发光二极管灯与其制造方法 【技术领域】
本发明涉及一种灯具，其中提供有至少两个基本上同色的发光二极管(LED)以及至少一个驱动器以驱动每一发光二极管。本发明进一步包括制造一灯具的方法。
背景技术
色温为一热黑体辐射体(Planckian radiator)的物理温度。荧光粉发光二极管的色温会因加在发光二极管上荧光粉的量的微小差异而有所变化，而光源色温的一致性对于其可呈现出的均匀性而言很重要，尤其是在发白光的发光二极管等发光体中。因此当设计一发光系统时，色彩分选(colour binning)是一个重要的考虑。色彩分选(colour binning)是一种根据(白光)发光二极管的不同特征加以组合并赋予一分选码(bin code)的程序。通常具有相同特征的发光二极管会放在一滚动条(reel)上。
在一CIE色度图(CIE chromaticity diagram)内的白色分选实例，如图1所示，其中每一格代表一个分选库(bin)。由图1可看出在单一分选库中一白色发光二极管的相关色温(correlated color temperature，CCT)变化可能会超过500K。一般的人眼能在日光CCT变化范围的2000K到6000K范围内分辨出50到100K的CCT差异；而在6000K以上的范围，人眼所能感知的CCT差异会在200K左右。因此，对于上述CCT变化超过500K的现象，一般的人眼可很清楚地察觉到，所以，当设计一具有至少两个或以上白色发光二极管的发光系统时，即使在单一分选库中，亦可能因各白色发光二极管间的CCT变化而产生色彩差异。
【发明内容】
本发明的目的在于提供一具有均匀色温的LED发光体，特别是提供一具有可调相关色温(CCT)的白光发光体，以避免各白色发光二极管间存在可视的色彩效应。
为达成所述目的，本发明提供一种灯具，提供有至少两个基本上相同颜色的发光二极管以及至少一个供给每一发光二极管的驱动器，较佳采用至少一个驱动器，以于灯具工作期间以一不同的电量供给至少两个发光二极管，使得工作中的任一对发光二极管在色温上的最大差异比供给相等电量时的该任一对发光二极管在色温上的最大差异小。
该灯具较佳提供有测量灯具温度或其相关量的装置，以及用以依该测量结果调整该至少两个发光二极管的电量的处理装置。该处理装置较佳用以调整该电量，使达到一预定的接面温度或其相关量。该测量灯具温度的装置是用以分别测量该至少两个发光二极管中的每一个的温度或其相关量，该至少两个发光二极管彼此间热绝缘，且该至少两个发光二极管中的每一个均提供有一分别的热槽。该测量灯具温度的装置是用以测量所述发光二极管接面的温度或其相关量，如WO 2006/043232中所述。利用此温度信息可控制光输出，使得每一发光二极管的CCT值相等或几近相等。个别发光二极管的控制使得发光体系统的光输出(单位为流明)保持固定，或者亦可保持在一所欲的调光量。
为达成所述目的，本发明提供一种制造灯具的方法，该灯具提供有至少两个基本上相同颜色的发光二极管以及至少一个供给每一发光二极管的驱动器，其中测量每一发光二极管在一预定电量下的色温，且驱动器依所测得的色温加以调整，以于该灯具工作间以一不同的电量供给该灯具的每一个发光二极管，使得工作中的任一对发光二极管在色温上的最大差异比供给相等电量时的该任一对发光二极管在色温上的最大差异小。
【附图说明】
图1为一CIE色度图中一调光方式地实例；
图2为一发光体的示意视图；
图3为表示出本发明原理的色温对接面温度的关系图；
图4为归一化后的光通量对温度的关系图；
图5为发光二极管的相关色温(CCT)量测以及发光二极管接面温度目标值的建立的流程图；
图6(A)与图6(B)为色温控制法则的流程图；以及
图7为表示出本发明原理的第二实例的色温对接面温度的关系图。
【具体实施方式】
本发明将通过所附图式中所示的实施例加以进一步说明，其中：
较佳实施例的详细说明
一LED发光体包括至少两个LED源，如图2所示。该发光体包括至少提供有荧光体并发出相同颜色的至少两个LED源2，如白光铟氮化镓(InGaN)LED。由于LED上荧光体的量稍有差异，因此，在相等光通量(luminous flux)的基准下，两个白光LED的CCT值会有所不同，但其仍然是在相同的白色分选范围内。本发明通过调整送经发光体中个别LED的电力来减低或消除LED间的这些色温差异。
根据本发明的实施例，每一LED源2提供有一分离的热槽4，且其彼此之间为热绝缘。LED驱动器5是用来提供经调节后的电力予个别的LED源2，其中个别LED的电力大小由控制器8所控制。
该发光体进一步包括温度传感器6。温度传感器6是用来检测LED的接面温度(junction temperature)。温度传感器6可包括一热阻器(thermistor)或热电堆(thermopile)或任何以硅为基质的传感器(如NTC电阻)。另外，亦可使用一温度传感器来测量LED发光体的壳温(case temperature)。通过测量LED发光体的壳温，可利用该LED光源的热模型与输入LED的电流来估算每一个别LED的接面温度，但也可以使用壳体(case)的单次测量温度来代表个别LED的接面温度。LED的接面温度经测量或估算后，便可决定出LED提供所欲色温时所需的电力。此外，还有另一种估算接面温度的方式，其是利用跨越LED的正向压降(forward voltage drop)，如美国专利7,052,180号中所述，跨越一LED的正向压降与温度间几乎成线性变化。
在本发明的实施例中，控制器8提供有一微控制器、数字内存、以及数字信号处理器。如图5所示，图5为发光二极管的相关色温(CCT)量测以及发光二极管接面温度目标值的建立的流程图。首先，传送初始电流If1av与If2av至个别的LED(S501)，上述的初始电流If1av与If2av具有相同的值，且储存在该内存中；接着量测个别LED的接面温度Ti1与Tj2及相关色温CCT1与CCT2，并储存于该内存中(S502)；接着在1米处量测个别LED的照度E1与E2，并通过演算方式可得出个别的光通量F1与F2，其中，Tj最小＜Tj1且Tj2＜Tj最大(S503)；接着利用CCT1与CCT2来计算得出接面温度的目标数值(Tj1)目标与(Tj2)目标(S504)，且由于Tj最小与Tj最大限制的关系，CCT将会被局限在一区域内。
以下将继续说明因最小/最大接面温度(Tj最小与Tj最大)限制的缘故，进而影响接面温度的目标数值((Tj)目标)的流程。首先，判断(Tj1)目标是否大于Tj最大(S505)，若是，则设定(Tj1)目标等于Tj最大(S506)，若否，则判断(Tj1)目标是否小于Tj最小(S507)，若是，则设定(Tj1)目标等于Tj最小(S508)；若(Tj1)目标不小于Tj最小，则接着判断(Tj2)目标是否大于Tj最大(S509)，若是，则设定(Tj2)目标等于Tj最大(S510)，若否，则判断(Tj2)目标是否小于Tj最小(S511)，若是，则设定(Tj2)目标等于Tj最小(S512)。以上流程主要是确认接面温度的目标数值((Tj)目标)是落在最小/最大接面温度(Tj最小与Tj最大)之间，若其未落在最小/最大接面温度(Tj最小与Tj最大)之间，则重新设定接面温度的目标数值((Tj)目标)的值为最小或最大接面温度的值。
该LED光源的接面温度数据可经离线计算，其为该发光体全部所需光通量的函数，并可通过使用者输入方式加以设定(调光(dimming))。该微控制器可自温度传感器6接收LED接面温度数据，并将这些数据与所储存的目标温度数据加以比较。接着该微控制器根据该所需电力输出数据来控制个别LED驱动器5的电力量，如图6(A)与图6(B)所示，并将于以下详细说明。
图6(A)与图6(B)为色温控制法则的流程图。首先，先判断CCT2是否在CCT1-ΔCCT与CCT1+ΔCCT之间(S601)，ΔCCT可设定在人眼所能接受的色温变化的差异值，若是，则结束此控制流程，其表示CCT1与CCT2之间的差异值并不会让人眼感觉出有色温的变化。若否，则判断CCT1是否大于CCT2(S602)，若是，则接续图6(A)的流程，若否，则进行图6(B)的流程。
以下先针对CCT1大于CCT2的状态进行说明。若CCT1大于CCT2，则量测得到白光LED的(Tj1)实际值(S603)；接着依据ΔFi＝ΔFxFNi的公式求出ΔF1(S604)；接着判断(Tj1)实际是否大于(Tj1)目标(S605)，若是，则设定F1＝F1-ΔF1(S606)，其是因为当(Tj1)实际大于(Tj1)目标时，则利用减少LED1的光通量F1来调整实际的接面温度((Tj1)实际)值，使其趋近接面温度目标值((Tj1)目标)。若(Tj1)实际未大于(Tj1)目标，则量测得到白光LED的(Tj2)实际值(S607)；接着依据ΔFi＝ΔFxFNi的公式求出ΔF2(S608)；接着判断(Tj2)实际是否大于或等于(Tj2)目标(S609)，若是，则设定F2＝F2-ΔF2(S610)，若否，则设定F2＝F2+ΔF2(S611)。
若CCT1未大于CCT2，则进行图6(B)的流程。首先，量测得到白光LED的(Tj1)实际值(S701)；接着依据ΔFi＝ΔFxFNi的公式求出ΔF1(S702)；接着判断(Tj1)实际是否大于或等于(Tj1)目标(S703)，若是，则设定F1＝F1-ΔF1(S704)，若否，则设定F1＝F1+ΔF1(S705)。接着继续量测得到白光LED的(Tj2)实际值(S706)；接着依据ΔFi＝ΔFxFNi的公式求出ΔF2(S707)；接着判断(Tj2)实际是否大于(Tj2)目标(S708)，若是，则设定F2＝F2-ΔF2(S609)。
由于白光LED的CCT值会因改变LED的接面温度Tj而改变。当接面温度增加时，白光LED的CCT偏移至一较高值，如图3所示。LED的CCT值与其接面温度Tj之间的关系函数可以用CCT＝a*(Tj)2+b*Tj+c一式加以说明。
通过改变流经LED的电力，LED的光输出(光通量F)与接面温度Tj会随之改变。该光输出可通过以具有一固定正向电流Ifmax的控制函数为主的脉宽调节(PWM)来加以变化，其中，该正向电流Ifmax对所有LED来说都相等，且与LED接面温度Tj无关。PWM信号的工作周期的改变会改变电流Ifav，而LED中的电力消耗可以用P＝Ifav*Vf一式加以说明，其中Vf为正向电压且电力消耗P与温度相关(Tj＝Ta+P*Rj-a)。因此，若电力增加，则接面温度亦会增加。
由于该系统的总光通量，即系统中每一白光LED光源的光通量的总和，是维持恒定，或者，在一可调光的发光体中，其总光通量是维持在所欲的值。因此，为了降低两LED间CCT值的差，并同时维持一定的发光体总光通量，其相关的参数是往相反的方向变化，亦即，当一LED的接面温度通过增加该LED的光通量而增加时，另一LED会因该LED的光通量的减少而降低接面温度，如图3的实例所示。在此例中，在工厂中所测得的两白光LED在某一接面温度下的初始CCT值是记录在内存中，如下：
Tj1＝70℃时，LED1:CCT1＝4720K；光通量为F1＝F
Tj2＝70℃时，LED2:CCT2＝4540K；光通量为F2＝F
总光通量为F1+F2＝2F。
然而，两白光LED的CCT1与CCT2值必须差不多相等，以避免可视的色彩误差。此可通过改变LED1与LED2个别的电力大小来达成。同时，所选择出来的LED1与LED2的两个不同电力大小必须使该发光体的总光通量保持固定(F1+F2＝2F)。如图4所示，该光通量F与接面温度(上方线)或热槽或壳温(下方线)相依，即F＝a3*(Tj)2+b3*Tj+c3，因此，当计算电力大小时也应将此列入考虑。
这两个限制迫使根据图6(A)与(B)的法则的该控制器通过减少If1av(以脉宽调节)而降低流经LED1的电力以及相关的光通量F1，直到Tj1＝38℃，由此使CCT1减至4650K。同时，通过增加If2av(以脉宽调节)直到Tj2＝110℃而增加流经LED2的电力以及相关的光通量F2，直到Tj2＝110℃，由此使CCT1增至相同的4650K。因此，两白光LED的CCT值相等，且该发光体的总光通量维持固定。
另一个实例显示于图7中，其中最大的CCT控制范围受某一预定的最小与最大接面温度所限制。因此两LED无法达到相等的CCT，但CCT的差异仍可降至人眼无法看出的程度。
虽然本发明于此通过一较佳实施例作为实例加以说明，但熟习此技艺的人士可了解在本案范围内可以有多种修饰与变形。