CN111800910A - 光组件和用于操作其的方法 - Google Patents

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Abstract

本公开的各实施例涉及光组件和用于操作其的方法。在一个实施例中，一种光组件包括：基底；由基底支撑的发光设备；可渗透挥发性化合物的盖，完全包围发光设备并且对在使用期间由发光设备发射的光通量是透明；气体传感器，被配置为感测挥发性化合物，气体传感器被布置在盖内。光组件包括泵，泵具有可操作地耦合到所述盖的入口，并且可操作用于在所述盖内生成压力降低。所组件包括光传感器，光传感器可操作地耦合到发光设备，光传感器被配置为感测光通量的至少一个光分量的光强度值。光组件包括：可操作地耦合到气体传感器、所述光传感器和泵的处理器；非易失性存储器，存储要在处理器中执行的程序。

Description

光组件和用于操作其的方法
相关领域的交叉引用
本申请要求于2019年4月5日提交的意大利专利申请号102019000005242的优先权，在此通过引用将该申请并入本文中。
技术领域
本发明涉及照明，并且具体地涉及光组件和用于操作其的方法。
背景技术
现今涉及照明的几乎任何技术领域需要增加的光通量以及最小功耗，特别是用于在节能应用中使用并且增加光效果。
通过使用发光二极管(LED)，来自各种领域的制造可以使用相同的发光元件容易地从一种颜色切换到另一种颜色，调制光通量强度，降低制造成本并节省功率和空间。这些优点是LED的固有功率效率、鲁棒性、灵活性和小形状因素的直接效果。因此，并不奇怪的是，LED照明快速代替其他光生成方式。
另外，由于LED元件是基于硅的产品，所以其很好地适合于具有通过嵌入在相同封装上的集成电路的智能控制。
发明内容
在一个实施例中，一种光组件包括：基底；由基底支撑的发光设备；可渗透挥发性化合物的盖，完全包围发光设备并且对在使用期间由发光设备发射的光通量是透明；气体传感器，被配置为感测挥发性化合物，气体传感器被布置在盖内。光组件包括泵，泵具有可操作地耦合到盖的入口，并且可操作用于在盖内生成压力降低。光组件包括光传感器，光传感器可操作地耦合到发光设备，光传感器被配置为感测光通量的至少一个光分量的光强度值。光组件包括：可操作地耦合到气体传感器、光传感器和泵的处理器；非易失性存储器，存储要在处理器中执行的程序。处理器当执行程序时被配置为：从气体传感器获得指示渗透盖的挥发性化合物的量的第一信号；从光传感器获得与光强度值相关的第二信号；并且当第一信号和第二信号两者都满足相应的预定义条件时激活泵以生成压力降低。
在另一实施例中，一种光组件包括：发光二极管(LED)封装，其包括基底、LED、气体传感器、附接到基底的第一侧的光传感器、完全包围LED、气体传感器和光传感器的可渗透挥发性化合物的盖，盖对从LED发射的光是透明，气体传感器被配置为感测挥发性化合物，光传感器被配置为感测从LED发射的光的至少一个光分量的光强度值。光组件包括：包括泵的电路板，其中，基底的第二侧被附接到电路板，其中，泵通过基底中的通孔被流体地耦合到盖。
在一个实施例中，一种用于操作光组件的方法包括在处理器处从设置在光组件中的气体传感器接收指示渗透光组件的盖的挥发性化合物的量的第一信号。方法包括在处理器处从设置在光组件中的光传感器接收第二信号，第二信号与从设置在光组件中的发光设备发射的光强度值相关。方法包括将控制信号从处理器发送到设置在光组件中的泵。方法包括当第一信号和第二信号两者都满足相应的预定义条件时激活泵以生成压力降低，其中光传感器、气体传感器以及发光设备被设置在基底上，其中盖包围光传感器、气体传感器以及发光设备，其中，泵和处理器被设置在电路板上方，其中泵包括可操作地耦合到盖的入口并且被配置为在盖内生成压力降低。
附图说明
为了更好地理解本发明，现在仅仅通过非限制性示例的方式并且参考附图描述本发明的优选实施例，其中：
图1示出了根据本发明的实施例的光组件的截面视图；
图2是示出了用于操作图1的发光单元的方法的示图；并且
图3是示出了包括图1的发光单元的系统的示意性视图。
具体实施方式
本发明的实施例涉及一种发光单元和一种用于操作所述发光单元的方法。具体地，发光单元包括：发光设备，被提供具有感测挥发性化合物的气体传感器和检测由发光设备发射的光通量的光强度变色水平的光传感器。本发明的实施例还涉及一种操作所述发光单元的方法。
功率LED光通量在存在挥发性有机化合物(VOC)的情况下表现出退化(即，变色)现象。化学上不相容的VOC在LED上或附近的存在降低光输出水平并且/或者引起光的色度点的变化。
根据一些制造指示，合适的设计和充足的测试可以防止褪色；还建议仅仅使用相容性材料(即，没有VOC的材料)来嵌入LED。
然而，在基于功率LED的照明系统中，在容纳LED的封装中需要通风孔以冷却LED；这些孔提供VOC从外部环境(其他污染物之中)进入封装内并引起褪色现象的通道。在封装密封剂可渗透VOC(例如，VOC可以移动通过硅树脂密封剂)的情况下或者在封装密封剂被损坏的情况下产生相同的问题。
除此之外，现在，功率LED在工业照明、汽车照明系统、紧急信号传送和中距离警告系统中是优选的，其中具有有效led驱动技术是用于具有市场成功引入的智能解决方案的关键点；在这样的情景中，光通量稳定性、发射的颜色的不均匀性以及优良的功率控制是最重要的。
各种实施例提供一种发光单元和一种用于操作所述发光单元的方法，以克服先前说明的问题。
图1在正交轴X、Y、Z的三轴系统中图示了根据本发明的一个实施例的发光单元1，具体是LED单元。
LED单元1包括：实心板2，即印刷电路板(PCB)；以及LED封装4，通过耦合区域6(例如，焊接区域)电耦合且机械耦合到板2。
LED封装4包括提供具有通孔12的衬底4a。盖区域4b在衬底4a上养身；盖区域4b(具有尤其是“圆顶”状形状)在一个实施例中是硅材料的并且形成硅树脂透镜。
封装4在盖区域4b内容纳：发光二极管(LED)18，被配置为发射光通量；气体传感器20，被配置为感测在盖区域4b内的一种或多种类型的挥发性有机化合物(VOC)的存在；以及光传感器22，被配置为感测由LED 18发射的光通量的红色、绿色以及蓝色之中的至少一个分量和/或被配置为感测由LED 18发射的光通量的光强度水平。以本身已知的方式，LED18、气体传感器20和光传感器22被示例性地耦合到衬底4a。
盖区域4b可渗透VOC，其可以累积在盖区域4b内并且到达LED 18的表面，这引起褪色现象。渗透盖区域4b的VOC也到达气体传感器20的感测元件，其提供指示VOC在盖区域4b内并且在LED 18的表面上的存在的输出信号。
盖区域4b在一个实施例中在材料密度方面是均匀的(例如，其是硅树脂的)；气体传感器20、光传感器22以及LED 18嵌入或浸没在盖区域4b中。换言之，气体传感器20、光传感器22以及LED 18完全被盖区域4b包围，并且盖区域4b与气体传感器20、光传感器22以及LED 18直接接触。
在另一实施例中，盖区域4b具有内部腔，并且气体传感器20、光传感器22以及LED18被布置在上述腔中。
总体上，光传感器22可以被布置在盖区域4b内，或者否则被放置在盖区域4b之外，并且以使得接收由LED 18发射的光通量并感测所发射的光通量的至少一个分量(例如，红色、绿色、蓝色之中的至少一个)的光强度值的方式来相对于LED设备18/封装4定位。
LED 18在一个实施例中是由荧光粉覆盖的蓝色LED芯片。然而，本说明书一般涉及任何类型的LED，不管发射的光颜色的类型如何。
板2集成或否则容纳泵8(例如，微泵或MEMS泵)。泵8具有通过穿过孔12的管或导管或管道14而耦合到盖区域4b的内部部分的入口8a，使得泵8可以被操作以在盖区域4b内吸入空气/气体，以在盖区域4b内创建压力降低(具体地，在管道14被耦合到盖区域4b的地方的局部降低)。存在(诱捕)于盖区域4b的硅树脂材料中的VOC因此被迫使(将流)移动向入口8a/管道14，以通过泵8的动作被移除。LED 18的表面上的VOC被同样地迫使(将流)移动向泵8的入口8a，以被吸出。类似地，气体传感器20的感测表面上的VOC也被迫使(将流)移动向泵8的入口8a，以也被吸出。
处理器或控制器30可操作地耦合到气体传感器20和光传感器22，并且耦合到泵8。处理器或控制器30可以是集成于板2中的微处理器或微控制器；然而，其他技术方案是可实践的，例如处理器或控制器30可以是在板8外部的计算机(或其他计算装置)的部分。处理器或控制器30可以包括非易失性存储器(或者耦合到非易失性存储器)，该非易失性存储器包括具有可由处理器或控制器30执行的指令的程序。
处理器30也可以耦合到LED 18，以根据针对LED 18预见的用法来接通/关断LED18。备选地，LED 18可以通过未示出的另一控制器来接通和关断。
在一个实施例中，气体传感器20是基于半导体的气体传感器，更具体地是金属氧化物(MOX)半导体气体传感器。在这种情况下，所测量的MOX电阻(其是感测材料)与VOC浓度成比例。该水平通常以ppm借助于通过传感器本身的内置逻辑或备选地通过处理器30计算的校准曲线而被转换。
在一个示例性且非限制性实施例中，气体传感器20被配置为在以下温度范围内操作：-40℃至+85℃，具有以下功耗：在脉冲模式中降低至1mW。输出接口是SPI和I2C。操作气体范围是0.5ppm至100ppm TVOC，具有小于等于5s(≤5s)的气体传感器响应时间以及大约1ppm的气体准确性。如对本领域技术人员显而易见的，可以使用其他类型的气体传感器。
作为光传感器22(感测RGB分量或光通量的强度)，可能的技术方案包括将感测元件、AFE(模拟前端)、滤波器以及数字接口集成在相同芯片上的数字传感器。其他集成的特征可以存在，诸如TOF(飞行时间)能力。这种类型的传感器包括ST VL6180X(接近、姿势和环境光感测ALS模块)。
另外，板2也可以集成蓝牙低能量无线网络处理器和/或芯片天线，以用于管理数据的无线传输并提供连接性能力，和/或集成蓝牙低能量阻抗匹配Balun滤波器。其他连接性协议可以被实施和使用。
在图2中示意性地示出并且在下文中讨论LED单元1的工作的方法。
在使用期间，气体传感器20(连续地，或以特定预定时间间隔，或当由处理器30控制时)感测VOC的存在(图2，步骤100)。根据一个实施例，在没有检测到VOC或者VOC低于最小阈值(从步骤100退出NO)的情况下，不采取另外的措施并且气体传感器20保持在感测状态中。从步骤100退出NO可以包括将指示没有VOC的信号传送到处理器30的另外的步骤，并且处理器30可以使用该信息作为LED单元1的正确工作的确认。
在气体传感器20感测到VOC的存在或者VOC的量高于最大阈值(从步骤100退出YES)的情况下，处理器30被相应地通知(即，气体传感器20将指示VOC的存在的对应信号发射到处理器30)。
处理器30然后控制器光传感器22以获得与由LED 18发射的光通量相关的信息，步骤102。具体地，光传感器22获得以下中的一项：光通量的仅仅红色分量的光强度；光通量的仅仅绿色分量的光强度；光通量的仅仅蓝色分量的光强度。作为另一实施例，光通量的两个或更多个分量(红色、绿色、蓝色)的光强度可以由光传感器22获得。此外，作为另外的其他实施例，光传感器22获得光通量的光强度而不区分一个或多个RGB分量。这些实施例也可以被组合在一起。
光传感器22生成指示由LED 18发射的光通量的质量(即，其指示LED 18的褪色)的输出信号(例如，一个或多个光强度值)。
由光传感器22生成的输出信号由处理器30获得，其将接收到的(一个或多个)强度值与相应的预定义阈值进行比较。如果(一个或多个)强度值满足预定义必要条件(例如，所关注的强度值高于阈值)，那么LED单元1被认为处于良好工作状况中(没有褪色存在)，步骤104；否则(例如，所关注的强度值低于阈值)，LED单元1需要帮助(褪色存在)并且一个或多个应对措施被可选地采取，步骤106。在步骤106期间，例如，以下措施中的一个或多个措施被执行：(i)增加LED 18的驱动功率以维持以期望/预期值(例如，在不存在褪色现象的情况下预期的值)输出的光通量；(ii)发射警告信号，用于远程报警/监测。
在更多强度值由光传感器22发送到处理器30的情况下，当至少一个强度值不满足预定义必要条件(例如，低于阈值)时，LED单元1需要帮助。其他实施例是可能的，即，当至少两个或全部强度值不满足预定义必要条件时需要帮助。
不管步骤106是否被执行，当步骤102的输出指示LED单元1需要帮助时，处理器30控制泵8处于工作状况中，以执行VOC清洁操作，步骤108。具体地，泵8由从处理器30接收的控制信号激活，使得与管道14对应地局部地生成降低，这引起VOC从盖区域4b(以及从LED18的表面)到泵8的VOC的迫使流，VOC可以因此被主动移除。
通过维持泵8激活适当的时间段，从LED 18有效地移除VOC。该时间段取决于特定材料中的气体的扩散动力学，如本领域技术人员能理解的。
在步骤108的清洁操作期间，气体传感器20可以由处理器30控制以连续地感测在盖区域4b中的VOC的存在。在这种情况下，泵8被维持由处理器30激活直到气体传感器20发射指示在盖区域4b中没有VOC的信号(或低于最小阈值的VOC)。
步骤100和随后步骤然后被重复。
根据未示出的不同实施例，步骤100和步骤102可以以相反顺序被执行。在这种情况下，由LED 18发射的光强度被监测。在所感测的光强度不同于预期的光强度(例如，其低于阈值)的情况下，然后通过气体传感器20来感测VOC的存在。如果来自气体传感器20的输出由处理器30解读为VOC的存在的确认，那么步骤108被执行；否则，光强度的减小归因于LED 18的老化(不是本发明的部分的其他过程可以然后被跟随)。
图3示意性地示出了系统50，其实施图2的方法。系统50包括LED单元1。除了先前描述，图3示出了模拟前端42的存在，其形成气体传感器20与处理器30之间的接口以及光传感器22与处理器30之间的接口，以便将传感器的输出信号适应/转换为可移由处理器30接收作为输入的形式。
在一个实施例中，模拟前端42与模数转换电路和数字处理特征(例如，用于对输出进行滤波)一起被集成在气体传感器20和光传感器22中。在这样的情景中，气体传感器20和光传感器22中的每个传感器具有向处理器30提供数字输出的它自己的模拟前端42。
在另一实施例中，实施模拟前端42的电路在气体传感器20和光传感器22外部并且实施针对处理器30的传感器读取能力和模数转换两者。
处理器30实施主逻辑。例如，主逻辑是具有有限数目的状态和连接的离散时间处理逻辑以便保持计算复杂性和延时低。主逻辑具有基于连续的VOC梯度且光梯度的计算由低计算工作负荷驱动的有限数量的过渡(如图2中的图示所示出的)。
时钟44，其可以被安装/集成在板2上或在板2外部，耦合到处理器30以提供用于实施图2的方法的所需定时。以本身已知的方式，时钟44也可以是处理器30的一部分。
另外的传感器块46可以可选地存在，并且根据需要包括用于运动检测(加速度计、陀螺仪、等等)的MEMS传感器、温度传感器、以及其他检测器。传感器块46是可选的。
从LED单元1移位一定距离的远程服务器48通过通信接口49和有线或无线通信通道被耦合到处理器30。通信接口49可以被安装在板2上或集成于该板上或者被布置在板2外部。远程服务器48接收例如在步骤106处发射的警告信号。远程服务器48的操作者也可以手动触发图2的方法的启动。
本发明的实施例可应用于工业照明、汽车照明系统、紧急信号传送、中距离警告系统和便携式电子设备的领域。如对本领域技术人员显而易见的，其他应用领域是可能的。
先前描述的本发明的实施例的优点从前述描述中清楚地显现。
具体地，本发明的实施例实现信号传送、预防维修并且保证针对LED的整个生命周期的恒定光通量。
本发明的实施例利用微型的且工艺相容的低成本VOC和光传感器，因此保证成本节省、低功耗以及高集成水平。
最终，清楚的是，可以对本文中已经描述和说明的内容进行修改和变化，而不由此脱离如随附权利要求书中所限定的本发明的范围。
例如，LED 18可以代替地为激光器(LASER)，或者另一发光设备，其在使用期间遭受由挥发性化合物(不一定是有机类型的)引起的褪色现象。
此外，另外的涂层可以存在于盖区域4b(透镜)上方；这样的另外的涂层对由发光二极管(LED)18发射的光通量是透明的。
另外，显而易见的是，封装4可以在盖区域4b中容纳多于一个LED 18和/或多于一个气体传感器20(例如，为了冗余)和/或多于一个光传感器22(例如，为了冗余)。
根据本发明的实施例，提供了一种发光单元和一种用于操作所述发光单元的方法，如随附权利要求书中所限定的。

Claims (20)

1.一种光组件，包括：
基底；
发光设备，由所述基底支撑；
可渗透挥发性化合物的盖，完全包围所述发光设备并且对在使用期间由所述发光设备发射的光通量透明；
气体传感器，被配置为感测所述挥发性化合物，所述气体传感器被布置在所述盖内；
泵，具有可操作地耦合到所述盖的入口，并且可操作以在所述盖内生成压力降低；
光传感器，可操作地耦合到所述发光设备，所述光传感器被配置为感测所述光通量的至少一个光分量的光强度值；以及
处理器，可操作地耦合到所述气体传感器、所述光传感器、以及所述泵；
非易失性存储器，存储要在所述处理器中执行的程序，所述处理器当执行程序时被配置为：
从所述气体传感器获得指示渗透所述盖的挥发性化合物的量的第一信号；
从所述光传感器获得与所述光强度值相关的第二信号；并且
当所述第一信号和所述第二信号两者都满足相应的预定义条件时激活所述泵，以生成所述压力降低。
2.根据权利要求1所述的光组件，其中当所述第一信号指示挥发性化合物的量高于第一阈值时所述第一信号满足所述相应的预定义条件，并且其中当所述第二信号指示光强度值低于第二阈值时所述第二信号满足所述相应的预定义条件。
3.根据权利要求2所述的光组件，其中当所述泵被激活时，所述程序被配置为使所述处理器：
连续地或在相继的时间点从所述气体传感器获得所述第一信号，以监测所述挥发性化合物的所述量；并且
只要所监测的所述量指示所述挥发性化合物高于所述第一阈值就维持所述泵被激活。
4.根据权利要求1所述的光组件，还包括：
印刷电路板，支撑所述基底，
其中所述发光设备、所述气体传感器、以及所述光传感器被耦合到所述基底并且嵌入所述盖中，并且其中所述泵被机械地耦合到所述印刷电路板并且通过管道可操作地耦合到所述盖，所述管道通过所述基底从所述泵入口延伸到所述盖。
5.根据权利要求1所述的光组件，其中所述盖是用于使由所述发光设备发射的所述光通量成形的聚焦透镜。
6.根据权利要求1所述的光组件，其中所述盖是硅树脂材料的，所述发光设备是发光二极管LED，并且所述挥发性化合物是挥发性有机化合物，
所述泵能够由所述处理器利用适于生成从所述LED朝向所述泵入口的所述挥发性有机化合物的流的功率来控制激活。
7.根据权利要求6所述的光组件，其中所述挥发性有机化合物当沉积在所述LED上方并与所述LED接触时降低所述光通量。
8.根据权利要求1所述的光组件，其中所述第一信号由挥发性化合物生成，所述挥发性化合物沉积在所述气体传感器的对所述挥发性化合物敏感的感测元件上。
9.一种光组件，包括：
发光二极管LED封装，包括基底、LED、气体传感器、附接到所述基底的第一侧的光传感器、完全包围所述LED、所述气体传感器和所述光传感器的可渗透挥发性化合物的盖，所述盖对从所述LED发射的光透明，所述气体传感器被配置为感测所述挥发性化合物，所述光传感器被配置为感测从所述LED发射的所述光的至少一个光分量的光强度值；以及
电路板，包括泵，其中所述基底的第二侧被附接到所述电路板，其中所述泵通过所述基底中的通孔被流体地耦合到所述盖。
10.根据权利要求9所述的光组件，还包括：
处理器，可操作地耦合到所述气体传感器、所述光传感器、以及所述泵；
非易失性存储器，存储要在所述处理器中执行的程序，所述处理器当执行所述程序时被配置为：
从所述气体传感器获得指示渗透所述盖的挥发性化合物的量的第一信号；
从所述光传感器获得与从所述LED发射的所述光的光强度值相关的第二信号；并且
当所述第一信号和所述第二信号两者都满足相应的预定义条件时激活所述泵，以生成压力降低。
11.根据权利要求10所述的光组件，其中当所述第一信号指示挥发性化合物的量高于第一阈值时所述第一信号满足所述相应的预定义条件，并且其中当所述第二信号指示光强度值低于第二阈值时所述第二信号满足所述相应的预定义条件。
12.根据权利要求11所述的光组件，其中，当所述泵被激活时，所述程序被配置为使所述处理器：
连续地或在相继的时间点从所述气体传感器获得所述第一信号，以监测所述挥发性化合物的所述量；并且
只要所监测的所述量指示所述挥发性化合物高于所述第一阈值就维持所述泵被激活。
13.根据权利要求10所述的光组件，其中所述泵能够由所述处理器利用适于生成从所述LED朝向所述泵的泵入口的所述挥发性化合物的流的功率控制激活。
14.根据权利要求9所述的光组件，其中所述盖包括硅树脂，并且所述挥发性化合物包括挥发性有机化合物。
15.一种用于操作光组件的方法，所述方法包括：
在处理器处从设置在所述光组件中的气体传感器接收指示渗透所述光组件的盖的挥发性化合物的量的第一信号；
在所述处理器处从设置在所述光组件中的光传感器接收第二信号，所述第二信号与从设置在所述光组件中的发光设备发射的光强度值相关；
将控制信号从所述处理器发送到设置在所述光组件中的泵；以及
当所述第一信号和所述第二信号两者都满足相应的预定义条件时激活所述泵以生成压力降低，其中所述光传感器、所述气体传感器以及所述发光设备被设置在基底上，其中所述盖包围所述光传感器、所述气体传感器以及所述发光设备，其中所述泵和所述处理器被设置在电路板上方，其中所述泵包括可操作地耦合到所述盖的入口并且被配置为在所述盖内生成所述压力降低。
16.根据权利要求15所述的方法，其中当所述第一信号指示挥发性化合物的量高于第一阈值时所述第一信号满足所述相应的预定义条件，并且其中当所述第二信号指示光强度值低于第二阈值时所述第二信号满足所述相应的预定义条件。
17.根据权利要求16所述的方法，在激活所述泵的步骤之后，所述方法还包括：
连续地或在相继的时间点从所述气体传感器获得所述第一信号，以监测所述挥发性化合物的所述量；并且
只要所监测的所述量指示所述挥发性化合物高于所述第一阈值就维持所述泵被激活。
18.根据权利要求15所述的方法，其中所述盖是硅树脂材料的，所述发光设备是发光二极管，并且所述挥发性化合物是挥发性有机化合物。
19.根据权利要求18所述的方法，其中当所述挥发性有机化合物沉积在所述发光二极管上方并且与所述发光二极管接触时，降低从所述发光二极管发射的所述光。
20.根据权利要求15所述的方法，还包括生成从所述盖朝向所述泵入口的所述挥发性化合物的流。
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