TWI436129B - 用於一般照明之固態照明裝置 - Google Patents

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Description

用於一般照明之固態照明裝置
本發明係關於固態照明，更特定言之，係關於固態照明及用於調整固態照明之光輸出之系統及方法。
固態照明陣列係用於許多照明應用。例如，包括固態照明器件之陣列之固態照明面板已用作(例如)建築及/或重點照明中之直接照明源。固態照明器件可包括(例如)含一或多個發光二極體(LED)之封裝式發光器件。無機LED通常包括形成p-n接面之半導體層。包括有機發光層之有機LED(OLED)係另一類型的固態發光器件。通常，固態發光器件透過電載子(即電子與電洞)在發光層或區域中之重組而產生光。
固態照明面板常用作小型液晶顯示器(LCD)顯示螢幕(例如可攜式電子器件中所使用之LCD顯示螢幕)之背光。此外，不斷關注於針對一般照明(例如室內照明)使用固態照明面板。
光源之演色性指數係光源所產生之光之準確照射寬範圍顏色之能力之客觀測量。演色性指數可在本質上零之單色光源至接近100之白熱光源之範圍內變動。對於大規模背光與照明應用，經常需要提供一產生具有高演色性指數之白光的光源，以便照明面板所照射之物體可以看上去更自然。因此，此類光源通常可包括一固態照明器件之陣列(其包括紅、綠及藍發光器件)。當同時為紅、綠及藍發光 器件加電時，所得組合光可看上去為白色，或接近白色，其取決於紅、綠及藍光源之相對強度。有許多不同色調的光均可視為"白光"。例如，某些"白"光(例如鈉汽照明器件所產生之光)之顏色可能看上去有點黃，而其他"白"光(例如某些螢光照明器件所產生之光)之顏色可能看上去更加藍一些。
特定光源之色度可稱為該光源之"色點"。對於白光源，色度可稱為該光源之"白點"。白光源之白點可沿著一與加熱至給定溫度之黑體輻射器所發射之光之顏色相對應之色度點軌跡下降。因此，可藉由光源之相關色溫(CCT)(其係加熱黑體輻射器與光源之色調相匹配時的溫度)來識別白點。白光之CCT通常係在大約4000與8000K之間。CCT為4000之白光具有一帶黃的顏色，而CCT為8000K之光的顏色更加藍一些。
對於較大照明應用，可在(例如)一兩維陣列中將多個固態照明面板連接在一起以形成一照明系統。不過，遺憾的係，照明系統所產生之白光之色調可能會隨面板而變化，及/或甚至隨照明器件而變化。此類變化可起因於許多因素，包括來自不同LED之發射光之強度變化，及/或LED在照明器件中及/或面板上之放置之變化。因此，為了構造一不同面板均可產生色調一致之白光之多面板照明系統，可能需要測量大量面板所產生之光之色彩與飽和度(或色度)並選擇一具有相對接近色度之面板子集以便用於多面板照明系統中。對於製程而言，此可能導致良率減少及/ 或存貨成本增加。
另外，即使最初製造固態照明面板時其具有一致、所需光色調，面板內之固態器件之色調及/亮度也可能隨時間及/或由於溫度變化而不一致地變化，其可能造成由若干面板組成之照明面板之總體色點隨時間變化及/或可能導致橫跨照明面板之顏色不一致。此外，使用者可能希望改變照明面板之光輸出特徵以便使照明面板提供一所需色調及/或亮度位準。
對於一般照明，固態光源可具有許多優於傳統光源之優點。例如，傳統白熱聚光燈可包括一150瓦特之燈，其從一30平方英吋之孔徑中投射光。因此，該光源之消耗功率可為大約5瓦特/平方英吋。此類光源之效率不超過10流明/瓦特，其表示，就給定面積中產生光之能力而言，此一光源在一相對較小空間內可產生大約50流明/平方英吋之光。
傳統白熱聚光燈提供一相對較亮、高度定向光源。不過，白熱聚光燈可能僅照射一小面積。因此，即使白熱聚光燈具有相對較高光輸出，其也不可能適於一般照明，例如房間之照明。因此，當在室內使用時，通常將聚光燈專用於重點或臨時補缺照明應用。
另一方面，螢光燈泡以更適於一般照明之方式產生光。螢光燈泡近似線光源，對於線光源，靠近光源之強度以與1/r成正比之方式下降，其中r係離光源之距離。此外，通常使螢光光源群聚在一面板中以近似一平面光源，其對於 一般內部照明及/或其他用途而言可能更有用，因為平面光源所產生之光在靠近光源處之強度不會像點或線光源之強度那樣快地下降。
典型螢光光源可包括三個燈泡，每一燈泡可發射40瓦特之光，總計120瓦特。用於一般內部照明之典型螢光面板之尺度可為大約24"×48"，其對應於大約0.1瓦特/平方英吋之功率消耗。螢光光源可最多產生大約65流明/瓦特，對於24"×48"之照明面板，總光度為大約7流明/平方英吋。雖然此可能明顯小於類似功率之白熱聚光燈之光度，但螢光面板之分佈性質及其適用於內部照明之性質已使得螢光面板成為一般照明應用之通用選擇。不過，如上所述，螢光可能看上去稍微有點藍或褪色。此外，螢光燈泡可能對環境不利，因為其可能包括作為一組件之汞。
因此，仍需要用於一般照明之改良光源。
依據本發明之某些具體實施例之照明面板包括：至少一磚，或一具有安裝於其上之一或多個LED之LED模組，其具有平行於該照明面板之一主平面的一第一側；複數個固態照明器件，其係配置於該至少一磚之該第一側上且係組態成用以發光；一反射器薄片，其係位於該至少一磚之該第一側上；及一亮度增強薄膜，其係位於該反射器薄片上。該反射器薄片可配置於該至少一磚與該亮度增強薄膜之間且該亮度增強薄膜可組態成優先自該照明面板發射具有一第一定向之光及優先將具有一不同於該第一定向之第 二定向之光反射回該照明面板中。
該反射器薄片可組態成用以反射及分散入射於其上之光。該反射器薄片可包括複數個從中穿過之孔徑，該複數個孔徑中的個別孔徑係與該複數個固態照明器件中的對應固態照明器件對齊。該等孔徑中的個別孔徑可包括傾斜側壁以藉此在該複數個固態照明器件之對應固態照明器件周圍形成反射式光學腔。在特定具體實施例中，該反射器薄片可包括一塑膠發泡體。
該照明面板可進一步包括一位於反射器薄片與亮度增強薄膜之間之擴散器薄片。該亮度增強薄膜可包括複數個三維光擷取特徵，其係組態成使至少某些穿過亮度增強薄膜之光線朝垂直於照明面板之主平面之方向彎曲。該等光擷取特徵可為隨機特徵。
亮度增強薄膜可組態成用以限制該複數個固態發光器件所發射之光直接自照明面板發射以藉此促進光在照明面板中再循環/擴散。在某些具體實施例中，該等光擷取特徵包括菲涅耳型透鏡，及/或該亮度增強薄膜可組態成用以使照明面板所發射之光實質上準直。
該照明面板可進一步包括一散熱面板，其係位於該至少一磚之一與該第一側相反之第二側上且係組態成自該至少一磚沿著一與光自該至少一磚之發射方向相反之方向取走熱。該散熱面板可包括黑色電鍍鋁。
該散熱面板可包括複數個散熱特徵，其係組態成用以減小散熱面板之熱阻。該複數個散熱特徵可包括冷卻片。該 複數個散熱特徵之個別散熱特徵可與該複數個固態發光器件之對應固態發光器件對齊。
本發明之某些具體實施例提供一種經調適可用於一般照明之照明裝置。該照明裝置包括一照明面板，其包括：至少一磚；複數個固態照明器件，其係電連接於一串中且係配置於該至少一磚之一第一側上並組態成用以按一主波長發光；一反射器薄片，其係位於該至少一磚之該第一側上；及一亮度增強薄膜，其係位於該反射器薄片上。該反射器薄片可配置於該至少一磚與該亮度增強薄膜之間。該照明裝置進一步包括：一電流供應電路，其係組態成對一控制信號作出回應而將一導通狀態驅動電流供應至該串；一光感測器，其係配置成自該複數個固態照明器件之至少一者接收光；及一控制系統，其係組態成自該光感測器接收一輸出信號及對該光感測器之該輸出信號作出回應而調整該控制信號以藉此調整藉由該電流供應電路而供應至該串之一平均電流。
該電流供應電路可包括一閉路可變增壓轉換器電流來源。該控制系統可組態成用以在可能並未正在將電流供應至該串固態照明器件時對光感測器之輸出進行取樣以獲得一環境光值。該控制系統可組態成用以隨著環境光值增加而減小至該串之平均電流。
該控制系統可組態成用以在可能正在將電流供應至該串的一間隔期間對光感測器進行取樣以便獲得一亮度值。該控制系統可組態成用以隨著亮度值增加而減小至第一串之 平均電流。
該控制系統可組態成用以基於環境光值與亮度值來調整供應至該串之平均電流。
該控制系統可組態成用以基於環境光值與亮度值之差來調整供應至該串之平均電流。
該控制系統可配置成用以基於環境光值與亮度值之比來調整供應至該串之平均電流。在某些具體實施例中，該控制系統可組態成以獨立於環境/背景照明之方式維持第一串之平均發光度。
該控制系統可組態成藉由提供一相對於環境光值之第一回授信號及一相對於亮度值之第二回授信號來維持環境/背景照明與該串之平均發光度之間之關係。
該控制信號可包括一脈衝寬度調變(PWM)信號，且該控制系統可組態成藉由改變該PWM信號之工作循環來控制供應至該串之平均電流。
該控制系統可組態成藉由改變該控制信號之脈衝頻率來控制供應至該串之平均電流。
該電流供應電路可組態成即使供應至該串之平均電流變化也使供應至該串之導通狀態電流維持一實質上恆定值。
該控制系統可包括一顏色管理單元，其係耦合至該光感測器且係組態成用以取樣及處理該光感測器之輸出信號並將已處理輸出信號提供給該控制系統。
該照明裝置可進一步包括一溫度感測器，其係組態成用以感測與照明面板相關之溫度，該控制系統可組態成對感 測溫度之變化作出回應而調整供應至該第一串之平均電流。
一種依據本發明之其他具體實施例之照明裝置包括一照明面板，其包括至少一磚及至少一第一串固態照明器件與一第二串固態照明器件，該第一串固態照明器件係位於該至少一磚之一第一側上且係組態成按一第一主波長發光，而該第二串固態照明器件係組態成按一不同於該第一主波長之第二主波長發光。該照明面板進一步包括一反射器薄片，其位於該至少一磚之該第一側上，及一亮度增強薄膜，其位於該反射器薄片上。該反射器薄片可配置於該至少一磚與該亮度增強薄膜之間。
該照明裝置進一步包括：一第一電流供應電路，其係組態成對一第一控制信號作出回應而將一導通狀態驅動電流供應至該第一串；及一第二電流供應電路，其係組態成對一第二控制信號作出回應而將一導通狀態驅動電流供應至該第二串。
該照明裝置進一步包括：一光感測器，其係配置成自該第一串中的至少一固態照明器件及該第二串中的至少一固態照明器件接收光；及一控制系統，其係配置成自該光感測器接收一輸出信號及對該光感測器之該輸出信號作出回應而調整該第一控制信號及/或該第二控制信號以藉此調整藉由該第一電流供應電路而供應至該第一串之平均電流及/或調整藉由該第二電流供應電路而供應至該第二串之平均電流，因此該光感測器、該控制系統及該第一與第二 電流供應電路藉此形成照明面板之一回授迴路。
該第一與第二控制信號可包括脈衝寬度調變(PWM)信號，且該控制系統可組態成藉由改變該第一及/或第二控制信號之工作循環來控制供應至該第一及/或第二串之平均電流。
第一控制信號之脈衝之前緣出現時間與第二控制信號之脈衝之前緣之出現時間不同。第一控制信號之脈衝之前緣可自第二控制信號之脈衝之前緣延遲一固定延遲及/或一可變延遲。該可變延遲可在延遲間隔之範圍內變化，及/或可取決於第一控制信號及/或第二控制信號之脈衝寬度，該延遲間隔可為隨機、混亂延遲間隔或藉由一掃掠函數、表或其他技術加以決定。
下面將參考隨附圖式來更完整地說明本發明之具體實施例，該等圖式中顯示有本發明之具體實施例。不過，本發明可以具體化為許多不同形式而不應解釋為限於本文所述的具體實施例。而是，提供此等具體實施例係旨在使此揭示內容全面與完整且可以將本發明之範疇完整地傳達給熟習此項技術者。各處之相同數字表示相同元件。
應明白，儘管本文中可使用術語第一、第二等等來說明各種元件，但不應採用此等術語限制此等元件。此等術語係僅用以區分此等元件。例如，第一元件亦可稱為第二元件，同樣地，第二元件亦可稱為第一元件，而不背離本發明之範疇。本文所使用的術語"及/或"包括相關列舉項目中 一或多個項目之任何及所有組合。
應明白，當一元件，如一層、區域或基板，係稱之為"在"或延伸"到"另一元件"之上"時，其可直接位於或直接延伸到另一元件之上，或亦可存在中間元件。相反地，當一元件係稱之為"直接在"或"直接"延伸"到"另一元件"之上"時，其中不存在中間元件。亦應明白，當一元件係稱之為"連接"或"耦合"至另一元件時，其可直接連接或耦合至另一元件或可存在中間元件。相反地，當一元件係稱之為"直接連接"或"直接耦合"至另一元件時，其中不存在中間元件。
本文可使用相對術語(例如"下方"或"上方"、或"上部"或"下部"、或"水平"或"垂直"、或"前面"或"背面")來說明一元件、層或區域相對於另一元件、層或區域之關係，如圖式所示。應明白，希望此等術語除圖式所描述之方向之外也包含該器件之若干不同方向。
本文所使用的術語係僅基於說明特定具體實施例之目的而不希望限制本發明。希望本文所使用的單數形式"一"、"一個"及"該"也包括複數形式，除非上下文另作明確指示。應進一步明白，本文中所使用的術語"包含"及/或"包括"指定存在所述特徵、整數、步驟、操作、元件、及/或組件，但是不排除存在或添加一或多個其他特徵、整數、步驟、操作、元件、組件、及/或其群組。
除非另外定義，否則本文使用的所有術語(包括技術及科學術語)均具有與熟習本發明所屬的此項技術者共同瞭 解之相同含意。應進一步明白，本文所使用的術語應解釋為具有與其在此揭示內容及相關技術之背景中的含意一致的含意，而且將不解釋為具有理想化或過度正式之意義，除非本文如此清楚地定義。
下面參考依據本發明之具體實施例之方法、系統及電腦程式產品之流程圖解說及/或方塊圖說明本發明。應明白，該等流程圖解說及/或方塊圖之某些步驟(組塊)，及該等流程圖解說及/或方塊圖中某些步驟(組塊)之組合，可藉由電腦程式指令加以實施。此等電腦程式指令可儲存或實施於微控制器、微處理器、數位信號處理器(DSP)、場可程式化閘極陣列(FPGA)、狀態機、可程式化邏輯控制器(PLC)或其他處理電路、通用電腦、專用電腦、或其他可程式化資料處理裝置中(例如)以產生一機器，以便該等指令(其經由電腦或其他可程式化資料處理裝置之處理器而執行)創建用於實施流程圖及/或方塊圖之一或多個步驟中所指定之功能/動作之構件。
此等電腦程式指令亦可儲存於一電腦可讀取記憶體中，其可引導電腦或其他可程式化資料處理裝置以特定方式發揮功能，以便儲存於該電腦可讀取記憶體內之該等指令產生一製造物品，其包括實施流程圖及/或方塊圖之一或多個步驟中所指定之功能/動作之指令構件。
亦可將該等電腦程式指令載入一電腦或其他可程式化資料處理裝置上以使一系列操作步驟在該電腦或其他可程式化裝置上執行而產生一電腦實施程序，以便在該電腦或其 他可程式化裝置上執行的該等指令提供用於實施流程圖及/或方塊圖之步驟中所指定之功能/動作之步驟。應明白，步驟中所說明之功能/動作亦可不採用操作解說中所說明之順序執行。例如，連續顯示的兩步驟實際上可實質上同時執行或有時該等步驟可以相反順序執行，其取決於所涉及之功能/動作。儘管某些圖式在通信路徑上包括用以顯示主要通信方向之箭頭，但應明白，通信亦可發生於與所示箭頭相反之方向。
現在參考圖1，顯示一固態照明磚10，其可用作一用以創建大面積平面光源之功能建構組塊。不過，應明白，大面積平面光源可僅包括一磚。固態照明磚10可包括其上配置於一規則及/或不規則一或兩維陣列中之若干固態照明元件12。該磚10可包括(例如)一印刷電路板(PCB)，其上可安裝一或多個電路元件，例如離散發光組件。特定言之，磚10可包括一含金屬核心(其上具有一之上可形成圖案化金屬跡線(未顯示)之聚合物塗層)之金屬核心PCB(MCPCB)。(例如)Bergquist公司以市售方式提供MCPCB材料，以及與此類似之材料。PCB可進一步包括重包覆(4盎司銅或更多)及/或具有熱通道之傳統FR-4 PCB材料。與傳統PCB材料相比，MCPCB材料可提供改良熱性能。不過，MCPCB材料也可能比傳統PCB材料(其可不包括金屬核心)重。
在圖1所示具體實施例中，照明元件12係多晶片叢集(每叢集四個固態發光器件)。在磚10中，四個照明元件12係 以串聯方式配置於一第一路徑20中，而四個照明元件12係以串聯方式配置於一第二路徑21中。第一路徑20之照明元件12係(例如)經由印刷電路而連接至配置於磚10之一第一端處之一組四個陽極接點22，及配置於磚10之一第二端處之一組四個陰極接點24。第二路徑21之照明元件12係連接至配置於磚10之第二端處之一組四個陽極接點26，及配置於磚10之第一端處之一組四個陰極接點28。
在本發明之某些具體實施例中，照明元件12係板上晶片式叢集，其包括一或多個組態成用以發射藍或UV頻譜中之光之LED。波長轉換材料係配置成接收LED所發射之光且作為回應而發射一更長波長之光，例如紅、綠、藍及/或黃光。所發射之光可與其他光組合以產生一白光。在某些具體實施例中，照明元件12包括塗布有一波長轉換材料(包括至少一黃磷光體)之藍LED。如此項技術中所熟知，磷光體所發射之黃光可與LED所發射之未轉換藍光組合以產生一白光。照明元件12可進一步包括一發紅光之磷光體。來自發紅光之磷光體之紅光可分別與LED及黃磷光體所發射之藍及黃光組合以產生一具有更好演色性特徵之較暖白光。
固態照明元件12可包括(例如)有機及/或無機發光器件。圖2解說依據某些其他具體實施例之一用於高功率照明應用之固態照明元件12'之一範例。與板上晶片式配置不同，固態照明元件12'可包括一封裝式離散電子組件，其包括一之上安裝複數個LED晶片16A至16D之載體基板13。
發光元件12或12'之LED晶片16A至16D可包括至少一紅LED 16A、一綠LED 16B及一藍LED 16C。藍及/或綠LED可為可從Cree公司(本發明之受讓者)獲得的以InGaN為主之藍及/或綠LED晶片。紅LED可為(例如)可從Epistar、Osram及其他公司獲得之AIInGaP LED晶片。照明器件12可包括一額外綠LED 16D以便使得可使用更多綠光。
在某些具體實施例中，LED 16可具有一邊緣長度為大約900μm或更大之方形或矩形周邊(即所謂的"巨型晶片")。不過，在其他具體實施例中，LED晶片16之邊緣長度可為500μm或更小(即所謂的"小型晶片")。特定言之，與巨型晶片相比，小型LED晶片可以更好電轉換效率操作。例如，最大邊緣尺度小於500微米及為260微米之綠LED晶片通常比900微米之晶片具有更高電轉換效率，且熟知其通常產生55流明(發光通量)/瓦特(消耗電功率)及90流明(發光通量)/瓦特(消耗電功率)。
如圖2進一步所示，LED 16A至16D可藉由一囊封物14所覆蓋，其可為透明的及/或可包括光散射粒子、磷光體、及/或其他元素以獲得一所需發射圖案、顏色及/或強度。儘管圖2未顯示，但照明器件12亦可進一步包括一環繞著LED 16A至16D之反射器杯、一安裝於LED 16A至16D上之透鏡、一或多個用於從照明器件中移除熱之散熱器、一靜電放電保護晶片、及/或其他元件。
磚10中之照明元件12之LED晶片16A至16D可電互連，如圖3之示意性電路圖所示。如其中所示，該等LED可互連 以便第一路徑20中之藍LED 16A串聯連接而形成一串20A。同樣地，第一路徑20中之第一綠LED 16B可以串聯方式配置而形成一串20B，而第二綠LED 16D可以串聯方式配置而形成一分離串20D。紅LED 16C可以串聯方式配置而形成一串20C。每一串20A至20D可分別連接至配置於磚10之一第一端處之陽極接點22A至22D以及配置於磚10之第二端處之陰極接點24A至24D。
串20A至20D可包括第一路徑20或第二路徑21中之對應LED中的所有或部分LED。例如，串20A可包括第一路徑20中之所有照明元件12中的所有藍LED。或者，串20A可僅包括第一路徑20中之對應LED之一子集。因此，第一路徑20可包括四個平行配置於磚10上之串列串20A至20D。
磚10上之第二路徑21可包括四個平行配置之串列串21A、21B、21C、21D。串21A至21D係分別連接至配置於磚10之第二端處之陽極接點26A至26D以及配置於磚10之第一端處之陰極接點28A至28D。
應明白，雖然圖1至3所示具體實施例之每一照明元件12包括四個LED晶片16(其電連接以形成每一路徑20、21至少四個LED 16串)，不過，亦可在每一照明器件12中提供四個以上及/或少於四個之LED晶片16，且可在磚10上之每一路徑20、21中提供四個以上及/或少於四個之LED串。例如，照明器件12可僅包括一綠LED晶片16B，在該情況下該等LED可連接而形成每一路徑20、21三串之配置。同樣地，在某些具體實施例中，照明器件12中之兩個綠LED晶 片可相互串聯連接，在該情況下每一路徑20、21中可能僅存在單串綠LED晶片。此外，磚10可僅包括單一路徑20(而非複數個路徑20、21)及/或可在單一磚10上提供兩個以上路徑20、21。此外，照明器件12可具有單一發射顏色且可與一波長轉換磷光體組合以產生一所需光顏色。
可對多個磚10加以裝配以形成一更大照明條形裝配件30，如圖4A所示。如其中所示，條形裝配件30可包括兩個或更多端對端連接之磚10、10'、10"。因此，參考圖3與4，最左邊磚10之第一路徑20之陰極接點24可分別電連接至中心磚10'之第一路徑20之陽極接點22，而中心磚10'之第一路徑20之陰極接點24可分別電連接至最右邊磚10"之第一路徑20之陽極接點22。同樣地，最左邊磚10之第二路徑21之陽極接點26可分別電連接至中心磚10'之第二路徑21之陰極接點28，而中心磚10'之第二路徑21之陽極接點26可分別電連接至最右邊磚10"之第二路徑21之陰極接點28。
此外，最右邊磚10"之第一路徑20之陰極接點24可藉由一迴路返回連接器35而電連接至最右邊磚10"之第二路徑21之陽極接點26。例如，迴路返回連接器35可使最右邊磚10"之第一路徑20之藍LED晶片16A之串20A之陰極24A與最右邊磚10"之第二路徑21之藍LED晶片之串21A之陽極26A電連接。以此方式，第一路徑20之串20A可藉由迴路返回連接器35之導體35A而與第二路徑21之串21A串聯連接以形成一藍LED晶片16之單串23A。磚10、10'、10"之路徑20、21之其他串亦可以類似方式連接。
迴路返回連接器35可包括一邊緣連接器、一撓性線路板或任何其他合適連接器。此外，該迴路連接器亦可包括形成於磚10之上/之中之印刷跡線。
雖然圖4A所示條形裝配件30係一維磚10陣列，但亦可採用其他組態。例如，該等磚10可連接在一兩維陣列中(其中磚10全部位於相同平面內)，或連接在一三維組態中(其中磚10並非全部配置於相同平面內)。此外，磚10不需要為矩形或方形，而可為(例如)六邊形、三角形或類似形狀。
參考圖4B，在某些具體實施例中，複數個條形裝配件30可組合而形成一照明面板40，其可用作(例如)一用於一般照明之平面照明源。如圖4B所示，照明面板40可包括四個條形裝配件30，其中每一條形裝配件30均包括六個磚10。每一條形裝配件30之最右邊磚10包括一迴路返回連接器35。因此，每一條形裝配件30可包括四個LED串23(即，一紅串、兩綠串及一藍串)。
在某些具體實施例中，一條形裝配件30可包括四個LED串23(一紅串、兩綠串及一藍串)。因此，包括九個條形裝配件之照明面板40可具有36個分離LED串。此外，在一包括六個磚10(每一磚具有八個固態照明元件12)之條形裝配件30中，一LED串23可包括48個串聯連接之LED。
參考圖5A，顯示一照明面板40之一部分之側視圖。該照明面板40包括至少一磚10，其一側上置放複數個照明元件12。基於簡單起見，圖5A僅顯示一單一磚10。為了提供及 /或改善照明面板40中之光再循環，可在與照明元件12相同的磚10側上提供一反射器薄片50。在某些具體實施例中，可提供一具有與兩維照明面板40之長度及寬度類似之長度及寬度之單一反射器薄片50。在其他具體實施例中，可提供複數個反射器薄片，且該等反射器薄片50可小於照明面板40。在某些具體實施例中，每一磚10可包括其上之一分離反射器薄片50。
反射器薄片50可包括其中之複數個孔徑42，該等孔徑42可與磚10上之照明元件12對齊。
反射器薄片50可由(例如)一反射且散射入射光之輕型反射式材料形成。在某些具體實施例中，反射器薄片50可包括一白塑膠發泡體材料(例如聚對苯二甲酸乙二酯(PET)塑膠)，其已處理成一輕型白發泡體。因此，除反射入射光之外，反射器薄片50亦可有助於分散入射光以便沿一隨機方向反射入射光(即朗伯反射器)，其可改善照明面板40之一致性。
在某些具體實施例中，孔徑42可為圓形孔徑，且可具有一相對於磚10之表面傾斜的側壁42A，藉此在照明元件12周圍形成反射式光學腔。
照明面板40可進一步包括一亮度增強薄膜70，其係藉由一擴散器薄片60而與磚10及反射器薄片50分離。擴散器薄片60可散射從中穿過之光以便進一步擴散照明元件12所發射及/或反射器薄片50所反射之光。如熟習此項技術者所熟知，擴散器薄片常用於(例如)顯示面板中。
顯示一對磚10之圖5B解說本發明之額外具體實施例。可在個別相反邊緣處藉由一邊緣連接器13(其可提供相鄰磚10間之電及/或機械連接)來連接磚10。在圖5B之具體實施例中，在與照明元件12相同之磚10表面上提供一用作反射式塗層之反射器薄片55。該塗層可包括(例如)一白塗料，其係組態成用以反射及散射入射於其上之光。在反射器薄片55上提供一擴散器薄片60。
圖5B亦顯示可選額外層75與77，其可包括組態成用以擴散、極化、準直及/或反射光之層。提供此類額外可選層可用以改善面板40所發射之光之亮度及/或一致性，及/或用以提供一所需發射圖案。
如圖5B所示，某些光線(例如光線73A)係面板40發射，而其他光線(例如光線73B)係反射回面板40中，其在面板40中可再循環(即在不同位置處/沿不同方向發射)。此類光再循環可改善來自面板40之發射之一致性。
如圖6A與6B所示，亮度增強薄膜70可包括複數個三維光擷取特徵72，其可包括相對於照明面板40之主平面傾斜之側壁，以便入射於其上之光線(例如光線73A)在離開薄膜70時朝一垂直於照明面板40之主平面76之光學軸74彎曲或向內反射回擴散器薄片60中(例如光線73B)，其在擴散器薄片60中可進一步再循環及/或擴散。以此方式，可使照明面板40所發射之光進一步準直以增加發射光之軸上強度。
在各種具體實施例中，光擷取特徵72之形狀可為規則、 不規則及/或隨機形狀以在穿過擴散器薄片60之光上產生所需效應。在某些具體實施例中，可對光擷取特徵加以定義以阻止及/或限制照明元件12所發射之光直接自照明面板40發射，(例如)以減少照明元件12之位置附近之"熱點"。換言之，可對光擷取特徵72加以設計及組態以促進光在照明面板40中再循環/擴散以便改善來自照明面板40之發射之一致性。因此，例如，光擷取特徵72可包括按一角度傾斜之側壁以便大約平行於照明面板40之光學軸74(即垂直於面板40之平面)行進之光全部向內反射回擴散器薄片60中。即，光(例如光線73B)可按一角度撞擊光擷取特徵72之一側壁，該角度大於亮度增強薄膜70與薄膜70另一側上之介質(其可為(例如)空氣)之間之折射率差所定義之臨界角度。在其他具體實施例中，光擷取特徵可配置成形成一菲涅耳型透鏡陣列，其可實質上準直照明元件12所發射之光。
參考圖7，照明面板40可進一步包括一散熱面板80，其係提供於與照明元件12相反的磚10側上。因此，可沿與光發射方向相反之方向從照明面板40中擷取熱。散熱面板80可包括複數個散熱特徵82(例如冷卻片)，其可增加散熱表面積，藉此減小散熱面板80之熱阻。散熱特徵82之位置可與照明元件12相反。可以一減小散熱面板之熱阻之方式塗布及/或處理散熱面板80。例如，散熱面板80可包括黑色電鍍鋁以便獲得改良熱發射。
操作中，通常將照明面板40安裝於一待照射區域上方， 即照明面板40之光發射方向引導向下。圖16顯示此一組態，圖中顯示照明面板40位於待照射物體82上方。在該情況下，將散熱特徵82定向於面板40之磚10上方，且優先從面板40朝上(方向80)擷取其中使用照明面板40之照明裝置所產生之熱，而與熱擷取方向相反朝下(方向74)引導光。因此，可更有效地擷取照明裝置所產生之光，因為熱傾向於上升。散熱面板80加熱面板40上方之空氣空間亦可產生對流，其可進一步有助於冷卻面板40。
依據本發明之某些具體實施例之照明面板40可提供一實質上平面光源，其可適於一般照明(例如房間之照明)。此外，對於一般照明應用，依據本發明之某些具體實施例之照明面板40可具有明顯優於傳統螢光光源之優點。例如，由於多個磚10可組合而形成一單一照明面板40之事實，依據本發明之某些具體實施例之照明面板40可具有一相對較大的面積。使用分佈式點光源(例如照明元件12)可允許大量光學功率分配在一相對較大面積上。例如，尺度為18"×25"之照明面板40之總面積為450平方英吋。高度有效之固態光源12可產生超過50流明/瓦特之光通量。因此，典型照明面板40可產生大約5616流明，或大約12.5流明/平方英吋(面板)。此優於典型螢光照明裝置所輸出的大約7流明/平方英吋。
此外，在面板40中提供大量分佈式光源12可改善面板40之效率及/或一致性。例如，如上所述，小型LED晶片(面積小於500μm2 )通常比更大的所謂"巨型晶片"更有效。此 外，在面板40中提供大量光源12可方便光在面板40中擴散及再循環，其可改善一致性。
對於某些類型的LED(尤其是藍及/或綠LED)，在20mA之標準驅動電流下，由於晶片不同，正向電壓(Vf)之變化標稱值可高達+/-0.75V。典型藍或綠LED之Vf可為3.2伏特。因此，此類晶片之正向電壓之變化可高達25%。對於一包含48個LED之LED串，按20mA驅動電流操作該串所需之總Vf之變化可高達+/-36V。
因此，視條形裝配件中之LED之特定特徵而定，相較於另一條形裝配件之串，一照明條形裝配件之一串(例如藍串)需要明顯不同之操作功率。此等變化可明顯影響一包括多個磚10及/或條形裝配件30之照明面板之顏色及/或亮度一致性，因為此類Vf變化可導致亮度及/或色調隨磚及/或條不同而變化。例如，不同串之電流差可導致串所輸出之通量、峰值波長、及/或主波長有很大差異。LED驅動電流之變化為大約5%或更大等級時可導致不同串及/或不同磚之光輸出之變化不可接受。此類變化可明顯影響照明面板之總體色域，或可顯示顏色之範圍。
此外，LED晶片之光輸出特徵在其操作壽命期間可能會變化。例如，LED所輸出之光可能隨時間及/或隨環境溫度變化。
為了為照明面板提供一致、可控制光輸出特徵，本發明之某些具體實施例提供一具有兩個或更多串列LED晶片串之照明面板。為該等LED晶片串之每一個提供一獨立電流 控制電路。此外，可(例如)藉由脈衝寬度調變(PWM)及/或脈衝頻率調變(PFM)個別控制至每一串之電流。PWM方案中施加給特定串之脈衝之寬度(或PFM方案中脈衝之頻率)可基於一預儲存脈衝寬度(頻率)值，可在操作期間基於(例如)一使用者輸入及/或一感測器輸入來修改該預儲存脈衝寬度(頻率)值。
因此，參考圖8，顯示依據本發明之某些具體實施例之一照明裝置200。可為用於一般照明之照明器具之該照明裝置200包括一照明面板40。該照明面板40可包括(例如)複數個條形裝配件30，其(如上所述)可包括複數個磚10。不過，應明白，可結合採用其他組態所形成之照明面板來實施本發明之具體實施例。例如，可採用包括一單一大面積磚之固態背光面板來實施本發明之某些具體實施例。
不過，在特定具體實施例中，照明面板40可包括複數個條形裝配件30，其可各具有四個陰極連接器與四個陽極連接器，該等連接器係對應於各具有相同主波長之四個獨立LED串23之陽極與陰極。例如，每一條形裝配件23可具有一紅串23A、兩個綠串23B、23D及一藍串23C，每一串均具有位於條形裝配件30之一側上的一對對應陽極/陰極接點。在特定具體實施例中，一照明面板40可包括九個條形裝配件30。因此，一照明面板40可包括36個分離LED串。
電流驅動器220為照明面板40之每一LED串23提供獨立電流控制。例如，電流驅動器220可為照明面板40中之36個分離LED串提供獨立電流控制。電流驅動器220可在控 制器230之控制下為照明面板40之36個分離LED串中的每一個提供一恆定電流來源。在某些具體實施例中，可使用一8位元微控制器(例如Microchip Technology公司之PIC18F8722)來實施控制器230，可對該微控制器加以程式化以針對36個LED串23提供驅動器220內36個分離電流供應組塊之脈衝寬度調變(PWM)控制。
控制器230可自一顏色管理單元260獲得36個LED串之每一個之脈衝寬度資訊，在某些具體實施例中，顏色管理單元包括一顏色管理控制器，例如Agilent HDJD-J822-SCR00顏色管理控制器。
顏色管理單元260可透過一I2C(內部積體電路)通信鏈路235而連接至控制器230。顏色管理單元260可組態成I2C通信鏈路235上之從屬器件，而控制器230可組態成鏈路235上之主控器件。I2C通信鏈路針對積體電路器件間之通信提供一低速發信協定。控制器230、顏色管理單元260及通信鏈路235可一起形成一組態成用以控制來自照明面板40之光輸出之回授控制系統。暫存器R1至R9等等可對應於控制器230內之內部暫存器及/或可對應於控制器230可存取之一記憶體器件(未顯示)內之記憶體位置。
控制器230可包括用於每一LED串23之一暫存器(例如暫存器R1至R9、G1A至G9A、B1至B9、G1B至G9B)，即，對於一具有36個LED串23之照明單元，顏色管理單元260可包括至少36個暫存器。該等暫存器中的每一個係組態成用以儲存LED串23之一之脈衝寬度資訊。暫存器中之初始值 可藉由一初始化/校準程序來決定。不過，可基於使用者輸入250及/或來自一或多個耦合至照明面板40之感測器240之輸入而隨時間以適應性方式改變暫存器之值。
感測器240可包括(例如)一溫度感測器240A、一或多個光感測器240B、及/或一或多個其他感測器240C。在特定具體實施例中，照明面板40可針對照明面板中的每一條形裝配件30均包括一光感測器240B。不過，在其他具體實施例中，可提供一光感測器240B，用於照明面板中之每一LED串30。在其他具體實施例中，照明面板40中的每一磚10可包括一或多個光感測器240B。
在某些具體實施例中，光感測器240B可包括光敏區域，其係組態成優先對具有不同主波長之光作出回應。因此，不同LED串23(例如紅LED串23A及藍LED串23C)所產生之光之波長可自光感測器240B產生分離輸出。在某些具體實施例中，光感測器240B可組態成用以獨立感測主波長在可見頻譜之紅、綠及藍部分中之光。光感測器240B可包括一或多個光敏器件，例如光二極體。光感測器240B可包括(例如)一Agilent HDJD-S831-QT333三色光感測器。
可將來自光感測器240B之感測器輸出提供給顏色管理單元260，其可組態成用以對此類輸出進行取樣及將取樣值提供給控制器230以便調整用於對應LED串23之暫存器值，以便在逐串基礎上校正光輸出之變化。在某些具體實施例中，可在每一磚10上隨同一或多個光感測器240B一起提供一應用特定積體電路(ASIC)，以便在將感測器資料提 供給顏色管理單元260之前對感測器資料進行預處理。此外，在某些具體實施例中，可藉由控制器230對感測器輸出及/或ASIC輸出直接進行取樣。
光感測器240B可配置於照明面板40中的不同位置處以便獲得代表性取樣資料。以替代及/或附加方式，可在照明面板40中提供光導(例如光纖)以自所需位置收集光。在該情況下，可將光感測器240B提供於(例如)照明面板40之背側上。此外，亦可提供一光學開關以切換來自不同光導(其將來自照明面板40之不同區域之光收集至光感測器240B)之光。因此，可使用單一光感測器240B按順序收集來自照明面板40上之不同位置之光。
使用者輸入250可組態成允許使用者藉由使用者控制(例如遠端控制面板上之輸入控制)來選擇性調整照明面板40之屬性，例如色溫、亮度、色調等。
溫度感測器240A可將溫度資訊提供給顏色管理單元260及/或控制器230，其可基於已知/預測的串23中之LED晶片16之亮度對溫度操作特徵在逐串及/或逐個顏色基礎上調整自照明面板輸出之光。
圖9A至9D顯示光感測器240B之各種組態。例如，在圖9A之具體實施例中，在照明面板40中提供一單一光感測器240B。可將該光感測器240B提供於其可自照明面板40中之多個磚/串接收一平均光數量的一位置處。
為了提供更詳盡的關於照明面板40之光輸出特徵之資料，可使用多個光感測器240B。例如，如圖9B所示，每 一條形裝配件30可具有一光感測器240B。在該情況下，光感測器240B可位於條形裝配件30之端處且可配置成接收一自與其相關之條形裝配件30所發射之光之平均/組合數量。
如圖9C所示，光感測器240B可配置於照明面板40之發光區域之周邊內之一或多個位置處。不過，在某些具體實施例中，光感測器240B之位置可遠離照明面板40之發光區域，且可透過一或多個光導將來自照明面板40之發光區域內之各種位置之光傳送至感測器240B。例如，如圖9D所示，經由光導247(其可為可穿過及/或橫跨磚10延伸之光纖)以遠離發光區域之方式傳送來自照明面板40之發光區域內之一或多個位置249之光。在圖9D所示具體實施例中，光導247在一光學開關245處終止，該光學開關245基於來自控制器230及/或來自顏色管理單元260之控制信號選擇將一特定光導247連接至光感測器240B。不過，應明白，光學開關245係可選光學開關，且光導247中的每一個均可在光感測器240B處終止。在其他具體實施例中，與光學開關245不同，光導247可在一光組合器處終止，該光組合器將在光導247上接收到的光加以組合並將已組合光提供給光感測器240B。光導247可部分橫跨及/或穿過磚10而延伸。例如，在某些具體實施例中，光導247可在面板40後面行進至各種光收集位置，然後在此類位置處穿過面板。此外，可將光感測器240B安裝於面板之前側上(即，面板40之其上安裝照明器件16之側上)，或面板40及/或磚 10及/或條形裝配件30之一相反側上。
現在參考圖10，一電流驅動器220可包括複數個條形驅動器電路320A至320D。可針對照明面板40內之每一條形裝配件30提供一條形驅動器電路320A至320D。在圖7所示具體實施例中，照明面板40包括四個條形裝配件30。不過，在某些具體實施例中，照明面板210可包括九個條形裝配件30，在該情況下，電流驅動器220可包括九個條形驅動器電路320。如圖11所示，在某些具體實施例中，每一條形驅動器電路320可包括四個電流供應電路340A至340D，即針對對應條形裝配件30之每一LED串23A至23D提供一電流供應電路340A至340D。可藉由來自控制器230之控制信號342來控制電流供應電路340A至340D之操作。
圖12更詳細地說明依據本發明之某些具體實施例之一電流供應電路340。如其中所示，電流供應電路340可包括如圖12所示加以配置的一PWM控制器U1、一電晶體Q1、電阻器R1至R3及二極體D1至D3。電流供應電路340接收一輸入電壓Vin。電流供應電路340亦自控制器230接收一時脈信號CLK及一脈衝寬度調變信號PWM。電流供應電路340係組態成經由輸出端子V+與V-(其係分別連接至對應LED串之陽極與陰極)將一實質上恆定電流提供給對應LED串23。可為該恆定電流供應一可變增壓以消除不同串之平均正向電壓差。該PWM控制器U1可包括(例如)一來自National Semiconductor公司之LM5020電流模式PWM控制器。
電流供應電路340係組態成在PWM輸入為邏輯高時將電流供應至對應的LED串23。因此，對於每一時序迴路，在時序迴路之第一時脈循環期間將驅動器220內之每一電流供應電路340之PWM輸入設定為邏輯高。當控制器230中之一計數器達到控制器230之一與LED串23相對應之暫存器中所儲存之值時，將特定電流供應電路340之PWM輸入設定為邏輯低，藉此關閉至對應LED串23之電流。因此，當可同時開啟照明面板40中之每一LED串23時，可在一給定時序迴路期間之不同時間關閉該等串，其可在該時序迴路內為該等LED串提供不同脈衝寬度。一LED串23之視在亮度可與該LED串23之工作循環(即時序迴路中為該LED串23供應電流之部分)大約成正比。
在LED串23之開啟週期期間，可為其供應一實質上恆定電流。即使在維持導通狀態電流為一實質上恆定值之情況下也可藉由操控電流信號之脈衝寬度來改變穿過LED串23之平均電流。因此，即使穿過LED串23內之LED 16之平均電流正在變化，該等LED 16之主波長(其可隨所施加之電流變化)也可保持實質上穩定。同樣地，與(例如)正在使用一可變電流來源操控LED串23之平均電流之情形相比，LED串23所消耗的每單位功率之發光通量也可在各種平均電流位準下保持更加恆定。
控制器230之一與特定LED串相對應之暫存器中所儲存之值可基於一自通信鏈路235上之顏色管理單元260接收到的值。以替代及/或附加方式，該暫存器值可基於控制器 230直接自感測器240所取樣的一值及/或電壓位準。
在某些具體實施例中，顏色管理單元260可提供一與工作循環相對應之值(即一在0至100之值)，控制器230可基於一時序迴路中之循環數將該值轉譯成一暫存器值。例如，顏色管理單元260經由通信鏈路235向控制器230指示，一特定LED串23之工作循環應為50%。若一時序迴路包括10,000個時脈循環，則在假設控制器結合每一時脈循環使計數器遞增之條件下，控制器230可在與所述LED串相對應之暫存器中儲存值5000。因此，在一特定時序迴路中，在迴路開始時將計數器重置為零且藉由將一恰當的PWM信號發送至伺服LED串23之電流供應電路340來開啟LED串23。當計數器已計數至值5000時，重置用於電流供應電路340之PWM信號，關閉LED串。
在某些具體實施例中，PWM信號之脈衝重複頻率(即脈衝重複率)可超過60Hz。在特定具體實施例中，對於為200Hz或更大之總體PWM脈衝重複頻率，PWM週期可為5ms或小於5ms。可在該迴路中包括一延遲，以便在一單一時序迴路中可使計數器僅遞增100次。因此，一給定LED串23之暫存器值可直接對應於該LED串23之工作循環。不過，只要恰當地控制LED串23之亮度，可使用任何合適的計數程序。
可時常更新控制器230之暫存器值以考慮到感測器值之變化。在某些具體實施例中，可每秒多次從顏色管理單元260獲得已更新暫存器值。
此外，可對控制器230自顏色管理單元260所讀取之資料加以過濾以限制一給定循環內發生的變化量。例如，當自顏色管理單元260讀取一已變化值時，可計算一誤差值並加以縮放以提供比例控制("P")，如同傳統PID(比例-積分-微分)回授控制器中之情形。此外，可如同PID回授迴路中之情形以積分及/或微分方式縮放誤差信號。可在顏色管理單元260及/或控制器230中執行已變化值之過濾及/或縮放。
圖13至15說明照明裝置200之某些元件之操作。參考圖13，初始化控制器230中之串暫存器(步驟1010)。初始暫存器值可儲存於一非揮發性記憶體中，例如唯讀記憶體(ROM)、非揮發性隨機存取記憶體(NVRAM)或控制器230可存取的其他儲存器件。亦將控制器230中之計數器COUNT重置為零。
之後控制轉至步驟1020，其決定計數器COUNT是否等於零。若計數器COUNT等於零，則將每一控制線342之PWM輸出設定為邏輯高(步驟1030)。若計數器COUNT不等於零，則繞過步驟1030。控制器230接著選擇性關閉其暫存器值等於COUNT之任何LED串之PWM輸出(步驟1040)。接著引入一可選延遲(步驟1050)，且使COUNT值遞增(步驟1060)。之後控制轉至步驟1070，其決定COUNT是否已達到最大值(其在某些具體實施例中可為100)。若COUNT未達到最大值，則控制轉至步驟1020。若COUNT值已達到最大值MAX_COUNT，則目前時序迴路已結束，且將 COUNT重置為0(步驟1080)。
現在參考圖14，作為一程序1100(針對照明面板40中之每一紅、綠及藍串23之群組重複該程序)說明與選擇性關閉用於每一LED串23之PWM信號相關之操作。例如，可針對照明面板40之每一條形裝配件30重複該程序1100一次。如圖14所示，控制器230首先決定計數是否等於紅串暫存器R1之暫存器值(步驟1110)。若計數等於紅串暫存器R1之暫存器值，則將與暫存器R1相關之PWM信號設定為邏輯低，藉此關閉與其相關之LED串23(步驟1120)。接著，控制器230決定計數是否等於第一綠串暫存器G1A之暫存器值(步驟1130)。若計數等於第一綠串暫存器G1A之暫存器值，則將與暫存器G1A相關之PWM信號設定為邏輯低，藉此關閉與其相關之LED串23(步驟1140)。可針對第二綠串暫存器G1B重複相同程序。或者，可針對兩綠串使用一單一暫存器。最後，控制器230決定計數是否等於藍串暫存器B1之暫存器值(步驟1150)。若計數等於藍串暫存器B1之暫存器值，則將與暫存器B1相關之PWM信號設定為邏輯低，藉此關閉與其相關之LED串23(步驟1160)。針對照明面板40中之每一條形裝配件30重複程序1100。
在某些具體實施例中，控制器230可使顏色管理單元260在照明面板40瞬間黑暗時(即單元內之所有光源瞬間斷開時)對光感測器240B進行取樣，以便獲得環境光之測量(例如黑暗信號值)。控制器230亦可使顏色管理單元260在一時間間隔(在該間隔之至少一部分期間照亮面板40)期間對 光感測器240B進行取樣，以便獲得照明裝置之亮度測量(例如明亮信號值)。例如，控制器230可使顏色管理單元260從光感測器獲得一表示整個時序迴路上之平均值之值。
例如，參考圖15，關閉照明面板40中之所有LED串(步驟1210)，且對光感測器240B之輸出進行取樣以獲得一黑暗信號值(步驟1220)。接著為該等LED串加電(步驟1230)，且在整個脈衝週期上對面板輸出求積分並加以取樣(步驟1240)以獲得一明亮信號值。之後基於黑暗信號值及/或明亮信號值調整照明面板40之輸出(步驟1250)。
可對照明面板40之亮度加以調整以消除環境光之差異。例如，在環境光具有高位準之情況下，可經由一負回授信號來減小照明面板40之亮度以便使待照射區域內之光維持一實質上一致位準。在環境光具有低位準之其他情況下，可藉由一正回授信號來增加照明裝置之亮度以便使照射區域內之光維持一致位準。此係由於照射區域內環境光之位準可因(例如)照射區域內自然光數量之變化而變化。依據本發明之某些具體實施例，自照明裝置200輸出之光可對環境光之位準作出回應而變化。例如，若照射區域內之環境光具有高位準，則可減小照明裝置200之亮度。在複數個照明裝置200所照射之一區域內，可能需要協調該等照明裝置200中環境光之測量。
如上所述，可藉由調整照明面板40內之LED串23中的一或多個(或所有LED串23)之電流脈衝之脈衝寬度來調整照 明面板40之亮度。在某些具體實施例中，可基於已感測照明裝置之亮度與已感測環境亮度之差來調整脈衝寬度。在其他具體實施例中，可基於已感測照明裝置之亮度(明亮信號值)對已感測環境亮度(黑暗信號值)之比來調整脈衝寬度。
因此，在某些具體實施例中，由照明面板40、光感測器240B、顏色管理單元260及控制器230所形成之回授迴路可傾向於以獨立於環境照明之方式維持照明面板40之平均發光度。在其他具體實施例中，該回授迴路可組態成用以維持照明面板40之平均發光度與環境照明位準間之所需關係。
在某些具體實施例中，該回授迴路可採用數位增量邏輯。該回授迴路之數位增量邏輯可參考一查找表之索引，該查找表包括一值(例如工作循環值)列表。
如上所述，在本發明之某些具體實施例中，可同時(即時序迴路開始時)將每一該等PWM信號均設定為邏輯高。在該情況下，面板40內之所有LED將在一給定時序迴路內之相同時間開啟，但會在不同時間關閉，其取決於與照明面板40內之各種LED串23相關的暫存器值。不過，在其他具體實施例中，可使該等LED串23中的一或多個之開啟交錯開，以便不同時開啟所有LED串23。在某些情況下，可使該等LED串23中的至少一LED串23之PWM信號延遲一固定及/或可變延遲，其可使該LED串23在與其他LED串23不同的時間處開啟。可在軟體中(例如)藉由提供一可添加至 暫存器值之偏移值來提供該延遲。可在開啟LED串之前檢查該偏移值。
因此，例如，每一LED串均可具有兩個相關值(表示開始時間與停止時間，或替代地表示開始時間與持續時間)。例如，控制器可針對每一LED串23保存兩個值(START與STOP)。在時序迴路之入口處，可將所有PWM值均重置為邏輯低。在時序迴路之每一循環中，將COUNT之值與START作比較。若COUNT之值大於或等於START，但小於STOP之值，則使LED串23之PWM信號變為/保持為邏輯高。不過，若COUNT之值大於STOP，則將LED串之PWM信號重置為邏輯低。
在某些具體實施例中，可使每一LED串23及/或LED串23之群組之時序延遲(例如，START之值)固定在一不同位準處。例如，可對時序延遲加以設定，使得一紅LED串23A具有與另一紅LED串23A不同的START值。
在其他具體實施例中，可隨機產生每一LED串之時序延遲。可在每一時序迴路及/或在一給定數目之時序迴路已過去之後產生隨機時序延遲。可提供一在最小限度與最大限度之隨機延遲。最小限度可為零，且對於一給定LED串23，最大限度可為最大計數MAX_COUNT減去所述LED串23之串暫存器值。例如，工作循環為60%之脈衝之延遲可能不大於脈衝週期之40%。此可確保，即使脈衝已延遲，LED串23也可在全脈衝寬度上保持開啟。
藉由使LED串23之時序延遲以固定或隨機方式交錯開， 可使所有LED串23不會同時從斷開狀態切換至導通狀態，其可減少自照明面板40輸出之光中之閃爍及/或組合振幅，及/或可平衡照明面板40之外部功率因數。
亦可採用其他方法以便控制LED串23及/或照明面板40之平均發光度。例如，與使用脈衝寬度調變不同，系統可採用脈衝頻率調變。為了實施脈衝頻率調變而對控制器230及/或電流驅動器220進行之修改一般為熟習此項技術者所熟知。
照明面板中相同顏色之LED串無需採用相同脈衝寬度加以驅動。例如，背光面板40可包括複數個紅LED串23，其中的每一個可採用一不同脈衝寬度加以驅動，導致一不同的平均電流位準。因此，本發明之某些具體實施例提供一種用於照明面板(例如LCD背光)之閉路數位控制系統，該照明面板包括第一與第二LED串23，其於其中包括複數個加電時發射具有一第一主波長之窄頻光學輻射之LED晶片16；及第三與第四LED串23，其包括複數個發射具有一不同於該第一主波長之第二主波長之窄頻光學輻射之LED晶片16。
在某些具體實施例中，使該第一與第二LED串23維持處於相互不同的平均電流位準下，但按實質上相同的導通狀態電流加以驅動。同樣地，使該第三與第四LED串維持處於相互不同的平均電流位準下，但按實質上相同的導通狀態電流加以驅動。
第一與第二LED串23之導通狀態電流可與第三與第四LED串之導通狀態電流不同。例如，用以驅動紅LED串23 之導通狀態電流可與用以驅動綠及/或藍LED串之導通狀態電流不同。串23之平均電流係與穿過串23之電流之脈衝寬度成正比。第一與第二LED串23間之平均電流之比可維持相對恆定，及/或第三與第四LED串23間之平均電流之比可維持相對恆定。此外，跟第三與第四LED串23之平均電流相比，可允許第一與第二LED串23間之平均電流之比作為閉路控制之部分而變化，以便維持一所需白點。
在某些具體實施例中，電流供應電路340可對來自控制器230之指令作出回應而調整提供給給定LED串23之導通狀態電流位準。在該情況下，可按一被選定用以調整一特定LED串23之主波長之導通狀態電流位準來驅動一特定LED串。例如，由於不同晶片之主波變化，故一特定LED串23可具有一高於照明面板40內具有相同顏色之其他LED串23之平均主波長之平均主波長。在該情況下，可按一稍高的導通狀態電流驅動較高波長之LED串，其可使該LED串23之主波長下降且與較短波長之LED串23之主波長更好地相匹配。
在某些具體實施例中，可藉由一校準程序來校準每一LED串23之初始導通狀態驅動電流，在該校準程序中，個別地為每一LED串加電並使用光感測器240A偵測自每一串輸出之光。可測量每一串之主波長，且可針對每一LED串計算一恰當的驅動電流以便視需要調整主波長。例如，可測量一特定顏色之每一LED串23之主波長且可計算一特定顏色之主波長之變化。若該顏色之主波長之變化大於一預 定限定值，或若一特定LED串23之主波長比該等LED串23之平均主波長高或低一預定數目的標準偏差，則可調整該等LED串23之一或多個之導通狀態驅動電流以便減小主波長之變化。亦可使用其他方法/演算法以便校正/消除不同串之主波長之差異。
在圖式與說明書中，已揭示本發明之典型具體實施例，雖然採用特定術語，但是該等術語僅以一般及說明意義加以使用，而非為了限制之目的，本發明之範疇係在以下申請專利範圍中提出。
10、10'、10"‧‧‧固態照明磚
12、12'‧‧‧固態照明元件
13‧‧‧載體基板/邊緣連接器
14‧‧‧囊封物
16A、16B、16C、16D‧‧‧發光二極體晶片
20‧‧‧第一路徑
20A、20B、20C、20D‧‧‧串
21‧‧‧第二路徑
21A、21B、21C、21D‧‧‧串列串
22、22A、22B、22C、22D‧‧‧陽極接點
23、23A、23B、23C、23D‧‧‧串
24、24A、24B、24C、24D‧‧‧陰極接點
26、26A、26B、26C、26D‧‧‧陽極接點
28、28A、28B、28C、28D‧‧‧陰極接點
30‧‧‧條形裝配件
35‧‧‧迴路返回連接器
35A‧‧‧導體
40‧‧‧照明面板
42‧‧‧孔徑
42A‧‧‧側壁
50‧‧‧反射器薄片
55‧‧‧反射器薄片
60‧‧‧擴散器薄片
70‧‧‧亮度增強薄膜
72‧‧‧光擷取特徵
73A、73B‧‧‧光線
74‧‧‧光學軸
75、77‧‧‧可選額外層
76‧‧‧主平面
80‧‧‧散熱面板
82‧‧‧散熱特徵/待照射物體
200‧‧‧照明裝置
220‧‧‧電流驅動器
230‧‧‧控制器
235‧‧‧內部積體電路通信鏈路
240‧‧‧感測器
240A‧‧‧溫度感測器
240B‧‧‧光感測器
240C‧‧‧其他感測器
245‧‧‧光學開關
247‧‧‧光導
249‧‧‧位置
250‧‧‧使用者輸入
260‧‧‧顏色管理單元
320、320A、320B、320C、320D‧‧‧條形驅動器電路
340A、340B、340C、340D‧‧‧電流供應電路
342‧‧‧控制信號/控制線
D1至D3‧‧‧二極體
Q1‧‧‧電晶體
R1至R9、G1A至G9A、B1至B9、G1B至G9B‧‧‧電阻器
U1‧‧‧脈衝寬度調變控制器
附圖說明本發明之某些具體實施例，包含該等附圖旨在進一步瞭解本發明且併入該等附圖並構成此申請案之一部分。在圖式中：圖1係依據本發明之某些具體實施例之一固態照明磚之正面圖；圖2係依據本發明之某些具體實施例之一包括複數個LED之封裝式固態照明器件之俯視圖；圖3係一示意性電路圖，其說明依據本發明之某些具體實施例之一固態照明磚中之LED之電互連；圖4A係依據本發明之某些具體實施例之一包括多個固態照明磚之條形裝配件之正面圖；圖4B係依據本發明之某些具體實施例之一包括多個條形裝配件之照明面板之正面圖；圖5A至5B係斷面圖，其說明依據本發明之某些具體實 施例之照明面板；圖6A至6B示意性說明依據本發明之某些具體實施例之一亮度增強薄膜；圖7係斷面圖，其說明依據本發明之其他具體實施例之一照明面板；圖8係一示意圖，其說明依據本發明之某些具體實施例之一照明裝置；圖9A至9D係示意圖，其說明依據本發明之某些具體實施例之光感測器在一照明面板上之可能組態；圖10至11係示意圖，其說明依據本發明之某些具體實施例之一照明面板系統之元件；圖12係依據本發明之某些具體實施例之一電流供應電路之示意性電路圖；圖13至15係流程圖，其說明依據本發明之某些具體實施例之操作；及圖16示意性說明依據本發明之某些具體實施例之一照明面板。
10‧‧‧固態照明磚
12‧‧‧固態照明元件
13‧‧‧邊緣連接器
55‧‧‧反射器薄片
60‧‧‧擴散器薄片
70‧‧‧亮度增強薄膜
73A、73B‧‧‧光線
75‧‧‧可選額外層
77‧‧‧可選額外層

Claims (37)

  1. 一種照明面板，其包含：至少一磚，其具有平行於該照明面板之一主平面的一第一側；複數個固態照明器件，其係配置於該至少一磚之該第一側上且係組態成用以發光；一反射器薄片，其係位於該至少一磚之該第一側上；及一亮度增強薄膜，其係位於該反射器薄片上，其中該反射器薄片係配置於該至少一磚與該亮度增強薄膜之間且該亮度增強薄膜係組態成優先自該照明面板發射具有一第一定向之光及優先將具有一不同於該第一定向之第二定向之光反射回該照明面板中。
  2. 如請求項1之照明面板，其中該反射器薄片係組態成用以反射及分散入射於其上之光。
  3. 如請求項1之照明面板，其中該反射器薄片包括複數個從中穿過之孔徑，其中該複數個孔徑中的個別孔徑係與該複數個固態照明器件中的對應固態照明器件對齊。
  4. 如請求項3之照明面板，其中該等孔徑中的個別孔徑包括傾斜側壁以藉此在該複數個固態照明器件之該等對應固態照明器件周圍形成反射式光學腔。
  5. 如請求項1之照明面板，其中該反射器薄片包含一塑膠發泡體。
  6. 如請求項1之照明面板，其進一步包含一位於該反射器 薄片與該亮度增強薄膜之間之擴散器薄片。
  7. 如請求項1之照明面板，其中該亮度增強薄膜包含複數個三維光擷取特徵，其係配置成使至少某些穿過該亮度增強薄膜之光線朝垂直於該照明面板之該主平面之方向彎曲。
  8. 如請求項7之照明面板，其中該等光擷取特徵係隨機特徵。
  9. 如請求項7之照明面板，其中該亮度增強薄膜係組態成用以限制該複數個固態發光器件所發射之光直接自該照明面板發射以藉此促進光在該照明面板中再循環/擴散。
  10. 如請求項7之照明面板，其中該等光擷取特徵包含菲涅耳型透鏡。
  11. 如請求項7之照明面板，其中該亮度增強薄膜係組態成用以使該照明面板所發射之光實質上準直。
  12. 如請求項1之照明面板，其進一步包含一散熱面板，該散熱面板係位於該至少一磚之一與該第一側相反之第二側上且係組態成自該至少一磚以一與光自該至少一磚之發射方向相反之方向取走熱。
  13. 如請求項12之照明面板，其中該散熱面板包含黑色電鍍鋁。
  14. 如請求項13之照明面板，其中該散熱面板包含複數個散熱特徵，其係組態成用以減小該散熱面板之熱阻。
  15. 如請求項14之照明面板，其中該複數個散熱特徵包含冷卻片。
  16. 如請求項14之照明面板，其中該複數個散熱特徵之個別散熱特徵係與該複數個固態發光器件之對應固態發光器件對齊。
  17. 一種經調適可用於一般照明之照明裝置，該照明裝置包含：一照明面板，其包括：至少一磚；複數個固態照明器件，其係電連接在一串中且係配置於該至少一磚之一第一側上並組態成用以按一主波長發光；一反射器薄片，其係位於該至少一磚之該第一側上；及一亮度增強薄膜，其係位於該反射器薄片上，其中該反射器薄片係配置於該至少一磚與該亮度增強薄膜之間；一電流供應電路，其係組態成對一控制信號作出回應而將一導通狀態驅動電流供應至該串；一光感測器，其係配置成自該複數個固態照明器件之至少一者接收光；及一控制系統，其係組態成自該光感測器接收一輸出信號及對該光感測器之該輸出信號作出回應而調整該控制信號以藉此調整藉由該電流供應電路而供應至該串之一平均電流。
  18. 如請求項17之照明裝置，其中該電流供應電路包含一閉路可變增壓轉換器電流來源。
  19. 如請求項17之照明裝置，其中該控制系統係組態成用以在並未正在將電流供應至該串固態照明器件時對該光感測器之該輸出進行取樣以獲得一環境光值。
  20. 如請求項19之照明裝置，其中該控制系統係組態成用以隨著該環境光值增加而減小至該串之平均電流。
  21. 如請求項17之照明裝置，其中該控制系統係組態成用以在正在將電流供應至該串的一間隔期間對該光感測器進行取樣以便獲得一亮度值。
  22. 如請求項21之照明裝置，其中該控制系統係組態成用以隨著該亮度值增加而減小至該第一串之該平均電流。
  23. 如請求項22之照明裝置，其中該控制系統係組態成用以基於該環境光值與該亮度值來調整供應至該串之該平均電流。
  24. 如請求項23之照明裝置，其中該控制系統係組態成用以基於該環境光值與該亮度值之一差來調整供應至該串之該平均電流。
  25. 如請求項23之照明裝置，其中該控制系統係組態成用以基於該環境光值與該亮度值之一比來調整供應至該串之該平均電流。
  26. 如請求項23之照明裝置，其中該控制系統係組態成以獨立於一環境/背景照明之方式維持該第一串之一平均發光度。
  27. 如請求項23之照明裝置，其中該控制系統係組態成藉由提供一相對於該環境光值之第一回授信號及一相對於該亮度值之第二回授信號來維持一環境/背景照明與該串之一平均發光度之間的一關係。
  28. 如請求項17之照明裝置，其中該控制信號包含一脈衝寬 度調變(PWM)信號，且其中該控制系統係組態成藉由改變該PWM信號之一工作循環來控制一供應至該串之平均電流。
  29. 如請求項17之照明裝置，其中該控制系統係組態成藉由改變該控制信號之一脈衝頻率來控制一供應至該串之平均電流。
  30. 如請求項17之照明裝置，其中該電流供應電路係組態成即使供應至該串之該平均電流變化也使供應至該串之該導通狀態電流維持一實質上恆定值。
  31. 如請求項17之照明裝置，其中該控制系統包含：一顏色管理單元，其係耦合至該光感測器且係組態成用以取樣及處理該光感測器之該輸出信號並將該已處理輸出信號提供給該控制系統。
  32. 如請求項17之照明裝置，其進一步包含：一溫度感測器，其係組態成用以感測一與該照明面板相關之溫度，其中該控制系統係組態成對該感測溫度之一變化作出回應而調整一供應至該第一串之平均電流。
  33. 一種照明裝置，其包含：一照明面板，其包括：至少一磚；至少一第一串固態照明器件與一第二串固態照明器件，該第一串固態照明器件係位於該至少一磚之一第一側上且係組態成按一第一主波長發光，而該第二串固態照明器件係位於該至少一磚之該第一側上且係組態成按一不同於該第一主波長之第二主波長發光；一反射器薄片，其係位於該至少一 磚之該第一側上；及一亮度增強薄膜，其係位於該反射器薄片上，其中該反射器薄片係配置於該至少一磚與該亮度增強薄膜之間；一第一電流供應電路，其係組態成對一第一控制信號作出回應而將一導通狀態驅動電流供應至該第一串；一第二電流供應電路，其係組態成對一第二控制信號作出回應而將一導通狀態驅動電流供應至該第二串；一光感測器，其係配置成自該第一串中的至少一固態照明器件及該第二串中的至少一固態照明器件接收光；及一控制系統，其係組態成自該光感測器接收一輸出信號及對該光感測器之該輸出信號作出回應而調整該第一控制信號及/或該第二控制信號以藉此調整藉由該第一電流供應電路而供應至該第一串之一平均電流及/或調整藉由該第二電流供應電路而供應至該第二串之一平均電流，因此該光感測器、該控制系統及該第一與第二電流供應電路藉此形成該照明面板之一回授迴路；其中該第一與第二控制信號包含脈衝寬度調變(PWM)信號，且其中該控制系統係組態成藉由改變該第一及/或第二控制信號之一工作循環來控制一供應至該第一及/或第二串之平均電流。
  34. 如請求項33之照明裝置，其中該第一控制信號之一脈衝之一前緣之出現時間與該第二控制信號之一脈衝之一前緣之出現時間不同。
  35. 如請求項34之照明裝置，其中該第一控制信號之該脈衝 之該前緣係自該第二控制信號之該脈衝之該前緣延遲一固定延遲。
  36. 如請求項34之照明裝置，其中該第一控制信號之該脈衝之該前緣係自該第二控制信號之該脈衝之該前緣延遲一可變延遲。
  37. 如請求項36之照明裝置，其中該可變延遲係在一延遲間隔之範圍內變化，及/或係取決於該第一控制信號及/或該第二控制信號之該脈衝寬度，該系列延遲間隔係隨機、混亂或藉由一掃掠函數、表或其他技術加以決定。
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