CN101406109A - 光单元 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种光单元，该光单元在照明设备中可以互换。该光单元包括一个支架，一个或多个发光元件连接到所述的支架。进一步地存储设备按可操作方式耦合到支架，其中存储设备包括代表与支架有关的一个或多个发光元件的操作特性的信息。在光单元与照明设备操作性耦合时，与照明设备有关的控制系统可以访问存储设备，获得与支架有关的一个或多个发光元件的操作特性。以此方式，控制系统可以立即得到发光元件的操作特性，不需要在更换或改变照明设备的光单元之后校准照明设备。

Description

光单元

技术领域

本发明涉及照明领域，具体来说涉及一种光单元，该光单元的设计易于在照明设备中更换。

背景技术

诸如固态半导体和有机发光二极管(LED)之类的发光设备在光通量方面的开发进展和改进使这些设备适合于用在通用照明应用场合，其中包括建筑、娱乐、和道路照明。发光二极管与诸如白炽灯、荧光灯、和高强度放电灯之类的光源相比，越来越具有竞争力。

众所周知，发光二极管在生产当中可能就有所变化。例如，来自一组发光二极管芯片的原始光输出，在相同的晶片上的光通量输出当中就可能具有多达大约3∶1的变化，而这组发光二极管芯片是在由相同的设备制造的相同晶片上生长出来的。这一事实产生了这样一种在该工业中通用的装箱策略：对于发光二极管逐个地进行测试，并且以光通量输出大约30％的间隔分类装箱。同样，正向电压、主波长和光束扩展可以是装箱过程期间考虑的其他因素。

另外，发光二极管的色度和光通量输出可能取决于结温，它对于相关色温(CCT)可能有不利的影响，更加常见的是，对于所发出的光的色度有不利的影响。发光二极管的结温变化还可能在最终的输出光的光谱功率分布方面产生不利影响。结温变化不仅可以减小光通量输出，而且还将引起混合光的相关色温(CCT)的不利变化。

根据发光二极管的内在的发射特性，与基于发光二极管的照明设备有关的控制系统在一般情况下包括与照明设备中的发光二极管有关的校准数据。以此方式，控制系统能够根据发光二极管的相应的预先确定的发射特性，来调节与照明设备有关的发光二极管的操作。

不管发光二极管的已知延长的预期寿命有多大，可能必须更换照明设备中的发光二极管。这种要求的更换例如可能是因为：发光二极管的失效、承载发光二极管的印刷电路板(PCB)上连接电路的失效、或者容易理解的一些其它因素。例如，在包含大量发光二极管的照明设备中，发光二极管失效的几率增加，通常期望尽可能快地更换失效的发光二极管，以便校正可能引起的照明设备产生的照明图案的不利变化。如果给定例如来自同一生产批量的标称值相等的发光二极管之间的发光二极管输出参数(例如强度和主波长)的变化率，在每次更换发光二极管之后通常期望重新校准照明设备。在某些照明设备中，具体来说即混合来自不同颜色发光二极管的光输出的照明设备中，在更换发光二极管之后，最终的光图案仍旧是不正确的、不平衡的、或者是不期望的，一直到重新校准照明设备，但重新校准可能需要等待服务的技术人员。

美国专利No.6806659描述了一种照明设备，它包括一个控制模块和一个光模块，其中的光模块是可以互换的。控制模块包括一个开关和微控制器。包含在微控制器中的存储器用于存储驱动发光二极管(一个或多个)的强度水平。因此，在更换这个照明设备的发光模块时，控制模块可能需要重新校准，以便将与新的光模块有关的发光二极管的发射特性考虑在内。

美国专利No.6965205公开了一种照明系统，该照明系统包含用于控制处理器的系统存储器，并且还公开了，存储器可以包含与用于驱动发光二极管的控制信号有关的校准数据。然而，这个存储器配置成由这个系统作为一个整体来使用，因此如果更换了发光二极管，与特定的发光二极管有关的任何校准数据必须在一个附加的步骤中输入到这个存储器。因此，这个系统在更换一个或多个发光二极管之后需要重新校准。

此外，美国专利申请公布No.2006/0002110描述了照明单元，它包含光源，如发光二极管。所述的照明单元还任选地包括数据存储设备，用于存储校准数据。数据存储设备配置成可以由照明单元的处理器访问。对于整个光系统提供数据存储设备的这种配置，因此在更换一个或多个光源时，要将新的校准数据输入到数据存储设备中，以便由合适的处理器使用。因此，这个系统在更换了一个或多个光源之后，也需要重新校准。

还有，美国专利No.6411046和6411558公开了光源，其中在耦合到控制单元的一个存储器中存储了彩色坐标的作为温度函数的变化信息。在这种光源的这个配置中，如果更换了一个或多个发光二极管，需要重新校准所述的光源，其中要将新的合适的校准信息输入到与控制单元有关的存储器中。

因此，需要一种新的光单元，它使照明设备的发光元件的更换和相互交换很容易，不必重新校准照明设备。

提供这个背景信息，是为了揭示申请人相信这是与本发明可能相关的信息。既不必期望，也不应该认为，任何前述信息构成了与本发明抵触的现有技术。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种光单元。按照本发明的一个方面，提供适合于连接到照明设备的光单元，所述照明设备包括一个控制系统，用于控制一个或多个发光元件的激励，控制系统适合于连接到一个电源，光单元包括：一个或多个支架；按可操作方式耦合到一个或多个支架的一个或多个发光元件，该一个或多个发光元件用于产生电磁辐射；按可操作方式耦合到一个或多个支架的存储设备，该存储设备包括代表一个或多个发光元件的操作特性的信息，存储设备适合于连接到控制系统；其中，控制系统向一个或多个发光元件提供控制信号；并且其中所述的控制信号取决于操作特性。

附图说明

图1说明按照本发明的一个实施例的光单元，其中，该光单元按可操作方式耦合到照明设备的控制系统。

具体实施方式

术语“发光元件”用来定义任何这样的器件：当在这个器件的两端加上电位差或使电流通过这个器件而使器件受到激励时，所述的器件在例如电磁波谱的任何区或区域组合中都发出辐射，如可见区、红外区、和/或紫外区。因此，发光元件可以具有单色的、准单色的、多色的、或宽带光谱的发射特性。发光元件的例子包括半导体、有机的、或聚合物/聚合体发光二极管、涂敷光泵磷光体的发光二极管、光泵纳米晶体发光二极管或者本领域的普通技术人员容易理解的其它类似的器件。

如这里所使用的，术语“大约”指的是距标称值±10％的变化。应该理解，这样一个变化总是包括在这里提供的任何指定的值中，不管是否具体指出。

除非另有规定，这里使用的所有科技术语与本发明所属的领域中普通技术人员共同理解的含义相同。

本发明提供的光单元在照明设备内是可以互换的。这个光单元包括与一个或多个发光元件相连的支架。光单元进一步还包括按可操作方式与所述的支架耦合的存储设备，存储设备包括代表一个或多个发光元件的操作特性的信息。在光单元与照明设备按可操作方式耦合时，与照明设备相关的控制系统可以访问该存储设备，以获得与所述的支架有关的一个或多个发光元件的操作特性。以此方式，所述控制系统可以立即得到发光元件的操作特性，不需要在更换或改变照明设备的光单元以后再校准照明设备。

图1表示按照本发明的一个实施例的光单元5，其中的光单元5按可操作方式耦合到照明设备的控制系统。存储设备10以及一个或多个发光元件20安装在单个的支架60上。存储设备10配置成携带安装在支架60上的一个或多个发光元件20的操作特性。与光单元5按可操作方式耦合的照明设备的控制系统40访问存储设备，以便在该存储设备上提取或写入30与一个或多个发光元件20的操作特性有关的信息或者其它信息。控制系统40以此方式可向一个或多个发光元件20提供控制信号50，以使一个或多个发光元件发射出期望的电磁辐射，如期望颜色的光。控制系统40适合于连接到一个电源，借此实现对一个或多个发光元件20的期望的激励。

在本发明的一个实施例中，在存储设备中可以包含与一个或多个发光元件和/或光单元有关的其它数据。例如，存储设备可以包括与制造日期、校准日期、厂家的参考信息、序列号、型号、发光元件的装箱信息等有关的信息。

在本发明的一个实施例中，可以按照与光单元有关的一个或多个发光元件的操作小时数更新操作特性。例如，一个或多个发光元件的操作历史记录可以用于调查发光元件的故障或发光元件的操作参数的劣化，发光元件的操作历史记录可以提供用于确定发光元件可能具有最长寿命的操作条件的措施。

支架

支架提供用于一个或多个发光元件和/或存储设备的支撑机构。

在一个实施例中，一个单个的支架对于一个或多个发光元件和存储设备这两者提供统一的支撑，这样就可以为简单地相互交换光单元提供了措施。

在本发明的一个可替换实施例中，使用一个支架作为一个或多个发光元件的支撑机构，使用第二个支架作为存储设备的支撑机构。

在下一个实施例中，使用特殊的支架作为一个或多个发光元件的特殊形式的支撑机构。例如，红色发光元件按可操作方式耦合到一个支架，绿色发光元件按可操作方式耦合到第二支架，蓝色发光元件按可操作方式耦合到第三支架。

在本发明的一个实施例中，当光单元包括多个支架时，可以通过框架系统将这些多个支架在结构上连接起来，以便产生一个统一的支架部件。框架系统的结构可依赖光单元的结构、照明设备、和光单元内支架的数目。

在一个实施例中，支架是由标准印刷电路板(PCB)型材料制成，例如FR4复合材料，或本领域的普通技术人员容易理解的其它印刷电路板形式。

在一个实施例中，支架由导热材料制成，例如像AlN、Al₂O₃、BeO之类的陶瓷，金属芯印刷电路板(MCPCB)，直接粘结铜(DBC)，CVD金刚石，或者本领域的普通技术人员已知的其它合适的导热材料。另外，基底可以由金属(例如Olin 194、铜)、钨化铜或任何其它导热合金制造。然后可以用电介质涂敷基底，以便电绝缘一个或多个发光元件，和/或电触点。在一个实施例中，可以在涂敷有电介质的基底上淀积电气轨迹，以便允许实现电气连接。

在一个实施例中，可以对于支架进行设计，以使这些轨迹提供从一个或多个发光元件和存储设备到与照明设备有关的控制系统的电气连接。在一个实施例中，在支架的一个侧面上形成这些轨迹。按照另一种方式，支架在其两个侧面上具有电气连接或轨迹。轨迹的这种结构可基于发光元件、存储设备和/或照明设备的设计。

在一个实施例中，可将支架设计成包括多个导电平面，以便减小支架的尺寸，并且例如由于电路轨迹的减小有可能增加其上的器件(如发光元件)的潜在密度。

在本发明的另一个实施例中，支架可以包括一个或多个连接器、插头、或互连器，它们在光单元和照明设备之间提供操作性连接。本领域的普通技术人员容易理解，插头的结构可能提供支架和照明设备之间的期望的操作性连接。

对于一个或多个支架进行电气配置，以使它们能够按可操作方式连接到照明设备的控制系统，本领域的普通技术人员对此是容易理解的。

可以将支架形成为各种各样的期望的形状，例如平直的、弯曲的、正方形的、圆形的、椭圆形的、或其它期望的形状、或容易理解的其它期望的形状。支架的结构和形状取决于照明设备的设计，照明设备的设计可以确定可能加在支架上的形状和尺寸的限制。

存储设备

存储设备按可操作方式耦合到一个支架，并且提供用于存储与其有关的一个或多个发光元件的操作特性的装置。按照这种方式，当在光单元和照明设备可操作地耦合时，发光单元的一个或多个发光元件中的每一个发光元件的操作特性都是可由照明设备的控制系统访问的。

一个或多个发光元件的操作特性可以代表一个或多个发光元件的波长和强度发射光谱。

在一个实施例中，所述的操作特性还代表一个或多个发光元件的波长和强度发射光谱的温度依赖性。如本领域的普通技术人员所知，发光元件的不同颜色具有不同的温度依赖性，因此需要适当的操作特性来代表这个不断变化的依赖性。

在本发明的一个实施例中，操作特性是用于估算一个或多个发光元件的波长和强度发射光谱的多项式或算法。

在一个实施例中，操作特性代表作为一个或多个发光元件的操作温度函数的一个或多个发光元件的峰值波长发射、峰值强度发射和光谱线宽度。对于一个或多个发光元件中的每一个发光元件，光谱输出表示可由具有预先确定的参数的多项式表达式来表示。例如，存储在存储设备中的操作特性可以是线性的或指数的取决于温度的表达式，这些表达式代表一个或多个发光元件的预先确定的具有合适数值逼近的参数。

在一个可替换实施例中，将操作特性配置成表格的形式，例如查找表结构。

控制系统可以是一个计算设备或者微控制器，具有中央处理单元(CPU)和外围输入/输出设备(如A/D或D/A转换器)，以便监测来自按可操作方式耦合到控制系统的一个或多个外围设备(如温度确定机构)的参数。控制器可选地包括一个或多个存储介质，在这里统称为“存储器”。存储器可以是易失性和非易失性计算机存储器，如RAM、PROM、EPROM、和EEPROM、闪存、致密盘、光盘等等，其中通过中央处理单元存储和执行用于监测或控制耦合到控制系统的一个或多个发光元件和外围设备的控制程序(例如软件、微型代码、或固件)。

可以将存储设备配置成：电可擦除可编程的只读存储器(EEPROM)、电可编程只读存储器(EPROM)、非易失性随机存取存储器(NVRAM)、只读存储器(ROM)、可编程只读存储器(PROM)、闪存、或其它的本领域的普通技术人员容易理解的用于存储数据的非易失性存储器。

在一个实施例中，可将存储器设备配置成用于存储操作特性的拨码开关(dip-switch)组。拨码开关组可以在发光元件校准阶段期间设定，例如在光单元制造期间设定。

在本发明的一个实施例中，存储设备可以配置成一个可寻址的设备。可以将存储设备的地址存储在拨码开关组中，或者可以存储在例如通过其上的固件确定的存储设备里。用于确定存储设备的地址的其它合适的方法容易由本领域的普通技术人员理解。

显然，本发明的上述实施例是示例性的，在许多方面是可以改变的。现在的或将来的这些改变都不会被认为是偏离本发明的构思和范围，期望将对于本领域的普通技术人员显而易见的所有这些改进都包括在下面的权利要求书的范围之内。

Claims (14)

1、一种光单元，适合于连接到照明设备，该照明设备包括一个控制系统，用于控制一个或多个发光元件的激励，所述控制系统适合于连接到一个电源，所述光单元包括：

a)一个或多个支架；

b)一个或多个发光元件，按可操作方式耦合到一个或多个支架，所述的一个或多个发光元件用于产生电磁辐射；

c)存储设备，存储设备按可操作方式耦合到一个或多个支架，存储设备包括代表一个或多个发光元件的操作特性的信息，存储设备适合于连接到控制系统；

其中，控制系统向一个或多个发光元件提供控制信号；并且其中所述的控制信号取决于操作特性。

2、根据权利要求1所述的光单元，其中：所述的支架是单个支架。

3、根据权利要求1所述的光单元，其中：存储设备按可操作方式耦合到第一支架，一个或多个发光元件按可操作方式耦合到第二支架。

4、根据权利要求1所述的光单元，其中：存储设备按可操作方式耦合到第一支架，第一颜色的一个或多个发光元件按可操作方式耦合到第二支架，第二颜色的一个或多个发光元件按可操作方式耦合到第三支架。

5、根据权利要求3或4所述的光单元，其中：通过一个框架系统连接第一支架、第二支架和可选的第三支架，借此形成一个统一的支架部件。

6、根据权利要求1所述的光单元，其中：所述的支架是一个FR4板、印刷电路板，或者由导热材料形成。

7、根据权利要求1所述的光单元，其中：所述的一个或多个支架包括一个或多个电路轨迹或一个或多个导电平面。

8、根据权利要求1所述的光单元，其中：存储器单元是从以下的组中选择出来的：电可擦除可编程的只读存储器、电可编程只读存储器、非易失性随机存取存储器、只读存储器、可编程只读存储器、闪存、或拨码开关组。

9、根据权利要求1所述的光单元，其中：操作特性代表一个或多个发光元件的波长和强度发射。

10、根据权利要求9所述的光单元，其中：操作特性还包括一个或多个发光元件的波长和强度发射两者的温度依赖性的表示。

11、根据权利要求9所述的光单元，其中：存储设备进一步还包括如下信息：有关一个或多个发光元件的特征、从以下组中选择出来的特征：制造日期、校准日期、厂家参考信息、序列号、型号、和装箱信息。

12、根据权利要求9所述的光单元，其中：存储设备进一步还包括有关一个或多个发光元件操作小时数的信息。

13、根据权利要求9所述的光单元，其中：操作特性由一个或多个多项式表示。

14、根据权利要求9所述的光单元，其中：将操作特性配置成查找表。

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