TW201536100A - 使用發光二極體彈性群組之固態照明生產 - Google Patents
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Abstract
使用來自一完整LED生產「雲」之未分選/未特徵化之發光二極體(LED)藉由按順序測量從該等未分選之LED中發出之光,且接著立即將各未分選之LED分派/放置入一相關聯之LED產品群組(例如,直接放置於形成最終燈/燈具之部分之一PCB上)之方式,來生產固態照明裝置(例如,燈及燈具)。各LED之群組分派係基於LED之經測量之光係如何基於彈性群組特性而匹配其他LED,彈性群組特性係根據使用者定義參數而產生,藉此各LED放置於一產品群組中,使得由各產品群組之LED共同產生之光符合使用者定義參數。彈性群組特性亦經即時調整(即,由於以按順序測試之方式獲取LED「雲」之批次相關特性),藉此該LED分派程序經修改以用於各LED批次。
Description
本發明主張2014年1月7日申請之名為「Intelligent Addition of LED」之美國臨時專利申請案61/924,361之權利。
本發明係關於LED燈,且更特定言之,本發明係關於由從多LED中產生光之方式生產產生混合(例如,白光)光之固態照明裝置。
隨著固態照明產業成熟,其已發展成主要的三種產品類型:HBLED(高亮度LED)、MBLED(中亮度)及COB(板上晶片)。據信,此等三種產品中之MBLED增長最快且具有最大市佔率,其可被寬鬆地定義為在25毫安培(ma)至150毫安培(ma)驅動電流下操作的LED(然而MBLED持續超更高驅動電流發展),通常無需用於光萃取之聚矽氧圓頂透鏡而操作,且以通常允許其等經生產用於每晶粒5分至7分之簡單架構(相較於用於產生更高功率HBLED之大致50分)生產。
MBLED最佳用於要求分散光之白光系統,此係嵌燈照明之一實例。嵌燈照明可作為通常流行於辦公室及零售商店之2英呎乘4英呎之吊燈之例示。現今代表整個照明市場之37%之嵌燈通常裝填有產生每件5000流明之4英呎長之線性螢光燈。通常包含安裝至一長形載板之多個MBLED晶片之MBLED燈目前具有比線性螢光燈更高之效率且具
有更長之壽命,且因此被期望快速取代嵌燈及其他照明區段中之螢光燈。為了產生由習知線性螢光嵌燈產生之5000流明,在一載板上組裝且同時啟動各產生20流明光之大約250個MBLED晶片。
藉由照明量(輸出/通量、光度/強度及亮度)及照明品質(即,強光、一致性及演色性)測量由任何光源產生之照明。
照明量依輸出/通量、光度及亮度來描述。光輸出(或流明通量)之最普通測量係流明,且大多數光源(即,燈/燈泡及有時候係燈具)經標記具有一以流明作為單位之輸出額定。例如,一T12 40-瓦特螢光燈可具有一3050流明之額定。照明度係在一特定位置處之一平面上測量之光強度(等級)。照明度係以尺燭光(每平方英呎工作平面流明)來測量的。可以使用簡單算術及製造商之光度測定資料來預測一經定義之空間之照明度。
除了光強度外,色彩品質亦係固態照明之首要考慮因素。照明必須產生市場可接收之一致演色指數(CRI)及相關色溫(CCT)。CRI標度係用於比較光源對其周圍之色彩外觀之效應。0至100之一標度定義CRI。CRI愈高意謂演色性愈佳,或色彩偏移愈少。75至100範圍內之CRI被認為極佳,65至75範圍內之CRI係良好。55至65範圍內之CRI係一般,且0至55範圍內之CRI係不佳。CRI源愈高,表面顏色愈亮,改良空間美觀。有時,愈高之CRI源會產生愈高之照明度等級之錯覺。光源之另一特性係色溫。色溫係由燈提供之「暖」或「冷」之測量。人們通常在低照明區域偏好暖色源,諸如餐廳及臥室,且在高照明區域偏好冷色源,諸如雜貨店。色溫指一黑體輻射體在給定絕對溫度下的顏色,依克氏溫度(Kelvins)為單位來表達。黑體輻射體隨著其之溫度上升而改變顏色(首先變成紅色,接著成橙色,黃色,最後在最高溫時變成淺藍白)。「暖」色光源實際上具有較低色溫。例如,冷白螢光燈當具有大約4100K之一色溫時呈現接近淺藍色之色彩。較暖色螢
光燈當具有大約3000K之色溫時呈現淺黃色。
現今,在MBLED產品中藉由使用「分選混合(bin mixing)」(亦稱為「套組」)來達成顏色一致性。分選混合程序大體上開始於燈裝置製造商向一LED製造商訂購「分選」之MBLED(或其他LED類型)。由給定製造商將分選定義為具有一定範圍顏色座標、某特定電流處之通量範圍及一定範圍正向電壓之LED之任何群組。顏色座標可在x-、y-座標系統中、在u’-、v’-座標系統中或在任何相關之座標系統中,但通常大多數由各LED製造商給定於x-、y-座標系統中。接著,兩個顏色座標、正向電壓及通量之範圍定義一特定分選格。x-及y-之兩個顏色座標範圍將清楚地定義具有由一預定(xmin,ymin)、(xmin,ymax)、(xmax,ymin)及(xmax,ymax)給定之頂點之x-、y-座標系統內之四邊形。最終製造之後,各LED製造商特徵化LED且將其等置於由顏色四邊形、正向電壓及通量範圍定義之一給定「分選格」中。顯而易見,分選背後之原理係為了收集類似且經完善定義之性質之LED以幫助顧客,及將LED置於一照明燈具(殼體、光學器件、電源及加熱槽)中以在最終市場上出售給顧客之照明積光器。
通常人們可見到圍繞顏色座標系統內之黑體曲線(BBC)上之一特定目標顏色座標溫度(CCT)群組之分選之一集合。此群組可與七個或七個以上MacAdam橢圓一樣大且大致描述由諸多製造商在一生產期間(其目的係為了生產靠近目標CCT之LED)產生之顏色之範圍。接著,一製造運作時間(manufacturing run)通常可導致圍繞目標CCT之大致16個顏色分選格(有時多於16個),其中各分選格大致現存3個橢圓。在16個顏色分選格之各者之通量及電壓中存在額外分選格。照明積光器通常最偏好於有序(而非中心)之四個分選格,其等接觸位於該黑體曲線上之CCT時具有一頂點。圖3繪示一製造商之顏色空間中之一典型分選結構格且亦突顯四個中心「相對」分選格。此等四個中心
分選格通常被稱為「相對」分選格,此係由於事實上若從該四個分選格之各者中分別選擇LED時,由於需平衡對目標CCT之上、下、左、右之CCT偏差,所以該四個分選格之平均顏色將會被選為目標。接著,藉由使用BBC上之目標CCT之大體上某種程度之上、下、左、右之LED之一混合,照明積光器利用此「顏色混合」之技術可產生「白色」照明(在BBC上)。接著,使用在此等分選格之各者中的大量LED,該積光器可產生大量「匹配」照明燈具,此等燈具在大多數人類觀察者看來係相同顏色或CCT。替代地,亦可使用一「套組」或分選格之群組,其使用從相對分選格(不在一頂點處共用CCT,而是藉由同樣的相對偏移在顏色空間中與該CCT分離)中選擇之晶粒之一集合。
應注意,由人眼計算之不同顏色之多LED的平均值取決於照明燈具之設計,且尤其取決於置於燈具內之光學器件(光學器件從該燈具內之多個LED收集光且將光輸送至一給定觀察點)、該燈具中之LED之間隔,及各種其他因素。例如,若照明燈具之觀察者可空間地注視及分離正觀察之燈具中之兩個LED時,觀察者無法平均化該兩個LED顏色,而是可登記其等可處理之任何顏色差別。此等因素產生大量關於「顏色混合」技術及設備之專利,諸如美國專利8,882,290 B2(2014年11月11日)及本文所列舉之專利。亦注意到混合之概念係由Tien,Chien及Chiang在美國專利US 2013/0082622 A1中描述。此等專利都描述一般從預判定相對分選格(大體上被稱為「混合」或「套組」)中選擇LED之方法及額外光學設計技術以均質化從各種LED進入視域之光。
上述程序之缺點主要係經製造之晶粒之使用不良或低良率以及其他原因。關於製造晶粒之使用,由於一給定製造運作時間所產生之晶粒之大致僅一半將落於四個中心相對分選格之外之最高尋求區域
中。因此,經製造之LED之大致一半不用於製造白光照明裝置(LED之主要市場),且至少其等不用於製造品質照明裝置,照明裝置被定義為匹配兩個階段MacAdam橢圓。關於現今之分選製程之第二顧慮係一些製造商針對中心分選格收取一額外費用,且重要地,若製造線不能補足耗盡的存貨時,將經歷裝運延遲。
詳細說明此等因素,在任何給定生產運作時間(production run)中都不依一致數量生產各種分選格。現今之典型生產運作時間各可產生20%目標象限之三者,然而僅產生5%第四象限。因此,提供由現今混合之方法要求之具有同等數量之四象限之一製造商導致整個生產運作時間之僅5%或20%在混合應用中售出。接著,製造商排程後續生產運作時間以重新填充耗盡的(初始地)5%象限分選格且此不可避免地導致未來或現在照明客戶之裝運延遲。總而言之,現今之混合程序係MBLED燈產業中極其重要之一成本、良率及排程驅動者。
所需要的係防止高成本及與習知「分選」方法有關聯之浪費之用於組裝LED燈群組之系統及方法。
本發明係關於一種排除LED製造商分選之程序之改良方法,其將經特徵化之LED置於預判定顏色座標(及通量及正向電壓)之分選格內且替換特徵化之LED,而不使用照明積光器處之彈性/可調整群組之方法及設備。在我們的程序中,LED製造商不分選LED,而是從一給定CCT運作時間中裝運LED之整個7個MacAdam橢圓LED製造(在業界通常被稱為一「生產雲」或簡稱為一「雲」)。在現今最高層級之製造商中,最先進的技術目前可在一給定製程中生產遠超過99%之LED單元產生至目標CCT之7個橢圓中。本發明之「彈性群組」或「可調整群組」程序使用由LED製造商產生及裝運之所有未分選之LED單元。從7個橢圓LED之裝運中獲取燈之色彩一致性的任務落於照明器
具(裝置)製造商,其執行「彈性群組」或「可調整群組」程序。
根據本發明之一實施例,一種用於生產固態照明裝置(例如,燈或燈具)之系統即時協調測試及群組LED至相關聯之產品群組中(即,LED在由一測試器經分析後立即分派至群組)。群組程序使用彈性群組目標特性,其有利於根本上將來自一製造商之LED製程的所有「未分選」LED分派至一相關聯之固態照明裝置(基於在測試期間立即判定此等特性之後之其等經測量之光特性)。在所揭示之實施例中,該系統包含:一LED測試器,其經組態以將測試條件施加至一受測試LED且在該等測試條件下測量從受測試LED發射之光;一LED產品群組組裝器;輸送機構,其用於按順序將未分選之LED單元輸送至LED測試器,且從該LED測試器輸送至LED群組組裝器;及一系統控制器,其經組態以實施一群組產生器。根據本發明之一態樣,該群組產生器藉由使用者定義參數(例如,定義一待生產之固態照明裝置之混合光特性之色點、匹配準確性、及亮度/通量)來判定初始彈性群組目標特性。根據從各未分選之LED單元之LED測試器中接收之LED光測量,群組產生器在測試之後亦立即(即,即時)將各未分選之LED單元分派至一相關聯之LED產品群組中,其中執行該分派使得LED分派至之LED產品群組符合所產生之彈性群組特性。此外,群組產生器根據該等LED光測量而更新彈性群組特性。
90‧‧‧固態照明裝置
92‧‧‧選用殼體
100‧‧‧系統
110‧‧‧發光二極體(LED)輸入供給箱
120‧‧‧第一LED輸送機構
130‧‧‧LED測試器
130A‧‧‧示例性熱測試系統
135‧‧‧偵測器/感測器
140‧‧‧第二LED輸送機構
150‧‧‧LED群組組裝器
152‧‧‧分類機構
155‧‧‧群組儲存區域
157‧‧‧停放區
159‧‧‧群組對群組匯出機構
160‧‧‧控制器
162‧‧‧群組產生器功能
164‧‧‧彈性群組目標特性區段
166‧‧‧LED分派至群組(LED分派至群組常
式)
168‧‧‧產生/儲存/更新LED產品群組資訊
170‧‧‧LED產品群組
172‧‧‧PCB
1601‧‧‧計時電子器件
1602‧‧‧激勵雷射
1604‧‧‧積分球
1604A‧‧‧套環
1606‧‧‧探測測試器
GSA1‧‧‧群組區域
GSA2‧‧‧群組區域
GSA3‧‧‧群組區域
GSA4‧‧‧群組區域LED-0 LED
LED-11至LED-14‧‧‧LED
LED-14/11至LED-14/13‧‧‧LED
LED-14/21至LED-14/24‧‧‧LED
LEDPC‧‧‧生產雲
LMIX‧‧‧混合光
結合下文【實施方式】,隨附申請專利範圍及附圖將能更好地理解本發明之此等及其他特徵、態樣及優點,其中圖1繪示根據本發明之一實施例之一經簡化之LED組裝系統;圖2繪示根據本發明之一實施例之用於圖1之系統中之測試LED之一例示性熱測試系統;及圖3繪示一製造商之顏色空間中之一典型分選格結構且亦突顯四
個中心「相對」分選格。
本發明係關於生產產生混合(例如,白色)光之固態照明裝置之一改良。呈現以下描述係為了使熟習技術者使用以一特定應用及其之需求為背景內容而經提供之本發明。熟習技術者將會明白較佳實施例之各種修改,且本文所定義之一般原理可應用於其他實施例中。因此,本發明不意欲受限於所展示及描述之特定實施例,而是符合與本文所揭示之原理及新特徵一致之最寬泛範疇。
圖1展示使用包含未分選之發光二極體(LED)單元(例如,LED-0)之一生產雲LEDPC來生產固態照明裝置90(例如,燈及燈具)之一系統100。如本文所使用,術語「生產雲」被定義為一製造商之LED生產批次,其藉由7階MacAdam橢圓及不少於5階橢圓而在一給定相關色溫(CCT)下具有不同顏色空間。系統100使用在圖1中展示且在下文中描述之子系統及方法來生產固態照明裝置90,使得各固態照明裝置90包含安置於一選用殼體92中之一LED產品群組170(如圖1之左下部分所繪示),其中各LED產品群組170包含藉由一板而操作性連接之多個未分選LED單元(例如,如圖1之下部分中心所指示,LED-14/21,LED-14/22,LED-14/23及LED-14/24安裝至一印刷電路板(PBC)172)。各LED產品群組之未分選之LED單元經選擇且配置於一板上,使得在操作期間(即,當PCB 172將電源施加至裝置90時),未分選之LED單元LED-14/21至LED-14/24共同產生混合光LMIX,其符合使用者定義參數(例如,色點、匹配準確性、亮度或通量),且具有3個MacAdam橢圓或更少之顏色一致性。
根據一實施例,由提供定義LED產品群組170之特性之使用者定義參數之一裝置(照明器具)製造商操作系統100。裝置製造商係唯一知道放入經裝運之LED之產品(固態照明裝置)者。各產品之特徵在於
一給定板上之LED之一給定間隔,且特徵在於將預判定將晶粒裝填在一板內之一光學設計(使用者定義參數,諸如色點、匹配準確性、亮度或通量),人類觀察者之眼睛透過該設計可平均化顏色座標輸出。因此,裝置製造商將知道一給定產品是否需要各平均(例如)32、16或8個LED,以從一給定燈具或燈中產生觀察者清楚之一顏色。因此,裝置製造商面臨從7個橢圓批次或所接收之MBLED之雲中選擇以從其之產品中產生一致顏色的任務。裝置製造商亦可單獨設定目標一致性座標或其他目標參數,諸如最小流明值或一致正向電壓、色點、匹配準確性、亮度或通量。顏色一致性目標可係(例如)一比一及一個半橢圓,或三個或四個橢圓,目前業界實踐後者。相比而言,運用目前之混合實務,由LED製造商願意以愈小良率、愈大成本及增加之重新進貨時間而特徵化及庫存愈來愈小之分選格,來開啟將最終產品一致性設定成愈來愈小之橢圓之能力。裝置製造商亦知道(例如)他為一給定工作而生產了多少照明燈具,多少燈將被放置於一給定工事場所(construction site),且因此多少燈需要彼此在兩個階段內匹配。此等燈不需要緊密匹配放置於另一位置處之一製造場所之照明裝置。第二位置照明器具需要彼此在兩個階段內匹配,但作為一群組,其在某種程度上可不同於在第一場所處之分組。如圖1中所指示,此等各種目標參數可鍵入至控制器160中作為使用者定義參數。
根據所繪示之實施例,系統100大體上包含一LED輸入供給箱110、一第一LED輸送機構120、一LED測試器130、一第二LED輸送機構140、一LED群組組裝器150、及一控制器160。在此配置中,LED輸入供給箱110、第一LED輸送機構120及第二LED輸送機構140用於按順序將未分選之LED單元輸送至LED測試器130,且從LED測試器130輸送至LED群組組裝器150。在一實施例中,輸入供給箱110接收粗糙桶子或一完整雲(非第1/16捲盤)之形式出現之未分選之LED
單元(例如,LED-0),且使用一碗式給料機裝載。僅為闡釋性目的而繪示為一運送器且可使用任何適合之傳送機構而實施之第一LED輸送機構120按順序將未分選之LED單元(例如,LED-11)傳送至LED測試器130。LED測試器130經組態以將測試條件(例如,測試電壓VTEST及熱以產生測試溫度條件)施加至安裝至LED測試器130上之各未分選之LED單元(即,「受測試LED」,例如圖1中之LED-12),且包含經組態及定位以在所施加之測試條件下測量從受測試LED發射之光LLED-12之一偵測器/感測器135。在一實施例中,LED測試器130包含一機構,其用於將熱施加至受測試LED,以各自藉由接面之熱空氣吸入及磷光體之雷射激勵而將LED之接面及LED之磷光體之溫度製備成所選擇之測試溫度。LED測試器130即時傳輸各受測試LED之LED光測量(例如,將包含由LED-12產生之資料定量測量光LLED-12之LED光測量DLLM-LED-12傳輸至控制器160)。測試之後,由第二LED輸送機構140將各未分選之LED單元(例如LED-13)從LED測試器130傳遞至LED群組組裝器150。LED產品群組組裝器150大體上包含一分類機構152,其用於將從LED輸送機構140中接收之各經測試之未分選LED單元置於一相關聯之產品群組組態(例如,在所繪示之實例中包含區域GSA1、GSA2、GSA3及GSA4之群組儲存區域155)或置於下文將討論之一容置區域(「停放區」)157。在一提出之較佳實施例中,放置各經測試之未分選之LED單元(例如,LED-14)涉及至一板上之放置(例如,圖1之中心底部中展示之PCB 172)以用於直接插入一固態照明裝置中。如下文所闡述,根據群組組裝控制資料來執行各經測試之未分選之LED單元之放置,使得各產品群組組態僅包含分派至一單一產品群組170之未分選之LED單元。例如,群組區域GSA1包含LED LED-14/11、LED-14/12及LED-14/13,其等安裝至一單一PCB上且隨後作為一群組傳遞至群組匯出機構159以傳輸至一外部燈組裝機構(圖中未顯示),
最後處理為一固態照明裝置。
參考圖1之上部分,使用一處理器或使用已知技術來經程式化以執行控制系統100之操作之各種功能(包含一群組產生器功能162)之其他運算電路來實施控制器160。根據本發明之一實施例,控制器160經組態以執行與形成產品群組170有關之各種功能,包含根據輸入使用者定義參數資料來產生彈性群組目標特性(在框164中指示),將未分選之LED單元分派至產品群組(LED分派至群組框166)中,及產生/儲存/更新LED產品群組資訊(框168)。根據本發明之一態樣,根據從LED測試器130中接收之LED之LED光測量資料(例如,光測量資料DLLM-LED-12),且根據現存群組資訊來執行將各未分選之LED單元(LED-12)分派至一相關聯之LED產品群組170,使得完成該LED分派後,各LED分派至之LED產品群組符合彈性群組特性。例如,若將LED-12加入至先前形成之包含LED-14/11至LED-14/13之子群組中將產生符合彈性群組特性之一LED產品群組時,LED-12分派至區域GSA1中展示之產品群組。若否,接著LED-12分派至其他群組之一者(例如,區域GSA2中所展示之產品群組)中,但僅當該分派不違背彈性群組特性時,LED-12暫時分派至停放區157。根據本發明之在下文中進一步詳細討論之一態樣,在將各未分選之LED分派至一相關聯之LED產品群組之後,彈性群組目標特性區段164根據最新之LED光測量(例如,資料DLLM-LED-12)即時更新(修改)彈性群組特性。
根據一實施例,控制器160經進一步組態(例如,藉由LED分派至群組常式166)以基於其之群組分派而產生各未分選之LED單元之群組組裝控制資料,且將群組組裝控制資料傳輸至LED群組組裝器150。例如,當LED-12分派至群組組態之一者(例如,駐存於區域GSA1中之產品群組組態)之後,群組組裝控制資料DGACD-LED-12傳輸至分類機構152,藉此當LED-12藉由輸送機構140到達LED群組組裝器150時,立
即將其置於區域GSA1中。在一實施例中,分類機構152包含一機械臂或其他適合之機構,其用於將未分選之LED單元LED-14直接置於PCB上,當完成整個產品群組時,PCB可直接插入於一固態照明裝置(例如,一燈)中。
在一實施例中,當至現存之產品群組組態之任何者之分派不符合該等彈性群組特性時,一或多個未分選之LED單元之群組組裝控制資料可指定停放區(容置區域)157。例如,若LED-12具有光特性,使得將LED-12加入至現存產品群組組態(即,在區域GSA1至GSA4中之現存產品群組組態)之任何者將引起此等產品群組組態違反彈性群組特性,接著群組組裝控制資料DGACD-LED-12指定LED-12暫時分派至停放區157,且當LED-12到達LED群組組裝器150時,分類機構152將LED-12置於停放區157。在一實施例中,停放區157用作為一容置位置,以基於可在製造運作時間之後期可更佳作出將任何給定之LED分派至一子群組之確定性之一決定,而延遲將任何給定之LED置於一群組組態中。
在一實施例中,當「完成」產品群組組態之任何者(即,在區域GSA1至GSA4中之產品群組組態)時,所更新之LED群組資訊(框168)用於產生完成之群組匯出命令DEXPORT(即,包含共同產生所預期之混合光之指定數目個LED)。例如,若至駐存於區域GSA1之產品群組組態之LED-12之分派「完成」此群組,則接著一完成之群組匯出命令DEXPORT傳輸至群組匯出機構159,因此引起群組匯出機構159從區域GSA1移除產品群組組態,因此使得區域GSA1可用於一「新」群組組態。
圖2繪示在一提出之較佳實施例中代替LED測試器130(圖1)之一示例性熱測試系統130A。熱測試之目的係為了使各受測試LED處於模擬特性測量前之照明燈具內之LED之操作條件之溫度中。如先前技術
中所知,MBLED及HBLED包含一InGaN膜、形成於該InGaN膜上之一磷光體層、及(僅在HBLED之情況中)形成於該磷光體層及InGaN膜上之一透鏡。熱測試系統130A使用一激勵雷射1602來激勵一受測試LED(例如,上文參考圖1描述之未分選之LED單元)之磷光體或磷光體層之部分,且在其中建立一適當梯度溫度。一探測測試器1606將電流提供至受測試LED且亦可用於使InGaN膜處於85℃。在一實施例中,激勵雷射1602及探測測試器1606由計時電子器件1601控制以提供雷射激勵及電流施加之適當時間週期。具有從所有角度均勻地散射光之一內表面之一積分球1604(在產業中亦熟知為Ulbricht球)有利於在雷射激勵及電流應用之後從受測試LED收集光。積分球1604本質上係由具有用於光入口及光射出口之小洞之一中空球形空腔組成之一光學元件。在積分球1604之一實施例中,光入口可包含經調整角度以在熱測試期間提供圍繞受測試LED之透鏡之一緊密配裝之一套環1604A,藉此保證不收集至受測試LED之外部光且保證收集所有從受測試LED中發出之光。套環1604A可包含允許積分球1604在10°至170°之角度下從受測試LED中收集光之一高角度反射光學器件。在一實施例中(圖2中所展示),來自激勵雷射1602之光束可透過積分球1604導引至受測試LED。在另一實施例中,該光束可傾斜地導引至該受測試LED上,而不通過積分球1604。在共同擁有之及同在申請中之2012年11月9日申請之名為「HIGH THROUGHPUT HOT TESTING METHOD AND SYSTEM FOR HIGH-BRIGHTNESS LIGHT-EMITTING DIODES」之美國專利申請案13/673,947號中(全文以引用之方式併入本文中)提供關於系統130A及相關熱測試方法論之額外細節。
現將描述本發明之額外態樣及替代特徵。
如上文所描述,「彈性群組」(本文亦稱為「可調整性群組」),製造商必須首先判定其照明產品中(基於LED間隔及照明光學器件)及
其目標照明一致性中之「平均化長度或區域」。接著,製造商可以選擇使用「可調整性群組」程序(例如,藉由圖1中之分類機構152)而直接利用取置工具來使用「可調整性群組」裝填板,或者製造商可以選擇裝填捲盤,捲盤隨後經饋送至取置工具中以而用於板裝填。
彈性(可調整)群組程序可描述為不是將個別LED置於具有預定參數之預定分選中之一決定,而是將一所選擇之LED置於一先前存在之LED群體或群組之一決定,其中該所選擇之LED「最佳受益」於現存群體設定,只要使其之特性成為所要目標性質,例如顏色座標。想像其中由LED之一7個橢圓生產運作時間裝填四個板且目標顏色一致性係一及一個半橢圓之一程序。想像用於饋送一取置工具之平行之四個特性通道或質譜儀,該取置工具繼而將平行地裝填四個板中(或,等效地,四個捲盤)。各特性通道首先各特徵化一個MBLED且各MBLED用於裝填四個板(板A、B、C或D或等效地,四個分離捲盤)中之一分離板。特徵化工具中之軟體保持置於板A至D上之LED之最終顏色座標(及/或正向電壓及通量)之一運行庫存(running inventory)。接著,四個新晶粒在各光譜儀通道中特徵化且註記其等之特性。接著,工具軟體決定哪個MBLED加入至哪個板中。
讓各部分經裝填之板具有在已置於該板上之MBLED之顏色座標之xp-及yp-中係平均值之一顏色座標。因此,在十分簡單實例xp=(x1+x2)/2等等中,各板上已存在兩個MBLED。此顏色座標始終與目標座標X-及Y-相差一定量Δx=X-xp及Δy=Y-yp,且接著該板之偏差向量長度定義為DEV=SQRT(Δx*Δx+Δy*Δy)。
可由數個方法作出將後續MBLED置於各板上之決定,但一實例將基於在各放置行為前最小化四個運行總偏差向量DEVa、DEVb、DEVc及DEVd之總長度之數個演算法之任何者而作出此決定。放置之目的係在放置數個晶粒(相同於由人眼在一給定燈設計中光學平均化
之晶粒數目)後所有四個板皆達成相對於一目標座標的一預定義偏差最小量。若由人眼在一給定燈設計中平均化之晶粒數目係(例如)16(將此定義為「平均化數目」),目標可為在16個晶粒後各板之偏差向量將小於在CIE顏色座標圖之區域中之一或兩個MacAdam橢圓之長度。
LED之一給定生產雲之平均顏色座標通常不準確位於BBC上之目標CCT。該平均值將始終與此目標值相差某可測量之量。可調整/彈性分組程序當其即時裝填板或捲帶時基於計算雲之平均顏色座標的能力將具有調整各製造運作時間之目標座標之能力。作為決定哪些LED加入哪些板或捲帶之程序之部分,可調整群組工具藉由鍵入一新目標座標而將來自BBC上之CCT中之目標座標修訂至靠近雲中之所有LED之平均座標之一值,此係因為此資訊有別於即時分選之LED之收集。因此,對於其等最終目標特性,群組係即時可調整的,群組非如同現有技術中之情況經預定。數個演算法之任何者可用於判定在一製造運作時間期間之一給時間中,從一雲中「真實」所得之平均值係多精確。例如,早期,可能係在四個板之平行建構中遇到被描述為一「離群點」之一LED。即,其之座標可係不同於其他15個LED之偏差之數個標準偏差。接著,若一相容LED產品群組經識別,則可調整群組工具或設備將此特定LED置於一「停放區」以待在一隨後時間中擷取,或若判定LED單元不適合用於分派至任何LED產品群組,則丟棄(棄用)。在一實施例中,置於一停放區中之任何LED將不具有其之座標及鍵入至彈性群組目標特性中之即時計算之其他性質。僅放置於板或捲盤上之晶粒具有其等鍵入至經持續調整之目標特性中之資料。
使用MBLED之整個7個橢圓製造運作時間來產生位於一或兩個橢圓中之板時,一目標係使目標內之板良率盡可能接近100%且使晶粒利用率盡可能接近100%。一演算法可使用額外約束來達成此等目
的。一約束可剔除一「離群點」,即剔除已經特徵化(但還未經放置)之一MBLED,據信此演算法將導致最終板很可能未位於目標座標空間內。模擬已展示若7個橢圓之晶粒在放置程序中之後階段中,即若其等在最後HBLED(在到達板之平均數目之前經放置)中時,可能發生從目標座標中剔除7個橢圓之晶粒。顯而易見,若在增加程序之早期知道離群點定位於顏色空間中時可補償離群點,但若其在待加入至增加程序之最後晶粒或最後兩或三個晶粒中時則不可受補償。
換言之,為了增加晶粒利用率,可辨認出平均x-及y-顏色座標位置可不在黑體曲線上。調整彈性群組分派程序可獲取顯著偏離平均群體之顏色之最終顏色,且接著明顯減少利用率。在統計上清晰可見,大體上從一即將進行的製造運作時間中特徵化30或40個晶粒後,在x-及y-中已知從黑體目標溫度中之整個運作時間之平均偏差,事實上其係在一1階MacAdam橢圓之一分率中已知。接著,演算法可調整所有板之「目標」顏色座標作為增加程序。只要所得物Duv(黑體曲線之偏差)符合ANSI-NEMA-ANSLG C78.377-2008之圖表1之Duv容許殘留值或更多嚴格之未來標準,此將係一值得追求之生產過程。
儘管已參考某些特定實施例來描述本發明,但熟習技術者將明白本發明之發明特徵亦可應用於其他實施例,此等之全部意欲落於本發明之範疇內。
90‧‧‧固態照明裝置
92‧‧‧選用殼體
100‧‧‧系統
110‧‧‧發光二極體(LED)輸入供給箱
120‧‧‧第一LED輸送機構
130‧‧‧LED測試器
135‧‧‧偵測器/感測器
140‧‧‧第二LED輸送機構
150‧‧‧LED群組組裝器
152‧‧‧分類機構
155‧‧‧群組儲存區域
157‧‧‧停放區
159‧‧‧群組對群組匯出機構
160‧‧‧控制器
162‧‧‧群組產生器功能
164‧‧‧彈性群組目標特性區段
166‧‧‧LED分派至群組(LED分派至群組常式)
168‧‧‧產生/儲存/更新LED產品群組資訊
170‧‧‧LED產品群組
172‧‧‧PCB
Claims (16)
- 一種使用一未分選之發光二極體(LED)單元雲產生用於固態照明裝置中之符合使用者定義LED色點及共同正向電壓及通量目標性質之LED產品群組之方法,該方法包括:即時測試該等未分選之LED單元以判定該等未分選之LED單元之發光性質;且基於該各未分選之LED單元之該等經判定之發光性質,且基於具有經計算之彈性群組特性之包含該未分選之LED單元之相關聯之該LED產品群組之經計算之守規性而將各該未分選之LED單元分派至一相關聯之該LED產品群組中,該等經計算之彈性群組特性至少部分基於該等使用者定義LED色點及共同正向電壓及通量目標性質。
- 如請求項1之方法,其進一步包括:最初使用該等使用者定義LED色點及共同正向電壓及通量目標性質來計算該等彈性群組特性;且基於在該測試及分派程序之初始階段期間已經判定之該等未分選之LED單元之共同發光性質而在該測試及分派程序期間即時調整該等彈性群組特性。
- 如請求項1之方法,其中分派各該未分選之LED單元進一步包括:將該各未分選之LED單元即時置於一載體上或一停放區中。
- 如請求項3之方法,其中將該未分選之LED單元置於一載體上包括:將該未分選之LED單元安裝至一印刷電路板及一捲盤之一者上。
- 如請求項1之方法,其中將該各未分選之LED單元分派至一相關聯之該LED產品群組中包括:判定具有一給定群組尺寸之該相關 聯之LED產品群組之目標顏色座標容許差度為超過小於在該雲中之該等複數個未分選之LED單元中之x-及y-之一變動的三倍。
- 如請求項1之方法,其中該雲包括容納於變動程度少於8階MacAdam橢圓但超過4個MacAdam橢圓之未分選之LED單元。
- 如請求項6之方法,其中分派包括:形成包括容納於少於2個MacAdam橢圓中之未分選之LED單元之相關聯之LED產品群組。
- 如請求項1之方法,其進一步包括:在分派該未分選之LED單元後,立即使用一取置工具將各未分選之LED單元置於一板上,其中僅用該未分選之LED單元分派至之該相關聯LED產品群組之未分選之LED單元裝填該板。
- 如請求項1之方法,其進一步包括:產生包含分派至各該LED產品群組之該等未分選之LED單元之晶粒顏色座標之總和之該等特性之一運行總計之經更新之LED群組資訊,且使用該經更新之LED群組資訊來計算隨後經測試之未分選之LED單元之最佳分派。
- 如請求項1之方法,其進一步包括:產生包含分派至各該LED產品群組之該等未分選之LED單元之晶粒正向電壓之總和之該等特性之一運行總計之經更新之LED群組資訊,且使用該經更新之LED群組資訊來計算隨後經測試之未分選之LED單元之最佳分派。
- 如請求項1之方法,其進一步包括產生包含已置於各板上或捲盤上之晶粒通量之總和之該等特性的一運行總計之經更新之LED群組資訊,其經保持以作為用於計算可用之該等板上或捲盤上之後續晶粒之最佳放置的資料。
- 一種用於在包含多個LED單元之固態照明裝置中達成顏色一致性之方法,該方法包括: 設定待用未分選之LED單元裝填且安裝至對應板上之LED產品群組之目標最終顏色一致性座標及座標容許差度,且判定待分派至符合該等目標最終顏色一致性座標及座標容許差度之各該固態照明裝置中之LED數目;依序特徵化各未分選之LED單元之顏色座標以提供在一給定製造運作時間期間產生之未分選之LED單元;及使用該等經特徵化之未分選之LED單元直接裝填該等板,使得各該未分選之LED單元安裝至一相關聯之板上,該相關聯之板基於該等目標最終顏色一致性座標及座標容許差度而最佳獲益於基於該各未分選之LED單元之經特徵化之顏色座標而加入之該各未分選之LED單元。
- 一種系統,其使用包含複數個未分選之發光二極體(LED)單元之一生產雲而產生固態照明裝置,使得各該固態照明裝置包含由安裝至一板上之多個該未分選之LED單元組成之一LED產品群組,且使得在操作期間,多個該等未分選之LED單元共同產生符合使用者定義參數且具有3個MacAdam橢圓或少於3個MacAdam橢圓之一顏色一致性之混合光,該系統包括:一LED測試器,其經組態以將測試條件施加至一受測試LED,且在該等測試條件下測量從該受測試LED中發出之光;一LED產品群組組裝器;用於按順序將該等未分選之LED單元輸送至該LED測試器且從該LED測試器輸送至該LED群組組裝器之構件;及一控制器,其經組態以:基於該等使用者定義參數而產生彈性群組特性;根據從該LED測試器中接收之該各未分選之LED單元之LED光測量而將各該未分選之LED單元分派至一相關聯之該LED產 品群組中,該分派經執行使得該相關聯之LED產品群組符合該等彈性群組特性;及根據該等LED光測量而更新該等彈性群組特性。
- 如請求項13之系統,其中該控制器進一步經組態以根據該分派而產生該各未分選之LED單元之群組組裝控制資料,且其中該LED群組組裝器包含一分類機構,該分類機構用於根據該群組組裝控制資料而將該等複數個未分選之LED單元之各者置於一相關聯之產品群組組態中,使得各該產品群組組態僅容納分派至一單一產品群組之未分選之LED單元。
- 如請求項13之系統,其中該控制器進一步經組態以當將該等未分選之LED單元之一或多者分派至該等產品群組組態時無法符合該等彈性群組特性時,暫時將該等未分選之LED單元之該一或多者分派至一容置區域。
- 如請求項13之系統,其中各該未分選之LED單元包含氮化銦鎵(InGaN)膜及形成於該InGaN膜上之一磷光體層,且其中該LED測試器包括:一雷射,其經定位以將其之光引導至該受測試LED上,該雷射經組態以選擇性地加熱該磷光體層之部分;一探測測試器,其經組態以將電流施加至該LED之該InGaN膜以在該InGaN膜中建立一預判定接面溫度且提供電致發光;一積分球,其經組態以收集測試期間由該LED發出之光;及一光譜儀系統,其經組態以對由該積分球收集之光執行光度測量。
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