TWI764228B - 照明系統、照明裝置及照明方法 - Google Patents

照明系統、照明裝置及照明方法

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Abstract

本發明揭示一種照明系統，其提供經組態以經由一控制通道提供一電壓控制信號的一控制信號介面。提供一光引擎，且該光引擎包括：一第一信號產生器，其經組態以基於該控制信號經由一第一通道提供一第一脈寬調變(PWM)信號；一第二信號產生器，其經組態以基於該控制信號經由一第二通道提供一第二PWM信號；及一第三信號產生器，其經組態以基於該第一PWM信號及該第二PWM信號經由一第三通道提供一第三PWM信號。

Description

照明系統、照明裝置及照明方法
本發明一般而言係關於發光裝置且更特定言之係關於一種包括一光引擎之照明系統。
發光二極體(「LED」)常在各種應用中用作光源。LED相比傳統光源更高效，例如，其提供比白熾燈及螢光光高得多之能量轉換效率，此外，相比傳統光源，LED將較少熱量輻射至被照明區域中且獲得對亮度、發射色彩及頻譜之更廣控制。該等特徵使LED成為室內照明至汽車照明範圍內之各種照明應用的極佳選擇。
本發明揭示一種照明系統，其提供經組態以經由一控制通道提供一電壓控制信號的一控制信號介面。提供一光引擎，且該光引擎包括：一第一信號產生器，其經組態以基於該控制信號經由一第一通道提供一第一脈寬調變(PWM)信號；一第二信號產生器，其經組態以基於該控制信號經由一第二通道提供一第二PWM信號；及一第三信號產生器，其經組態以基於該第一PWM信號及該第二PWM信號經由一第三通道提供一第三PWM信號。
下文將參考隨附圖式更充分地描述不同光照明系統及/或發光二極體(「LED」)實施方案之實例。此等實例並非彼此互斥的，且一個實例中發現的特徵可與一或多個其他實例中發現的特徵組合以達成額外實施方案。因此，應理解，隨附圖式中所展示之實例僅出於說明性目的而提供，且其並不意欲以任何方式限制本發明。類似編號通篇指代類似元件。
應理解，儘管在本文中可使用術語第一、第二、第三等來描述各種元件，但此等元件不應受限於此等術語。此等術語可用於將一個元件與另一元件區分開來。舉例而言，在不脫離本發明之範疇之情況下，第一元件可被稱為第二元件，且第二元件可被稱為第一元件。如本文所用，術語「及/或」可包括相關聯的所列項中之一或多者之任何及所有組合。
應理解，當諸如層、區域或基板之元件被稱作「在另一元件上」或延伸「至另一元件上」時，其可直接在另一元件上或直接延伸至另一元件上，或亦可存在插入元件。相比之下，當一元件被稱作「直接在另一元件上」或「直接延伸至另一元件上」時，不存在插入元件。亦應理解，當元件被稱作「連接」或「耦接」至另一元件時，其可直接連接或耦接至另一元件及/或經由一或多個插入元件連接或耦接至另一元件。相比之下，當元件被稱作「直接連接」或「直接耦接」至另一元件時，在該元件與另一元件之間不存在插入元件。應理解，此等術語意欲涵蓋元件之除諸圖中所描繪的任何定向以外的不同定向。
諸如「下方」、「上方」、「上部」、「下部」、「水平」或「豎直」之相對術語可在本文中用以描述如諸圖中所說明的一個元件、層或區域與另一元件、層或區域之關係。應理解，這些術語意欲涵蓋裝置的除諸圖中所描繪的定向以外的不同定向。
此外，LED、LED陣列、電氣組件及/或電子組件係容納於一個、兩個抑或更多個電子元件板上亦可取決於設計約束及/或應用。
半導體發光裝置(LED)或光功率發射裝置(諸如發射紫外線(UV)或紅外線(IR)光功率之裝置)為目前可用之最高效光源。此等裝置(下文之「LED」)可包括發光二極體、諧振腔發光二極體、豎直空腔雷射二極體、邊緣發射雷射或類似者。舉例而言，歸因於其緊湊大小及較低功率需求，LED對於許多不同應用可為有吸收力的候選。舉例而言，LED可用作諸如攝影機及蜂巢式電話之手持式電池供電裝置之光源(例如閃光燈及攝影機閃光燈)。LED亦可用於例如汽車照明、抬頭顯示器(HUD)照明、園藝照明、街道照明、視訊之炬、一般照明(例如，家庭、商店、辦公室及演播室照明、電影院/舞台照明及建築照明)、擴增實境(AR)照明、虛擬實境(VR)照明、用於顯示器之背光以及IR光譜分析。單個LED可提供不如白熾光源亮的光，且因此，多接面裝置或LED陣列(諸如單塊LED陣列、微LED陣列等)可用於需要或要求較大亮度之應用。
可調諧照明高度符合消費者及商業照明之需要。可調諧照明系統通常能夠使其色彩及亮度彼此獨立地改變。根據本發明之態樣，揭示一種可調諧照明系統，其藉助於電流導引及/或時分及多工技術將單個通道輸出分成三個。更特定言之，可調諧光系統可將輸入電流拆分至三個脈寬調變(PWM)通道中。PWM通道之個別工作循環可基於經由控制信號介面所接收之控制信號而調整。該控制信號介面可包括開關及/或在使用者希望改變照明系統所輸出之光之色彩時由使用者操控的其他電路。
根據本發明之態樣，揭示一種照明系統，其包含：第一信號產生器，其經組態以基於第一控制信號產生第一脈寬調變(PWM)信號；第二信號產生器，其經組態以基於參考信號與第一控制信號之間的電壓差產生第二PWM信號；第三信號產生器，其經組態以基於第一PWM信號及第二PWM信號產生第三PWM信號，第三PWM信號具有與第一PWM信號及第二PWM信號中之至少一者不同的工作循環；第一發光二極體(LED)，使用第一PWM信號供電給第一LED，第一LED經組態以發射第一類型之光；第二LED，使用第二PWM信號供電給第二LED，第二LED具有第二CCT，第二LED經組態以發射第二類型之光；及第三LED，使用第三PWM信號供電給第三LED，第三LED經組態以發射第三類型之光。
根據本發明之態樣，揭示一種用於操作照明系統之方法，其包含：基於第一控制信號產生第一脈寬調變(PWM)信號；基於參考信號與第一控制信號之間的差異產生第二PWM信號；基於第一PWM信號及第二PWM信號產生第三PWM信號，第三PWM信號具有與第一PWM信號及第二PWM信號中之至少一者不同的工作循環；基於第一PWM信號控制第一發光二極體(LED)，第一LED經組態以輸出第一類型之光；基於第二PWM信號控制第二LED，第二LED經組態以輸出第二類型之光；及基於第三PWM信號控制第三LED，第三LED經組態以輸出第三類型之光。
圖1為根據本發明之態樣的照明系統100之實例之圖式。照明系統100可包括控制信號介面110、燈具120及光引擎130。在操作中，照明系統100可經由控制信號介面110接收使用者輸入且基於該輸入改變燈具120所輸出之光之色彩。舉例而言，若接收到第一使用者輸入，則燈具120可輸出具有第一色彩之光。相反，若接收到第二使用者輸入，則燈具120可輸出具有與第一色彩不同的第二色彩之光。在一些實施方案中，使用者可藉由旋轉旋鈕或移動作為控制信號介面110之部分的滑件提供輸入給照明系統。另外或替代地，在一些實施方案中，使用者可藉由使用他或她的智慧型電話及/或用以將對所要色彩之指示傳輸至控制信號介面110的另一電子裝置提供輸入給照明系統。
控制信號介面110可包括任何合適類型之電路或經組態以產生電壓信號CTRL且提供該電壓信號CTRL給光引擎130的裝置。儘管在本實例中，控制信號介面110及光引擎130以獨立裝置形式經描繪，但其中控制信號介面110及光引擎130一起整合於同一裝置中的替代實施方案係可能的。舉例而言，在一些實施方案中，控制信號介面110可包括耦接至旋鈕或滑件之電位計，其可操作以基於旋鈕(或滑件)之位置產生控制信號CTRL。作為另一實例，控制信號介面可包括無線接收器(例如，藍芽接收器、Zigbee接收器、WiFi接收器等)，其可操作以自遠端裝置(例如，智慧型電話或Zigbee閘道器)接收一或多個資料項且基於資料項輸出控制信號CTRL。在一些實施方案中，該一或多個資料項可包括識別待由燈具120輸出之所要相關色溫(CCT)的編號。
燈具120可包括光源122 (例如，暖白光)、光源124 (例如，冷白光)及光源126 (例如，中性白光)。光源122 (例如，暖白光)可包括一或多個經組態以輸出具有約2700K之CCT之白光的LED。光源124 (例如，冷白光)可包括一或多個經組態以輸出具有約6500K之CCT之白光的LED。光源126 (例如，中性白光)可包括一或多個經組態以輸出具有約4000K之CCT之白光的LED。
光引擎130可經組態以經由三個不同通道供應電力給燈具120。更特定言之，光引擎130可經組態以：經由第一通道供應第一PWM信號PWR1給光源122 (例如，暖白光)；經由第二通道供應第二PWM信號PWR2給光源124 (例如，冷白光)；及經由第三通道供應第三PWM信號PWR3給光源126 (例如，中性白光)。信號PWR1可用於供電給暖白光光源，且其工作循環可判定暖白光光源之亮度。信號PWR2可用於供電給冷白光光源，且其工作循環可判定冷白光光源之亮度。信號PWR3可用於供電給中性白光光源，且其工作循環可判定中性白光光源之亮度。在操作中，可調諧光引擎可改變信號PWR1、PWR2及PWR3之工作循環之相對量值，以調整光源122至126中之每一者之各別亮度。如可容易瞭解，改變光源122至126之個別亮度可引起燈具120之輸出改變色彩(及/或CCT)。如上文所指出，燈具120之光輸出可為由光源122至126產生之光發射之組合(例如，混合)。
根據本發明之態樣，光引擎130可包括經組態以產生信號PWR1、PWR2及PWR3之任何合適類型之電子裝置及/或電子電路。儘管在本實例中，信號PWR1至PWR3為PWM信號，但其中信號PWR1為電流信號、電壓信號及/或任何其他合適類型之信號的替代實施方案係可能的。此外，儘管在本實例中，光源122至126為白光光源，但其中光源122至126各自經組態以發射不同色彩之光的替代實施方案係可能的。舉例而言，光源122可經組態以發射紅光，光源126可經組態以發射綠光，且光源124可經組態以發射藍光。
圖2為根據本發明之態樣的PWM產生器200之實例之示意圖。PWM產生器200可包括任何合適類型之PWM產生器。在一些實施方案中，PWM產生器200可包括電力輸入端子210、接地端子220、控制端子230及輸出端子240。在操作中，PWM產生器200可在電力輸入端子210處接收電力及在控制端子230處接收電壓控制信號VCTRL。基於該控制信號VCTRL，PWM產生器200可產生PWM信號且自輸出端子240輸出PWM信號。
圖3為說明可由PWM產生器200產生的PWM信號之實例的圖表。PWM信號可具有週期P及脈寬W。PWM信號之工作循環可為PWM信號接通之每一週期P的比例(例如，高)，且其可藉由以下方程式1描述：
Figure 02_image001
方程式1
圖4為根據本發明之態樣說明PWM產生器200之回應的圖表。如所說明，當控制信號VCTRL具有第一值(例如，約0 V)時，由PWM產生器200產生的PWM信號之工作循環可為100%，且當控制信號VCTRL具有第二值Vc時，可停用PWM產生器200。儘管圖4中未示，但在一些實施方案中，PWM產生器200可經組態以在控制信號VCTRL之值處於預定範圍(例如，0 V至0.4 V)內時將PWM信號之工作循環設定於100%。以此方式組態PWM產生器200可確保始終可輸出具有100%工作循環之PWM信號，此係因為獲得恰好為0 V之控制信號在類似電路中可能並非始終可行。根據本發明之態樣，當停用PWM產生器時，其可被視為產生具有工作循環0%之PWM信號。根據本發明，值Vc可被稱作PWM產生器之截止電壓。值Vc可取決於PWM產生器200之內部設計。視設計規範而定，任何合適Vc值可由一般熟習此項技術者達成。
圖5為照明系統500之實例之電路圖，該照明系統使用PWM產生器，諸如PWM產生器200作為其構建區塊中之一者。如所說明，照明系統500可包括燈具510、控制信號介面520及光引擎530。
燈具510可包括光源512、光源514及光源516。每一光源可包括一或多個各別LED。舉例而言，光源512可包括一或多個經組態以產生第一類型之光的發光二極體(LED)。光源514可包括一或多個經組態以產生第二類型之光的LED。光源516可包括一或多個經組態以產生第三類型之光的LED。三種類型之光的波長、演色指數(CRI)、相關色溫(CCT)及/或色彩中之一或多者可彼此不同。在一些實施方案中，第一類型之光可為暖白光，第二類型之光可為冷白光，且第三類型之光可為中性白光。另外或替代地，在一些實施方案中，第一類型之光可為紅光，第二類型之光可為綠光，且第三類型之光可為藍光。
根據本實例，燈具510可經配置以藉由將光源512至516中之每一者之各別輸出混合來產生可調諧白光。在此等情況下，光源512可經組態以發射具有約2700K之CCT的暖白光；光源514可經組態以發射具有約6500K之CCT的冷白光；且光源516可經組態以發射具有約4000K之CCT的中性白光。如上文所指出，燈具510之輸出可為由於來自光源512至516之發射彼此混合而產生的複合光輸出。複合光輸出之CCT可藉由基於控制信號VCRL1改變光源中之每一者之各別亮度來改變，該控制信號係由控制信號介面520產生且經由第一通道521提供。
控制信號介面520可包括任何合適類型之電路或經組態以產生電壓控制信號VCTRL1且提供控制信號VCTRL1給光引擎530的裝置。儘管在本實例中，控制信號介面520及光引擎530以獨立裝置形式經描繪，但其中控制信號介面520及光引擎530一起整合於同一裝置中的替代實施方案係可能的。舉例而言，在一些實施方案中，控制信號介面520可包括耦接至旋鈕或滑件之電位計，其可操作以基於旋鈕(或滑件)之位置產生控制信號VCTRL1。作為另一實例，控制信號介面可包括無線接收器(例如，藍芽接收器、Zigbee接收器、WiFi接收器等)，其可操作以自遠端裝置(例如，智慧型電話或Zigbee閘道器)接收一或多個資料項且基於資料項輸出控制信號VCTRL1。作為另一實例，控制信號介面520可包括經組態以基於各種控制準則產生控制信號VCTRL1的自主或半自主控制器。彼等控制準則可包括當日時間、當前日期、當前月份、當前季節等中之一或多者。
光引擎530可為三通道光引擎。光引擎530可經組態以經由不同各別通道522、523及524供應電力給光源512至516中之每一者。光引擎530可包括電流源532、調壓器534及參考電壓產生器536。如所展示，調壓器534可經組態以產生用於供電給光引擎530之各種組件的電壓VDD。參考電壓產生器536可經組態以產生參考電壓信號VREF。下文進一步論述信號VREF對光引擎530之操作的影響。
光引擎530可操作以藉由使用經由第一通道522供應至光源512的第一PWM信號PWR1驅動光源512。信號PWR1可藉由使用第一信號產生器GEN 1 525及第一開關SW1產生。產生器GEN 1 525可與關於圖2論述之PWM產生器200相同或類似，且其可具有截止電壓Vc1 。開關SW1可為MOSFET電晶體。光源512可連接至跨MOSFET電晶體SW1之汲極-源極的電流源532，且MOSFET電晶體SW1之閘極可經配置以接收由信號產生器GEN 1 525產生的PWM信號VGATE1。如可容易瞭解，此配置可引起開關SW1賦予信號PWR1與信號VGATE1之工作循環相同或類似的工作循環。信號VGATE1之工作循環可視如圖3中所展示之控制信號VCTRL1之量值(例如，位準)而定。
光引擎530可操作以藉由使用經由第二通道523供應給光源514之第二PWM信號PWR2來驅動光源514。信號PWR2可藉由使用第二信號產生器GEN 2 526及第二開關SW2產生。產生器GEN 2 526可與關於圖2論述之PWM產生器200相同或類似，且其可具有截止電壓Vc2 。信號產生器GEN 2 526之截止電壓Vc2 可與信號產生器GEN 1 525之截止電壓Vc1 相同或不同。開關SW2可為MOSFET電晶體。光源514可連接至跨MOSFET電晶體SW2之汲極-源極的電流源532，且MOSFET電晶體SW2之閘極可經配置以接收由信號產生器GEN 2 526產生的PWM信號VGATE2。如可容易瞭解，此配置可引起開關SW2賦予信號PWR2與信號VGATE2之工作循環相同或類似的工作循環。信號VGATE2之工作循環可視如圖3中所展示之電壓控制信號VCTRL2之量值(例如，位準)而定。
控制信號VCTRL2可為電壓信號。此外，如上文所指出，信號VCTRL1及VREF亦可為電壓信號。就此而言，控制信號VCTRL2可藉由自參考信號VREF之電壓減去第一控制信號VCTRL1之電壓產生。舉例而言，當參考信號VREF為10 V且控制信號VCTRL1為3 V時，控制信號VCTRL2可等於7 V。控制信號VCTRL2可使用電壓減去電路SUB1產生。減去電路SUB1可包括經組態以作為電壓減法器操作的運算放大器(opamp) 540。此外，減去電路SUB1可包括電阻器552、554、556及558。電阻器552及554皆可具有電阻R2。電阻器556及558皆可具有電阻R1。電阻R2可與電阻R1相同或不同。如所展示，電阻器552可安置於輸出端子與opamp 540之反相輸入端子之間。電阻器554可耦接於opamp 540之非反相輸入端子與接地之間。電阻器556可耦接於opamp 540之反相端子與控制信號介面520之間。電阻器558可耦接於opamp 540之非反相端子與控制參考電壓產生器536之間。在操作中，opamp 540可：(i)以第一輸入形式接收控制信號VCTRL1，(ii)以第二輸入形式接收參考信號VREF，且基於控制信號VCTRL1及參考信號VREF產生控制信號VCTRL2。控制信號VCTRL2之量值可藉由以下方程式2描述：
Figure 02_image003
方程式2
光引擎530可操作以藉由使用經由第三通道524供應給光源516之第三PWM信號PWR3來驅動光源516。信號PWR3可藉由使用第三信號產生器GEN3及第三開關SW3產生。開關SW3可為MOSFET電晶體。光源516可連接至跨MOSFET電晶體SW3之汲極-源極的電流源532，且MOSFET電晶體SW3之閘極可經配置以接收由信號產生器GEN3產生的PWM信號VGATE3。如可容易瞭解，此配置可引起開關SW3賦予信號PWR3與信號VGATE3之工作循環相同或類似之工作循環。信號VGATE3可由產生器GEN3基於信號VGATE1及VGATE2產生。在一些實施方案中，信號產生器GEN3可包括「反或」閘。如圖5中所說明，「反或」閘可以輸入形式接收信號VGATE1及VGATE2且藉由對信號VGATE1及VGATE2執行反或運算來產生信號VGATE3。
如圖6A至圖6B中所說明，以下中之一或多者可經選擇使得僅信號VGATE1及VGATE2中之一者在任何給定時間處於邏輯高處：(i)電壓信號VREF之值(例如，位準)，(ii)信號產生器GEN 1 525之截止電壓Vc1之值(例如，位準)，及(iii)信號產生器GEN 2 526之截止電壓Vc2之值(例如，位準)。此情況可為所需的，以使得來自電流源532之電流可在任何給定時間分流至僅一個通道(例如，僅光源512至516中之一者)。在一些實施方案中，使來自電流源532之電流在任何給定時間分流至僅一個通道可能係有利的，因為其可准許對光源512至516之亮度的更精確控制。
在一些實施方案中，如圖6A至圖6B中所說明，信號VGATE1及VGATE2中之一者可始終具有工作循環0%，而另一者可具有大於0%之工作循環。在此等情況下，信號VGATE3可藉由使信號VGATE1及VGATE2中具有較大工作循環之給定者反相來產生。結果，信號VGATE1及VGATE2中具有較大工作循環之給定者與信號VGATE3之工作循環之總和可等於100%。簡明而言，在圖6A至圖6B之實例中，信號VGATE3為信號VGATE1及VGATE2中之一者之反相。根據本發明之態樣，當一個PWM信號之值與另一PWM信號相反時，前一信號為後一信號之反相。舉例而言，如圖6A中所展示，信號VGATE3可被視為信號VGATE1之反相，因為當信號VGATE1處於邏輯低時，信號VGATE3總是處於邏輯高，且反之亦然。
簡明而言，在一些實施方案中，光引擎530可將由電流源532產生之電流導引至其工作循環之總和為整體的三個脈寬調變通道(例如，PWR1、PWR2、PWR3)中。此效應可藉由以下達成：(i)確保僅信號VGATE1及VGATE2中之一者在任何給定時間處於邏輯高值，及(ii)確保信號VGATE3為信號VGATE1及VGATE2中具有較大工作循環之一者之反相。以此方式分流來自電流源532之電流可幫助達成對自光源512至516輸出之光之亮度的更精確控制。
如上文所指出，光引擎530之操作可視參考信號VREF之量值、信號產生器GEN 1 525之截止電壓Vc1 、信號產生器GEN 2 526之截止電壓Vc2 及比率R2/R1中之一或多者而定。本發明不限於參考信號VREF、信號產生器GEN 1 525之截止電壓Vc1 、信號產生器GEN 2 526之截止電壓Vc2 及比率R2/R1的任何特定值。該等變數中之任一者之值在照明系統500之不同組態中可變化，且其可根據所要設計規範來選擇。
如上文所論述，控制信號VCTRL1可由控制信號介面520回應於指示由燈具510所輸出之光的所要CCT (及/或色彩)的使用者輸入而產生。控制信號VCTRL1因此可為指示自燈具510發射之光的所要CCT (及/或色彩)的電壓信號。
控制信號VCTRL1可判定何時將斷開光源512。更特定言之，當控制信號VCTRL1之量值超過信號產生器GEN 1 525之截止電壓Vc1 時，可斷開光源512。參考信號VREF可判定何時將接通光源516。若參考信號VREF之值低於信號產生器GEN 1 525之截止電壓Vc1 之兩倍，則可在斷開光源512之前接通光源514。相反，若參考信號VREF之值高於信號產生器GEN 1 525之截止電壓Vc1 之兩倍，則可在斷開光源512之前接通光源514。類似地，當信號VREF等於信號產生器GEN 1 525之截止電壓Vc1 之兩倍時，可在斷開光源512之同時接通光源514。
比率R2/R1可判定光源514之亮度回應於信號VCTRL1之變化而改變時的比率。此轉而可影響照明系統500對使用者輸入之回應度。如上文所指出，在一些實施方案中，光源514可為冷白光光源，且控制信號VCRL1可由控制信號介面520回應於使用者旋轉旋鈕而產生。在此等情況下，當比率R2/R1高時，照明系統500之光輸出將在旋鈕旋轉時更突然地變成冷色調。相反，當比率R2/R1低時，照明系統500之光輸出可在致動旋鈕時更緩慢地變成冷色調。
圖7展示根據光引擎530之一個可能組態說明照明系統500之操作的繪圖700。在此組態中，信號產生器GEN 1 525之截止電壓Vc1 與信號產生器GEN 2 526之截止電壓Vc2 相同，且參考信號VREF之量值等於截止電壓Vc1 之兩倍。繪圖700展示信號PWR1、PWR2及PWR3中之每一者與控制信號VCTRL1之各別工作循環之間的關係。此外，繪圖700說明照明系統500可具有至少五個可操作狀態，其在本文中列舉為狀態S0至S4。
當控制信號VCTRL1等於0 V (VCTRL1=0V)時，照明系統500可處於狀態S0。當照明系統500處於狀態S0時，可接通光源512 (處於最大容量)，且可斷開光源514及516。
當控制信號VCTRL1大於0 V且小於信號產生器GEN 1 525之截止電壓Vc1 (0＜VCTRL1＜Vc1 )時，照明系統500可處於狀態S1。當照明系統500處於狀態S1時，可接通光源512及516，且可斷開光源514。
當控制信號VCTRL1等於信號產生器GEN 1 525之截止電壓Vc1 (VCTRL1=Vc1 )時，照明系統500可處於狀態S2。當照明系統500處於狀態S2時，可接通光源516 (處於最大容量)，且可斷開光源512及514。
當控制信號VCTRL1大於信號產生器GEN 1 525之截止電壓Vc1 且小於參考信號VREF (Vc1 ＜VCTRL1＜VREF)時，照明系統500可處於狀態S3。當照明系統500處於狀態S3時，可接通光源514及516，且可斷開光源512。
當控制信號VCTRL1大於或等於VREF (VCTRL1≥VREF)時，照明系統500可處於狀態S4。當照明系統500處於狀態S4時，可接通光源514 (處於最大容量)，且可斷開光源512及516。
圖8展示根據光引擎530之另一可能組態說明照明系統500之操作的繪圖800。在此組態中，信號產生器GEN 1 525之截止電壓Vc1 與信號產生器GEN 2 526之截止電壓Vc2 相同，且參考信號VREF之量值大於截止電壓Vc1 之量值的兩倍。繪圖800展示信號PWR1、PWR2及PWR3中之每一者與控制信號VCTRL1之各別工作循環之間的關係。此外，繪圖800說明照明系統500可具有至少五個可操作狀態，其在本文中列舉為狀態S0至S4。
當控制信號VCTRL1等於0 V (VCTRL1=0V)時，照明系統500可處於狀態S0。當照明系統500處於狀態S0時，可接通光源512 (處於最大容量)，且可斷開光源514及516。
當控制信號VCTRL1大於0 V且小於信號產生器GEN 1 525之截止電壓Vc1 (0＜VCTRL1＜Vc1 )時，照明系統500可處於狀態S1。當照明系統500處於狀態S1時，可接通光源512及516，且可斷開光源514。
當控制信號VCTRL1大於或等於信號產生器GEN 1 525之截止電壓Vc1 且小於或等於Vm (Vc1 ≤VCTRL1≤Vm)時，照明系統500可處於狀態S2。當照明系統500處於狀態S2時，可接通光源516 (處於最大容量)，且可斷開光源512及514。在一些實施方案中，值Vm可由以下方程式3界定：
Figure 02_image005
方程式3
當控制信號VCTRL1大於Vm且小於參考信號VREF (Vm＜VCTRL1＜VREF)時，照明系統500可處於狀態S3。當照明系統500處於狀態S3時，可接通光源514及516，且可斷開光源512。因此，Vm可為接通光源514時控制信號VCTRL1之值。
當控制信號VCTRL1大於或等於參考信號VREF (VCTRL1≥VREF)時，照明系統500可處於狀態S4。當照明系統500處於狀態S4時，可接通光源514 (處於最大容量)，且可斷開光源512及516。
圖9展示根據關於圖8論述之照明系統500之組態說明控制信號VCTRL1與VCTRL2之間的關係的繪圖900。如所展示，當控制信號VCTRL1達到信號產生器GEN 1 525之截止電壓Vc1 之值時，可斷開光源512且光源516可達到100%亮度。當控制信號VCTRL1超過值Vm時，光源516之亮度可開始減小。此外，對於介於Vc1 與Vm之間的VCTRL1值，光源516可在最大亮度下操作且可斷開光源512及514。
繪圖700及800說明照明系統500可准許使用者改變由照明系統500產生之光輸出之色彩及/或CCT而不會影響自照明系統500發射之光的總亮度。此概念於繪圖700及800中予以說明。如繪圖700及800中所說明，表示信號PWR1及PWR2之線條可之斜率的量值等於表示信號PWR3之線條的斜率，但正負號與該斜率相反。此暗示光源512及光源514中之一者之亮度的任何減小可匹配光源516之亮度的相等增大，且反之亦然。因此，在一些實施方案中，當照明系統500之光輸出之CCT (或色彩)改變(由於控制信號VCTRL1變化)時，彼改變可在照明系統500之光輸出之亮度無任何增大或減小之情況下發生。
圖10為根據本發明之態樣的處理程序之實例之流程圖。在一些實施方案中，處理程序1000中之所有步驟可基於提供於圖10中之元件符號之定序同時執行。或者，在一些實施方案中，處理程序1000中之一些或所有步驟可例如如提供於圖10中之流程箭頭所勾勒而依序執行。處理程序1000可由照明系統100、照明系統500及/或任何其他合適類型之電子裝置執行。舉例而言，在一些實施方案中，處理程序1000中之步驟中之至少一些可使用處理電路，諸如微處理器(例如，基於ARM之處理器、基於Arduino之處理器等)執行。另外或替代地，在一些實施方案中，處理程序1000中之步驟中之至少一些可使用電子電路，諸如圖5中所展示之電子電路執行。
在步驟1010處，接收指示光輸出之所要CCT及/或所要色彩的第一控制信號。該控制信號可自控制信號介面(諸如控制信號介面110或520)接收。在一些實施方案中，該控制信號可為電壓信號，諸如控制信號VCTRL1。在一些實施方案中，該控制信號可為指示所要CCT及/或色彩的編號或字數串之數位表示。在步驟1020處，產生參考信號。在一些實施方案中，該參考信號可為電壓信號，諸如信號VREF。另外或替代地，在一些實施方案中，參考信號可為編號及/或字數串之數位表示。在步驟1030處，基於參考信號及第一控制信號中之至少一者產生第二控制信號。在一些實施方案中，第二控制信號可藉由自參考信號減去第一控制信號產生。
在步驟1040處，基於第一控制信號產生第一PWM信號。在一些實施方案中，第一PWM信號可具有基於第一控制信號之工作循環。在一些實施方案中，第一PWM信號之工作循環可與第一控制信號之量值成比例(例如，與第一控制信號之位準成比例)。
在步驟1050處，產生第二PWM信號。在一些實施方案中，第二PWM信號之工作循環可基於第一控制信號及參考信號中之至少一者產生。另外或替代地，在一些實施方案中，第二控制信號可基於第二控制信號產生。另外或替代地，在一些實施方案中，第二PWM信號可具有與第二控制信號之量值成比例的工作循環。
在步驟1060處，基於第一PWM信號及第二PWM信號中之至少一者產生第三PWM信號。在一些實施方案中，第三PWM信號可具有與第一PWM信號及第二PWM信號中之每一者不同的工作循環。在一些實施方案中，第三PWM信號可藉由使第一PWM信號及第二PWM信號中具有較大工作循環之一者反相來產生。另外或替代地，在一些實施方案中，第三PWM信號可藉由對第一PWM信號及第二PWM信號執行反或運算來產生。
在步驟1070處，基於第一PWM信號控制第一光源。第一光源可包括一或多個LED及/或任何其他合適類型之光源。在一些實施方案中，控制第一光源可包括基於第一PWM信號接通及/或斷開第一光源。另外或替代地，在一些實施方案中，控制第一光源可包括增大及/或減小第一光源之亮度。另外或替代地，在一些實施方案中，控制第一光源可包括基於第一PWM信號改變控制跨第一光源之電流流量的開關之狀態。
在步驟1080處，基於第二PWM信號控制第二光源。第二光源可包括一或多個LED及/或任何其他合適類型之光源。在一些實施方案中，控制第二光源可包括基於第二PWM信號接通及/或斷開第二光源。另外或替代地，在一些實施方案中，控制第二光源可包括增大及/或減小第二光源之亮度。另外或替代地，在一些實施方案中，控制第二光源可包括基於第二PWM信號改變控制跨第二光源之電流流量的開關之狀態。
在步驟1090處，基於第三PWM信號控制第三光源。第三光源可包括一或多個LED及/或任何其他合適類型之光源。在一些實施方案中，控制第三光源可包括基於第三PWM信號接通及/或斷開第三光源。另外或替代地，在一些實施方案中，控制第三光源可包括增大及/或減小第三光源之亮度。另外或替代地，在一些實施方案中，控制第三光源可包括基於第三PWM信號改變控制跨第三光源之電流流量的開關之狀態。
圖1至圖10僅作為實例提供。儘管在圖5之實例中，開關SW1及SW2經實施為MOSFET電晶體，但可替代地使用任何合適類型之開關，諸如固態繼電器、PMOS電晶體等。儘管在圖5之實例中，使用opamp實施減法器SUB1，但可替代地使用任何合適類型之電子電路實施減法器。儘管在圖3中實例中，使用「反或」閘實施產生器GEN3，但可替代地使用任何其他合適類型之電路。舉例而言，信號產生器GEN3可藉由使用「或」閘及一或多個反相器等實施。關於該等圖式論述之元件中之至少一些可依不同次序配置、經組合及/或完全省略。
圖11為根據一個實施例的整合式LED照明系統之電子元件板310之俯視圖。在替代實施例中，兩個或更多個電子元件板可用於LED照明系統。舉例而言，LED陣列可在獨立電子元件板上，或感測器模組可在獨立電子元件板上。在所說明之實例中，電子元件板310包括電力模組312、感測器模組314、連接性及控制模組316以及經保留用於將LED陣列附接至基板320的LED附接區域318。圖11之電力模組312可包括本文所揭示之光引擎(例如，圖5之光引擎530)。
基板320可為能夠提供機械支撐及使用諸如軌道、跡線、襯墊、通孔及/或電線的導電連接件提供與電氣組件、電子組件及/或電子模組的電耦合的任何板。基板320可包括安置於一或多個非傳導性材料(諸如介電質複合材料)層之間或上的一或多個金屬化物層。電力模組312可包括電氣元件及/或電子元件。在一實例實施例中，電力模組312包括AC/DC轉換電路、DC/DC轉換電路、調光電路及LED驅動電路。
感測器模組314可包括其中將實施LED陣列的應用所需的感測器。實例感測器可包括光學感測器(例如，IR感測器及影像感測器)、運動感測器、熱感測器、機械感測器、近接度感測器或甚至定時器。舉例而言，街道照明、普通照明及園藝照明應用中之LED可基於數個不同感測器輸入(諸如所偵測之使用者在場、所偵測之周圍照明條件、所偵測之天氣條件)或基於當日時間/當夜時間關閉/開啟及/或調整。此可包括例如調整光輸出之強度、光輸出之形狀、光輸出之色彩及/或開燈或關燈以節省能量。對於AR/VR應用，運動感測器可用於偵測使用者移動。運動感測器本身可為LED，諸如IR偵測器LED。作為另一實例，對於攝影機閃光燈應用，影像及/或其他光學感測器或像素可用於量測待捕捉之場景之照明，使得可最佳地校準閃光燈照明色彩、強度照明模式及/或形狀。在替代實施例中，電子元件板310不包括感測器模組。
連接性及控制模組316可包括系統微控制器及經組態以自外部裝置接收控制輸入的任何類型的有線或無線模組。舉例而言，無線模組可包括藍芽、Zigbee、Z-wave、Mesh、WiFi，可使用近場通信(NFC)及/或同級間模組。微控制器可為任何類型之專用電腦或處理器，其可嵌入於LED照明系統中且經組態或可組態以自LED系統中之有線或無線模組或其他模組接收輸入(諸如感測器資料及自LED模組反饋之資料)並基於該等資料提供控制信號給其他模組。本文所揭示之控制信號介面110可為微控制器之部分或可接收輸入或提供輸出給微控制器。藉由特殊用途處理器實施之演算法可實施於併入非暫時性電腦可讀儲存媒體中以供特殊用途處理器執行之電腦程式、軟體或韌體中。非暫時性電腦可讀儲存媒體之實例包括唯讀記憶體(ROM)、隨機存取記憶體(RAM)、暫存器、快取記憶體及半導體記憶體裝置。記憶體可作為微控制器之部分而包括或可實施於別處，於電子元件板310上或外。
如本文所用，術語模組可指代安置於個別電路板上之電氣組件及/或電子組件，該等組件可焊接至一或多個電子元件板310。然而，術語模組亦可指代提供類似功能但在同一區域中或在不同區域中可個別地焊接至一或多個電路板的電氣組件及/或電子組件。
圖12a為電子元件板310之俯視圖，其中在一個實施例中LED陣列410在LED裝置附接區域318處附接至基板320。電子元件板310與LED陣列410一起表示LED系統400A。另外，電力模組312經由跡線418B接收Vin 497處之電壓輸入及來自連接性及控制模組316之控制信號，且經由跡線418A提供驅動信號給LED陣列410。經由來自電力模組312之驅動信號開啟及關閉LED陣列410。在圖12中所展示之實施例中，連接性及控制模組316經由跡線418C自感測器模組314接收感測器信號。圖12之電力模組312可包括本文所揭示之光引擎(例如，圖5之光引擎530)且其可提供本文所揭示之PWM信號給LED陣列410中之LED。
圖12b說明雙通道整合式LED照明系統之一個實施例，其中電子組件安裝於電路板499之兩個表面上。如圖12b中所展示，LED照明系統400B包括第一表面445A，其上安裝有用以接收調光器信號及AC電力信號之輸入及AC/DC轉換電路412。LED系統400B包括第二表面445B，其上安裝有調光器介面電路415、DC-DC轉換電路440A及440B、具有微控制器472的連接性及控制模組416 (在此實例中為無線模組)及LED陣列410。LED陣列410係由兩個獨立通道411A及411B驅動。在替代實施例中，單個通道可用於提供驅動信號給LED陣列，或任何數目之多個通道可用於提供驅動信號給LED陣列。舉例而言，圖12E說明具有3個通道(例如，如本文所揭示，圖5之通道522、523及524)的LED照明系統400E，且下文進一步詳細予以描述。
LED陣列410可包括兩組或多組LED裝置。在一實例實施例中，A組之LED裝置電耦接至第一通道411A，且B組之LED裝置電耦接至第二通道411B。兩個DC-DC轉換器440A及440B中之每一者可經由單個之通道411A及411B提供分別用於驅動LED陣列410中之各別A組LED及B組LED的各別驅動電流。各組LED中之一者中之LED可經組態以發射具有不同於第二組LED中之LED之色點的光。由LED陣列410發射之光之複合色點之控制可藉由分別經由單個之通道411A及411B控制由個別DC/DC轉換電路440A及440B施加的電流及/或工作循環而經調諧處於一範圍內。儘管圖12B中所展示之實施例不包括感測器模組(如圖11及圖12中所描述)，但替代實施例可包括感測器模組。
所說明之LED照明系統400B為整合系統，其中LED陣列410及用於操作LED陣列410之電路設置於單個電子元件板上。電路板499之相同表面上之模組之間的連接可藉由表面或子表面互連件(諸如跡線431、432、433、434及435)或金屬化物(未展示)電耦接以供用於在模組之間交換例如電壓、電流及控制信號。電路板499之相對表面上之模組之間的連接件可經由板互連件(諸如通孔及金屬化物(未展示))電耦接。
圖12c說明LED照明系統之實施例，其中LED陣列處於與驅動及控制電路分離之電子元件板上。LED照明系統400C包括處於與LED模組490分離之電子元件板上的電力模組452。電力模組452可包括在第一電子元件板上之AC/DC轉換電路412、感測器模組414、連接性及控制模組416、調光器介面電路415及DC/DC轉換器440。LED模組490可包括在第二電子元件板上之嵌入式LED校準及設定資料493以及LED陣列410。資料、控制信號及/或LED驅動器輸入信號485可經由可使兩個模組以電氣及通信方式耦接的電線於電力模組452與LED模組490之間進行交換。嵌入式LED校準及設定資料493可包括給定LED照明系統內之其他模組所需的用以控制驅動LED陣列中之LED之方式的任何資料。在一個實施例中，嵌入式校準及設定資料493可包括微控制器所需的用以使用例如脈寬調變(PWM)信號產生或修改控制信號的資料，該控制信號發指令給驅動器以提供電力給A組及B組LED中之每一者。在此實例中，校準及設定資料493可向微控制器472告知例如待使用之電力通道之數目、待由整個LED陣列410提供之複合光之所要色點及/或由AC/DC轉換電路412提供以提供至每一通道之電力之百分比。
圖12d說明LED照明系統之方塊圖，其中LED陣列與一些電子元件一起處於與驅動電路分離之電子元件板上。LED系統400D包括定位於獨立電子元件板上之電力轉換模組483及LED模組481。電力轉換模組483可包括AC/DC轉換電路412、調光器介面電路415及DC-DC轉換電路440，且LED模組481可包括嵌入式LED校準及設定資料493、LED陣列410、感測器模組414以及連接性及控制模組416。電力轉換模組483可經由兩個電子元件板之間的有線連接來提供LED驅動器輸入信號485給LED陣列410。
圖12e為展示多通道LED驅動電路的實例LED照明系統400D之圖式。在所說明之實例中，系統400D包括電力模組452及LED模組491，該LED模組包括嵌入式LED校準及設定資料493以及三組LED 494A、494B及494C。如本文所揭示，電力模組452可包括光引擎530，使得電力模組452可經由控制通道接收控制信號且可產生三個PWM信號以提供電力給LED/LED組。雖然圖12e中展示三組LED，但一般熟習此項技術者將認識到可根據本文所描述之實施例使用任何數目個組之LED。此外，雖然各組內之個別LED經串聯配置，但在一些實施例中其可經並聯配置。
LED陣列491可包括提供具有不同色彩點之光的各組LED。舉例而言，LED陣列491可包括經由第一組LED 494A產生之暖白光光源、經由第二組LED 494B產生之冷白光光源及經由第三組LED 494C產生之中性白光光源。經由第一組LED 494A產生之暖白光光源可包括一或多個經組態以提供具有約2700K之相關色溫(CCT)之白光的LED。經由第二組LED 494B產生之冷白光光源可包括一或多個經組態以提供具有約6500K之CCT之白光的LED。經由第三組LED 494C產生之中性白光光源可包括一或多個經組態以提供具有約4000K之CCT之光的LED。雖然此實例中描述各種白色LED，但一般熟習此項技術者將認識到其他色彩組合可根據本文所描述之實施例用以提供具有各種整體色彩的自LED陣列491輸出之複合光。
電力模組452可包括可調諧光引擎(未展示)，其可經組態以經由三個獨立通道(圖12e中指示為LED1+、LED2+及LED3+)供應電力給LED陣列491。更特定言之，可調諧光引擎可經組態以經由第一通道供應第一PWM信號給第一組LED 494A (諸如暖白光光源)，經由第二通道供應第二PWM信號給第二組LED 494B及經由第三通道供應第三PWM信號給第三組LED 494C。經由各別通道所提供之每一信號可用於供電給對應LED或對應組之LED，且信號之工作循環可判定每一各別LED之開啟及關閉狀態之總體持續時間。開啟及關閉狀態之持續時間可產生可具有基於該持續時間之光特性(例如，相關色溫(CCT)、色點或亮度)的總體光效應。在操作中，可調諧光引擎可改變第一、第二及第三信號之工作循環之相對量值以調整各組LED中之每一者之各別光特性以提供具有自LED陣列491之所要發射的複合光。如上文所指出，LED陣列491之光輸出可具有基於來自各組LED 494A、494B及494C中之每一者的光發射之組合(例如，混合)的色點。
在操作中，電力模組452可接收基於使用者及/或感測器輸入產生之控制輸入且經由個別通道提供信號以基於該控制輸入控制由LED陣列491輸出之光之複合色彩。在一些實施例中，使用者可提供輸入給LED系統，以供藉由旋轉旋鈕或移動可為例如感測器模組(未展示)之部分的滑件來控制DC/DC轉換電路。另外或替代地，在一些實施例中，使用者可使用智慧型電話及/或其他電子裝置提供輸入給LED照明系統400D，以將對所要色彩之指示傳輸至無線模組(未展示)。
圖13展示實例系統950，其包括應用平台960、LED照明系統952及956以及二級光學件954及958。LED照明系統952產生展示於箭頭961a與961b之間的光束961。LED照明系統956可產生箭頭962a與962b之間的光束962。在圖13中所展示之實施例中，自LED照明系統952發射之光穿過二級光學件954，自LED照明系統956發射之光穿過二級光學件958。在替代實施例中，光束961及962不穿過任何二級光學件。二級光學件可為或可包括一或多個光導。一或多個光導可為側光式或可具有內部開口，該內部開口界定光導之內部邊緣。LED照明系統952及/或956可插入一或多個光導之內部開口中，以使得其將光射入一或多個光導之內部邊緣(內部開口光導)或外部邊緣(側光式光導)。LED照明系統952及/或956中之LED可經配置於為光導之部分的基座之外周周圍。根據一實施方案，基底可導熱。根據一實施方案，基座可耦接至安置於光導上方的散熱元件。散熱元件可經配置以經由導熱基座接收由LED產生的熱量及消散所接收的熱量。該一或多個光導可允許以所要方式(諸如具有一梯度、一倒角分佈、一狹窄分佈、一寬廣分佈、一角度分佈或類似者)成形由LED照明系統952及956發射之光。
在實例實施例中，系統950可為攝影機閃光系統之行動電話、室內住宅或商業照明、室外燈具(諸如街道照明)、汽車、醫療裝置、AR/VR裝置及機器裝置。圖12中所展示之整合式LED照明系統400A、圖12b中所展示之整合式LED照明系統400B、圖12c中所展示之LED照明系統400C及圖12D中所展示之LED照明系統400D說明實例實施例中之LED照明系統952及956。
在實例實施例中，系統950可為攝影機閃光系統之行動電話、室內住宅或商業照明、室外燈具(諸如街道照明)、汽車、醫療裝置、AR/VR裝置及機器裝置。圖12中所展示之整合式LED照明系統400A、圖12b中所展示之整合式LED照明系統400B、圖12c中所展示之LED照明系統400C及圖12D中所展示之LED照明系統400D說明實例實施例中之LED照明系統952及956。
如本文所論述，應用平台960可經由電力匯流排、經由管線965或其他適用輸入提供電力給LED照明系統952及/或956。此外，應用平台960可經由管線965提供輸入信號以用於操作LED照明系統952及LED照明系統956，該輸入可基於使用者輸入/偏好、所感測讀數、經預程式化或自主判定之輸出或類似者。一或多個感測器可在應用平台960之殼體之內部或外部。
在各種實施例中，應用平台960感測器及/或LED照明系統952及/或956感測器可收集諸如視覺資料(例如，LIDAR資料、IR資料、經由攝影機收集之資料等)、音訊資料、基於距離之資料、移動資料、環境資料或類似者或其組合之資料。資料可與諸如物件、個人、車輛等之物理項或實體相關。舉例而言，感測設備可收集基於ADAS/AV之應用的物件近接度資料，其可最佳化物理項或實體之偵測及基於偵測之後續操作。資料可基於由例如LED照明系統952及/或956發射光學信號(諸如IR信號)及收集基於所發射光學信號之資料而收集。資料可由與發射用於資料收集之光學信號的組件不同的組件來收集。繼續該實例，感測設備可定位於汽車上，且可使用垂直共振腔面射型雷射(VCSEL)發射光束。一或多個感測器可感測對所發射光束或任何其他適用輸入之回應。
在實例實施例中，應用平台960可表示汽車，且LED照明系統952及LED照明系統956可表示汽車頭燈。在各種實施例中，系統950可表示具有可操縱光束之汽車，其中LED可經選擇性啟用以提供可操縱光。舉例而言，LED之陣列可用於界定或投射形狀或圖案，或僅照亮道路之所選擇部分。在一實例實施例中，LED照明系統952及/或956內之紅外攝影機或偵測器像素可為識別需要照明的場景(道路、人行橫道等)之部分的感測器。
圖14A為實例實施例中之LED裝置201之圖式。LED裝置201可包括基板202、作用層204、波長轉換層206以及初級光學件208。在其他實施例中，LED裝置可能不包括波長轉換層及/或初級光學件。個別LED裝置201可包括於LED照明系統(諸如上文所描述之LED照明系統中之任一者)中之LED陣列中。
如圖14A中所展示，作用層204可鄰近基板202，且在激發時發射光。用以形成基板202及作用層204之合適材料包括藍寶石、SiC、GaN、聚矽氧，且更具體言之可由以下形成：第III-V族半導體，包括但不限於AlN、AlP、AlAs、AlSb、GaN、GaP、GaAs、GaSb、InN、InP、InAs、InSb；第II-VI族半導體，包括但不限於ZnS、ZnSe、CdSe、CdTe；第IV族半導體，包括但不限於Ge、Si、SiC及其混合物或合金。
波長轉換層206可遠離、靠近作用層204或直接在該作用層上方。作用層204可將光發射至波長轉換層206中。波長轉換層206用以進一步修改由作用層204所發射之光的波長。包括波長轉換層的LED裝置通常被稱作經磷光體轉換之LED (「PCLED」)。波長轉換層206可包括任何發光材料，諸如透明或半透明黏合劑或基質中的磷光粒子，或吸收一個波長之光且發射不同波長之光的陶瓷磷光體元件。
初級光學件208可位於LED裝置201之一或多個層上或上方，且允許光自作用層204及/或波長轉換層206穿過初級光學件208。初級光學件208可為經組態以保護一或多個層且至少部分地成形LED裝置201之輸出的透鏡或封裝。初級光學件208可包括透明及/或半透明材料。在實例實施例中，可基於朗伯(Lambertian)分佈模式發射經過初級光學件之光。應理解，初級光學件208之一或多個特性可經修改以產生與朗伯分佈模式不同的光分佈模式。
圖14b展示在實例實施例中包括具有像素201A、201B及201C的LED陣列211以及二級光學件212的照明系統221之橫截面視圖。LED 陣列211包括像素201A、201B及201C，其各自包括各別波長轉換層206B、作用層204B及基板202B。LED 陣列211可為使用晶圓級處理技術製造的單塊LED陣列，具有低於500微米尺寸之微型LED，或類似者。LED 陣列211中之像素201A、201B及201C可使用陣列分段或可替代地使用取放技術形成。
展示於LED裝置200B之一或多個像素201A、201B及201C之間的空間203可包括氣隙或可由諸如可為觸點(例如，n觸點)之金屬材料的材料填充。
二級光學件212可包括透鏡209及波導207中之一者或兩者。應理解，儘管根據所展示實例論述了二級光學件，但在實例實施例中，二級光學件212可用於散佈入射光(發散光學件)，或將入射光聚集成準直光束(準直光學件)。在實例實施例中，波導207可為聚光器，且可具有用於聚光的任何適用形狀，諸如拋物線形狀、錐形形狀、傾斜形狀或類似者。波導207可使用用以反射或重定向入射光的介電材料、金屬化物層或類似者來塗佈。在替代實施例中，照明系統可不包括以下中之一或多者：轉換層206B、初級光學件208B、波導207及透鏡209。
透鏡209可由任何可適用的透明材料形成，諸如但不限於SiC、氧化鋁、金剛石或其類似者或組合。透鏡209可用於修改輸入至透鏡209中之光束，以使得來自透鏡209之輸出光束將有效地滿足所要光度規範。另外，透鏡209可用於一或多個美觀用途，諸如藉由判定LED陣列211之像素201A、201B及/或201C之照亮及/或未照亮外觀。
在詳細描述實施例之後，熟習此項技術者將瞭解，鑒於本發明描述，可在不脫離本發明概念之精神之情況下對本文所描述之實施例進行修改。因此，本發明之範疇不意欲限於所說明及描述之具體實施例。
100:照明系統 110:控制信號介面 120:燈具 122:光源 124:光源 126:光源 130:光引擎 200:PWM產生器 200B:LED裝置 201:LED裝置 201A:像素 201B:像素 201C:像素 202:基板 202B:基板 204:作用層 204B:作用層 206:波長轉換層 206B:波長轉換層 207:波導 208:初級光學件 208B:初級光學件 209:透鏡 210:電力輸入端子 211:LED陣列 212:二級光學件 220:接地端子 221:照明系統 230:控制端子 240:輸出端子 310:電子電路板 312:電力模組 314:感測器模組 316:連接性及控制模組 318:LED附接區域 320:基板 400A:LED系統 400B:LED照明系統 400C:LED照明系統 400D:LED照明系統 410:LED陣列 411A:第一通道 411B:第二通道 412:AC/DC轉換器電路 414:感測器模組 415:調光器介面電路 416:連接性及控制模組 418A:跡線 418B:跡線 418C:跡線 431:跡線 432:跡線 433:跡線 434:跡線 435:跡線 440:DC/DC轉換器 440A:DC-DC轉換電路 440B:DC-DC轉換電路 445A:第一表面 445B:第二表面 452:電力模組 472:微控制器 481:LED模組 483:電力轉換模組 485:LED驅動器輸入信號 490:LED模組 491:LED模組 493:嵌入式LED校準及設定資料 494A:第一組LED 494B:第二組LED 494C:第三組LED 497:Vin 499:電路板 500:照明系統 510:燈具 512:光源 514:光源 516:光源 520:控制信號介面 521:第一通道 522:通道 523:通道 524:通道 525:第一信號產生器GEN 1 526:第二信號產生器GEN 2 530:光引擎 532:電流源 534:調壓器 536:參考電壓產生器 540:運算放大器 552:電阻器 554:電阻器 556:電阻器 558:電阻器 700:繪圖 800:繪圖 900:繪圖 950:實例系統 952:LED照明系統 954:二級光學件 956:LED照明系統 958:二級光學件 960:應用平台 961:光束 961a:箭頭 961b:箭頭 962:光束 962a:箭頭 962b:箭頭 965:管線 1000:處理程序 1010:步驟 1020:步驟 1030:步驟 1040:步驟 1050:步驟 1060:步驟 1070:步驟 1080:步驟 1090:步驟 CTRL:控制信號 GEN3:第三信號產生器 P:週期 PWR1:第一PWM信號 PWR2:第二PWM信號 PWR3:第三PWM信號 R1:電阻 R2:電阻 S0:狀態 S1:狀態 S2:狀態 S3:狀態 S4:狀態 SUB1:電壓減去電路 SW1:第一開關 SW2:第二開關 SW3:第三開關 Vc:第二值 Vc1:截止電壓 Vc2:截止電壓 VCRL1:控制信號 VCTRL:電壓控制信號 VCTRL1:電壓控制信號 VCTRL2:控制信號 VDD:電壓 VGATE1:PWM信號 VGATE2:PWM信號 VGATE3:PWM信號 Vm:值 VREF:參考電壓信號 W:脈寬
下文描述之圖式僅出於說明性目的。圖式並不意欲限制本發明之範疇。展示於圖式中之相同元件符號標明各種實施例中之相同部件。
圖1為根據本發明之態樣的照明系統之示意圖；
圖2為根據本發明之態樣的PWM信號產生器之實例之示意圖；
圖3為根據本發明之態樣的由圖2之PWM信號產生器產生的PWM信號之實例之圖式；
圖4為根據本發明之態樣說明圖2之PWM產生器對控制電壓之變化的回應的圖表；
圖5為根據本發明之態樣的照明系統之實例之圖式；
圖6A為根據本發明之態樣說明不同PWM信號之間的關係的繪圖；
圖6B為根據本發明之態樣說明不同PWM信號之間的關係的繪圖；
圖7為根據一種可能之組態說明圖5之照明系統之操作的繪圖；
圖8為根據另一可能之組態說明圖5之照明系統之操作的繪圖；
圖9為根據本發明之態樣說明圖5之照明系統中不同控制信號之間的關係的繪圖；
圖10為根據本發明之態樣的處理程序之實例之流程圖；
圖11為根據一個實施例的整合式LED照明系統之電子元件板之俯視圖；
圖12A為電子元件板之俯視圖，其中在一個實施例中LED陣列在LED裝置附接區域處附接至基板；
圖12B為雙通道整合式LED照明系統之一個實施例的圖式，其中電子組件安裝於電路板之兩個表面上；
圖12C為LED照明系統之實施例之圖式，其中LED陣列處於與驅動及控制電路分離之電子元件板上；
圖12D為LED照明系統之方塊圖，其中LED陣列與一些電子元件一起處於與驅動電路分離之電子元件板上；
圖12E為展示多通道LED驅動電路的實例LED照明系統之圖式；
圖13為實例應用系統之圖式；
圖14A為展示LED裝置之圖式；及
圖14B為展示多個LED裝置之圖式。
500:照明系統
510:燈具
512:光源
514:光源
516:光源
520:控制信號介面
521:第一通道
522:通道
523:通道
524:通道
525:第一信號產生器GEN 1
526:第二信號產生器GEN 2
530:光引擎
532:電流源
534:調壓器
536:參考電壓產生器
540:運算放大器
552:電阻器
554:電阻器
556:電阻器
558:電阻器
GEN3:第三信號產生器
PWR1:第一PWM信號
PWR2:第二PWM信號
PWR3:第三PWM信號
R1:電阻
R2:電阻
SUB1:電壓減去電路
SW1:第一開關
SW2:第二開關
SW3:第三開關
VCRL1:控制信號
VCTRL1:電壓控制信號
VCTRL2:控制信號
VDD:電壓
VGATE1:PWM信號
VGATE2:PWM信號
VGATE3:PWM信號
VREF:參考電壓信號

Claims (22)

  1. 一種照明系統，其包含： 一控制信號介面，其經組態以提供一控制信號；及 一光引擎，其經通信方式耦接該控制信號介面，該光引擎包含： 一第一信號產生器，其經組態以基於該控制信號提供一第一脈寬調變(PWM，pulse-width modulated)信號至一第一開關之一控制端子，該第一信號產生器具有一第一截止電壓，當該控制信號到達該第一截止電壓時該第一PWM信號具有0%之工作循環； 一第二信號產生器，其經組態以基於該控制信號及一參考信號提供一第二PWM信號至一第二開關之一控制端子，該第二信號產生器具有一第二截止電壓，當該控制信號到達該第二截止電壓時該第二PWM信號具有0%之工作循環，該參考信號、該第一截止電壓及該第二截止電壓之至少一者設定為該第一PWM信號及該第二PWM信號中只有一者在同一時間處於邏輯高值；及 一邏輯閘，經組態以接收該第一PWM信號及該第二PWM信號作為輸入、並且提供一第三PWM信號至一第三開關之一控制端子。
  2. 如請求項1之系統，其中該第二信號產生器經組態以基於一數值提供該第二PWM信號，該數值與該參考信號減去該控制信號之一組合成比例。
  3. 如請求項1或2之系統，其進一步包含： 一運算放大器，其具有接收該控制信號之一反相輸入、接收該參考信號之一非反相輸入、及經組態以提供一輸出放大信號至該第二信號產生器及該反相輸入之一輸出。
  4. 如請求項3之系統，其進一步包含： 一參考電壓產生器，其經組態以產生一初始參考信號；及 一電壓分壓器(voltage divider)，其經組態以切分該初始參考信號而提供該參考信號。
  5. 如請求項4之系統，其中： 該電壓分壓器包括位於該參考電壓產生器及該運算放大器之該非反相輸入之間的一第一電阻、及位於該運算放大器之該非反相輸入及接地之間的一第二電阻，該第一電阻具有一第一阻抗，該第二電阻具有一第二阻抗；及 該控制信號藉由具有一第一阻抗之一第三電阻被提供至該運算放大器之該反相輸入，且該輸出運算放大信號藉由具有一第二阻抗之一第四電阻連接至該運算放大器之該反相輸入。
  6. 如請求項5之系統，其中該第二阻抗對該第一阻抗之一比例經組態以判定連接該第二開關之一光源之一亮度之變化率。
  7. 如請求項1或2之系統，其進一步包含： 一第一發光二極體(LED)，其耦接該第一開關且經組態以發射一第一顏色之光； 一第二LED，其耦接該第二開關且經組態以發射一第二顏色之光；及 一第三LED，其耦接該第三開關且經組態以發射一第三顏色之光。
  8. 如請求項7之系統，其中： 該參考信號、該第一截止電壓及該第二截止電壓設定為控制該第一PWM信號之該第一工作循環、該第二PWM信號之該第二工作循環、及該第三PWM信號之該第三工作循環以基於設定該控制信號之一使用者輸入提供一相關色溫(CCT)。
  9. 如請求項8之系統，其中： 該控制信號為指示該CCT之一編號或一字數串之一數位表示。
  10. 如請求項1或2之系統，其中： 該參考信號、該第一截止電壓及該第二截止電壓設定為控制該第一PWM信號之該第一工作循環、該第二PWM信號之該第二工作循環、及該第三PWM信號之該第三工作循環使得當該控制信號改變時：該第一及該第二工作循環之一者為0%且在同一時間該第三工作循環及該第一及該第二工作循環之另一者從0%變化至100%，該第一、第二、及第三工作循環之總合為100%。
  11. 如請求項10之系統，其中： 該參考信號、該第一截止電壓及該第二截止電壓設定為當該控制信號增加時： 該第一工作循環自100%線性減少至0%，且該第三工作循環自0%線性增加至100%；及 當該控制信號為該第一工作週期首次到達0%時，該第二工作循環開始自0%線性增加至100%，且該第三工作循環開始自100%線性減少至0%。
  12. 如請求項10之系統，其中： 該參考信號、該第一截止電壓及該第二截止電壓設定為當該控制信號增加時： 該第一工作循環自100%線性減少至0%，且該第三工作循環自0%線性增加至100%， 在一第一控制信號該第一工作循環到達0%；及 在大於該第一控制信號之一第二控制信號，該第二工作循環開始自0%線性增加至100%，且該第三工作循環開始自100%線性減少至0%。
  13. 如請求項1或2之系統，其中： 該控制信號介面經通信方式耦接以自一致動器(actuator)接收一輸入；及 該光引擎更包括一控制器經通信方式耦接以從該控制信號介面接收一使用者輸入以及基於此而提供該控制信號。
  14. 一種發光方法，其包含： 基於一控制信號產生一第一脈寬調變(PWM，pulse-width modulated)信號，當該控制信號到達該第一截止電壓時該第一PWM信號具有0%之工作循環； 基於該控制信號及一參考信號產生一第二PWM信號，當該控制信號到達該第二截止電壓時該第二PWM信號具有0%之工作循環； 該參考信號、該第一截止電壓及該第二截止電壓之至少一者設定為該第一PWM信號及該第二PWM信號中只有一者在同一時間處於邏輯高值； 基於該第一PWM信號及該第二PWM信號的一「反或(NOR)」組合產生一第三PWM信號；及 使用該第一、第二及第三PWM信號分別驅動一第一、第二及第三發光二極體(LED)，且該第一、第二及第三LED之每一者經組態以發射不同顏色之光。
  15. 如請求項14之方法，其進一步包含： 使用該參考信號、該第一截止電壓及該第二截止電壓控制該第一PWM信號之該第一工作循環、該第二PWM信號之該第二工作循環、及該第三PWM信號之該第三工作循環以基於設定該控制信號之一使用者輸入提供一相關色溫(CCT)。
  16. 如請求項15之方法，其進一步包含： 提供該控制信號作為指示該CCT或該顏色混合(color blend)之一編號或一字數串之一數位表示。
  17. 如請求項14至16之任一項之方法，其進一步包含： 設定該參考信號、該第一截止電壓及該第二截止電壓以控制該第一PWM信號之該第一工作循環、該第二PWM信號之該第二工作循環、及該第三PWM信號之該第三工作循環使得當該控制信號改變時： 該第一及該第二工作循環之一者為0%且在同一時間該第三工作循環及該第一及該第二工作循環之另一者從0%變化至100%，且該第一、第二、及第三工作循環之總合為100%。
  18. 如請求項17之方法，其進一步包含： 設定該參考信號、該第一截止電壓及該第二截止電壓使當該控制信號增加時： 該第一工作循環自100%線性減少至0%，且該第三工作循環自0%線性增加至100%；及 當該控制信號為該第一工作週期首次到達0%時，該第二工作循環開始自0%線性增加至100%，且該第三工作循環開始自100%線性減少至0%。
  19. 如請求項17之方法，其進一步包含： 設定該參考信號、該第一截止電壓及該第二截止電壓使當該控制信號增加時： 該第一工作循環自100%線性減少至0%，且該第三工作循環自0%線性增加至100%， 在一第一控制信號該第一工作循環到達0%；及 在大於該第一控制信號之一第二控制信號，該第二工作循環開始自0%線性增加至100%，且該第三工作循環開始自100%線性減少至0%。
  20. 一種照明裝置，其包含： 一電流源，其經組態以提供一電流至一第一、第二及第三輸出； 一第一信號產生器，其經組態以基於藉由一使用者輸入提供之一可變之控制信號提供一第一脈寬調變(PWM，pulse-width modulated)信號至一第一開關之一控制端子，該第一信號產生器具有一第一截止電壓，當該控制信號到達該第一截止電壓時該第一PWM信號具有0%之工作循環，該第一開關連接該第一輸入且其經組態以當該第一輸入及輸出電連接時提供一路徑至接地； 一第二信號產生器，其經組態以基於該控制信號及一參考信號提供一第二PWM信號至一第二開關之一控制端子，該第二信號產生器具有一第二截止電壓，當該控制信號到達該第二截止電壓時該第二PWM信號具有0%之工作循環，該參考信號、該第一截止電壓及該第二截止電壓之至少一者設定為該第一PWM信號及該第二PWM信號中只有一者在同一時間處於邏輯高值，該第二開關連接該第二輸入且其經組態以當該第二輸入及輸出電連接時提供一路徑至接地；及 一邏輯閘，經組態以接收該第一PWM信號及該第二PWM信號作為輸入、並且提供一第三PWM信號至一第三開關之一控制端子，該第三開關連接該第三輸入且其經組態以當該第三輸入及輸出電連接時提供一路徑至接地。
  21. 如請求項20之裝置，其進一步包含： 一運算放大器，其具有接收該控制信號之一反相輸入、接收該參考信號之一非反相輸入、及經組態以提供一輸出運算放大信號至該第二信號產生器及該反相輸入之一輸出。
  22. 如請求項21之裝置，其進一步包含： 一參考電壓產生器，其經組態以產生一初始參考信號；及 一電壓分壓器(voltage divider)，其經組態以切分該初始參考信號而提供該參考信號，該電壓分壓器包括位於該參考電壓產生器及該運算放大器之該非反相輸入之間的一第一電阻、及位於該運算放大器之該非反相輸入及接地之間的一第二電阻，該第一電阻具有一第一阻抗，該第二電阻具有一第二阻抗，該控制信號藉由具有一第一阻抗之一第三電阻被提供至該運算放大器之該反相輸入，且該輸出運算放大信號藉由具有一第二阻抗之一第四電阻連接至該運算放大器之該反相輸入。
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