TW512548B - LED luminaire - Google Patents

Description

512548 A7 B7 __ 五、發明説明（1 ) 本申請案見是先前提出申請之美國專利申請案第us-A 6, 127, 783號之一部份接續申請案，並且以引用的方式併入 本文中。 本發明與一種具有諸多紅，綠及藍色發光二極體（light emitting diodes，簡稱LEDs)之陣列的照明器有關；且更 特別是與一種具有控制系統的發白光照明器有關，該控制 系統用來調整諸多個別組件，以便維持一種所需彩色平衡 (色度（chromaticity))。 美國專利第5, 30 1, 090號披露一種具有諸多LED之陣列 的LED照明器，該陣列具有：許多LED ;紅，綠及藍三種顏 色中每種顏色都有。每種顏色的LED都以並聯方式來佈線， 並且配備一個分離電源，進而提供一種漫射屏（diffusi〇n screen)在陣列的上方。藉由針對各個顏色的三個旋鈕，以 手動方式來控制組裝體之色度；因而並未提及自動控制。 LED都是基於半導體；就一既定驅動電流而言，光輸出 會因晶片（cl ip)差異而變化，並且也會隨著每個晶片壽命 而變化。光輸出也會隨著溫度而成反比變化，但是對每種 肩色而言不是均句地變化。最後，在一既定顏色的諸多lEd 之區塊中，若其中一個或更多LED故障，則光輸出會變化。 假設有能夠響到任何LED陣列之彩色平衡的所有因數，自動 地監控和調整（regulate)彩色平衡應該是想要的，尤其是 在一種發白光照明器中。 在基於一既定顏色的溫度中，譬如說是在交通信號燈中 ，控制供應到LED陣列之電流是為人所熟知的。因為溫度 -4 - 本紙張尺度適;fl中@ S家標準(CNS) Μ規格⑽χ 297公爱) -- 512548 A7 _ . B7 五、發明説明Q ) (及因此而來的光強度）對各種顏色而言不是均勻地變化； 所以在一種具有許多顏色之LED的照明器中，這種方案應該 是挺麻煩的。 不管會使個別顏色之光輸出產生變化的諸多因數，自動 地控制一種發白光照明器之色度應該是想要的。 就各個顏色其中每種顏色而言，不用訴諸於一種光譜解 析的（spectrally)光測量系統，諸如：一種光電二極體 (photodiode)及濾光器（filter)系統，自動地控制色度應 該是進一步想要的。 根據本發明’基於藉由佈置單一光電二極體以測量陣列 中的所有LED之光輸出所產生的測量，以電子方式來控制一 種發白光LED照明器的組合式光輸出（色度）。在一連串的時 間脈衝中，藉由各別地測量每種顏色的LED之光輸出來達成 此事。就諸多紅，綠及藍色LED之陣列而言，在一個測量順 序（measuring sequence)中就有三個時間脈衝。在每個時 間脈衝期間，將針對不要被測量之顏色的電流斷開。一種 典型光一極體的回應時間（resp〇nse time)是極短的；所以 ，能夠在觀察者不會察覺出的一段足夠短的時間（例如： 毫秒（ms))中來執行測量順序。 將針對諸多顏色之測量光輸出與可能由用戶控制加以 設足之所需光輸出相比較；並且必要時，將針對諸多顏色 區塊（color blocks)之電源加以改變。於是，不管可能 色度產生變化的諸多因數，自動地控制色度。用戶輸入訊 號允許將所需色度改變成··不是暖白光（warmwhi^)[更多 -5- 512548 A7 B7 五、發明説明^ ) — 紅色輸出]，就是冷白光（co〇l white)[更多藍色輸出]。 為了最佳補償在一加溫階段（warm_up phase)期間之溫 度相關的fe：化，在加溫期間，電子控制電路可能會更頻繁 地執行測量順序。在達到穩定的工作溫度之後，非經常性 的測量就足以補償在LED中的長期變化。 在每種顏色的LED都以並聯方式來佈線的地方，藉由在 下一假測量順序期間改變供應到其餘的LED之電流，就能夠 自動地補償一個led之故障。 根據本發明之另一實施例，藉由一種包括測量驅動脈衝 的電流供應源驅動led陣列，該測量驅動脈衝具有··至少一 個第一提升部份，以及一個“斷開，，部份。每種顏色的LED 都具有光輸出，該光輸出：在尋常操作期間具有一種標稱 連績值，在提升部份期間會增加，而在“斷開，，部份期間 則會被中斷。當藉由電流供應源來供應電流時，LED陣列就 會具有一種組合式光輸出。佈置光電二極體，以便測量陣 列中的所有LED之光輸出。選擇性斷開供應到諸多led之電 流’使得：光電二極體會各別地測量針對每種顏色的光輸 出，以回應測量驅動脈衝。 根據諸多附圖和接下來的描述，本發明的這些和附加優 點將會變得顯而易見的。 圖1是··根據本發明的一種照明器之一橫截面圖，該照 明器具有一種光纖之光傳送器（light pick-up); 圖2是：照明器之一示意圖； 圖3是：控制器之一邏輯順序圖；以及 __ ·6- 本紙張尺度it财標準(CNS) A4規格(2Ϊ0Χ297公爱) 512548 A7 ___B7 五、發明説明（4 ) 圖 4疋 * 光學回授系統（〇ptical feedback systeffl)t_ 時序圖； 圖5圖解說明：在一個測量順序期間之一測量驅動脈衝 〇 參考圖1 ’根據本發明的一種LED照明器包括諸多led 10, 12, 14的二維陣列，該陣列包括··許多LED，許多顏色中 每種顏色都有。在目前情形下，該陣列包括：安裝在外罩 (housing) 18 中之一佈線基板（wire(j substrate) 16上的諸 多紅色LED 10，綠色LED 12，以及藍色LED 14。將諸多LED 加以佈置，使得總光輸出是白色；提供一種安裝在外罩i 8 上的漫射體（dif fuser)22以增強混色。可能使用諸如琥珀 色之加色（additional colors)的諸多LED來增強混色選擇 (mixing options)。混合光學裝置（mixing 〇pt ics)可能包 括與漫射體不同的裝置。 佈置單一光電二極體24以感測在陣列中之所有LED的光 強度。 在圖1中，沿著外罩18之長度而延伸的光纖（optical Π ber)會將光傳送到光電二極體24，它會經由回授線路26 而產生針對控制器3〇之對應電流訊號。就小型陣列而言， 每個陣列都佈置有光電二極體，以代替繪示於圖1中的光纖 佈置。 也參考圖2，控制器30會將來自光電二極體24之回授訊 號轉換成諸多色點測量值（color point measurements)， 將它們和透過用戶輸入40所提供的所需設定值相比較。基 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐） 512548 A7 _______ B7 五、發明説明（5 ) 於比較，控制器30會決定：所需彩色平衡是否存在；於是 ’發訊給各個二極體丨〇, 12, μ之電流調整器（current regulators)ll，13, 15。於是，將來自交流轉換器（AC converter)50之功率輸入轉換成電流輸出訊號；該訊號會 控制各個顏色（紅，綠，及藍色）之光強度，以獲得所需彩 色平衡。藉由在基板16上的佈線，將該陣列之每種顏色的 LED保持在公用電位處。針對設計設定值的用戶控制包括： 各個顏色之輸入訊號41，42, 43 ;以及調光器（dimmer)44， 它會控制因此所得的白光之總強度。 圖3输示：針對在示意圖中之照明器的控制邏輯。當開 啟k 31時’就會供電到led，並且啟動測量順片3 2。將諸多 色點測量值和所需設定值相比較33，按照用戶調整35而將 該設定值加以儲存34。基於這項比較，會決定36是否需要 顏色調整；若是這樣，則執行調整37，並且重複測量順序 32 °若決定不需要顏色調整36，則控制器會在重複測量順 序32之别等待一段預定測量間隔（interval) 38。 圖4疋·圖解說明控制邏輯之一時序圖，當開啟照明器 時就θ執行该控制邏輯。四個訊號軌跡中的最上 面訊號是一種由相隔一段時間（測量間隔）之一連串的三個 脈衝（測量順序）所組成的測量訊號。在第一脈衝期間，將 練巴和藍色LED斷開，使得光電二極體能夠測量紅色lED之 光強度；在第二脈衝期間，將紅色和藍色LED斷開，使得光 電一極體能夠測量綠色LED之光強度；在第三脈衝期間，將 紅色和綠色LED斷開，使得光電二極體能夠測量藍色LED之 _ —___ - 8 _ 本紙狀度咖格⑼㈣的公货)---—-— M2548

光強度。然後，控制電子電路會比 •祐曰六叮处命$ 平乂 4 !強度和所需強度 ,、 在可月匕疡要的時候，加以铜敕·糾由2； ϊ 莉正·供應到一個或更多 群組的LED之電流。 種典型光電二極體的回靡g去卩gj 任一 應時間是極短的，並且每個脈 衝可能因為太短而使觀察者不备定 τ屯"I曰祭見出，例如：i 〇毫秒。 於是’在照明器之正常操作期間能夠執行測量順序。測量

間隔的長度端視光輸出快速變化而定。此間隔長度端視LED 溫度正在變化得多麼快速而定。該間隔可能從每分鐘或更 短到每隔數小時不等；能夠將控制邏輯加以規劃為：在敌 動後不久的頻繁測量；接著是，當達到敎工作溫度時的 非經常性測量。

有可能使照明器··包括一個以上的每種顏色都有的LED 串（String)，並且個別地測量諸多LED串的輸出訊號。譬如 說，關於兩個三種顏色都有的LED串，一個測量順序就有六 個脈衝。在每種情形下，較適宜的是基於所有的一連串測 量來調整彩色平衡，而不是只基於對應光輸出來調整個別 顏色。 前述者是可作為範例的，因而不打算限制接下來的申請 專利範圍之範圍。 雖然在參考圖4之以上提及的每個通道（channel)中的 驅動脈衝實質上都是挺短的，譬如說是在1到2毫秒的數級 中；但是許多觀察者可能仍然注意到在發光中的閃爍。此 事會發生是因為··人眼藉由在大約15毫秒的間隔内加以累 積在眼中所接收的光來對光作出回應，因此，敏銳的眼睛能 -9 - 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐) 512548 A7 _______ B7 五、發明説明^ ) 夠觀察到像400微秒（# s) —樣短之時段的光中斷。於是， 將在一個測量順序中的每個“斷開，，時段縮短到4〇〇微秒 或更短是想要的。然而，就傳統電子電路測量諸多LED之光 強度而言’此持續時間（duration)可能是極短的。 根據本發明之另一實施例，改變在每個測量順序期間之 每個通道的驅動脈衝，以便順應這些可的閃爍。圖5圖解說 明：根據本發明之一實施例，在一個測量順序期間之一模 範測量驅動脈衝。於是，測量驅動脈衝包括：第一提升部 份，接著是“斷開”或中斷時段，隨之而來的是第二提升 部份。除此之外，還有會影響每個測量脈衝之選擇的三種 限制。第一，每個驅動脈衝之提升部份最好是儘可能低些 ，以避免對LED造成任何長斯損害。第二，“斷開”或中斷 時段最好是儘可能長些，使得利用較不昂貴的組件來執行 準確測量更容易。第三，為了避免可見的人造物 (artifacts);第一提升部份，“斷開，，時段以及第二提升 部份的整個順序最好是15毫秒左右。 根據本發明之一實施例，會提供在LED中之亮度水準 (light level)的穩定呈現之一測量驅動脈波包括：5毫秒 提升到標稱光輸出的120%，接著是2毫秒完全中斷電流，接 著是另一個5毫秒提升到標稱光輸出的丨2 〇 %。 根據本發明之另一實施例，雖然在那方面的範圍内，本 並未芝限，但疋，驅動脈衝序列是對稱的 士使得·在序列中的兩個提升部份都呈現相同的振幅和持 續時間。譬如說，根據本發明之又-實施例，測量驅動脈 裝 訂 線 -10- 512548 A7 一 __ B7 五、發明説明（q ) 一 衝包括兩個成份，它包括··第一提升部份，接著是“斷開 時段。再者，根據本發明的原理，可能使用其它形狀的 測量驅動脈衝，它具有：至少一個提升部份，以及一個 “斷開”部份。最好是，選擇驅動脈衝，使得：在人眼的 累積時間（即：大約15毫秒）内，被驅動LED之平均亮度水準 與在尋常操作期間的標稱連續值相同。 根據本發明之一實施例，光輸出大約與驅動電流成正比 ，使得：在驅動電流方面之一特定增加百分比對應於在光 輸出位準方面之一成比例的增加。於是，譬如說，若想要 將光輸出位準增加到12〇%，如圖5中所圖解說明的；則在驅 動電流方面的增加也會是一個預定百分比，譬如說是12〇% 。於是，可能使用一個測量驅動脈衝順序，它包括：一種 適於所有驅動位準的特定電流提升百分比。 泛然而’ LED不一定要呈現：在光輸出位準變化與在所有 操作電流下的驅動電流變化之間的_種比例關係。於是， 根據本發明之另-實施例，為了要獲得：在諸多測量順序 期間，在維持-恒定光輸出位準方面之一較佳準確度；就 得將照明器加以校準光對電流關係，並且選擇諸多提升電 流值而使得··在所有操作位準下，亮度水準平均達到: 直：位準。為了要儲存己校準電流對光輸出關係的資料， 就得將智慧型控制電路30加以配置而包括一種資料庫；該 資料庫會提供：針對諸多操作條件之一範圍，對於在光輸 出位準方面之任何所需變化而言是必需的電流變化量。

Claims (1)

1. 512548 A B c D 申請專利範圍 1· 一種照明括： —諸多L__0, 12, 14)之陣列’該陣列包括：至少_個 LED，許 多_ 中每種顏色都有； 裝 -將電流供應到該每種顏色的諸多LED (1 〇, 12，14)之 裝置（5 0)，該電流具有：包括一種測量驅動脈衝之一測 量時段，該測量驅動脈衝具有：至少一個第一提升部份 ，以及一個“斷開，，部份，該每種顏色的諸多 LED(10，12，14)都具有光輸出，使得該光輸出：在尋常 操作期間都具有一種標稱連續值，在該提升部份期間會 增加，而在該“斷開，，部份期間則會被中斷，並且當將 電流供應到陣列中的所有LED (10, 12, 14)時，該陣列就 會具有一種組合式光輸出； -佈置光電二極體（24)，以便測量陣列中的所有 LED(10，12，14)之光輸出；以及 -用來選擇性斷開供應到該諸多LED(10, 12, 14)之電 流的裝置，使得：該光電二極體（24)會各別地測量針對 每種顏色的光輸出，以回應該測量驅量驅動脈衝。 2 ·根據申请專利範圍第1項之照明器，其中··在測量時段 期間的平均光輸出實質上等於在尋常操作期間的標稱 連續光輸出，以避免可見的閃爍。 3·根據申請專利範圍第2項之照明器，其中該測量驅動脈 衝進一步包括：接在該“斷開”時段之後的第二提升部 份。 4·根據申請專利範圍第3項之照明器，其中··該第一和第 -12- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐) 圍範利 專 請 中 AB c D 一疋升部份都具有相同的持續時間和振幅。 5·根據申請專利範圍第4項之照明器，其中：該第一和第 二提升部份都是該標稱連續光輸出值的12〇%。 6.根據申請專利範圍第5項之照明器，其中：該第一和第 二提升部份的持續時間大約是5亳秒，而該“斷開，’時 段的持續時間則是2毫秒。 7·根據申請專利範圍第2項之照明__一步包栝：用來儲 存使LED驅動電流變化與led光變化有關聯之諸多 已校準數值的裝置。 犠I* 8· —種用來驅動在照明器中的諸多LED( 10, 12, 14)之陣列 的方法，該陣列包括至少一個LED，許多顏色中每種顏 色都有，該方法包括以下步驟： -將電流供應（31)到該每種顏色的諸多 LED(10, 12, 14)，使得：該諸多 LED( 10, 12, 14)都具有光 輸出，該光輸出在尋常操作期間具有一種標稱連續值； -在一個測量時段期間提升該電流，以便界定一種具 有至少一個第一提升部份的測量驅動脈衝； -在該測量時段期間“斷開”該電流，以便界定一個 “斷開”部份，使得該光輸出：在該提升部份期間會增 加，而在該“斷開”部份期間則會被中斷，並且當將電 流供應到陣列中的所有LED (10，12，14)時，該陣列就會 具有一種組合式光輸出； -測量在陣列中的所有LED (10, 12, 14)之光輸出（32) :以及 -13- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐) 512548 A BCD 申請專利範圍 一選擇性斷開供應到該諸多LED(l〇, 12, 14)之電流，以 便各別地測量針對每種顏色的&輸出，以回應該測量驅 動脈衝。 丨_ 根據申請專利範圍第8項之方_—步包括：用來維持 在測量時段期間的平均光輸__丨質上等於在該尋常操 作期間的標稱連續光輸出 以)|§#可見的閃爍之步驟。 ίο.根據申請專利範圍第9項之方一步包括：用來提升 該電流以便界定接在該“斷

   時段之後的第二提升 部份之步驟。 二， 11.根據申請專利範圍第10項之之方一步包括··用來維 持該第一和第二提升部份具有相||的持續時間和振幅 之步驟。 12·根據申請專利範圍第η項之年_ 一步包括：用來將該 電流訊號提升達到該標稱連續 13·根據申請專利範圍第μ項之 — 該第一和第二提升部份的持續到大約5毫秒，以及 用來維持該“斷開，，時段的持續時間到大約2毫秒之步 I 驛 Η.根據申請專利範圍第9項之方_卜步包括：用來儲存

   丨‘I 丨「iliUj! 出值的120%之步騾。 丨議^ 一步包括：用來維持

   使LED驅動電流變化與LED光_ 化有關聯的諸多已 校準數值之步驟。 -14 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐) 裝 訂