TWI587735B - 發光二極體組件、發光二極體固定件、控制方法及軟體程式 - Google Patents

發光二極體組件、發光二極體固定件、控制方法及軟體程式 Download PDF

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Description

發光二極體組件、發光二極體固定件、控制方法及軟體程式
本發明是有關於一種發光二極體組件、發光二極體固定件、控制方法與軟體程式，軟體程式包括一程式指令，當載入一發光二極體組件控制電路之一處理裝置，執行此方法。
在過去的幾年中，將發光二極體(Light Emitting Diodes，LED)應用於照明用途上似乎越來越頻繁。在此些應用中，多個發光二極體可具有相同顏色，然而，較常見的應用方式是使LED群組中的每個發光二極體具有不同特性，例如具有不同顏色。在一可能的例子中，LED群組可由紅光、綠光與藍光多個LED所組成。藉由相異顏色的LED之同時操作或脈衝操作，以提供一期望顏色，例如白光、帶有白光或任何可透過混合兩個或多個LED來組成的期望顏色。
爲了操作多個LED，多種驅動電路與控制電路已被提出，因此，多個群組之特性可被量測，例如輸出光、正向電壓、發光二極體(LED)正向電流或其他參數。
然而，多個群組可被應用，用以於此些群組中之每一群組的感測將被需求，此些群組必定增加硬體成本與複雜度。舉例來說，假定輸出光係被量測，對應於每一群組之多個分離的光感測器將被需求。(例如藉由應用光耦合器，此光耦合器指引被每一群組產生的光源之百分比至各別的光感測器)。同樣地，對應於此些群組中之每一群組之任何感測的其他參數(例如發光二極體正向電壓、發光二極體溫度、發光二極體正向電流，或其他參數等等)、感測電路係被應用。
本發明主旨在於發光二極體(Light Emitting Diodes，LED)組件中提供一種可簡單控制多個LED群組的方法。
此外，根據本發明之一方面，發光二極體組件包括多個LED與一控制電路，此些LED係被配置為多個群組，各此些群組包括至少一個LED，此控制電路用以驅動多個LED，控制電路包括一感測裝置，感測裝置用以感測此些LED之一操作參數，此控制電路係用來；
a)操作該些群組中之至少其一群組；
b)藉由感測裝置感測此群組之操作參數之一數值；
c)對此些群組中之不同於此群組之其他群組重複步驟a)與步驟c)；
d)分配操作參數之一數值至各此些群組，分配的操作參數之數值係來自感測的操作參數之數值；以及
e)從分配的操作參數之數值控制此些群組的驅動。
根據本發明，在多個選擇時間中至少一群組係***作，操作參數係藉由感測裝置來被量測，此操作參數也就是說多個***作的LED之總和的操作參數之數值，感測裝置提供控制電路多個總合的操作參數，以及各群組之操作參數，以及/或者同時***作的群組之結合的多個總和的操作參數。從上述之操作參數中，控制電路此刻驅動操作參數之一數值係屬於此些群組中之每一群組。此參數接著係被控制電路應用，以控制此些群組中之每一組群。
透過一例子，上述可被輕易地證明。假定多個藍光LED、紅光LED與綠光LED之群組係被提供，例如至少包括一個藍光LED之群組，至少包括一個紅光LED之群組與至少包括一個綠光LED之群組。被決定的操作參數可例如係一總和的光輸出。依據本發明之一單色光感測器可接著被提供以決定操作參數。首先，包括的紅光LED與藍光LED之多個群組係同時地***作，以及一總和的光輸出係被量測。接著，包括的藍光LED與綠光LED之多個群組係同時地***作，以及一總和的光輸出係被量測。最後，包括的紅光LED與綠光LED之多個群組係同時地***作，以及一總和的光輸出係被量測。此量測循環可被重複。從紅光LED與藍光LED、紅光LED與綠光LED和藍光LED與綠光LED之總和的光輸出，紅光LED、藍光LED與綠光LED之光輸出之數值係可被計算，像是上述三個量測提供三個方程式和三個未知數，具有被計算的紅光、綠光、藍光之輸出，各群組可被控制以提供多個群組中之每一群組之一期望光輸出。
值得注意的是，在一例子中，於同一時間兩個群組***作，且在同一時間中，對應於此兩個群組之操作參數(例如光輸出)係被決定。雖然，此方式需要透過計算來決定多個群組之分別的貢獻。此方式提供一優點，更進一步解釋如下。
從上述的例子中，可輕易地了解根據本發明之LED組件為了量測多個群組中之每一群組之操作參數只需要單一感測裝置。單一感測器比多個感測器更容易被整合至一固定件，且將能節省成本與體積。由於不需要感測光混合路徑而僅需要每個LED轉換至感測器之一次校準，單一感測器甚至將節省更多體積。實質上可使得驅動器以及/或者感測器和多個LED群組整合為LED組件與固定件者較為容易。
在一實施例中，本發明實質上可使操作參數(例如光輸出、正向電壓等等)的決定沒有於照明應用中之一般操作下的破壞。為了決定包括多個LED之LED組件之操作參數，此些LED係被配置為多個群組，各此群組至少包括一個LED，於文獻中，係提出藉由短暫地禁能所有LED或LED群組來決定一貢獻至給定的LED或LED群組之操作參數，除了給定的LED或給定的LED群組外，對於每一個LED與LED群組重複上述步驟，並增加不同的LED或不同LED群組之貢獻。然而，在本發明之一實施例中，此些群組中之至少兩個群組在同一時間係***作。在一較佳實施例中，在同一時間裡只有一個LED或一個LED組群係被禁能，來決定所需要的操作參數。如上述之說明，這樣的方法幾乎不影響照明應用中的一般操作。當一個量測例子例如花費10μs，於一工作週期中間隔時間例如係為8ms，執行三次量測以決定三個群組之操作參數，此些量測將只帶走每一群組約0.1%之光輸出。應用本發明在工作週期上可因此具有一降低的影響。此降低的影響在工作週期上可具有額外的優點，對於降低視覺上或非視覺(導致暈眩)上的閃爍有所助益。
此外，降低量測工作間距亦可容許高頻反饋迴路，此高頻反饋迴路提供更精確與穩定的混合光輸出。當此些群組中之至少兩個群組同時地***作在每一個量測例子中，總合的操作參數係由此被感測。藉此，可達成操作的高強度，因為多個群組可被同時地操作；且由於同時***作的LED之總合的操作參數只需要單一感測裝置來進行感測，亦可同時維持本發明之優點。當多個群組於工作週期小於100%時***作，照明應用中之一般操作並不會受到量測的影響，因為量測例子之量測系統係可被設計為在不影響期望工作週期的情形下決定操作參數。
除了節省複雜性、體積、成本等等外，更多優點可被達成，上述之優點亦可藉由單一感測裝置之應用來提供。舉例來說，多個光感測器之供應，以及為了指引光線面向各感測器之所作的多個導引，將展現一些串擾之程度，此些串擾將導致例如從藍光群組發出的光線到達紅光群組的感測器等等，將影響多個量測的正確性，因此，可能影響多個LED之控制輸出的準確性。
因此，在本發明之一較佳實施例中，控制電路係用來操作此些發光二極體中之此些群組，且操作此些發光二極體中之此些群組係藉由：
a)致能與禁能此些群組中之一第一群組；
b)於一預定等待時間週期中等待；
c)對此些群組之一第二群組重複步驟a)與步驟b)。
因此，於此些群組中之一特定群組被致能時，或於兩群組或更多群組被致能時，於時間中之多個時刻係被取得，藉由感測裝置之量測，此些時刻可致能感測裝置來量測上述之一群組或多個群組之操作參數。
尤其，藉由禁能此些群組中之第一群組，等待並接著致能此些群組中之另一個群組，於第一群組被禁能時，一時間週期(等待時間週期)係被創造，在此時間週期中容許感測裝置來量測一個群組或更多其他的群組之操作參數，於等待時間週期中仍保持已致能。重複上述之禁能，對於此些群組中之其他群組進行等待與致能，多個時間週期係被取得(各別的等待時間週期)，此些量測可藉由對於一個群組或多個群組的感測裝置來被執行，此些群組於等待時間週期中仍為致能。因此，禁能與致能可提供一時間週期，此時間週期不同於此些群組中之一個群組，或不同於此些群組中之被致能的結合群組。如此，提供的致能多個群組之方法與演算法適用於根據本發明之控制方法。
下一個例子說明更進一步的優點，假定，例如於一固定件中，多個白光LED之三個群組係被提供，各群組輻射出不同的色溫。假定這些白光LED皆使用稍帶藍光的LED基板(並不以此為限制)，此稍帶藍光的LED基板覆蓋有磷光體，例如是(並不以此為限制)帶淡黃色，以達到白光，例如是(並不以此為限制)不同色溫之白光，不同色溫取決例如磷光體的種類與標準。感測的操作參數可例如為一總合的光輸出，此總合的光輸出並非來自於多個LED，像是所有的LED，而是從LED基板的下方，從此些LED基板提供一光路徑至感測器。根據本發明提供之一單一光感測器係接著被提供，此單一光感測器只感應來自多個LED基板之帶有藍光的光線。
首先，第一群組與第二群組係同時地***作，且一總合的光輸出係被量測。接著，第二群組與第三群組係同時地***作，且一總合的光輸出係被量測。最後，第一群組與第三群組係同時地***作，且一總合的光輸出係被量測。此量測之循環係可被重複。由第一群組與第二群組之總合的光輸出，第一群組與第三群組以及第二群組與第三群組，第一群組、第二與第三群組之光輸出之數值可被計算，像是上述之三個量測提供三個方程式和三個未知數。利用磷光體轉換方式，每一群組之總合的光輸出之數值可被計算。具有計算後的第一、第二與第三群組之總合的光輸出，這些各別的群組可被控制以提供每群組之一期望光輸出數值，因此控制固定件之一總合的色溫。
由上述之例子，其可了解，在本實施例中，為了量測相同或不同色溫之白光LED之多個群組中之每一群組的操作參數，根據本發明之LED組件只需要窄帶(Narrow band)(單色光)單一感測裝置，白光LED係使用單色LED基板來構成。於一般來說，單色光感測器係較便宜於寬頻譜感測器，且當增強可靠度時可簡化系統。
提供一具有多個相同基板的LED固定件(例如單色光LED)與單一個感測裝置，此感測裝置用以接收輻射光的一部份，此輻射光的一部份係藉由基板的多個LED所發射，而不是感測像是全部(例如當輻射光經由磷光體塗層已轉換後)LED之光輸出，以提供一優點，此優點係感測器可被設置更接近於此些LED，因此改善量測之解析度。
因此，根據本發明之一方面，係提供一LED固定件，此固定件包括複數個發光二極體、一覆蓋層與一光感測器，此些發光二極體具有實質上一單色光輸出，此覆蓋層具有一塗層、或者磷光體或含磷材料之塗層，此覆蓋層用以接收此單色光輸出之至少一部份，此光感測器用以接收此些發光二極體之單色光輸出之一部份。在一例子中，光感測器於覆蓋層下可被提供來偵測從不同LED所發射的光線，像是光感測器與光感測器之線路係配置於LED固定件之覆蓋層下，LED固定件之視覺表現係被改善。在一實施例中，根據本發明之LED固定件之覆蓋層係被提供具有多個不同磷光體之塗層，每一塗層係被設置來實質地接收多個群組之子組之光輸出。每一塗層可導致LED固定件之不同的光輸出。在不同工作週期中藉由操作多個不同的子組，LED固定件之顏色輸出可被改變。
此外，假定所有LED具有相同單色光輸出，光感測器可為一單色光感測器，來檢測被多個不同LED所發射的光線。此感測器係可能為較便宜於係為具有寬頻譜範圍之光感測器。為了制定LED組件之光輸出，例如當光線通過磷光體覆蓋層，一校準可被完成，此校準提供於被每一個LED產生的光線以及一光輸出之間的關係，此光線像是被感測器所感知，此光輸出像是被外部LED組件所感知。為了補償於衰退(例如磷光體塗層之劣化)，此校準可隨時間來重複，例如當光輸出通過磷光體塗層，為了決定被每一個LED產生的光線與光輸出兩者間的關係，此光線像是被感測器所感知，此光輸出像是外部LED組件所感知，此外感測器可被提供以感測像是外部LED組件的光輸出。
在一替代或另一例子中，於LED固定件之製造過程中此校準係可被執行。
根據本發明之LED固定件可被應用至根據本發明之LED組件中。
此外，使用許多單色藍光LED基板來混合白光，此相同原理係有效與其他共同LED基板使用其他白色磷光體亦可混合其他顏色，，此些白色磷光體例如係RGBW或RGBA磷光體(允許來混合多種顏色之較寬頻譜，其可具有單色光感測器回饋機制)。
雖然上述說明本發明之不同方面，其感測裝置包括一光感測器，然亦可搭配多種變化及其他配置方式。
當LED組件之感測裝置例如包括一電壓感測電路，此電壓感測電路可能例如來量測LED正向電壓。像是操作溫度之量測的LED正向電壓可被應用在LED***作時。此操作溫度可依次對光線的總量有所影響，此光線係於一特定電流下被輻射出。得知正向電壓可致能此效應之部分補償。此補償可利用正向電壓與輻射光之總合之間的給定依附關係，並抵消此依附關係。更進一步來說，給定一正向電壓變化與溫度變化之已知關係，多個LED之溫度資訊可被得知多個電壓量測。正向電壓之量測更可被應用來檢測每群組串聯LED之數量。更甚者，假定此些群組之開關係啟動及/或關閉，電壓量測可被應用來監測上升時間與下降時間，於脈衝調變裝置(例如脈衝寬度調變、脈衝頻率調變等等)中，此些群組係可被考量。又，多個群組中之每一群組間在上升時間與下降時間中之多個改變係可被考量。
因此，在本實施例中，根據本發明之LED組件用以決定此組件之不同LED群組之正向電壓。相似於光輸出參數之感測，在相同時間中有利於決定超過大於一個群組之正向電壓，此方法可例如應用在LED組件中被配置為串聯的多個LED群組，此組件之一例更詳細說明如下。LED群組之正向電壓可依LED消耗電源或電流以及LED群組之操作溫度而定，依據不同群組之正向電壓數值，多個LED群組之操作溫度係不足以來正確地決定操作電流。更多溫度的準確決定可藉由混合正向電壓量測與電流量測來被取得；通常，在LED組件中，電流量測係有效的(例如像是串聯於多個LED群組上之電阻的電壓降)，當正向電壓被測定時，此電流量測允許提供至多個LED群組之電流的決定。就其本身而論，依據多個LED群組之決定的正向電壓與提供至多個LED群組之電流，不同LED群組之溫度可被更準確地制定。
然而，像是可藉由本發明之LED組件來測定操作參數的其他可能係為LED正向電流之量測，已知的LED正向電流可被請求來控制電流之數值(例如藉由控制電源供應器之輸出電流(此電流源或電壓源可提供操作電流至多個LED群組)。再者，正向電流量測可被應用來檢測出有瑕疵的多個LED群組，此些群組係可被禁能。更甚者，正向電壓與電流之結合可被應用來決定LED群組損耗，此損耗適用於熱控制系統或熱補償系統。根據另一例子，LED溫度係可被量測。LED組件之溫度在特定電流下，可具有於總合輻射光上的一影響，已知的溫度可補償。
在更另一例子中，一亮度(亦可被稱為”光輸出”)可被量測，像是上述中已具有說明的例子，於此，例如致能此光輸出之反饋控制。許多其他參數係可依於光輸出上之需求與多個LED之特性來被量測，例如之一色度、於特定顏色帶之光亮度等等，且驅動電子應用。
此些LED之群組可包括例如具有相同顏色之群組、具有其他相同或相似特性之任何群組，此些群組例如具有相對於溫度之相同光輸出、相同電壓電流特性等等。又，多個任意的群組可係被提供。
控制電路可包括任何類型的控制電路，控制電路例如包括類比控制電路、數位控制電路，例如係微控制器、微處理器或其他適合的控制裝置，例如元件可程式邏輯閘陣列(Field Programmable Gate Array，FPGA)、可程式化邏輯裝置(Programmable Logic Device，PLD)，分離式的邏輯電路等等。
控制電路可量測同時***作的多個LED之總和的操作參數(例如串聯的多個LED之總合的電流、總合的正向電壓等等)，從而達到簡單與可靠的正向感測裝置。然而亦可能採用其他的配置；例如採用一校準曲線(基於感測裝置之感測特性)。舉例來說，假定具有附屬輸出之顏色的光感測器，與應用於具分別有不同顏色的多個群組中之每一群組，為了從中得知分離的多個群組之數值，校準曲線(calibration curve)可被應用至量測的操作參數。
在一較佳實施例中，此些群組係以串聯方式連接，LED組件包括一電流源與多個開關，此電流源用以產生LED操作電流，此些開關分別與對應之此些群組並聯，控制電路透過驅動的各此些開關來將各此些群組操作至非傳導狀態，以使發光二極體操作電流通過各此些群組，以及控制電路透過驅動的各此些開關來禁能一各別的群組至傳導狀態，透過各此些開關來旁路此發光二極體操作電流。此電路設置可提供上述合適、簡潔、致能或非致能、等待或重複的電路拓撲。
許多操作參數的例子可被提供。在一例子中，操作參數可包括LED正向電壓，感測裝置由此包括正向電壓感測電路。多個LED之正向電壓提供關於電力消耗(此電力消耗係藉由多個正向電壓及各別的LED之操作電流來決定)的資訊，從而提供關於熱消耗和光輸出的資訊，然而正向電壓亦可提供一非直接資訊，此非直接資訊係關於一個群組中之多個LED之操作溫度。
操作參數可包括一流明，感測裝置由此包括一光感測器。因此，多個LED之光輸出係可被量測。假定多個LED群組在不同波長下操作(例如發出不同顏色)，可使用一光感測器，此光感測器能檢測多個波長中具有實質上相同感應的每一波長。假定使用一用以顯示特定程度的單色光性質之感測器，例如逐漸改變多個群組之不同波長的感應，在多種群組之多個LED之不同波長下，校準曲線可被應用來校準對應於感測器之不同的感應。
在更另一實施例中，操作參數包括LED操作電流，感測裝置包括電流感測電路。LED操作電流之量測可被提供對應於相對簡單之方法，來取得關於LED光輸出強度的指示，像是一般之LED，顯示出相關於操作電流與輸出流明。
當然，如先前所述，許多其他例子之操作參數亦有可能。又，上述之多個操作參數之結合係為可能：量測正向電壓與光輸出係為一可能的例子，從而使用總合的正向電壓感測電路和光輸出量測裝置(例如光二極體)。因此，準確卻簡單的控制可被提供，像是多種參數可被量測，當在相同時間保持著相對簡單的硬體係被需要，像是只有單一個光感測器，一個正向電壓檢測電路等。
更進一步來說，在較佳的實施例中，控制電路用以分配此些發光二極體之一操作週期中之複數個部份操作週期至此些群組，此些發光二極體之至少一群組於每一此些部份操作週期中***作，總和的操作參數於每一此些部份操作週期中係被感測，此些部份操作週期被分配至各此些群組，以使各此些群組之該操作參數之複數個數值被計算，此些數值係來自致能的此些群組之總和的操作參數之量測。
因此，此些群組可例如被同時地操作，例如允許一致能的期望流明特性，當此些組合係被選擇時，以使此些群組中之每一群組之操作參數可從上述中被決定。
在一例子中，LED組件具有三個群組，第一群組與第二群組的操作係同時地提供第一群組與第二群組之總和的操作參數，第二群組與第三群組的操作係同時地提供第二群組與第三群組之總和的操作參數，以及第一群組與第三群組的操作係同時地提供第一群組與第三群組之總合的操作參數。現在，從三個未知數值，三個量測之結果係可被取得。也就是說此些群組中之每一群組之操作參數可例如被控制電路之處理裝置計算。
在一實施例中，LED組件包括一電流源與複數個開關，此電流源用以產生發光二極體操作電流，此些開關分別與對應之此些群組並聯。在此配置中，控制電路透過驅動的各此些開關來將各此些群組操作至一非傳導狀態，以使發光二極體操作電流通過各此些群組，以及控制電路透過驅動的各此些開關來禁能一各別的群組至一傳導狀態，透過各此些開關來旁路此發光二極體操作電流。
在一例子中，根據本發明之一電流源包括一電源轉換器但並不受限於此，此電流源像是可被應用於LED組件中，此電源轉換器例如係一降壓式轉換器(Buck converter)、一升壓式轉換器(Boost converter)、一降壓-升壓式轉換器(Buck-boost converter)、一單端初級電感轉換器(Sepcic converter)、一邱克轉換器(Cuk converter)。一般來說，LED組件之電流源可為簡單的電阻、線性調節器排列或上述任何提及的轉換器。
本發明亦可包括一控制方法，適用於發光二極體組件，發光二極體組件包括多個發光二極體，此些發光二極體被配置為多個群組，此些群組各至少包括一發光二極體，此控制方法包括：
a)操作至少一群組；
b)藉由感測裝置感測至少一群組之操作參數之數值；
c)對此些群組中之不同於此至少一群組之其他群組重複步驟b)與步驟c)；
d)分配操作參數之數值至各此些群組，此數值係來自感測的操作參數之數值；以及
e)由分配的操作參數之數值，控制此些群組的驅動。
根據本發明之方法，像是相同或相似於依據本發明之LED組件之優點可被實現。且，相同或相似的較佳實施例係可被提供，像是有關於依據本發明之LED組件上述之概要提供同樣相似地影響。
本發明之更另一方面係有關於像是電流反饋的感測器(例如光感測器)之使用。為了確定一特定光輸出特性，像是多個LED群組之電源的一電流源係被配置來提供一特定電流至LED組件之多個群組。電流源在一期望值下，藉由代表一電流之放大的反饋信號能提供此電流。為了確定所需的電流，一般來說，電流源包括操作於一高頻之開關(例如金氧半導體場效應電晶體(MOSFET))，此高頻例如係為500kHz。於已知的多個LED基板應用中，像是提供至LED組件之多個LED之電流係藉由一電阻來被感測，此電阻係被配置來接收流過LED組件之電流。此電阻可與LED組件之多個LED串聯。此電阻上的電壓降可被應用來量測流過LED組件之多個LED的瞬間電流，並且作為一反饋信號至電流源。
經由建立的反饋信號，本發明提出一種在不同的方式中之替代方法。假定LED組件包括光感測器，此光感測器用以決定多個群組之中一個群組的光流明，量測的光流明可被應用來指示流過此群組之電流。光感測器例如可立即地量測單一個LED或多個LED群組之光流明，或者在同一時間裡可量測大於一個群組之多個群組之光流明。使用校準資料，依據光流明量測，通過LED組件的電流可被決定。
光感測器可為單色光感測器或涵蓋寬頻譜的感測器之其一，在第一例子中，且假定多個群組皆以串聯之方式連接，只有LED組件之單一個LED或單一個LED群組需要被考慮以決定LED組件提供的電流。
如上述之光感測器可用以立即決定光流明，藉由這樣做，量測的LED或LED群組之可能工作週期不需被考慮。此外，像是避免光流明量測之整合，瞬間的光流明量測較平均光流明量測為佳。在一實施例中，流明的量測和LED或LED群組之操作係被校準，LED或LED群組係被量測。較佳地，LED組件之控制單元係用以校準光流明量測死開關之操作，此開關控制LED或多個群組，多個群組係可被監測。
在另一例子中，依據在LED群組上量測的一(瞬間的)正向電壓，提供至群組的電流係可被決定。正向電壓與電流之關係係取決於操作溫度，溫度感測器可被提供也制定LED或LED群組之溫度，此LED或LED群組的正向電壓係被量測或決定。
依據量測的光流明與正向電壓(隨意地結合溫度量測)之其一，代表提供至一LED群組的一反饋信號可被制定。此反饋信號可被提供至根據本發明之LED組件之控制單元，來制定一空置信號至電流源，配置的電流源來驅動根據本發明之LED組件。依據控制信號、電流源之開關元件可***作來制定一特定電流設定點。藉由調整此控制信號之應用，在未改變的不同電流設定點，電流源可被用來操作實際上使用的量測，以提供反饋信號。
藉由上述之例子可說明。假設量測的正向電壓(隨意地結合溫度量測)係被應用來決定實際電流值。為了決定代表實際電流值1act的控制信號，像是反饋信號之量測的正向電壓可被應用來控制控制單元。控制信號可例如直接地被提供至電流源，此電流源像是負回授。假定決定的電流值對應於所需的電流值1req，電流源將被維持在其操作下。假如，代替提供的一代表實際電流值1act的控制信號至電流源，此電流源像是負回授，實際電流值1act*k之信號係被提供，電流源將調整其之操作情況直到所需的電流值1req=實際電流值1act/k時被提供。透過例如藉由兩個要素降低決定的電流值，依據此降低的數值，透過電流源之一反饋控制信號將被解譯，像是假如實際電流值只有所需之電流值的一半。
依據正向電壓量測或光流明量測之其一，產生的電流反饋，未分離電流量測(例如與LED群組串聯之電阻)之方式係被需要的。像是藉由根據本發明之LED組件之控制電路所接收的正向電壓量測或流明(或照度)量測，可被應用至控制電路來讓控制電路驅動一電流反饋信號。
根據上述之結果，體積的需求與此電阻之消耗係可被避免。
值得注意的是，為了調整電流設定點，假定從電壓量測中反饋信號係被決定，量測反饋信號的概述原理亦可被應用至一電阻上，此電阻係以串聯之方式連接置LED組件之LED群組。
本發明亦可被應用至一軟體程式，此軟體程式包括一程式指令，當載入一發光二極體組件控制電路之一處理裝置，程式指令係執行本發明之方法。可以了解的是，軟體程式可提供像是根據本發明之LED組件與方法之相同或相似的效應，當相同或相似的較佳實施例可被提供時，因此提供相同或相似的效應與優點。
為讓本發明之上述內容能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下：
請參照第1圖，其繪示為依據先前技藝之具有一感測配置的發光二極體組件。先前技藝之發光二極體組件包括三個發光二極體(Light Emitting Diode，LED)群組，此三個LED群組係為發紅光、綠光與藍光，在第1圖中分別被指示為群組GP01~GP03。群組GP01~GP03各包括兩個串聯的LED。群組GP01~GP03中之每一群組各配有所屬的電流源，在第1圖中分別被指示為電流源CS1~CS3。電流源CS1~CS3中之每一電流源可藉由各自對應的電晶體來被開啟，此些電晶體在第1圖中分別被指示為電晶體CP01~CP03。
此些電晶體、電流源與串聯的LED係連接至電源供應端。控制單元CU1分別控制電晶體CPO1~CP03之開啟和關閉。在此例子中，多個LED群組中之每一群組之光輸出係被各別的感測器所感測，亦即用以感測紅光LED群組之光輸出(照度、亮度)的感測器SE1、用以感測綠光LED群組之光輸出的感測器SE2以及用以感測藍光LED群組之光輸出的感測器SE3。多個感測器中之每一感測器係連接至各別的讀取電路，此些電路例如包括放大器、被提供至控制單元之輸出信號。各別的電晶體CP01~CP03的開啟與關閉現在可被控制來回應藉由各別的群組感測的光強度，在其他可能結合的參數中，例如代表期望光強度與/或顏色組合的設定點(set point)信號。
第2圖繪示為本發明之一較佳實施之發光二極體組件。此發光二極體組件包括三個LED群組。其中第一LED群組係被表示為GP1。在此例子中，第一LED群組包括單一個LED，第二LED群組係被表示為GP2。在此例子中，第二LED群組包括兩個並聯的LED，以及第三LED群組係被表示為GP3。在此例子中，第三LED群組包括兩個串聯的LED。此些LED群組中之每一個LED群組配置有並聯開關的電晶體，此些電晶體分別被表示為電晶體CP1~CP3，此些電晶體係藉由一控制單元來驅動，此控制單元於第2圖中係被表示為控制單元CU。
根據本發明之一目的，單一個感測器SE係被提供，在此例子中，感測器SE能從多個LED群組中之每一個群組，透過各別的光路徑LP1~LP3來接收光線。感測器之一輸出係藉由適當的放大器來被放大，且此輸出係被提供至控制單元CU。在本實施例中，單一電流源CS係被提供，此電流源CS可供應一操作電流至所有的三個LED群組。
此外，一各別的LED群組係被控制單元CU致能，於此控制單元CU驅動各別的電晶體至非傳導狀態。相反地，驅動電晶體至傳導態將短路LED群組，從而禁能此LED群組。於本實施例中所提及之，電流源CS可被控制單元CU禁能。更進一步來說，控制單元CU可配有一通訊介面I/F，經由此通訊介面，資料被可取得，此資料例如係期望光強度，以及/或者透過通訊介面多個狀態之資料可被轉移。於第2圖所示之實施例之LED組件的可能操作將被敘述並參考第3圖。
第3圖繪示為依照第2圖之驅動的發光二極體群組之一實施例之時序圖。於第3圖中所描述的時序圖係顯示多個LED群組中之每一個LED群組對應於時間T之操作狀態，更特別於循環時間週期Tc上的操作狀態。對於每一LED群組之致能狀態係描述為狀態1，然而禁能狀態係描述為狀態0。在循環時間週期Tc中，測量時間tm係被定義，其中對應於每一個LED群組之時間週期tp可被找到，其中各別的群組係獨自被致能，換句話說，剩下的LED群組係被禁能。在此些時間週期中，被感測器感測的輸出訊號將反映各別的群組之量測值。因此，單一感測器可提供對應於多個群組中之每一群組的量測資訊。每一群組的量測資訊係被應用，控制單元藉由此些量測資訊來驅動多個各別的群組，此些量測資訊可能結合一期望值。在下一循環時間週期Tc中，於第3圖中所描述的模式可被重複執行。
請參照第4圖，其繪示依照第2圖之實施例之驅動的多組發光二極體之另一實施例之時序圖。第4圖描述一替代的時序圖，在量測時間tm時，兩個群組係於各別的時間週期中***作。於各別時間週期中，量測的光強度可提供兩個為一對之群組光強度總合。為了驅動多個LED，多個各別的群組之光強度可從光強度總合來被計算，並被控制單元使用，以驅動各別的開關電晶體。
請參照第3圖與第4圖，多個實施例亦可提供：在一個例子，透過第4圖之量測對應於每一個LED群組之取得的操作參數，可被比較至透過第3圖之量測對應於每一個LED群組之取得的操作參數。假如多個不同的操作參數被檢測，當量測兩個或多個群組之結合時，可推斷出多個群組之間所發生之互相感應，且控制單元可選擇回復到第3圖之演算法，從而藉由單一感測裝置個別地量測多個群組。
第3圖與第4圖之實施例提供多個例子，其中一個群組被致能或禁能，且在等待時間後，多個群組中之另一群組係被致能或未被禁能。
雖然於第3圖與第4圖之實施例中，多個量測係連續地發生在量測時間tm中，此量測時間tm相對地形成循環時間週期Tc之一小部分，多個量測亦可發生在循環時間週期Tc中之其他部分，例如係彼此所間隔的時間間距。
在期望光強度下為了驅動多個LED，任何適當的調變方法，例如脈衝寬度調變(Pulse Width Modulation，PWM)法、脈衝頻率調變(Pulse Frequency Modulation，PFM)法、脈衝位置調變(Pulse Position Modulation，PPM)法、以及/或像是美國專利編號WO2006/107199中任一所揭露之驅動的演算法皆可被適用。在一時間中取得的多個片刻，其中感測裝置可量測各別對應於單一群組或由多個群組結合之群組的輸出。
可以被了解的是，多個群組可包括單一LED、兩個或多個串聯及/或並聯的LED等。
更進一步來說，可以被了解的是，取得的感測器訊號與多個操作參數可被應用於控制方法之任何形式，例如前饋控制(Feed Forward Control)法、反饋控制(Feedback Control)法、疊代控制(Iterative Control)法，或其他控制方法。
請參照第5圖，其概要地繪示依照本發明之另一實施例之發光二極體組件。此發光二極體組件包括多個LED，此些LED被配置成多個群組GP1~GP3，此些群組中之每一群組包括至少一個LED以及控制單元，控制單元用以驅動多個LED。此LED組件更包括電流源CS，此電流源用以提供電流I至多個LED群組。本實施例更包括正向電壓感測電路100，依據並聯至多個LED群組之多個開關CP1~CP3(例如金屬氧化物半導體場效應電晶體(Metal Oxide Semiconductor Field，MOSFET))之操作狀態，此正向電壓感測電路係用以感測於一個LED群組或多個LED群組上的正向電壓(Vf)。如上所述，藉由適當地操作開關CP1~CP3，於此三個LED群組中之每一個LED群組之正向電壓，可從三個正向電壓量測值中來決定。如第5圖所示之照明應用更包括一電流源CS，以提供電流I至多個LED群組。如第5圖所繪示之電流源CS係為所謂的降壓式轉換器(Buck converter)，此降壓式轉換器利用一開關元件T(例如金屬氧化物半導體場效應電晶體(MOSFET))、電感L與二極體D，將輸入電壓V轉換為電流I。
像是提供至多個LED群組之電流I可從電組Rs上的電壓來決定，此電壓係被提供至控制單元CU。控制單元CU為了將電流源啟動或關閉，更可提供一啟動/關閉訊號On/Off至電流源CS。如上所述，電阻Rs上的電壓像是被應用為一反饋信號至控制單元CU與轉換器(透過電阻Rs的反饋端FB-port)。像是串聯於多個LED群組之電阻Rs的之其一，像是反饋信號的正向電壓(任意地與溫度量測結合)可被應用至控制單元CU，藉此，依據此反饋信號，控制單元提供一控制信號S至電流源CS，像是於實際電流值的反饋。藉由這樣做，電阻Rs的應用以及所發生的損耗可被忽略。
請參照第6A、6B圖，分別繪示依據本發明之一實施例之發光二極體固定件之示意圖。第6A圖係為LED固定件之XZ平面之側視圖。第6B圖係為LED固定件之XY平面之俯視圖。此LED固定件包括四個單色光LED，此些LED例如係配置於單一個晶片205與感測裝置上，此感測裝置例如係光感測器210，光感測器210被配置於鄰近此些單色LED，以接收經由被此些單色LED發射的部分光線。此LED固定件更提供一覆蓋層220，覆蓋層220包括磷光體或含磷之材料。例如像是塗層230(一般來說，材料能取得此材料接收的光輸出之頻率偏移)，塗層230被配置來接收從多個LED發射的光線，並發出具有不同頻率或不同頻譜之光線。塗層例如被配置多個材料的種類，被此些材料接收的輸出光能夠頻率偏移，因此取得能夠產生不同顏色之光輸出的LED組件。
在一個例子中，覆蓋層220可被配置四種不同類型的磷光體或含磷材料(例如實質上來產生紅光、綠光、藍光與白光)，每種材料可被配置來接收自四個LED 200中之其中一個LED 200的輸出光，藉由在不同工作週期(Duty cycle)進行操作的多個不同LED，從而能有多種顏色的輸出光。依據本發明之LED固定件可有效地被配置單色光感測器；因為此感測器接收從多個LED發射的輸出光，此感測器只需感應被多個LED發射的光線之頻率。於磷光體或含磷材料塗層下，感測器之安排致使感測器能被定位，以靠近多個LED，且可避免感測器阻擋由塗層發射的光。依據本發明之LED固定件可有效地被應用於本發明之LED組件。
對熟習此技藝者而言，本發明確實能提供更輕巧與低價位的LED固定件及LED組件。由於減少使用大量的元件，本發明亦可提高可靠度。
綜上所述，雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明。本發明所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾。因此，本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
200．．．發光二極體
205．．．晶片
220．．．覆蓋層
230‧‧‧塗層
SE1~SE3、SE‧‧‧感測器
GP01~GP03、GP1~GP3‧‧‧群組
CP01~CP03、CP1~CP3‧‧‧電晶體
LP1~LP3‧‧‧光路徑
CU、CU1‧‧‧控制單元
I/F‧‧‧通訊介面
CS、CS1~CS3‧‧‧電流源
FB‧‧‧反饋端
On/Off‧‧‧啟動/關閉訊號
S‧‧‧控制訊號
tm‧‧‧量測時間
Tc‧‧‧循環時間週期
V‧‧‧電壓
L‧‧‧電感
D‧‧‧二極體
Rs‧‧‧電阻
I‧‧‧電流
Vf‧‧‧正向電壓
T‧‧‧開關元件
第1圖繪示乃依據先前技藝之具有一感測配置的發光二極體組件。
第2圖繪示乃本發明之一較佳實施之發光二極體組件。
第3圖繪示乃依照第2圖之驅動的發光二極體群組之一實施例之時序圖。
第4圖繪示乃依照第2圖之實施例之驅動的多組發光二極體之另一實施例之時序圖。
第5圖繪示乃依照本發明之另一實施例之發光二極體組件。
第6A圖繪示乃依照本發明之一實施例之LED固定件之XZ平面之側視圖。
第6B圖繪示乃依照本發明之一實施例之LED固定件之XZ平面之側視圖。
SE．．．感測器
GP1~GP3．．．群組
CP1~CP3．．．電晶體
LP1~LP3．．．光路徑
CU．．．控制單元
I/F．．．通訊介面
CS．．．電流源

Claims (30)

  1. 一種發光二極體組件，包括：複數個發光二極體，係被配置為複數個群組，各該些群組包括至少一個該發光二極體；以及一控制電路，用以驅動該些發光二極體，該控制電路包括一感測裝置，該感測裝置用以感測該些發光二極體之一操作參數，該控制電路係用來；a)操作該些群組中之至少其一群組；b)藉由該感測裝置感測該群組之該操作參數之一數值；c)對該些群組中之不同於該群組之其他群組重複步驟a)與步驟c)；d)分配該操作參數之一數值至各該些群組，該分配的操作參數之數值係來自該感測的操作參數之數值；以及e)從該分配的操作參數之數值控制該些群組的驅動，其中該操作參數包括一發光二極體正向電壓，該感測裝置包括一正向電壓感測電路，係藉由：從該分配之發光二極體正向電壓，估算該些群組的一操作溫度；量測一提供給該些群組的電流；從提供給該些群組的該電流，決定該些群組的一流明；以及依據從所量測的該發光二極體正向電壓所估算的該操作溫度，至少部分地補償該操作溫度對該些群組的該流明的影響。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體組件，其中該感測裝置用以量測同時操作的該些發光二極體之一總和的操作參數。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體組件，其中該些群組中之至少兩群組係同時地於步驟a)中***作，且同時***作的該些發光二極體之一總合的操作參數係於步驟b)中被感測。
  4. 如申請專利範圍第2項所述之發光二極體組件，其中該些群組中之至少兩群組係同時地於步驟a)中***作，且同時***作的該些發光二極體之一總合的操作參數係於步驟b)中被感測。
  5. 如申請專利範圍之第1項所述之發光二極體組件，其中對於該些群組中之至少兩群組之一各別的子組係各自重複被執行。
  6. 如申請專利範圍之第2項所述之發光二極體組件，其中對於該些群組中之至少兩群組之一各別的子組係各自重複被執行。
  7. 如申請專利範圍之第3項所述之發光二極體組件，其中對於該些群組中之至少兩群組之一各別的子組係各自重複被執行。
  8. 如申請專利範圍之第4項所述之發光二極體組件，其中對於該些群組中之至少兩群組之一各別的子組係各自重複被執行。
  9. 如申請專利範圍之第1項所述之發光二極體組件，其中該控制電路係用來操作該些發光二極體中之該些 群組，且操作該些發光二極體中之該些群組係藉由：a)致能或禁能該些群組中之一第一群組；b)於一預定等待時間中進行等待；及c)對該些群組中之一第二群組重複步驟a)與步驟b)。
  10. 如申請專利範圍之第2項所述之發光二極體組件，其中該控制電路係用來操作該些發光二極體中之該些群組，且操作該些發光二極體中之該些群組係藉由：a)致能或禁能該些群組中之一第一群組；b)於一預定等待時間中進行等待；及c)對該些群組中之一第二群組重複步驟a)與步驟b)。
  11. 如申請專利範圍之第3項所述之發光二極體組件，其中該控制電路係用來操作該些發光二極體中之該些群組，且操作該些發光二極體中之該些群組係藉由：a)致能或禁能該些群組中之一第一群組；b)於一預定等待時間中進行等待；及c)對該些群組中之一第二群組重複步驟a)與步驟b)。
  12. 如申請專利範圍之第4項所述之發光二極體組件，其中該控制電路係用來操作該些發光二極體中之該些群組，且操作該些發光二極體中之該些群組係藉由：a)致能或禁能該些群組中之一第一群組；b)於一預定等待時間中進行等待；及c)對該些群組中之一第二群組重複步驟a)與步驟b)。
  13. 如申請專利範圍之第5項所述之發光二極體組件，其中該控制電路係用來操作該些發光二極體中之該些群組，且操作該些發光二極體中之該些群組係藉由： a)致能或禁能該些群組中之一第一群組；b)於一預定等待時間中進行等待；及c)對該些群組中之一第二群組重複步驟a)與步驟b)。
  14. 如申請專利範圍之第6項所述之發光二極體組件，其中該控制電路係用來操作該些發光二極體中之該些群組，且操作該些發光二極體中之該些群組係藉由：a)致能或禁能該些群組中之一第一群組；b)於一預定等待時間中進行等待；及c)對該些群組中之一第二群組重複步驟a)與步驟b)。
  15. 如申請專利範圍之第7項所述之發光二極體組件，其中該控制電路係用來操作該些發光二極體中之該些群組，且操作該些發光二極體中之該些群組係藉由：a)致能或禁能該些群組中之一第一群組；b)於一預定等待時間中進行等待；及c)對該些群組中之一第二群組重複步驟a)與步驟b)。
  16. 如申請專利範圍之第8項所述之發光二極體組件，其中該控制電路係用來操作該些發光二極體中之該些群組，且操作該些發光二極體中之該些群組係藉由：a)致能或禁能該些群組中之一第一群組；b)於一預定等待時間中進行等待；及c)對該些群組中之一第二群組重複步驟a)與步驟b)。
  17. 如申請專利範圍之第1項所述之發光二極體組件，其中該些群組係皆以串聯的方式連接，該發光二極體組件包括：一電流源，用以產生一發光二極體操作電流；以及 複數個開關，分別與對應之該些群組並聯，該控制電路透過驅動的各該些開關來將各該些群組操作至一非傳導狀態，以使該發光二極體操作電流通過各該些群組，以及該控制電路透過驅動的各該些開關來禁能一各別的群組至一傳導狀態，透過各該些開關來旁路該發光二極體操作電流。
  18. 如申請專利範圍之第17項所述之發光二極體組件，其中該電流源至少包括一線性調節器、一降壓式轉換器(Buck converter)、一升壓式轉換器(Boost converter)、一降壓-升壓式轉換器(Buck-boost converter)、一單端初級電感轉換器(Sepcic converter)、一邱克轉換器(Cuk converter)或一諧振轉換器。
  19. 如申請專利範圍之第1項至第18項中之任一項所述之發光二極體組件，其中該操作參數包括該流明，該感測裝置包括一光感測器。
  20. 如申請專利範圍之第1項所述之發光二極體組件，其中該操作參數包括該流明，該感測裝置包括一光感測器。
  21. 如申請專利範圍之第19項所述之發光二極體組件，其中該光感測器係為一單色光感測器。
  22. 如申請專利範圍之第20項所述之發光二極體組件，其中該光感測器係為一單色光感測器。
  23. 如申請專利範圍之第19項所述之發光二極體組件，其中該流明係藉由該控制電路來被應用，以驅動一電流反饋訊號。
  24. 如申請專利範圍之第20項所述之發光二極體組件，其中該流明係藉由該控制電路來被應用，以驅動一電流反饋訊號。
  25. 如申請專利範圍之第21項所述之發光二極體組件，其中該流明係藉由該控制電路來被應用，以驅動一電流反饋訊號。
  26. 如申請專利範圍之第22項所述之發光二極體組件，其中該流明係藉由該控制電路來被應用，以驅動一電流反饋訊號。
  27. 如申請專利範圍之第1項所述之發光二極體組件，其中該操作參數包括一發光二極體操作電流，該感測裝置包括一電流感測電路。
  28. 如申請專利範圍之第1項所述之發光二極體組件，其中該控制電路用以分配該些發光二極體之一操作週期中之複數個部份操作週期至該些群組，該些發光二極體之至少一群組於每一該些部份操作週期中***作，該總和的操作參數於每一該些部份操作週期中係被感測，該些部份操作週期被分配至各該些群組，以使各該些群組之該操作參數之複數個數值被計算，該些數值係來自致能的該些群組之該總和的操作參數之量測。
  29. 如申請專利範圍之第1項所述之發光二極體組件，更包括一發光二極體固定件，該發光二極體固定件用於各該群組的該些發光二極體，且包括：複數個單色發光二極體，具有實質上一單色光輸出；一覆蓋層，係用以接收該單色光輸出之至少一部份， 該覆蓋層具有一塗層、或者磷光體或含磷材料之塗層；以及一光感測器，用以接收該些單色發光二極體之該單色光輸出之一部份。
  30. 如申請專利範圍第29項所述之發光二極體組件，其中該光感測器係為一單色光感測器，該單色光感測器係感應該些單色發光二極體之該單色光輸出。
TW098108658A 2008-03-17 2009-03-17 發光二極體組件、發光二極體固定件、控制方法及軟體程式 TWI587735B (zh)

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