CN105430788B - 可调光照明设备和对可调光照明设备进行调光的方法 - Google Patents

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Abstract

在包括大量发光元件(LEE)的单个照明设备中，所述LEE被划分成独立加电的组，并且组的不同组合被完全加电以实现期望的整体亮度。在一些实施例中，每组中的LEE的数量与其它组具有二分关系。调光的分辨率是最小组的亮度。在五个二分加权的LEE组的一个示例中，在被加电的组中的LEE全部被接通时，能够实现32个亮度等级。因此，由于不存在高频切换，基本上不存在由调光***引起的功率耗散，并且只有所产生的有限的噪音或EMI。能够利用控制各组的晶体管开关的逻辑电路容易地实施调光控制。

Description

可调光照明设备和对可调光照明设备进行调光的方法
本申请是分案申请，原案申请为国际申请号PCT/US2012/049874、申请日2012年8月7日的国际申请(2014年2月10日进入中国国家阶段，国家申请号201280039117.X)。
相关申请的交叉引用
本申请要求标题为“可调光照明装置”且于2011年8月8日提交的临时专利申请No.61/521,315的优先权，该专利申请的整个内容通过引用并入本文。
技术领域
本发明涉及照明控制，并且更具体地，涉及用于对包括多个发光元件的照明设备进行调光的方法。
背景技术
发出白色光的大功率LED已经成为一般固态照明应用的选择。这种大功率白色LED在亮度上已经有所进展并且能够具有100lm/W至超过200lm/W的发光功效。当代单个大功率LED的输入功率能够为大约0.5W至10W以上。
这种大功率LED能够产生相当大的热量，而其面积仅大约1mm2并且相对薄，因此，对封装的要求会是具有挑战性且昂贵的。如今，裸露大功率LED芯片的成本典型地能够远在$1.00以下(例如，$0.10)，但是封装LED可能花费大约$1.50-$3.00。这使得高输出(例如，3000+流明)固态照明设备相对昂贵并且例如不是在办公室、工业和其它照明应用中常用的荧光灯具的商业上可行的替代品。此外，需要光学器件来将高亮度点光源转换成用于例如在办公室照明应用中的空间照明(其中炫光控制是重要的)的基本上均匀的宽角度发光是极具挑战性的。
能够使用脉冲宽度调制(PWM)来控制由固态照明设备产生的光量。在这种情况下，以具有可变脉冲宽度的高频脉冲形式供应全功率或零功率。每个脉冲周期的脉冲持续时间的比率，一般被称为占空比，确定每个脉冲周期的平均功率量。在PWM控制中，产生的光量取决于占空比。
在SSL***中的PWM的缺点能够包括由于驱动电流的频繁切换的影响，诸如在照明设备的控制***和其它部件中由于寄生电磁效应而引起的功率损耗，由于来自由电致伸缩或其它效应而引起的振动的机械应力的可听噪音和部件疲劳和/或来自从***发出的电磁辐射的电磁干扰(EMI)。
因此，存在对克服本领域中的至少一个缺陷的解决方案的需要。
提供此背景信息以揭露由申请人确信的与本发明可能相关的信息。不意在承认，也不应当理解为先前信息的任何内容构成针对本发明的现有技术。
发明内容
本发明的目的是提供一种可调光照明设备。根据本发明的一个方面，提供了一种照明设备，该照明设备包括：多个发光元件(LEE)组，每个LEE组包括一个或多个LEE并且被配置成当在标称工作条件下被加电时提供标称光输出，LEE组独立可加电；以及控制器，该控制器可操作地连接到LEE组并且被配置成基于调光信号确定二进制调光代码，二进制调光代码具有多个比特，每个LEE组与调光代码的对应比特相关联，该控制器进一步被配置成基于调光代码的对应比特的比特值来对每个LEE组加电。
根据本发明的另一个方面，提供了一种用于控制包括多个发光元件(LEE)组的照明设备的光输出的方法，每个LEE组被配置成当在标称工作条件下被加电时提供标称光输出，LEE组独立可加电，该方法包括如下步骤：提供具有多个比特的二进制调光代码；提供每个LEE组与调光代码的对应比特的关联；以及基于调光代码的对应比特的比特值来对每个LEE组加电；因此，照明设备的光输出对应于被加电的LEE组的光输出的叠加。
根据本发明的另一个方面，提供了一种用于配置可调光照明设备的方法；该方法包括：为可调光照明设备提供对多个发光元件(LEE)组，每个LEE组包括一个或多个LEE；将LEE组配置成使得它们能够被独立加电；提供控制器，该控制器被配置成基于调光信号来确定二进制调光代码，所述二进制调光代码具有多个比特；利用每个LEE组与调光代码的对应比特的关联配置控制器；以及配置控制器以基于对应于每个LEE组与调光代码的对应比特的关联的调光代码的对应比特的比特值来对每个LEE组加电；因而，可调光照明设备被配置成经被加电的LEE组的光输出的可控叠加来控制照明设备的光输出。
在某些实现方式中，照明设备包括被布置成从LEE组接收光的均匀器，该均匀器被配置成将从LEE组接收的光均匀化以及提供均匀的光，该均匀的光具有比由均匀器从LEE组接收的光更加均匀的外部特性。
附图说明
提供下面描述的附图来说明本发明的实施例的各个方面。
图1A图示根据本发明的实施例的可调光照明设备的框图。
图1B图示根据本发明的实施例的如在图1A中所图示的用于对照明设备进行调光的方法的流程图。
图1C图示根据图1B中所图示的方法的在照明设备中的LEE组的工作条件下的二进制调光代码的比特的示例关联。
图2图示示例平方律调光功能。
图3图示根据本发明的实施例的包括光片的示例照明设备的透视示意图。
图4图示根据本发明的互连到LEE组的实施例的图3的光片中的LEE的串联连接。
图5图示基于倒装芯片LEE的图3中所图示的光片的变型的沿着线3-3的截面图。
图6图示基于垂直LEE的图3中所图示的光片的变型的沿着线3-3的截面图。
图7图示根据实施例的包括在照明设备中的相邻LEE之间的光片中的导体连接的图3的光片的另一个截面图。
图8图示根据实施例的照明设备的原理电路图。
图9A示意性地图示根据实施例的包括用于照明设备的LEE组的螺旋地布置的示例串的光片的顶视图。
图9B示意性地图示穿过线B-B的图9A中所图示的LEE组的示例串的细节。
图10图示根据本发明的实施例的用于在照明设备中使用的两个LEE组的示例串的布线图。
图11A图示根据本发明的实施例的包括可操作地布置在基板上并且与示例光引导件的边缘相联接的一串LEE组的示例照明设备的部件的截面图。
图11B图示图11A中所图示的示例照明设备的部件的透视图。
图12A图示根据本发明的实施例的包括与示例光引导件的一个或多个边缘可操作地相联接的三串LEE组的另一个示例照明设备的部件的截面图。
图12B图示图12A中所图示的示例照明设备的部件的透视图。
图13A图示根据本发明的实施例的包括与示例光引导件的五个边缘可操作地相联接的五串LEE组的另一个示例照明设备的部件的截面图。
图13B图示图13A中所图示的示例照明设备的部件的透视图。
具体实施方式
定义
例如，术语“发光元件(LEE)”被用来限定当通过在其两端施加电位差或使电流经过它而加电时在包括可见区、红外区和/或紫外区的电磁频谱的区域的任意区域或组合中发出辐射的任意设备。发光元件能够具有单色、准单色、多色或宽带频谱发光特性。发光元件的示例包括：半导体；有机、或聚合物/聚合体发光二极管；光泵浦磷光体涂敷的发光二极管；光泵浦纳米结晶发光二极管；或任意其它类似的发光设备，如本领域的技术人员容易地理解的。此外，术语发光元件可以被用来指发出辐射的特定设备，例如LED管芯，和/或指发出辐射的特定设备连同所述一个或多个特定设备被放置在其中的壳体或封装的组合，例如，LED封装。发光元件的进一步的示例包括激光器，特别是半导体激光器，诸如VCSEL(垂直腔表面发射激光器)和边缘发射激光器。进一步的示例可以包括超发光二极管和其它超发光设备。
术语“照明设备”被用来指照明装置、灯具、装配件、灯、灯泡和被配置成空间照明提供光的其它照明设备。
术语“光输出”或照明在本文中被用来指由照明设备提供的光的一个或多个方面，例如，光量、光的色度、辐射通量、光通量、发光图案(也被称为光分布图案或光度分布或者与光分布图案或光度分布相关联)或由照明设备提供的光的其它方面。
根据本发明的各方面，提供一种包括布置在LEE组中的多个LEE的照明设备，所述LEE组能够被单独加电/激活。应注意，术语加电和激活在本文中可交换地使用并且可以指提供与标称工作条件相关联的全功率或部分功率。根据实施例，照明设备被配置成基于由调光信号提供的调光代码的对应比特的比特值来加电各个LEE组。这可以被称为“二进制调光”。各LEE组当被加电或激活时可以处于完全接通或断开比特或被供应与完全接通工作条件相关联的功率的一部分。
图1A为根据本发明的实施例的照明设备100的框图。照明设备包括控制器110、N个(多个)LEE组120和可选的均匀器130。控制器110被配置成接收调光信号119以及控制N个驱动电流113。调光信号119由直接或间接地与用户接口连接的信号发生器(未示出)产生。信号发生器可具有直接用户接口(例如，调光开关)或间接用户接口(例如，用于无线控制)。控制器110控制与功率源(未示出)独立地相结合的驱动电流113。N个LEE组120被配置成通过单独可控的驱动电流113而彼此独立地可控。取决于实施例，例如，在利用某些形式的反馈控制的实施例中，基于所获得的关于照明设备100的一个或多个部件的感测的工作条件的信号，考虑到可能引起的参数相互关系，这种独立控制可以是完全独立的或部分依赖的。
取决于实施例，调光信号或其一部分可以被配置为模拟信号、数字信号或混合的模拟/数字信号。据此，二进制调光代码可以以模拟、数字或混合的模拟/数字形式被编码(也被称为嵌入)到调光信号中。取决于实施例，二进制调光代码可以对应于调光信号的一部分或形成调光信号的一部分。取决于实施例，调光信号可以经照明设备的有线和/或无线接口被提供。取决于实施例，二进制调光代码可以在进一步被配置成对照明设备提供功率的调光信号中被编码。
各个LEE组120中的LEE能够具有各种布置。三个LEE组中的示例LEE布置由示例照明轮廓1211、1213至1215指示。照明轮廓1211、1213至1215的叠加由附图标记121指示。示例照明轮廓示出对应于相应的LEE组120中的LEE的四个(1211)、八个(1213)和16个(1215)亮斑。如由特定示例均匀器(未进一步指定)从根据照明轮廓1211、1213至1215的光产生的示例照明轮廓在照明轮廓1311、1313、1315和131中被示意性地图示。照明轮廓1311对应于照明轮廓1211，1313与1213，1315对应于1215，并且131对应于121。还应注意，图示的照明轮廓仅仅是示例并且不是要指示均匀器130的特定功能或限制均匀器130的功能。均匀器130被配置成或包括散射扩散器、全息扩散器、具有一个或多个工程设计表面的透明基板、或用于提供如本文中所描述的均匀质化功能的其它设备。取决于实施例，均匀器可以被布置和/或被配置成使来自LEE组的一个或多个的光的一部分均匀化。
参照图1B，用于对如图1A中所示的照明设备100进行调光(也被称为如上面提到的二进制调光)的方法200的流程图。方法200可以使用图1A中所图示的控制器110来实施。据此，控制器110被配置成基于步骤1110中的调光信号119来确定调光代码117。取决于实施例和调光信号119的配置，该步骤可以包括对调光信号进行解码并且从调光信号提取调光代码。此外，在步骤1120中，方法200提供LEE组与调光代码的对应比特之间的关联115(即对应关系)。当照明设备100结合诸如调光开关的生成调光信号的调光器(未示出)的配置而得以配置时，这种关联可以被确定。取决于实施例，二进制调光代码117的长度能够是N比特或更多比特。如果二进制调光代码包括多于N比特，则调光代码的N个预定比特的子集足以控制照明设备的光输出。
取决于实施例，这种关联可以把LEE组通过光输出(每组)与预定顺序的比特的有效位数(significance)相关联。例如，这种顺序可以是升序、降序、格雷码或其他顺序。此外，光输出可以指相关联的光量、光分布图案、照明设备的光输出的其它方面或其组合。方法200进一步包括步骤1130，在该步骤1130中，各LEE组基于调光代码的对应比特的比特值被激活/加电。例如并且如图1C中所图示，组1201可以与二进制调光代码117的最低有效比特(LSB)的比特值相关联，组1203可以与二进制调光代码117的第二最低有效比特的比特值相关联，依次类推，并且组1205可以与调光代码117的最高有效比特(MSB)的比特值相关联。各比特值可以采取工作期间两个可能的值中的一个，例如，“0”或“1”。一般地并且取决于实施例，如果对应的比特值对应于“0”或“1”，则控制器110可以被配置成激活/加电各组120或对各组120进行去激活/去加电，或反之亦然。根据图1C中所图示的示例，如果对应比特的比特值是“1”，则各个LEE组被加电。如本文中所描述的，激活/加电可以是对应的组相关联的额定功率的全部或对应于提供额定功率的一部分。
取决于实施例，一个或多个组每次可以被选择性加电以便控制例如多少光由照明设备产生。由照明设备提供的光量的变化可能与发出的光的其它性质的变化密切相关。这种变化可以包括照明设备或由其发出的光的色度、发光图案或其它光学性质的变化。照明设备的控制的一些形式的效果中的变化在本文中一般被称为照明设备的调光。照明设备的调光的特定程度可以被称为可以被编码在调光信号中的调光等级。组可以以基本上静态、瞬时、迅速变化或其它方式选择性地被加电。取决于实施例，组可以包括一个或多个LEE。不同的组可以包括相同或不同数量的LEE。
取决于实施例，组的选择性加电通过利用基本上直流(DC)——也被称为线性调光、脉冲宽度调制(PWM)、脉冲代码调制(PCM)、其它占空比控制的驱动电流、用于控制驱动电流的其它方法或其组合使LEE工作来完成。取决于实施例，一个或多个DC驱动电流的大小，也可以被称为幅度，可以被控制以采取两个或多个基本上静态值以例如当采用线性调光时实现被包括在对应的组中的LEE的标称的静态工作条件。
取决于实施例，线性调光可以通过提供离散可变的或基本上连续可变的DC驱动电流(例如，从控制器110)来完成。根据一个实施例，驱动电流的离散变化包括对选择性激活的LEE组提供基本上零或基本上全标称驱动电流。因此，对应的LEE组可以被称为完全接通或完全断开。根据其它实施例，驱动电流可以例如通过对LEE组提供零、半标称或全标称(或三个其它大小)的驱动电流而离散地变化。例如，驱动电流的其它离散变化可以包括零、1/3标称、2/3标称和全标称驱动电流(或四个其它大小)。例如，进一步的离散变化可以包括包含1/4、1/5、1/6等等的较小的具有对应数量的不同的驱动电流大小的步进变化。在DC和/或非DC驱动电流控制方法中可以采用这种变化。应注意的是，可以根据预定的调光功能来选择驱动电流的大小。因此，例如，如果调光功能是非线性的，则一对相邻离散驱动电流大小之间的差异可能不同于另一对。
取决于实施例，在LEE的控制中，可以不采用PWM、PCM或其它交流驱动电流方案或通过限制PWM、PCM或采用其它交流驱动电流方案，对照明设备进行调光。这种交流驱动电流方案的采用可以被限制于与某些工作条件相关的情况，例如，用于补偿某些工作条件与它们的标称值的偏差，包括LEE的工作温度中的变化。应注意，这种偏差可以由其它非交流驱动电流方案(包括对DC驱动电流的直接控制)来补偿。
取决于实施例，通过在保持一个或多个其它LEE组断开的同时选择性地激活在标称或基本上标称工作条件下的一个或多个LEE组，可以对照明设备进行调光。取决于实施例，对照明设备的调光可以经由LEE组的选择性激活和一个或多个形式的非DC驱动电流控制的组合来实现，所述一个或多个形式的非DC驱动电流控制包括线性、PWM、PCM或其它形式的非DC驱动电流控制。因此，在照明设备和/或对应的调光控制***中的交流驱动电流的某些影响，包括寄生的功率耗散、噪音、机械应力和/或EMI产生，可以被避免和/或限制于某些工作条件。
本发明可用于结合可包括很少以及很多发光元件(LEE)的照明设备。例如，LEE可以具有一个或多个标称上相等或不同的光学性质、电气性质、机械性质、热性质或其它性质，包括色度、亮度、功效、最大驱动电流/电压和/或其它性质。取决于实施例，照明设备可以利用大功率LEE、低功率LEE、或大功率LEE和低功率LEE的组合加以配置。
在某些实施例中，照明设备的LEE被组合到预定数量的LEE组中。不同的组可以包括不同的或相等数量的LEE。组(排序的或未排序的)中的LEE的数量则可以被称为LEE序列或简单地称为序列。取决于实施例，序列可以被配置成使得照明设备能够被调光以控制光量、光的色度、发光图案或由照明设备提供的其它光学性能。组可以被配置成根据某种调光功能来控制发出的光的一种或多种性质。取决于实施例，组的配置可以以组中LEE的数量、组中LEE的位置、LEE的性质的预定的标称变化(若有)、或其它特性为特征。应注意，在照明设备中的LEE的空间布置可以基于或独立于每组的LEE数量的特定序列和/或每个LEE的组。
取决于实施例，调光功能可以指定将从照明设备发出的光的亮度、色度、发光图案和/或其它标称性质。例如，调光功能可以类似于图2中所示的调光功能9以平方律方式限定亮度变化。如已知的，可以采用平方律调光以提供个人用户对从照明设备发出的光量的线性变化的感知。取决于实施例，每组的LEE数量可以被配置成遵循可以基于平方律或其它预定的调光功能被确定的序列。取决于实施例，此外，或代替关于光量的方面(包括亮度)，在不同的调光等级下，调光功能可以指定不同的色度值和/或不同的发光图案。
取决于实施例，可以以若干方式执行组的选择性激活，例如，每次仅一个组可以被激活，或每次一个或多个组可以被激活。取决于实施例，一个或多个LEE组可以独立于一个或多个其它LEE组受到控制。取决于实施例，照明设备可以被配置成包括一个或多个冗余LEE和/或LEE组。例如，可以采用这种冗余来实现照明设备或由其发出的光的期望的外部特性，或来平衡LEE组之中的工作载荷。可以采用冗余来限制和/或来均衡工作温度、驱动电流、热梯度或与LEE和/或LEE组相关的其它方面。因此，对具有对应的控制***的冗余LEE组的足够的控制能够减轻照明设备部件的一般和/或差异性老化以及延长照明设备的寿命。取决于实施例，可以采用冗余LEE组来辅助由对应的照明设备提供的光的均匀化，如本文中所描述的。可选地，可以采用具有可选的均匀器的一个或多个冗余LEE组，如本文中所描述的。
如所指出的，取决于实施例，基于预定的调光功能，LEE组可以利用某些数量的LEE来配置，以在调光期间为控制照明设备的照明等级和/或其它方面提供特定的模式。取决于实施例，适当地配置的控制器因此可以被用来基于调光等级结合预定的前馈和/或反馈控制方案来控制组的选择性激活，以至少部分地自动地补偿某些工作条件与相应的标称值的偏差。取决于实施例，LEE组的配置可以进一步实现在调光期间固有地避免闪烁的控制模式。例如，在被配置成通过每次改变仅一个组的工作条件以便让照明设备到达相邻调光等级以在调光等级之间过渡的实施例中，假如能够以充分良好限定的方式实现过渡，就能基本上自动地避免闪烁。在其中相邻调光等级之间的过渡需要改变多于一个LEE组的工作条件的实施例中，对应的LEE组的工作条件在过渡期间能够以受控的形式被斜升(ramped up)和/或斜降(ramped down)并且该过渡能够延续足够的持续时间。
根据一些实施例，当LEE组在调光期间经历工作条件的改变时，通过充分地执行LEE组的过渡，可以减轻调光期间的闪烁。例如，照明设备的控制***可以被配置为经历以基本上连续的形式的这种过渡的LEE组的工作条件过渡。这可以实现，不论LEE组是否被提供有基本上DC或非DC电流。例如，一个或多个DC驱动电流幅度可以在预定的时间段内以预定的相关方式从相应的初始大小倾斜到相应的最终大小。此外，通过将一个或多个DC驱动电流与适当变化的PWM、PCM或其它交流驱动电流调制临时叠加同时使相应的DC驱动电流适当地过渡来完成。
根据一些实施例，基于预定的调光功能的量化照明等级来确定组中的LEE的数量。示例调光功能9在图2中图示，其示出随对应的调光等级2的照明等级1的变化。例如，这种调光功能可以对应于如由数字序列接口(DSI)、数字可寻址照明接口(DALI)或其它标准或非标准调光功能限定的标准调光功能。
取决于实施例，每组LEE的数量可以包括量化的照明等级、可能基于预定的调光功能的相邻量化的照明等级之间的差值或其它数字。为了确定每组的LEE的数量的目的，在预定的调光等级或照明等级下，调光功能可以等距或非等距地被量化。例如，在0％、20％、40％、60％、80％和100％的等距调光等级下，示例平方律调光功能9可以被量化成例如对应于一序列10、40、90、160和250个预定的照明等级单元的五个照明等级7(除0％调光之外)。根据该示例，调光等级被定义为随着增加的照明等级而增加，但是能够以相反的或其它形式被定义。因此，对应的照明设备可以被配置成包括具有10、30、50、70和90个LEE的组，其中，LEE的最后四个被确定为所说的预定照明等级单元的相邻对之间的差别。应注意，可以采用具有10、30、50、70和90个LEE(具有相等的相对关系)的一个或多个冗余组以基于在其中使用的每个LEE的光输出来实现期望的性质和/或对应的照明设备的整体总照明输出。
取决于实施例，可以利用作为一序列数字的多个或部分的LEE数量来配置组。例如，对于上文指出的示例，照明设备可以包括五个组，该五个组分别具有5、15、25、35和45个LEE或20、60、100、140和180个LEE的序列，或其他派生的序列。据此，其中这种组以递增方式被激活的照明设备的组的组合标称光输出能够遵循对应的调光功能的光输出中的相同的相对变化。这为在调光期间控制由照明设备提供的照明等级提供特定的模式。应注意，在变化的工作条件的影响下，实际光输出可能经受在照明设备中出现的热或其它串扰或其它影响。取决于实施例，这种影响可以通过利用经调整的序列来配置照明设备而减轻，在所述经调整的序列中，一序列数字中的一个或多个数字可以被修改成与单独基于调光功能确定的序列偏离。此外，当经相应地配置的控制***控制驱动电流中的一个或多个时，这种影响可以通过可选地考虑这种影响来减轻。取决于实施例并且经受适当稳定的环境条件，这种影响相对于某些调光等级而言可以被补偿或被减轻，假如照明设备被保持在某一调光等级下工作持续足够的时间量。例如，对于在一个或多个调光等级下的基本上恒定的工作条件而言，基于特定的照明设备的热特性的预定的关联，这种补偿可以以前馈控制方式被提供。
根据一些实施例，各组中的LEE的数量按照升序数量的序列布置，例如布置成具有20、40、80、160和320个LEE的五个组。由于从一个组到下一个较大的组LEE的数量是加倍，所以这可以被称为二分序列(binary series)。能够采用LEE的这种分组用于根据本发明的可以被称为二分组配置的调光方法，如本文中进一步描述的。二分组配置为控制对应的照明设备的照明等级提供特定的模式。取决于实施例，对于组而言，可以采用基本上二分或其它LEE数量的序列。因此，这样的照明设备，其中各组中的LEE数量遵循二的整数幂序列或这种序列的倍数，因为在每组的LEE数量的对应的二分序列中固有的组合二分关系，尽管仅一个组可以提供这种小的LEE数量，由该照明设备提供的光量可以基本上按照由LEE组提供的光输出中最小增量而变化。具有布置到其中LEE的数量符合二分关系的组中的基本上相等的LEE的照明设备可以用低数量的组提供高数量的调光等级。二分和其它数序列关系实现特定的控制模式以便选择性地激活组以影响照明设备的调光，如本文中进一步描述的。
取决于实施例，由于各种原因，例如，为了配置能够提供预定的标称最大光输出、为了能够响应于各种调光等级下LEE的变化的工作温度而适应LEE的光输出中的影响、为了能够利用调光等级实现光输出的预定的变化或出于其它原因或能够实现其它功能的照明设备，可以确定组中的LEE的数量以准确地遵循特定的标称数量的序列或与此偏离。例如，对于二分组配置而言，组中LEE的数量可以与准确的二分序列偏离，一个或多个数量的LEE可以与下一个较小的LEE数量的恰好两倍或与下一个较大的组的一半偏离。
根据一些实施例，LEE被布置成组，使得照明设备或由照明设备提供的照明的一个或多个方面在一个或多个调光等级下提供预定的外部特性。这种外部特性可能与由照明设备发出的光的亮度或其它性质的均匀性或变化相关联，如本文中提到的。此外，这种均匀性可以指由照明设备提供的光的远场或近场性质。外部特性可以指照明设备(当它被直接观察时)本身或由照明设备产生的照度。取决于实施例，照明设备可以出现或由照明设备在工作期间提供的照度可以基本上均匀地出现或其特征在于一个或多个类型的空间、角度或其它变化。取决于实施例，预定的均匀性程度可以按本文中所描述的那样(包括例如在照明设备中采用可选的均匀器、将一个或多个LEE组中的LEE伪随机地分布在照明设备中)而得以实现。
取决于实施例，照明设备的LEE可以若干方式被布置，例如以基本上一或二维配置、以一个或多个细长的、平面的、球形的、或其它配置。LEE的布置和组合成组可以被配置成在如上文所指出的一个或多个调光等级下提供预定的外部特性。根据一些实施例，LEE可以被布置成使得至少一对相邻和/或最接近的LEE中的LEE属于不同的组。这样布置可以促进照明设备和/或由照明设备在一个或多个调光等级下提供的照度的预定的外部特性的维持。
取决于实施例，LEE组可以被配置成根据一个或多个光度分布来提供光。例如，一个或多个组可以被配置成提供一个或多个预定的发光图案，诸如能够通过选择性地激活LEE组的一个或多个产生的不对称的水平或垂直差异型照度。这种情况在相应地配置的照明设备的某些应用中对于当照明设备被调光时改变整体光度分配和/或对于改进光利用的效率而言可能是有用的。例如，为了审美的目的，用于走廊照明的照明设备可以被配置成当因为来自相邻办公室的光被调暗时使水平光照度下降，同时维持相邻壁上的垂直照度。此外，在不同的调光等级下发出的光的发光图案可以由应用来分类，例如，用于上班时间和/或下班时间期间的办公室照明，以及用于工作照明和/或情调照明。而且，相对于紧急条件和/或减少的功率消耗而言，在不同的调光等级下发出的光的发光图案可以由占据被照亮的空间的人员和/或被照亮的空间本身的工作条件的分类来分类。这种和其它工作条件的指示可以由照明设备基于关于标称或减小的功率等级或其它指示的信息来确定。这种指示可以经调光信号或独立的外部提供的信号或两者被提供给照明设备。取决于实施例，这种信号中的一个或两个可以经照明设备的无线或有线接口提供。
例如，取决于实施例，照明设备可以包括布置在一个或多个光片、灯串或其它配置中的LED并且可以包括一个或多个光学***和/或光学部件。这种配置可以包括裸露的、包封的或其它形式的LED和/或夹在具有形成在一个或多个表面上的导体的两个或多个基板之间的LED芯片。例如，基板上的导体被配置成使用迹线、过孔、导线或其它导体电可操作地连接LED。导体可以串联和/或并联地连接两个或多个LED并且被配置成对功率源提供操作连接。根据一些实施例，配置可以包括多达几百个或更多个LEE。这种LEE可以提供高达预定的标称光量。根据一个实施例，LEE可以被配置用于高达20mA或更高的标称驱动电流，其中，它们产生能够被容易地驱散到环境空气中的少量的热。
例如，光片、灯串或其它配置能够被配置成提供预定的形状，该预定的形状的特征在于基本上一维、二维或三维地延伸并且能够使用互连的LEE窄条阵列被形成，所述LEE窄条可以以串联、并联或其组合的方式连接。
根据一个实施例，每组中LEE的数量与其它组具有二分关系。示例照明设备可以包含620个低功率LED(用于实现传统2x4脚荧光照明设备的亮度)，所述620个低功率LED被配置成20个LED的第一互连组、40个LED的第二互连组、80个LED的第三互连组、160个LED的第四互连组、和320个LED的第五互连组。各组中的LED可以随机地分布在照明设备的至少一部分内。各组独立地可加电。取决于实施例，加电可以通过提供标称最大驱动电流的全部或一部分而出现。根据一个实施例，组中的一个或多个的组合可以通过提供全驱动电流而完全被加电或完全关闭。用于调光的示例照明设备的亮度分辨率对应于20个LED的亮度。通过使用各组中LED的数量的二分加权，能够实现32个亮度等级，同时被加电的组中的LED完全接通。
根据实施例，调光控制***被配置成选择性地激活LEE组，如本文中所描述的。调光控制***可以被配置成以包括前馈、反馈或其它方式的一个或多个预定方式或其组合来控制LEE组的工作条件。调光控制***可以在逻辑电路中被实施并且被配置成例如经针对各组的开关控制到各组的驱动电流。这种开关可以被配置为通/断或连续可变的开关，例如适当配置的晶体管开关。调光控制***可以被配置成以通/断、连续可变、切换或其它方式控制一个或多个驱动电流。调光经提供给被配置成指示调光等级的调光控制***的调光信号加以控制。例如，调光信号可以在照明设备处或远程地产生并且经电源线或其它线上的信号被提供。调光信号可以经滑动开关、旋转开关、按钮开关或其它设备被调节。调光控制***被配置成控制逻辑电路以选择性地加电控制组的开关的组合。
图3图示示例光片10的一部分的透视图，示意性地指示根据实施例的照明设备的LEE 12的位置(仅示出到达虚线轮廓的部分)。取决于实施例，LEE 12可以以预定的图案(例如，伪随机的、有序的或其它图案)被布置。伪随机图案可以重复横跨光片10或伪随机图案可以在整个光片上延伸。取决于实施例，一个或多个组中的LEE可以环绕照明设备被布置，使得来自一个或多个组中的各个的横跨照明设备的光输出提供预定等级的均匀性。
示例光片10可以包括多达500个或更多个低功率LEE，所述LEE被配置成提供近似3700流明以取代典型地存在于办公室中的荧光灯具。取决于实施例，光片的尺寸可以达大约2x2英尺、2x4英尺或具有另一个尺寸。取决于实施例，片可以包括一个或多个平面或曲线段。曲线段的曲率的范围相对于照明设备的尺寸而言可以从基本上平坦到基本上弯曲。例如，曲线段可以是球形的、椭圆形的、双曲线的、抛物线的或以其它方式弯曲。
根据一些实施例，照明设备可以包括支撑在单个背板上的连续地连接的LEE的多个窄条。取决于实施例，背板可以被配置成将LEE条电力地和/或机械地互连到组中，如本文中所描述的。
根据实施例，光片10可以由三个主要层形成：透明的底基板14，其具有电极和导体图案；中间片16，其充当间隔体和可选的反射体；以及透明的顶基板18，其具有电极和导体图案。在一个实施例中，LEE被电连接在底基板14上的电极与在顶基板18上的电极之间。取决于实施例，光片10可以具有不同的厚度，例如，多达几毫米，和/或可以是柔性的。
图4图示根据一个实施例的顶基板18上的导体19的样品图案和/或被配置成串联连接用于照明设备的两个或多个LEE的底基板14。两组串联连接的LEE可以被并联连接(未示出)。各种LEE序列串的并联连接可以在光片的内部或外部实现。取决于实施例，LEE可能互连在序列串中以将驱动电压维持在预定的等级或以下，例如，在40V以下。将驱动电压保持到较低的水平可以简化照明设备设计的某些方面并且可以改进电气危害的安全性。
取决于实施例，LEE序列可以包括串联和并联地互连的LEE的其它更加复杂的组合，例如，一个或多个序列的并联互连的LEE序列。取决于实施例，LEE能够被互连以允许驱动电压和电流在装配期间和/或在制造之后例如在安装或维修期间由技工、用户、客户或其它人选择，或被定制以满足光片的特定尺寸的要求。取决于实施例，两个或多个LEE串可以以串联、并联或其组合互连以便与提供不同驱动电压、驱动电流和/或其它特性的控制器22操作性互连。
控制器22被配置成对LEE组的各组合提供功率以实现调光。取决于实施例，LEE组的电源可以是基本上静态的，除在调光等级的变化期间之外或除非另外被命令以维持组的光输出的稳定性以补偿可能影响LEE的操作的闪烁变化、漂移变化、温度变化或其它参数。DC或AC电源23被示出为连接到控制器22。电源23的输入可以连接到电源电压。一个或多个LEE组中的LEE可以串联或以其它方式连接到一个或多个串中或其它配置，使得横跨各LEE串的压降高到足以允许利用经整流的电源电压(例如，120VAC)或其它电压来驱动LED序列串。
图5图示穿过线3-3的图3的光片的截面，其中，LEE 30是LED倒装芯片，也被称为水平LED或LED芯片，且阳极和阴极电极32在LEE 30的底表面上。LEE 30被夹在顶基板18和底基板14之间。底基板14上的导电迹线串联地连接LEE 30。反射器层可以被形成在底基板14上。组中的LEE可以以串联、并联和/或其一个或多个组合加以连接。
取决于实施例，LEE 30可以被配置成发出蓝色光，在这种情况下，磷光体38可以被沉积在光路上以将所有蓝色光或蓝色光的一部分转换成白色光，如由光线40所示。磷光体42也可以被结合到填充围绕LEE30的中间板16中的孔的包封物中。
本文所示的各光片的附加细节可以在Lerman等人的、授予现在的受让人的美国专利申请No.13/044,456中找到，该美国专利申请于2011年3月9日提交，标题为“Manufacturing Methods for Solid State Light Sheet Or Strip With LEDsConnected In Series for General Illumination”，并且通过引用并入本文。
图6图示光片的另一个实施例的一部分，其中，当将基板层压在一起以在LEE 54之间形成串联连接时，顶基板18和底基板14具有重叠的导体50和52，LEE 54是具有典型地用于导线接合的顶电极和大反射底电极的垂直LED。反射层56可以被形成在底基板14上。图7图示图6的光片的部分的顶视图，示出串联连接LEE 54的重叠导体50和52。
根据一些实施例，布置在LEE阳极上的基板电极可以是透明的导体，诸如ITO(铟掺杂的氧化锡)或ATO(锑掺杂的氧化锡)层，以避免遮挡光。
取决于实施例，光片10的发光表面可以具有用于控制发光的透镜。
根据一些实施例，LEE的单个序列串被夹在基板之间以形成LEE条，图5至图7中示出LEE条中的两个LEE。各LEE条包括预定数量的LEE。例如，各LEE条中可以存在12个LEE芯片以将驱动电压保持在40V以下。然后，条被粘附到支撑背板并且由背板上的导体图案或导线电互连。任意数量的条能够诸如以并联方式被互连在单个组中，并且可能存在由不同数量的LEE条组成的各个组，如下文进一步详细描述的。
图8图示根据一个实施例的照明设备的电路原理图，其包括能够选择性地被加电的预定数量的LEE组。为了图示的目的，在照明设备66中仅示出LEE 64的三组60、61、62。可能存在任意数量的组。如所图示的，组60、61和62中的LEE的数量是二分加权的并且包括相对小数量的LEE。取决于实施例，甚至对于具有最少LEE的组而言，较大的数量也可以被选择，以便促进预定的均匀照明性质的提供。第一组60包括两个LEE 64，第二组61包括四个LEE 64，并且第三组包括八个LEE 64。取决于实施例，照明设备可以在单个照明设备(例如，作为2x4脚暗灯槽的替代)中包括620个LEE，其中，最小的组具有20个LEE，并且存在分别具有40、80、160、和320个LEE的五个二分加权组。照明设备66包括具有迹线的反射背板67和被配置成互连组中的条的连接器。
取决于实施例，组中的LEE可以以不同的方式例如以串联、并联和/或其组合的方式被互连。例如，一组20个LEE可以由并联连接的两个LEE列序列串形成，其中，各串具有10个LEE。取决于实施例，不同的组可以包括不同数量的并联连接的、标称上相等的、串联连接的LEE串。例如，如果存在N组，则所述组每串可以包括M个LEE的m1、m2、m3、…mN并联串。如果每组的LEE的数量以二分的形式布置，则每组可能存在1、2、4、8依次类推或其它二分序列的并联串。此外，各组可以具有其自身的电流源。取决于组的配置和互连，可以容易地设计足够的一个或多个电流源。
根据一些实施例，每组的LEE的数量，也被称为组尺寸，被配置成使得当对应的组被加电时，照明设备提供预定的照度等级。因此，组的照度等级可以被配置成照明设备提供照度的预定的例如平方反比变化、基本上二分或其它变化。应注意的是，即使在组中采用标称上相等的LEE，相对组尺寸也可以不同于照度等级中对应的相对变化。例如，组尺寸可以不同于准确的二分比。当不同数量的LEE被加电时，当照明设备的部件上的热或其它作用影响照明设备的整体功效时，情况就是这样。应进一步注意，这种热和/或其它作用可以是短暂的而非瞬时的，这可以延迟由照明设备提供的对调光的改变起作用的照度的均衡。
取决于实施例，一个或多个LEE组可以包括标称上不同的LEE和/或组尺寸。这种组尺寸可以以预定的方式不同于例如二分序列。例如，LEE群体的50％可以提供全50％功率减小，但是当该组断开时因为由于较低的热负载而导致的增加的功效，净光亮等级可能减少标称最大光亮的50％至60％。因此，一个或多个组尺寸的足够的选择能够较佳地接近照度等级的预定的变化。该作用在经历不同的LEE组之间的高等级的热串扰的照明设备中可能被加强。
取决于实施例，照明设备可以利用LEE组结合适当的控制器加以配置，所述控制器允许在一个调光范围内的细微调光和在另一个调光范围内的粗略调光。例如，照明设备可以被配置成允许在其标称照度等级的50％和100％之间的细微调光。例如，这种照明设备在包括办公室照明或其它应用的某些应用中可能是有用的。
根据一些实施例，照明设备可以结合能够提供指示调光的期望等级(也被称为调光等级)的调光信号的远程信号发生器70加以使用。调光信号可以指示以最小的LEE组64为增量的调光等级，其在图8的情况下，调光信号是两个LED芯片64的亮度。换言之，信号发生器70指示以12.5％(100/8＝12.5)为增量的八个调光等级中的一个。信号发生器70被配置成对控制器72提供3比特数字信号。控制器72包括将3比特信号转换成针对晶体管开关74、75、和76的控制信号的逻辑电路，所述晶体管开关74、75、和76各自连接到其自身的大小适于特定组的二分加权的电流源78。取决于组的电流需要，其它实施例能够具有用于各组的多个电流源78。例如，取决于实施例，信号发生器70可以经对电源23(图4)提供功率的电源线、单独控制接口或其它联接装置被联接到控制器72。信号发生器70可以响应于编程的时间表而自动地生成调光信号，和/或被配置成直接响应于用户手动输入。因此，在稳定状态下，控制器72需要小功率并且产生受限制的噪音和/或EMI。取决于实施例，调光等级的可重现性可以是较好的，并且调光***特别是在低调光等级下的功效可以较高于在PWM控制***中的功效。
取决于实施例，LEE组的调光可以通过将LEE组的通/断切换与当接通时提供给LEE的DC驱动电流和/或电压的幅度的变化结合来实现。当接通时提供给LEE的DC驱动电流和/或电压的幅度的变化也可被称为线性调光。可以采用调光方法的这种组合例如以部分或完全插补通过如本文中所描述的选择性地激活LEE组提供的调光等级，由此提供对由照明设备提供的光量的更精细的控制。此外，例如，与线性调光的组合可以使得能够在组中使用较少数量的LEE(也被称为组尺寸)，同时维持遵守由照明设备提供的照度等级的预定的变化、实现精细的调光、和/或维持照明设备的预定的能量效率。
根据实施例，照明设备包括具有七个LEE的三个LEE组以及控制器，该控制器被配置成结合驱动电流的预定线性变化提供对组的选择性激活。第一组包括一个LEE，第二组包括两个LEE，并且第三组包括三个LEE。因此，通过选择性地完全激活这些LEE组的一个或多个，照明设备的照度能够按照不小于照明设备提供的标称最大照度的大约1/7或近似14％来改变。取决于实施例，二分调光等级可以由控制器插值，以提供与二分阶梯等级之间的期望的调光等级差别的比率粗略地成比例的LEE驱动电流中的恰好足够的变化。具有小LEE数量的照明设备能够制作得较小和/或使用具有较高光输出的LEE，同时允许驱动电流保持在可以促进照明设备的设计的窄工作范围内。
根据一些实施例，照明设备被配置成提供对各组中LEE的色度的控制以允许照明设备***追踪期望的调光色度图案用于审美或用户驱动目的。取决于实施例，这可以结合对从照明设备发出的整体光量的控制被执行。此外，照明设备可以被配置成以类似于白炽灯或其它色度变化的方式响应于调光输入。例如，照明设备可以被配置成使得，在LEE组选择性地被加电时，照明设备提供范围从第一色度经一序列色度到第二色度的光。
取决于实施例，可以采用二分LEE组的多个集。可以采用多个集来同时控制光学不对称、色度变化和其它期望的输出性质。这样的集可以电气并联连接。据此，可以采用两个或多个二分LEE组，所述二分LEE组可以响应于输入数据或光分布的预定的映射和色度变化，受到能够映射光分布和色度分布的复杂图案的电路逻辑的控制，以便为特定的照明应用提供期望的光输出。
图9A示意性地图示根据实施例的包括用于照明设备的LEE组的螺旋布置的串73的光片71的顶视图，其中，串的LEE以特定有规律的配置交错。应注意的是，LEE可以以其它方式例如伪随机地被交错。图9B图示穿过图9A中的线B-B所图示的LEE组的串73的细节。串73包括三个LEE组731、733、和735，各个LEE组包括预定数量的LEE 75。在示例串73中，组733包括两倍于组731和735之一的LEE的LEE 75。应注意的是，取决于实施例，不同的LEE组可以包括不同类型的LEE(未示出)。同样地，一个或多个组中的各个可以包括不同类型的LEE(未示出)。
图10图示包括两个LEE组831和833的LEE串83的示例布线图。LEE串83的各组831和833包括相同的LEE 85。该串被形成使得属于交替组831和833的替代LEE，即每两个LEE 85，属于相同的组。取决于实施例，两个或多个相邻的LEE可以属于相同的组(未示出)。而且，多于两个LEE组可以以类似于图10的方式被布置和被布线。这种串可以以一种或多种方式形成，例如，通过布置和操作互连与第一组相关联的LEE的第一子集、接下来是与第二组相关联的LEE的子集、接下来是与第三组相关联的LEE的子集以及依此类推直至到达最后一个组，然后返回至第一组，直至所有的组的所有的LEE被设置为止。应进一步注意，在其它实施例中，LEE串可以包括不同组中的和/或组内的不同的LEE。根据其它实施例的照明设备中的LEE串可以以不同的方式被互连。
根据一些实施例，LEE组可以被配置用于包括一个或多个光引导件的照明设备中的操作性布置，其被配置成将由LEE在工作条件下提供的光引导至预定的位置以便进一步操控和/或从照明设备发出。取决于实施例，光引导件、在这种照明设备的光引导件与LEE组之间的光学和其它形式的操作性联接可以以一种或多种方式被配置。其示例在图11A至图13B中图示。
图11A图示根据本发明的实施例的包括可操作地布置在基板89上和与光引导件81的边缘相联接的LEE串的示例照明设备的部件的截面。图11B图示图11A中所图示的示例照明设备的部件的透视图。
图12A图示根据本发明的实施例的包括经基板93可操作地连接并且与光引导件91的一个或多个边缘光学地相联的三串LEE组931、933、和935的另一个示例照明设备的部件的截面。图12B图示图12A中所图示的示例照明设备的部件的透视图。图12A和图12B包括来自光引导件91内的LEE的光的光程的指示。
图13A图示根据本发明的实施例的另一个示例照明设备的部件的截面，该照明设备包括经对应的基板适当地可操作地互连的五串LEE组1031、1033、1035、1037、和1039。串1031、1033、1035、1037、和1039的LEE与示例光引导件1001的五个边缘光学地相联接。示例照明设备可以被配置成由串1031、1033、1035、1037、和1039中的一个或多个提供的光的预定的部分提供直接视线或将所述光的预定部引导至光引导件1001的底边缘。图13B图示图13A中所图示的示例照明设备的部件的透视图。
在包括范围从少量到相对大量LEE的多个LEE的照明设备中可以采用本发明，使得能够将设备划分成各种大小的组，所述组能够选择性地被加电以便控制由照明设备发出的光量。
所有实施例的各种特征可以以任意组合结合。
虽然已经示出和描述了本发明的特定实施例，但对于本领域技术人员来说明显的是，在本发明的更广泛的方面中，在不脱离本发明的情况下可以做出改变和修改，并且因此，权利要求应在其范围内包含落入本发明的真实精神和范围内的所有改变和修改。

Claims (19)

1.一种照明设备，包括：
一个或多个基板，所述基板包括电导体；
多个发光元件组，每个发光元件组包括一个或多个发光元件，所述发光元件布置在所述一个或多个基板并且与所述电导体接触，所述发光元件组被配置成当在标称工作条件下被加电时提供标称光输出，其中这些发光元件组独立可加电，并且与每个发光元件组相关联的每个标称工作条件包括对应的标称驱动电流；以及
调光控制***，所述调光控制***经由所述电导体操作连接到所述发光元件组并且被配置用于：
基于调光信号确定二进制调光代码，所述二进制调光代码具有多个比特，每个发光元件组与所述调光代码的一个对应比特相关联，
基于所述调光代码的对应比特的比特值提供对应的标称驱动电流给每个发光元件组，使得分别对每个发光元件组加电。
2.根据权利要求1所述的照明设备，其中，所述调光控制***还被配置成基于由所述调光控制***对一个或多个发光元件组提供的一个或多个驱动电流来推断一个或多个发光元件的工作条件，以及基于所述调光代码的对应比特的比特值、所推断的工作条件和所述发光元件组的光输出与工作条件之间的预定关联来控制每个发光元件组的驱动电流。
3.根据权利要求1所述的照明设备，还包括一个或多个传感器，所述一个或多个传感器被配置成提供一个或多个发光元件的感测的一个或多个工作条件的指示，其中，所述调光控制***进一步被配置成基于所述调光代码的对应比特的比特值、感测的工作条件、所述发光元件组的标称光输出和标称工作条件来控制每个发光元件组的驱动电流。
4.根据权利要求1所述的照明设备，其中，所述多个发光元件组在对应标称工作条件下提供彼此不同的光量。
5.根据权利要求1所述的照明设备，其中，所述多个发光元件组在对应标称工作条件下提供彼此不同的发光图案。
6.根据权利要求1所述的照明设备，其中，在两个或更多个组中的发光元件的数量是利用对这两个或更多个组相同的因子调节的二的整数幂。
7.根据权利要求6所述的照明设备，其中，在所述组中的发光元件的数量是二的整数幂。
8.根据权利要求1所述的照明设备，其中，每个组的光输出对应于所述照明设备的相邻调光等级之间的所述照明设备的光输出差别。
9.根据权利要求3所述的照明设备，其中，所述感测的一个或多个工作条件包括一个或多个操作温度。
10.根据权利要求3所述的照明设备，其中，所述感测的一个或多个工作条件包括由一个或多个发光元件发出的光的一种或多种性质。
11.根据权利要求10所述的照明设备，其中，光的所述一种或多种性质包括辐射通量。
12.根据权利要求10所述的照明设备，其中，光的所述一种或多种性质包括光通量。
13.根据权利要求10所述的照明设备，其中，光的所述一种或多种性质包括色度。
14.根据权利要求1所述的照明设备，其中，在一个或多个发光元件组中的发光元件被伪随机地布置。
15.根据权利要求1所述的照明设备，还包括均匀器，所述均匀器被布置成从所述发光元件组接收光，所述均匀器被配置成把从所述发光元件组接收的光均匀化并提供均匀的光，较之所述均匀器从所述发光元件组接收的光，所述均匀的光具有更加均匀的外部特性。
16.根据权利要求1所述的照明设备，其中，所述发光元件被布置以使得提供所述发光元件组的具有第一发光图案的一个或多个标称光输出和所述发光元件组的具有不同于所述第一发光图案的第二发光图案的一个或多个标称光输出。
17.根据权利要求16所述的照明设备，其中，所述第一发光图案被配置成在上班时间期间为办公室空间提供照明，并且所述第二发光图案被配置成在下班时间期间为所述办公室空间提供照明。
18.根据权利要求16所述的照明设备，其中，所述第一发光图案被配置成为用于工作照明的空间提供照明，并且所述第二发光图案被配置成为用于情调照明的空间提供照明。
19.根据权利要求1所述的照明设备，其中，所述调光控制***直接连接到所述电导体并且被布置邻近所述一个或多个基板。
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