改良的led陣列的製作方法

2023-09-20 23:09:25

專利名稱：改良的led陣列的製作方法
技術領域：
本發明涉及發光二極體(LED)陣列，包括但不限於用於監測和控制LED 陣列中的LED功率輸出的布置。
背景技術：
技術上熟知地，LED輸出亮度典型根據LED溫度的變化而變化。通常，給 定一個恆定電流輸入，隨著溫度升高，LED輸出亮度降低。在恆定的電流驅動 下，輸出亮度的進一步變化(通常是降低)通常認為是LED發生了退化。
在一些應用中，LED輸出的光亮度並不是關鍵，製造商給出的可達輸出功 率是可信的。然而，在一些應用中，知道給定時間內特定LED提供的功率輸出 是重要的。例如，在牙齒治療中固化樹脂的過程中，LED陣列的功率輸出就很 重要。
圖1示出了用於監視LED輸出的監測系統，用標號2表示。監測系統2包括 LED 4、遠離LED的光敏管傳感器6和控制電路8。在監測系統2的使用過程中， LED4的輸出由光敏管傳感器6測量，輸出的相關數據轉發給控制電路8。在監測 系統2的一個實例應用中，LED4的輸出由控制單元8控制，以此來獲取需要的輸 出(通過光敏管傳感器6探測)。
監測系統2的優點是簡單，但其存在許多缺陷。例如，監測系統2不適用於 對LED裝置大小有要求的特殊應用，例如，當在牙齒和皮膚治療上使用LED固化 樹脂時，LED陣列與處理區域很近。並且，遠端的光敏管傳感器會接收外界光， 例如背景光和陣列中其它LED (如果存在的話)發出的光，這降低了測量的精 確度。
此外，光探測器通常對一些波長的光敏感。從LED陣列中的單個發光LED
6晶片中遠程監測包含一個以上發射波長的LED陣列，會導致從每種LED晶片的光 輸出測量混亂。例如，特定探測器想要探測第一波長的第一個LED發出的光的 光輸出，但也可能探測到第二波長的第二個LED發出的光的光輸出，而後者是 不需要探測的。
LED陣列有許多應用，包括固化樹脂或塗樹脂，例如用在牙齒處理，在牙 齒治療中凝膠體變白效果，通過使用UV光來殺菌和牙齲成像。雖然將LED陣列 用於上述目的已經為人們所熟，但現有設備上存在許多問題。
LED陣列還有許多新的應用，例如用作多種照明應用的光源，例如娛樂照 明、建築照明、醫學或牙齒照明，在這些應用中，波長組成(顏色)的精確度 和波長的亮度很重要，並且簡單低成本的方法也是優選的。在這樣的應用中， 簡單且可控性好的多波長(顏色)組合光源常常是重要的。降低光亮程度以及 按要求改變不同波長光的亮度也是重要的。若想有效的完成這種任務，需要有 效的光反饋。應注意的是，當混合不同光波以提供需要的顏色輸出時，單色光 亮度的小變化會對混合色源的整體顏色產生很大的影響。
在上述實例中，為了達到需要的光亮度，通常需要使用多個LED。 一種方 式是使用大封裝LED,然而，這樣的裝置在許多應用中很難實現，例如在牙齒 應用中，裝置必須用在病人的口中。 一個選擇的方式是使用更小更低功耗的裝 置，但是這導致使用時間更長。這沒有吸引力例如，當在牙齒病人口中固化 樹脂時提高治療時間將沒有吸引力。此外，在一些應用中，需要的效果(例如 治癒)除非達到門限功率級甚至給很長的作用時間，否則不會啟動。
為了從LED獲得高密度功率級，人們想到在小區域範圍內提供大量的LED。 典型地，LED會將5 20X的電能轉化為光。這樣，大約80 95%的電能轉為熱 量。顯然，在小範圍內使用大量的LED導致形成大量的熱量，需要通過一些方 式進行處理。使用在該系統中的熱管理系統導致增大整個裝置的大小。
在牙齒和醫學或工業應用的其它應用中，使用LED陣列的其它一些問題是 需要符合功率級的相關標準。 一個方式是在使用前校準LED陣列，然而，這樣設計不能在裝置使用時同時改變裝置的功率輸出。這樣，使用中無法確認LED 輸出是否超出安全限制的等級。這個問題的一個解決方法是時常將裝置脫離工 作以重新校準裝置，但這種方法有時是不可行的，例如將裝置脫離工作會對應 用的實施過程產生不利後果。另一個解決的方法是在低於相關規則或安全考慮 的功率級下運行裝置，以確保使用中功率輸出不會上升而到不安全或不合法的 等級。顯然，這樣設計將降低LED陣列的作用。

發明內容
本發明的裝置和方法旨在解決在先技術的至少一些問題，和/提供替代在先 技術的裝置和方法。
本發明提供了一種LED陣列，包括多個LED、 一個或多個光傳感器和一個或 多個濾光器，所述一個或多個光傳感器與一個或多個所述LED連接，形成一個 或多個LED—光傳感器組；每個光傳感器組中的光傳感器用於測量與其連接的 LED的光輸出；所述一個或多個濾光器中的每一個連接所述LED—光傳感器組中 的一個，每個濾光器用於減弱不同於與其連接的LED—光傳感器組的LED波長輸 出的光。在本發明的一個方案中， 一個或多個所述LED—光傳感器組至少部分 對外界光屏蔽。外界光包括陣列中其它LED發出的光、背景光或與光傳感器成 對的LED以外的光源發出的光。
本發明還提供了一種LED陣列，包括多個LED和一個或多個光傳感器，所述 一個或多個光傳感器與一個或多個所述LED連接，形成一個或多個LED—光傳感 器組；每個LED—光傳感器組中的光傳感器用於測量其連接的LED的光輸出；一 個或多個所述LED —光傳感器至少部分對外界光屏蔽。外界光包括陣列中其它 LED發出的光、背景光、或與光傳感器成對的LED以外的光源發出的光。在本發 明的一個方案中，提供了一個或多個濾光器，所述一個或多個濾光器每個與所 述LED—光傳感器組連接，每個濾光器用於減弱不同於與其連接的LED—光傳感 器組的LED輸出波長的光。如上所述，本發明的一些方案中包括一個或多個濾光器。通過使用濾光器，
具有不同於LED—光敏管組的LED波長的外界光，在到達光敏管前被減弱。在並 非陣列中所有LED均輸出同一波長光或LED —光敏管組關閉活只發出低亮度光 時，使用濾波器非常有利。在本發明的一些方案中，每個濾光器設於其連接的 光傳感器的表面上。在一個選擇的布置中，離散濾光器放置在相關LED—光傳 感器組的LED和光傳感器之間。
在本發明的一個方案中，光傳感器與LED陣列的LED集成在一起，如此一來 陣列中的LED和光傳感器設在相同的封裝內。在本發明另一個方案中，陣列中 的光傳感器和LED作為相同電路裝置的部分。
在本發明的一個方案中，光傳感器是光敏二極體。然而技術人員能意識到 其它合適的光傳感器，在此不對適用的光傳感器做進一步詳細描述。
本發明的一個方案中包括屏蔽部件，屏蔽部件有多種不同的結構。例如， 使用屏風。屏風部分屏蔽相關的LED—光傳感器組，或全部屏蔽它們，這樣LED 發出的光不脫離屏蔽的區域。在本發明的一個方案中，光傳感器除了允許單個 LED發出光到光傳感器的開口外，完全與裝置的其它部分屏蔽。作為選擇，LED 一光傳感器組設在與所述陣列剩餘部分相對的凹陷處。此外，光敏管有一個比 周圍電路元件更薄的底層，光敏管位於陣列中的LED下面，這樣一來，陣列中 LED—光傳感器組中LED以外的其他LED收到的光得以降低。
作為選擇，LED—光傳感器組被蓋住。應注意的是，在本發明的一些方案 中，並不是所有的LED—光傳感器組屏蔽為同樣的寬度，顯然， 一個或多個LED 一光傳感器組可以一點都不被屏蔽。
多個LED裝在一個或多個底層的同一面上，這樣LED—光敏管組的LED在與 陣列中剩餘的LED向基本上相同的方向傳輸光。進一步地，光傳感器與所述多 個LED裝在一個或多個底層的相同面上。在一個選擇實例中，設有一個裝在光 傳感器上的託架，使用中，託架裝在LED陣列中，這樣光傳感器與連接的LED 鄰近。在本發明的一個方案中，形成部分LED—光傳感器組的一些或全部LED作為 LED陣列的正常功能是可用的。在本發明的另一個方案中，形成部分LED—光敏 管組的LED被屏蔽，它們不作為LED陣列正常功能的一部分。
LED陣列包括控制電路，用於根據至少一個所述光傳感器的輸出控制至少 一些所述LED的輸出功率。控制電路監測陣列中的LED輸出。監測過程持續周期 進行，或者當控制算法確定需要檢測時進行。顯然，監測執行地越頻繁，LED 輸出越能準確達到期望輸出。但是，監測次數少可減少LED陣列的計算量。
LED包括一組或多組LED。每組LED包括形成部分LED—光傳感器組的至少 一顆LED。在一個選擇實施例中，有一些但非全部所述LED組包括形成部分LED 一光傳感器組的至少一顆LED。
在本發明的一個方案中，組中的每顆LED是完全相同的。在該布置中，如 果組中所有的LED有相同或類似的輸入電流，則每顆LED的輸出基本上相同。因 此，在該組中測量一顆LED的輸出(例如使用光傳感器)提供了組中每顆LED 輸出的測量結果。
在本發明的一個方案中，測量少於LED組中所有LED的輸出，根據測量結果 控制組中每顆LED的輸入。在一個實例中，測量組中僅一顆LED的輸出，根據測 量結果控制組中每顆LED的輸入。
在本發明的一個方案中，LED組排列成列，但是，可提供LED組其它的排列。 一組中的LED以任何結構分散在LED陣列周圍。
在本發明的一個方案中，每組LED中的每顆LED與組中其它LED相同，由與 組中其它LED相同或類似的電流驅動，但是不同組的LED可能不同，由不同的電 流驅動。這樣，提供了多種LED組，每組輸出不同的波長和亮度，使光傳輸機 制能準確適應並在使用過程中修改。這樣的陣列具有很大的靈活性。
一個或多個所述光傳感器連接一個或多個積分器，可用於確定一個或多個 所述LED—段時間內的能量輸出。這裡積分器用來根據光傳感器探測的能量確 定陣列中LED輸出光能量的裝置。例如，在數字設備中，從與讀取時間間隔關聯的數據一起測量的離散功率輸出中確定功率輸出。技術人員能意識到使用類
似積分器。通過使用積分器，能確定給定時間周期內特定LED或LED組的光能輸 出。這樣布置對治療應用很有用，整個光量比光能峰值功率更重要。
LED陣列帶有冷卻裝置。冷卻裝置包括散熱片、散熱管、蒸發冷卻系統或 直接液體或氣體冷卻裝置。
LED陣列包括一個或多個安全功能。例如安全監視器，這樣一個或多個LED 輸出功率超過預先設定的安全級時，LED的輸入降低。例如使用溫度傳感器監 視一個或多個LED的溫度，如果溫度超過預定溫度，輸入一個或多個LED的功率 降低。
本發明還提供了光傳輸裝置，包括上面所述的LED陣列。所述LED陣列設在 如變形手指的手指末端。作為選擇，LED陣列發出的光通過光導向裝置傳輸。 本發明對用於基於傳輸系統的光導向的LED非常適用，因為與使用外部光敏管 監視光亮度的系統比較時，它允許控制LED亮度，因此能相對高效影響光對光 導向裝置的作用。
該裝置與相同或類似裝置一起平放以形成大的發光裝置。
該裝置包括用於冷卻所述陣列中LED的冷卻裝置。冷卻裝置包括散熱片、 散熱管、蒸發冷卻系統或直接液體或氣體冷卻裝置。
本發明還提供了用於控制多個LED輸出的反饋裝置， 一個或多個所述LED 連接光傳感器，形成LED—光傳感器組，每個LED—光傳感器組的光傳感器用於 測量連接的LED的光輸出，該裝置包括根據所述一個或多個光傳感器的輸出控 制至少一些所述LED輸出功率的控制電路。
所述LED包括一組或多組LED，每組包括形成部分LED—光傳感器組的至少 一顆LED。組中的每顆LED完全相同。
在本發明的一個方案中，反饋系統測量組中一個或多個LED的輸出，確定 組中其它LED有相同的行為。組中所有LED的輸出均以相同方式進行控制，且族 中正在被測量的每個LED—直被監視，直到達到需要的輸出。然後假定組中所有LED具有所述需要的輸出。
在本發明的一個方案中，反饋系統包括一個或多個積分器，能夠確定一個 或多個所述LED—段時間的能量輸出。
本發明還提供了控制LED陣列的方法，LED陣列包括多種LED、與一個或多 個所述LED連接的一個或多個光傳感器，形成一個或多個LED—光傳感器組，每 個LED—光傳感器組的光傳感器用於測量其連接的LED的光輸出，該方法包括根 據所述一個或多個光傳感器的輸出控制至少一些LED輸出功率的步驟。
所述LED包括一個或多個組，組中的每個LED完全相同。該方法進一步包 括步驟測量少於LED組中所有LED的輸出，根據測量結果控制組中每顆LED 的輸入。在本發明的一個方案中，該方法包括測量組中僅一個LED的輸入， 根據測量的輸出控制組中每顆LED的輸入。
該方法還包括綜合一個或多個所述光傳感器輸出，以此來提供給定時間內 一個或多個所述LED輸出能量的輸出指示的步驟。
該方法還包括為了減弱與LED—光傳感器組的LED輸出波長不同的光，對 到達光傳感器的光進行濾光的步驟。如在說明書中其它地方所述的，可用許多 不同的濾光器。
該方法還包括對一個或多個所述LED—光傳感器組至少部分地屏蔽外界光 的步驟。如在說明書其它地方所述的，可用許多不同的屏蔽裝置。
所述陣列包括用於輸出具有與陣列中至少一些其它LED不同波長的輸出光 的LED。該方法進一步包括控制所述LED輸入的步驟，以達到所述LED陣列需要 的顏色輸出。
本發明所述的LED陣列和光傳輸裝置有許多用處，包括但不限於，固化樹 脂或塗樹脂，例如用在牙齒處理、在CD和DVD製作中固化樹脂的生產過程、在 牙齒治療中凝膠體變白效果、抗菌、抗真菌、抗濾過性病原體或抗寄生物及類 似、汽車照明應用、如交通信號燈的信號應用、娛樂照明、建築照明和其它形 式的照明，這裡波長(顏色)的精確組成和波長的亮度很重要，並需要簡單低耗的處理方式。


下面結合附圖對本發明提供的裝置和方法進行詳細描述 圖1是用於監測LED輸出的已知的監測系統；
圖2是本發明中LED陣列的透視圖2a是圖2的LED陣列變形的透視圖3是圖2的LED陣列的正面圖4是用於圖2、圖2a和圖3中的LED陣列的控制系統的模塊圖5是使用本發明的LED陣列的光傳輸裝置的側面圖6是圖5裝置的一個變形；
圖7是針對本發明的LED陣列的正面圖8是針對本發明的LED陣列的正面圖9是本發明的一個實施例中託架的透視圖。
具體實施例方式
圖2和圖3示出了一個適用於本發明的LED陣列，用標號10表示。
陣列10包括64顆發光二極體(LED) 12,其排列為8列，每列8顆。通 過實例的方式，一列用標號14表示。在本發明的一個方案中，一列中的每顆LED 是相同的，並提供其類似或相同的輸入電流，以使一列中的每顆LED有相同的 功率和波長輸出。在該方案中，不同列的LED不同，提供不同的輸入，以致不 同列提供不同波長和/或功率輸出的光輸出。
例如，LED陣列10的列輸出紅、藍、綠和紫外光，以及其他的顏色，這些 顏色可被選擇來提高陣列發出光的質量。例如，當陣列發出白光時，其他的顏 色可以是琥珀色或黃色。
如圖2和圖3所示，為每列LED提供了第一光敏管傳感器16和第二光敏管傳感器18。每個光敏管傳感器與每列LED成對，形成LED—光敏管組，用標 號20表示。如果列14中的每顆LED相同，並有相似或相同的電流輸入，則每 個光敏管傳感器可有效測量在列中的每顆LED的輸出。
為了降低光敏管探測到的光量，不包括與該光敏管成對的LED發出的光， 每個LED-光敏管組20使用一個局部的屏風來屏蔽陣列中其它LED。
雖然多種屏風22在圖2和圖3中的例子中示出，除了使用屏風，也可用其 它結構的遮檔部件來替代。例如，LED-光敏管組20可被蓋住，或放置在相對於 陣列10中其它LED的凹陷處。顯然，LED—光敏管組屏蔽陣列中的其它LED 越完全，光敏管輸出所依賴的其所測量的LED的輸出就越準確。
除了在凹陷處設置LED—光敏管組，光敏管還可設有比其周圍的電路元件 更薄的底層，這樣光敏管位於比陣列中LED低的位置。這樣一來可降低光敏管 從陣列中該LED—光敏管組中LED以外的其他LED接收到的光量。
圖2a示出了圖2和圖3中的LED陣列IO的變形，用標號10'表示。除了 屏風的設置，陣列10'與陣列IO相同。陣列10'包括如陣列10中的局部的屏 風22。陣列10'還包括覆蓋每個光敏管16和18的其他屏風23。陣列10'提 供的遮擋比陣列10更寬。
在圖2和圖2a所示的屏風可以按照不同的方式來設置，這對技術人員來說 是顯然的。例如，屏風23可擴展為覆蓋與光敏管16和18連接的LED。雖然這 樣設置會進一步提高遮擋效果，但它也會降低陣列的有效功率輸出，這是因為 阻擋了與光敏管16和18連接的LED發出的光，從而使其無法用作陣列功率輸 出的一部分。
在上述圖2和圖3中描述的例子中，陣列的LED排列中各列中的LED完全 相同。但是，相同LED不必須排列成列，相同LED的放置還可以任何樣式排列 在陣列中。
進一步地，如圖2和圖3中所述，每組LED包括8顆LED，包括2個LED 一光敏管組，LED組排列成列。當然，每組LED的光敏管的數量可不同。如果要求提高準確性和確定性，可提高每組光敏管的數量。作為選擇，可減少每組
光敏管的數量。應注意的是，為每組LED提供的光敏管的數量不必相同。當然， 可能至少一些裝置是不帶LED—光敏管組的，適用於一些不用監測的LED組。 這樣，在本發明的一個方案中，LED陣列包括多組LED，在一組中的每顆 LED都是完全相同的。至少一些這樣的組包括一個或多個與光敏管連接的LED, 形成一個或多個LED —光敏管組；LED —光敏管組的輸出可表示為組中每顆 LED的輸出。為檢驗在特定組中的LED的相似度，在製作期間將增加一個校準
每個LED—光敏管組20構成用於控制陣列10的部分反饋電路。圖4是一 個模塊圖，用標號24表示，作為陣列10的控制電路。
電路24包括多個LED控制電路，每個控制電路提供給每組LED。為簡化， 電路24僅示出了三個LED控制電路，分別標記為26、 26' 、 26〃 。此外，主 控電路28提供每個LED控制電路的控制信號。
每個控制電路26、 26' 、 26"為在該組的LED提供控制信號。如上述，每 個光敏管測量一個LED的輸出，其可表示為組中每顆LED的輸出；測量結果發 送到相關的LED控制電路。相關控制單元中的算法將測量的亮度與一個期望值 比較。如果測量的亮度與期望值相匹配，則LED控制單元不起作用。如果測量 的亮度與期望值不相匹配，LED控制單元提高或降低反饋給LED的電流以達到 期望的輸出。
在本發明的一個方案中，反饋電路運行在周期性的標準上，在需要時，通 過進行調整以使電流提供給LED以確保LED的輸出保持恆定(或保持在需要的 期望標準上，該標準可以不是恆定的)。在本發明另一個方案中，當控制電路認 為需要監測時，可使反饋電路起作用。顯然地，監測步驟的時間間隔越短，LED 輸出越能準確達到期望值。進一步地，通過使用類似技術持續監測。當然，用 於本發明的控制算法對技術人員是顯而易見的；在此不再進一步給出詳細的可 能的控制算法。在本發明的一個特定方案中，使用溫度作為輸入來計算提供給LED的電流 的第一估計值。因不希望過度驅動LED或LED接通時有閃爍，這樣做是有用的。 LED效率當溫度降低時通常會提高，當LED的溫度低時，LED通常需要較低的 電流以輸出給定的亮度。與電流的輸入與測得的溫度相關聯可實現所需電流的 原始估計值接近於需要的電流實際值。 一旦LED輸出光，如需要，則可使用上 面所述的反饋機制來調整電流輸入，以此來通過上面所述的方式提供需要的輸 出。
如上所述，在本發明的一個方案中，每組LED包括至少一個LED—光敏管 組，每個LED—光敏管組部分被屏蔽被以阻止外界光對測量的影響。這樣的一 個系統使每組LED單獨的被監測和控制。這樣，例如，如果每組LED輸出光有 不同的波長，那麼在每個波長上的整體輸出可單獨的被監測和控制。
LED控制單元也可以執行算法，在該算法中，會將一段時間內的LED輸出 亮度綜合，來獲得給定時間內給定LED組的光能輸出(在實際使用中被稱為 "量")。綜合過程可採用連續讀取功率輸出的方式來進行，假設每次讀取之間 的功率輸出是恆定的，將每次讀取的功率與時間區間(該時間區間是恆定的) 相乘，再將實施綜合過程的這段時間區間內的結果相加。當然，技術人員能意 識到許多執行該步驟的方法，在此不再給出詳細描述。
LED控制單元可進行編程，以使受其控制的LED通過陣列輸出某些預先確 定的輸出確定值，通過LED陣列預先確定光的量。在這種方式中，使用光敏管 來監測光輸出，而不是作為一個控制功能，這樣LED光輸出的提高和降低用來 作為量計算的輸入。這是有用的，例如，在醫學治療中或固化樹脂或塗樹脂中， 輻射整量比功率的準確峰值重要。
在圖4的例子中，每個LED控制單元26、 26' 、 26"進一步由主控單元 28控制，主控單元28在LED被驅動期間控制每組LED釋放的光亮度，包括脈 衝算法，使每組LED的亮度變化，並可能在不同波長間轉換。主控單元28也 可決定特定LED控制電路何時檢測陣列中的一個或多個LED的輸出。在過程中使用的特定合成物或凝膠體有單獨的用量以達到它們的加工和變白。使用主控
單元28可給LED陣列更大的靈活性。
LED控制單元包括一個安全監視器，LED的輸出提高到超過預先確定的最 大容許值的級別時，輸入該LED的電流將降低(或關閉)，從而使校準依照最 大的功率值進行。
進一步地，LED控制單元獲得一個或多個溫度傳感器的數據，LED陣列每 部分的溫度超過一個最大容許值，輸入到一組或多組LED中的電源降低(或關 閉)。這樣會有用，例如，在牙科應用中，LED陣列要插入病人的口中，明顯地， 這樣一個LED陣列的溫度不希望達到病人感覺不適的值。
溫度傳感器可使用內置校準傳感器系統，以更精確地控制LED功率輸出， 並更快的校正到期望的功率級。
在LED的溫度依賴性很強的環境下，當散熱片溫度提高時，系統需要快速 提高電流給LED以保持持續的亮度。然而，當達到最大的LED輸入電流時，系 統可從校正電流轉換到監測光輸出，以能完成依賴整個用量(優於亮度)的應 用如醫學應用。其引入了更低耗系統的產生，這裡應用的溫度控制並非至關重 要，因為整個光的量被監測。
圖5示出了與本發明連接的光傳輸系統，用標號30表示。光傳輸系統30 包括具有上述組成的LED陣列10。
陣列10裝在銅頂殼32上，銅頂殼32裝在末端手指34的末端。末端手指 34適用於插入病人的口中。末端手指34可活動以允許陣列在一些位置操作。
末端手指連接熱管理系統36，熱管理系統36用於將LED陣列10的熱量移 到熱量可以安全散發的位置。熱管理系統可使用許多結構的一種，例如散熱片、 散熱管、蒸發冷卻系統、直接液體或氣體冷卻系統或這些的組合。技術人員能 運行上述系統中的任意一個，並意識到可用其他可使用的熱管理系統。因此， 這裡不再給出熱管理系統的詳細描述。
印刷電路板38包括控制電子元件，其通過熱管理系統36、末端手指34和銅頂殼32與陣列IO連接。印刷電路板同時連接電池40，並有可用的連接器42， 例如，提供可選擇的電源或使控制電子元件能遠程編程。
圖6示出了與上述光傳輸系統30類似的光傳輸系統，用標號30'表示。光 傳輸系統30'包括與上述系統30功能相同或類似的LED陣列10'、銅頂殼32 '、熱管理系統36'、印刷電路板38'、電池40'和連接器42'。銅頂殼32 '直接連接熱管理系統36'，省略了末端手指34。光導向裝置44'用來將光從 LED陣列10'中導出。
光傳輸系統30'適用於不在裝置末端設置LED陣列的環境，例如由於安全 考慮注意陣列形成熱的環境。
光導向器44'有許多結構。當然，可為特殊應用設置許多可互換的光導向 裝置。
在本發明的一個變形中，光陣列以口腔保護的形式來提供，使用中，為了 暴露大片區域到需要的光發光量，其被放置在病人的牙齒上。這樣的口腔保護 可用於上面所描述的固化、變白或抗菌應用。
本發明通常使用在醫學或牙科，但不限於此。例如，本發明的LED陣列可 用在許多照明應用中，包括但不限於娛樂照明、建築照明、汽車照明應用和如 交通信號燈的信號應用。
本發明在醫學和牙齒應用的範圍，被設計為對醫學專業人士適用，例如牙 科醫生、牙科衛生學者以及未經訓練的家庭個人。
應注意的是，雖然LED陣列包括所述8X8陣列的64顆LED，陣列可以是 任何大小。例如，使用LED陣列包括1600顆LED，被設為80X20的陣列，該 陣列包括20個光敏管。
圖7示出了圖2中LED陣列10的變形，用數字10〃表示。LED陣列10" 除了在每個LED—光敏管組20的LED與光敏管之間設有濾光器17外，其與陣 列10相同。濾光器允許預先定義的頻寬的光通過，這種光與對應LED輸出的 光波長相同。這種方式中，具有與LED-光敏管組的LED不同波長的環境光在到達光敏管前被減弱。圖7的設置在並非陣列所有LED輸出光均具有同樣波長 時特別有用。在這種方案中，與LED—光敏管組中LED輸出的光的波長不同的 光會對光敏管輸出的信號造成損害。圖7的設置在當LED—光敏管組的LED輸 出沒有發出光或發出低亮度光時也有用，在這種情況下，外界光到達光敏管會 嚴重影響光敏管的輸出。
圖7中，示出了濾光器作為離散電路元件設在LED—光敏管組的LED與光 敏管之間。這樣的設置並不是要點。例如，濾光器可以集成到光敏管的表面。
在上面圖2、圖2a和圖3中描述的例子中，LED陣列中的相同LED排列成 縱列。但是，相同的LED並非必須排列成縱列，相同的LED組可以在陣列中排 列成其它樣式。
圖8是與本發明的一個LED陣列的正面圖，用標號50表示。LED陣列包 括四組LED，每組包括四個LED。每組LED分布在陣列中。第一組LED包括 紅燈52a、 52b、 52c和52d。第二組LED包括綠燈54a、 54b、 54c和54d。第三 組LED包括藍燈56a、 56b、 56c和56d。第四組LED包括黃燈58a、 58b、 58c 和58d。陣列50進一步包括光敏管60、 62、 64、 66和分別與光敏管60、 62、 64、 66連接的濾光器61、 63、 65、 67。
陣列50中的每組LED包括一個LED—光敏管組。具體為，LED54a和光敏 管60、 LED52b和光敏管62、 LED56d和光敏管64、 LED58c和光敏管66分別 形成第一組、第二組、第三組和第四組LED—光敏管組。LED陣列50還包括在 LED—光敏管組的光敏管周圍的部分遮檔部件70。
在使用LED陣列50時，光敏管60、 62、 64、 66分別輸出代表綠、紅、藍 和黃光電平的信號。這些信號提供給控制器，控制器控制對LED組的電流輸入 以得到期望的光輸出。
在上述實施例中，光敏管與陣列中的LED設在陣列中LED的底層。這不是要點。 例如，提供與陣列一起使用的託架，光敏管裝在託架中。使用時，託架放置在 陣列頂層，這樣光敏管鄰近LED，監測LED的輸出。這樣可克服使用密封膠有氣泡陷入LED陣列的問題。在這樣一個設置中，包括光敏管和LED陣列的託架 粘貼在一起，提供一個組合的LED—探測器陣列。圖9示出了託架的設計，用 標號80表示，其包括多個由遮檔部件84隔離的光傳感器82。託架形成可供與 託架80—同使用的陣列中LED所發光線穿過的窗口 86。當然，當無需遮檔或 由與託架一同使用的LED陣列來提供遮擋時，遮檔部件84可有不同的結構， 也可完全省略。圖9僅示出了兩個光傳感器82，可以有更多的光傳感器，這些 光傳感器可以設置在圍繞託架的其它位置。
在一個實例應用中，本發明的LED陣列用於液晶顯示器(LCD)背光源。 例如，多組LED (例如紅、綠和藍燈)可設置成簇，為每個LED簇提供光學監 測。LED簇可分布在一個大的面板上以構成光面板。
在本發明的另一個應用中，LED陣列可與螢光粉一起使用，用於將陣列的 光輸出轉換為不同的波長。該應用可以包括濾光器以濾除所塗的螢光粉發出的 光，這樣LED陣列本身的光輸出可通過光傳感器監測。
權利要求
1、一種LED陣列，包括多個LED，一個或多個光傳感器和一個或多個濾光器，其特徵在於，所述一個或多個光傳感器與一個或多個所述LED連接，形成一個或多個LED-光傳感器組；每個LED-光傳感器組中的光傳感器用於測量其連接的LED的光輸出；所述一個或多個濾光器中的每一個連接所述LED-光傳感器組中的一個，用於減弱波長輸出不同於其所連接的LED-光傳感器組中LED所發光波長的光。
2、 根據權利要求1所述的LED陣列，其特徵在於，每個濾光器設於其連接 的光傳感器的表面上。
3、 一種LED陣列，包括多個LED和一個或多個光傳感器，其特徵在於， 所述一個或多個光傳感器連接一個或多個所述LED，形成一個或多個LED一光傳感器組；每個LED-光傳感器組中的光傳感器用於測量其連接的LED的光輸出； 一個或多個所述LED—光傳感器組至少部分對外界光屏蔽。
4、 根據權利要求3所述的LED陣列，其特徵在於，還包括一個或多個濾光 器，所述一個或多個濾光器中的每一個與所述LED—光傳感器組中的一個連接， 用於減弱波長輸出不同於其所連接的LED—光傳感器組中LED所發光波長的光。
5、 根據權利要求4所述的LED陣列，其特徵在於，每個濾光器設於其連接 的光傳感器的表面上。
6、 根據權利要求1或2所述的LED陣列，其特徵在於， 一個或多個所述LED 一光傳感器組至少部分對外界光屏蔽。
7、 根據權利要求3至6中任意一項所述的LED陣列，其特徵在於，還包括提 供所述屏蔽的一個或多個屏風。
8、 根據權利要求7所述的LED陣列，其特徵在於， 一個或多個所述屏風是局部的屏風。
9、 根據前面任意一項所述的LED陣列，其特徵在於，所述LED—光敏管組 中的至少一個設在相對於所述陣列剩餘部分的凹陷處。
10、 根據前面任意一項所述的LED陣列，其特徵在於，所述多種LED裝在 一個或多個底層的面上。
11、 根據權利要求10所述的LED陣列，其特徵在於，所述光傳感器與所述 多種LED裝在所述一個或多個底層的同一面上。
12、 根據權利要求1至10中任意一項所述的LED陣列，其特徵在於，還包括 用於部分蓋住所述LED陣列的託架，所述一個或多個光傳感器中的至少一個裝 在所述託架中。
13、 根據前面任意一項所述的LED陣列，其特徵在於，所述陣列還包括控 制電路，用於根據至少一個所述光傳感器的輸出控制至少一些所述LED的輸出 功率。
14、 根據前面任意一項所述的LED陣列，其特徵在於，所述LED包括一組 或多組LED。
15、 根據權利要求14所述的LED陣列，其特徵在於，每個LED組包括構成 部分LED _光傳感器組的至少一顆LED 。
16、 根據權利要求14或15所述的LED陣列，其特徵在於，在組中的每顆LED 是完全相同的。
17、 根據權利要求14至16中任意一項所述的LED陣列，其特徵在於，測量 數量少於組中所有LED數量的輸出，根據測量結果控制組中每顆LED的輸入。
18、 根據前面任意一項所述的LED陣列，其特徵在於， 一個或多個所述光 傳感器連接一個或多個積分器，使得可以確定一個或多個所述LED在一段時間 內的能量輸出。
19、 根據前面任意一項所述的LED陣列，其特徵在於，陣列中不同的LED 輸出的光具有不同的波長。
20、 一種光傳輸裝置，其特徵在於，包括權利要求1至19中任意一項所述的 LED陣列。
21、 根據權利要求20所述的裝置，其特徵在於，所述LED陣列設在可變形 的手指的末端。
22、 根據權利要求20或21所述的裝置，其特徵在於，所述LED陣列發出的 光通過光導向裝置傳輸。
23、 根據權利要求20至22中任意一項所述的裝置，其特徵在於，還包括用 於冷卻所述陣列中的LED的冷卻裝置。
24、 一種控制LED陣列的方法，其特徵在於，所述LED陣列包括多個LED、 與一個或多個所述LED連接的一個或多個光傳感器，以形成一個或多個LED—光 傳感器組，每個LED —光傳感器組中的光傳感器用於測量其連接的LED的光輸 出，所述方法包括根據所述一個或多個光傳感器的輸出控制至少一些LED輸出 功率的步驟。
25、 根據權利要求24所述的方法，其特徵在於，LED包括一個或多個組， 組中的每顆LED完全相同，所述方法進一步包括步驟測量組中數量少於LED 組中所有LED數量的LED輸出，根據測量結果控制組中每顆LED的輸入。
26、 根據權利要求24或25所述的方法，其特徵在於，還包括綜合一個或多 個所述光傳感器的輸出以提供一個或多個所述LED在給定時間內能量輸出輸出 指示的步驟。
27、 根據權利要求24至26中任意一項所述的方法，其特徵在於，還包括為 了減弱波長輸出不同於LED—光傳感器組的LED輸出波長的光，對到達光傳感器 的光進行濾光的步驟。
28、 根據權利要求24至27中任意一項所述的方法，其特徵在於，還包括對 一個或多個所述LED—光傳感器組至少部分地屏蔽外界光的步驟。
29、 根據權利要求24至28中任意一項所述的方法，其特徵在於，所述LED 陣列包括用於輸出與陣列中至少一些其它LED所輸出光波長不同的光的LED。
30、根據權利要求29所述的方法，其特審在於，還包括為使所述LED陣列 達到需要的顏色輸出來控制所述LED輸入的步驟。
全文摘要
本發明描述了一種LED陣列以及用於控制這種陣列的方法。該陣列包括一個或多個LED-光傳感器組，其中光傳感器測量相連LED的光輸出。在本發明的一些方案中，光傳感器帶有濾光器，用於減弱波長不同於與該光傳感器相連的LED所輸出光波長的光。在本發明的一些方案中，LED-光傳感器組至少部分的屏蔽於外界光。在本發明的一些方案中，提供了多個LED組，每個LED組輸出具有不同頻率的光，且每個LED組被控制用於提供所需的光輸出。
文檔編號H05B33/08GK101322438SQ200680045516
公開日2008年12月10日 申請日期2006年12月6日 優先權日2005年12月6日
發明者加雷思·彼得·埃文斯, 加雷思·瓊斯, 肯尼思·勃德 申請人:恩飛斯有限公司