TW557587B - LED luminaire with light sensor configurations for optical feedback - Google Patents

Description

557587 A7 B7

五、發明説明（ 1 本發明係關於白色發光光源具有一陣列紅、綠及藍色發 光二極體（LED)與一調整個別部分光輸出以維持所需色平衡 (色品）之一控制系統，尤其是關於此種光源具有光裂授之特 定光感測器配置。 白色發光光源具有紅、綠及藍LEDs(亦稱為RGB LED光 源）係其重要性有幾項原因，包括效率及低成本，及調整光 輸出、色品之能力。 待解決中心問題之一是由晶片至晶片LED光輸出之變 化’以及透過每晶片之壽命。LED光輸出亦隨溫度反向變 化，但非每種顏色一致。此外，光輸出係隨LEd陣列内個 別晶片之故障而變化。 美國專利案6，127,783,揭示一白色發光光源有電子調整 之顏色平衡。此光源包括在每一紅、綠及藍顏色内諸多 LED間每色之一單獨電源及所配置之一光二極體以測量所 有LED之光輸出。每色之光輸出係由可關斷在序列時脈内 未被測量顏色之LED之一電子控制電路予也測量。每一顏 色之測量光輸出係與一所需輸出比較，其輸出可由使用者 輸入決定之，且因而完成改正每一顏色之電流。美國專利 案6,127,783之規格因此被併入本規格内作參考之。 欲準確控制此種光源之輸出，必須準確地監控總輪出 光。此需要按此種方式放置光二極體：由每一 LED抽樣光 之相等部份同時讓來自LED之足夠分散光照落在光二極體 上以確保回授環路之滿意操作。 本發明可提供定位一個或多個光二極體之幾種光學配 -4 - ^紙張尺度通用中國國家標準(CNS) A4規格(210X297公釐)

裝

557587 A7 B7 五、發明説明（2 ) 置，可任選有不同顏色之濾光器，在RGB LED光源之#路 徑内及四週以達成由每一 LED所抽樣光之相等部分以便準 確地監控總光輸出。僅需較小修改標準RGB LED之光學系 統，實質上並不影響效率及其他性能規格。當光二極體作 這樣定位時，回授信號對控制電子即可獲得以調節總光輸 出與顏色平衡兩者。 按本發明第一實施例，一單獨之光二極體係被併入在每 一LED封包内，其中包括一LED晶片與一透鏡以指引來自 LED之光。將光二極體置於一適當位置以接收直接或間接 來自LED之光。模擬已顯示離開透鏡内侧表面之反射會讓 足夠分散光照落在光二極體上以確保滿意操作。 按第二實施例，一單獨之光二極體封包系被定位直接鄰 近每一 LED或一小群LED(例如，3 LEDs)，以其進入孔或 聚集透鏡指向被監控之LED。 按第三實施例，一部份地反射元件（典型約1%反射就足夠） 係被定位在光路徑以内，在主要聚光器透鏡以後，被定位 及成形之部分反射元件在光轴與LED陣列平面之交叉點處 或稍超出其外經由聚光器透鏡以便輸出光束之一小部分反 射口至焦點。在此焦點處被放置一感光器組合件，包括一 個或更多偏極光二極體，繞偏極光二極體之一白色整合盒 以及一擴散器諸如在整合盒與聚光透鏡間之一平面擴散 幕。感光器組合件係如此配置透過一有效面積（一個光二極 體封包大小之幾倍）來自每一led之磁通量幾乎怪等。雖此 實施例係最複雜它可提供最佳性能、經濟性，及通用性。 -5- ^紙張尺度適用國^^(CNS) A4規格(21〇 x 297公釐)— ---- 557587 A7 B7 五、發明説明（3 ) 按每一實施例，濾色器係與光二極體聯合以便其可選擇 至RGB輸出之一特殊光譜區，因而，避免需要如 USP6,127,783專利案内所述使LED及光二極體脈動。 圖1顯示本發明一 LED光源之一個實施例切面圖，包括定 位在紅、綠及藍放射LED陣列中心之一感光器組合件，與 置於陣列之聯合光輸出路徑内之一部分反射元件； 圖2顯示圖1感光器組合件詳圖，包括一光二極體陣列， 一擴散器，一集合器與一任選之可變濾色器； 圖3顯示圖2感光組合件之替用實施例，包括與每一光二 極體相關聯之個別濾色器； 圖4顯示包含LED陣列内個別LED之密封封包切面圖，讓 封包内包括一相聯之光二極體； 圖5顯示有一相聯光二極體之一密封封包切面圖； 圖6顯示有一相聯光二極體之三個LED封包陣列； 圖7顯示本發明LED光源另外一實施例之切面圖，其中係 相似於圖1所顯示者，但除外：部份反射元件及感光器組合 件係由與LED陣列相關聯之光二極體陣列所替代； 圖8係本發明RGB LED光源一個實施例之光及電系統之 線路圖；以及 圖9係圖7光源之光回授及控制部分之邏輯序列線路圖。 參閱附圖，圖1係本發明RGB LED光源之光學組成件一 個實施例線路切面圖，一 LED陣列101包括個別LED組合件 (102，103，104)繞一中心轴A按個別LED組合件之兩同心 環予以配置。每一LED組合件包括一密封之LED封包126與 -6 - 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐) 557587 A7 B7 五、發明説明（4 ) 一準直儀透鏡120。位在中心軸A上係一感光組合件1〇5， 包括一擴散器109，一集合器110，及一陣列光二極體 112，113，114(圖 2 及圖 3)。 一主要聚光器透鏡106可導引自LED陣列101之光輸出照 向一目標光導板108。適當形成之部分反射器107係置於在 主要聚光器透鏡106與目標光導板108間之區域内。部分反 射器107應有約1%總反射比，它係少於最光學元件之反射 比。藉用一習用防反射塗層將光學元件塗層即可獲得此低 反射比。如圖1所述，使用一稍微似球狀凹形曾獲得最佳結 果，但使用一平面鏡構型亦可獲得相當良好之結果。未塗 層之玻璃或塑膠亦可工作，但不需要地減少整體系統效 率0 在圖1線路上說明感光器組合件105如靠近LED陣列之中 心軸上之單一圓柱形目標。諸多不同構型是可能的，包括 單一或多重光二極體與較簡單或更複雜之集合器結構。圖2 及圖3顯示兩個代表性之實施例，其中感光器組合件包括一 擴散器109，一集合器110與一光二極體111。 按美國專利案號6,127,783内所述之方式隨LED陣列内不 同色像LED之脈動可同步讀得感光器組合件105，以便提供 為調整LED光源之色像平衡所需之資訊。另一選擇，藉使 用濾色器即可避免LED之脈動以隔離因由光二極體測量之 不同色像LED之光輸出。按一個可能實施例，可定期調譜 圖2所示，單獨之可變濾色器115至感光期間不同色像波長 波段。按另外一個可能實施例，不同固定濾色器116， 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐） 557587 A7

117，118可與個別光二極體112，113，114相聯合，如圖 3所示。 一典型光學次系統由繞中心（光學）軸立6(内）和 12(外）LED組合件之兩個同心環所組成，每一組合件具有 15 mm直徑之準直儀透鏡，與包括一六角擴散器板之簡單 感光器組合件，一形成簡單積分器結構之白色紙管，兩者 亦為15 mm直徑；以及配置在積分器室内側之四個光二極 體。感光器組合件係定中在光軸上且垂直向下延伸，自準 直儀頂部至LED晶片之準位。有防反射塗層之一平面鏡被 定位在兩主要聚光器透鏡之間，且目標導板係用作一部分 反射器。此配置可跨過光二極體提供滿意之光均勻度。較 佳整合，導致較高均勻度，係可能使用一更切實而準確地 組合之設計，去犧牲了較少總光收集。 對中央定位之感光器105另一選擇當然可能。例如，在 LED陣列内之每一 LED封包均有一個別光二極體與其相 聯。有關圖4及圖5之個別LED封包可顯示此種聯合之兩個 不同實施例。 圖4顯示一密封之LED封包119，包括一裝置在基材123 上之LED晶片121。緊接LED晶片121亦裝置在基材123 上’係一光二極體122，被適切定位以測量自LED之光輸 出。涵蓋LED晶片121及光二極體122為透鏡126，供指引 自LED之光在順向方向。 圖5顯示一與圖4配置相似之配置，但除外：並非使光二 極體晶片裝置在密封LED組合件126内側，將一單獨光二極 -8 - 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(21〇x297公釐)

裝 訂

557587 A7 ______ B7 五、發明説明（6 ) " -- 體封包152適當定位以測量來自LED封包150之光輸出。 LED封包150包括裝置在基材153上之LED晶片151且由透 鏡15 6予以涵蓋。 圖6顯示另一配置其中一陣列三個led封包161，162， 163係與單一光二極體164聯合。 圖7顯示本發明LED光源另一實施例之切面圖，其與圖1 所示者相似，但除外··部分反射元件與感光器組合件係按 圖6所示方式由與LED陣列171，172及173相聯合之陣列 光二極體176，177及178予以代替。當然個別光二極體 176，177及178，如圖4替換配置所示各被併入LED封包 内，或如圖6所示與一組兩個或多個LED封包相聯合。如圖 1，來自LED陣列之光係由聚光透鏡174被指引至一目標 175 ° 參閱圖8，本發明光源一個實施例之光學及電氣組成件線 路圖，控制器30可變換自光二極體24之回授成為色點測 量，匕可與經由使用者輸入4〇所提供所需設定予以比較。 依據此比較，控制器30可決定是否所需色像平衡存在，且 因此信號表示各別二極體10，12 , 14之電流調節器u， 13，15。因而可變換自AC變流器5〇之功率輸入成為電流輸 出，它可控制各別顏色紅、綠，及藍之光亮度以獲得所需 色像平衡。由基材16上之連線可保持陣列每一顏色之二極 體均在共同電位。對所需設定之使用者控制包括各別顏色 之輸入41，42，43，與一可控制合成白光全盤亮度之變光 器44。 -9 - 557587 A7 B7 五、發明説明（7 ) 圖9說明圖8光源之控制邏輯。當燈光被接通（3 1)時，即 提供電力至LEDs且啟始（32)—測量序列。將色點測量與所 .需設定加以比較（33)，該等設定係依照使用者調整（35)予 以儲存（3 4)。根據此比較，即決定（3 6)是否色調整係必 要，若然，即完成（37)調整且重複（32)測量序列。若決定 色調整係不必要（36)，則在重覆測量序列（3 2)以前控制器 含等待一預定之測量間隔時間（38)。 根據有限數之實施例必要地說明本發明。由此一說明， 其他實施例及實施例之變化對精於此技藝人員就更為明 顯，且意欲完全包含在本發明及所附申請專利範圍以内。 -10- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X 297公釐)

線

Claims (1)

1. 557587 第091113240號專利申請案 会置 中文申請專利範圍替換本(92年8月）$ 六、申請專利範圍 1. 一種發光二極體光源（100)，包括； 一發光二極體（101)陣列，包括在眾多顏色中，每色内 至少一個發光二極體（102，103 , 104)， 一聚光透鏡（106)，被適當定位以引導該發光二極體 陣列之聯合光輸出至一目標光導板（1 〇8)， 一部份反射元件（1 07)，被定位以反射一部分自聚光器 透鏡光輸出回至發光二極體陣列，及 一光感測器（1 05)，被定位以攔截並測量至少一部分被 反射光。 2.如申請專利範圍第1項發光二極體光源，更包括·· 供給電流至該發光二極體陣列（101)之裝置（5〇),因此 每一該顏色内之該發光二極體（102，1〇3，104)均有一光 輸出’且發光二極體陣列有一聯合光輸出，單獨提供每色 之反射光輸出至光感測器（105)之裝置（32，115)， 與母色之分別所需光輸出比較每色之測量光輸出之裝置 (33)，以及 根據該比較以調整電流至每色之發光二極體，因此可達 成所需之聯合光輸出。 3.如申請專利範圍第2項之發光二極體光源，其中單獨提供 每色反射光輸出至光感測器（105)之裝置（32，115)包括選 擇地關斷發光二極體之裝置，如此使光感測器可按一系列 時脈，單獨測量每色之光輸出。 4·如申請專利範圍第2項之發光二極體光源，其中單獨提供 每色之反射光輸出至光感測器（105)之裝置（32，115)包括 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐） 選擇性地濾掉每一單獨發光二極體色之光輸出之濾色器裝 置（115) 〇 5·如申請專利範圍第4項之發光二極體光源，其中光感測器 包括一陣列（m)光二極體（112，113，114)。 6·如申請專利範圍第5項之發光二極體光源，其中濾色器裝 置（1 15)包括與陣列光二極體（1 12、〗13、丨14)相聯之單 獨濾色器（1 1 6，11 7，11 8)。 7·如申請專利範圍第5項之發光二極體光源，其中光感測器 額外包括一光擴散器（109)與一光集合器（110)。 8· 一種發光二極體光源（100)，包括： 一發光二極體陣列，包括在眾多顏色中每色内至少一個 發光二極體（171，172，173), 一聚光器透鏡（174)被定位以引導該（171，172，173) 發光二極體陣列聯合光輸出至一目標光導板（175)，以及 一光感測器陣列（176，177，178)，每一光感測器係與 一發光二極體或發光二極體組相聯，每一光感測器被定位 以攔截及測量其關聯發光二極體或發光二極體組之至少一 部分光輸出。 9·如申請專利範圍第8項之發光二極體光源，其中每一光感 測器（164)係與一組三個發光二極體（ι61，162 , 163)相 聯合。 10·如申請專利範圍第8項之發光二極體光源，更包括： 供給電流至該發光二極體陣列（171，172，173)之裝置 (50)，因此在該每色内之該發光二極體均有一光輸出，且 -2 - 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X297公釐) 557587 8 8 8 8 A B c D 申請專利範圍 發光二極體陣列有一聯合光輸出， 與每色個別所需光輸出比較每色之測量光輸出之裝置 (33)，以及 根據該比較來調整至每色發光二極體之電流，因此可達 成一所需聯合光輸出。 -3 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐）