光二極管(10，12，14)具有一個(gè)光輸出，并且當(dāng)向所述陣列的所有發(fā)光二極管提供電流時(shí)，所述陣列具有一個(gè)混合的光輸出，一個(gè)光電二極管(24)，它設(shè)置為測(cè)量所述陣列的所有發(fā)光二極管的光輸出，用于選擇地關(guān)斷所述發(fā)光二極管(10，12，14)的電流的裝置(30)，使得所述光電二極管(24)在一個(gè)時(shí)間脈沖程序中分別測(cè)量每種顏色的光輸出，用于將每種顏色的所測(cè)量的光輸出與每種顏色各自的一個(gè)所需的光輸出進(jìn)行比較的裝置，和用于根據(jù)所述比較對(duì)每種顏色的發(fā)光二極管的電流進(jìn)行調(diào)節(jié)的裝置(30)，據(jù)此僅采用對(duì)于所述陣列的一個(gè)單獨(dú)的光電二極管可得到一個(gè)所需的混合的光輸出。
2．按照權(quán)利要求1所述的照明裝置，其特征在于，它還包括一個(gè)設(shè)置為接受來(lái)自所述陣列的所有發(fā)光二極管(10，12，14)的光的光纖(28)，所述光纖(28)連接至所述光電二極管(24)。
3．按照權(quán)利要求1所述的照明裝置，其特征在于，它還包括用于設(shè)置所需的光輸出的使用者輸入控制裝置(41，42，43)。
4．按照權(quán)利要求1所述的照明裝置，其特征在于，所述發(fā)光二極管陣列包括每種紅、綠、和藍(lán)顏色的發(fā)光二板管(10、12、14)，所述發(fā)光二極管設(shè)置為使得混合的光輸出是白色的。
5．按照權(quán)利要求4所述的照明裝置，其特征在于，它還包括用于混合顏色以獲得均勻的白光的混合光學(xué)裝置(22)。
6．用于調(diào)整一種發(fā)光二極管照明裝置的色平衡的方法，所述方法包括提供一個(gè)包括多種顏色中的每種顏色的至少一個(gè)發(fā)光二極管(10，12，14)陣列，向所述每種顏色的所述發(fā)光二極管(10，12，14)提供電流(31)，據(jù)此，所述每種顏色的所述發(fā)光二極管(10，12，14)具有一個(gè)光輸出，并且當(dāng)向所述陣列的所有發(fā)光二極管提供電流時(shí)，所述陣列具有一個(gè)混合的光輸出，提供一個(gè)光電二極管(24)，它設(shè)置為測(cè)量所述陣列的所有發(fā)光二極管的光輸出，利用所述光電二極管(24)順序地測(cè)量所述每種顏色的所述發(fā)光二極管(10，12，14)的光輸出(32)，將每種顏色的所測(cè)量的光輸出與每種顏色各自的一個(gè)所需的光輸出進(jìn)行比較(33)，和根據(jù)所述比較對(duì)每種顏色的發(fā)光二極管(10，12，14)的電流進(jìn)行調(diào)節(jié)(37)。
7．按照權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，所述順序測(cè)量(32)包括在對(duì)于每種顏色具有一個(gè)時(shí)間脈沖的測(cè)量程序中分別向每種所述顏色的所述發(fā)光二極管提供電流，和在每個(gè)所述時(shí)間脈沖期間測(cè)量其中一種所述顏色的光輸出。
8．按照權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，所述提供電流的步驟包括在每個(gè)所述時(shí)間脈沖期間，關(guān)斷除了被測(cè)量的顏色之外的所有的電流，和在所述脈沖之間和在將測(cè)量程序分開(kāi)的一個(gè)測(cè)量時(shí)間間隔期間，向所述陣列的所有所述發(fā)光二極管提供電流。
全文摘要
一種白光發(fā)光照明裝置,包括具有各紅、綠、和藍(lán)顏色的多個(gè)LED(10、12、14),每種顏色具有獨(dú)立的電源,并且設(shè)置一個(gè)光電二極管(24)以測(cè)量所有LED的光輸出。每種顏色的光輸出由一個(gè)電子控制電路(30)測(cè)量,該控制電路在一個(gè)時(shí)間脈沖程序中關(guān)斷不被測(cè)量顏色的LED。將每種顏色所測(cè)量的光輸出與一個(gè)可由使用者輸入而確定的所需的光輸出比較,并相應(yīng)地修正每種顏色的電流。
文檔編號(hào)F21Y101/02GK1291282SQ99802963
公開(kāi)日2001年4月11日 申請(qǐng)日期1999年12月2日 優(yōu)先權(quán)日1998年12月18日
發(fā)明者M·D·帕斯利, T·M·馬沙爾 申請(qǐng)人:皇家菲利浦電子有限公司