具有補償旁路電路的固態發光裝置及其操作方法

2023-12-11 20:27:32 4

專利名稱：具有補償旁路電路的固態發光裝置及其操作方法
技術領域：
本發明的主題涉及發光裝置，並且更具體地涉及固態發光裝置。
背景技術：
·
固態發光器件用於大量的發光應用。例如，包括固態發光器件的陣列的固態發光面板已經被用作直接照明源，例如用作建築照明和/或重點照明中的直接照明源。固態發光器件可以例如包括含有ー個或多個發光二極體(LED)的封裝發光器件。無機LED —般包括形成p-n結的半導體層。包括有機發光層的有機LED (OLED)是另ー種類型的固態發光器件。一般地，固態發光器件通過發光層或發光區域中電子載流子(即，電子和空穴)的重新組合來產生光。光源的顯色指數(CRI)是光源產生的光精確地照亮大範圍的顏色的能力的客觀量度標準。顯色指數在從對於単色光源的基本為零到對於白熾光源的幾乎100之間的範圍內。基於螢光體的固態光源所產生的光可能具有相對低的顯色指數。通常理想的是，提供一種產生具有高顯色指數的白光的發光源，使得被發光面板照亮的物體和/或顯示屏可以看起來更自然。因此，為了提高CRI，可以向白光中添加紅光，例如通過向裝置增加發紅光螢光體和/或發紅光器件來向白光中添加紅光。其他的發光源可以包括紅色、藍色和綠色發光器件。當紅色、藍色和綠色發光器件被同時激勵時，取決於紅色、緑色和藍色光源的相對強度，產生的組合光可以看起來呈白色，或幾近白色。

發明內容
根據本發明的主題的ー些實施例的發光裝置包括至少ー個發光器件、以及旁路電路，該旁路電路構造成響應於溫度感測信號來易變地傳導所述至少ー個發光器件周圍的旁路電流。所述至少一個發光器件可以包括一串串聯連接的發光器件，並且旁路電路可以耦合於該串的第一節點和第二節點並且構造成響應於溫度感測信號來易變地傳導發光器件中的至少ー個發光器件周圍的旁路電流。在一些實施例中，旁路電路包括可變電阻電路和溫度補償電路，該可變電阻電路耦合於該串的第一節點和第二節點並且構造成響應於施加於控制節點的控制電壓來易變地傳導發光器件中的所述至少一個發光器件周圍的旁路電流，該溫度補償電路耦合於該控制節點並且構造成響應於溫度而改變控制電壓。
在進ー步實施例中，溫度補償電路包括含有至少ー個熱敏電阻的分壓器電路。例如，分壓器電路可以包括第一電阻器，其具有耦合於所述串的第一節點的第一端子和耦合於控制節點的第二端子；和第二電阻器，其具有耦合於所述串的第二節點的第一端子和耦合於控制節點的第二端子，其中第一電阻器和第二電阻器中的至少ー個包括熱敏電阻。在另外的實施例中，溫度補償電路耦合於所述串的節點，使得控制電壓響應於所述串中的電流而變化。例如，所述串可以包括與發光器件串聯地耦合的電流感測電阻器，溫度補償電路可以耦合於該電流感測電阻器的端子。進ー步的實施例提供了一種用於控制串聯連接的發光器件串的裝置。該裝置包、括可變電阻電路，其耦合於所述串的第一節點和第二節點並且構造成響應於施加於控制節點的控制電壓來易變地傳導發光器件中的所述至少一個發光器件周圍的旁路電流；以及溫度補償電路，其耦合於該控制節點並且構造成響應於溫度而改變控制電壓。本發明的主題的另外的實施例提供了一種發光裝置，其包括串聯連接的發光器件串、以及旁路電路，該旁路電路耦合於所述串的第一節點和第二節點並且構造成響應於所述串的總電流與所述串中的總電流成比例地來易變地傳導發光器件中的所述至少ー個發光器件周圍的旁路電流。所述串可以包括與發光器件串聯地耦合的電流感測電阻器，並且旁路電路可以耦合於該電流感測電阻器的端子。該旁路電路可以包括例如，可變電阻電路，該可變電阻電路耦合於所述第一節點和第二節點並且構造成響應於施加於可變電阻電路的控制節點的控制電壓來易變地傳導發光器件中的所述至少一個發光器件周圍的旁路電流；和旁路控制電路，該旁路控制電路構造成響應於總電流而改變控制電壓。在一些實施例中，可變電阻電路包括雙極結電晶體，其具有耦合於所述串的第一節點的集電極端子，並且其中控制節點包括雙極結電晶體的基極端子；和電阻器，該電阻器耦合在雙極結髮射器的發射極端子與所述串的第二節點之間。旁路控制電路可以包括分壓器電路，該分壓器電路耦合於所述串的第一節點和第二節點，並且耦合於可變電阻電路的控制節點。該分壓器電路可以包括第一電阻器，其具有耦合於所述串的第一節點的第一端子和耦合於控制節點的第二端子；以及第ニ電阻器，其具有耦合於所述串的第二節點的第一端子和耦合於控制節點的第二端子。一種用於控制串聯連接的發光器件串的裝置可以包括可變電阻電路，該可變電阻電路耦合於第一節點和第二節點並且構造成響應於施加於可變電阻電路的控制節點的控制電壓來易變地傳導發光器件中的所述至少一個發光器件周圍的旁路電流；以及旁路控制電路，該旁路控制電路構造成響應於通過所述串的總電流改變控制電壓。在本發明的主題的進一步的實施例中，一種發光裝置包括串聯連接的發光器件串和可變電阻電路，該可變電阻電路包括雙極結電晶體，其具有耦合於所述串的第一節點的集電極端子；和第一電阻器，其耦合在雙極結髮射器的發射極端子與所述串的第二節點之間。該裝置還包括旁路控制電路，該旁路控制電路包括第二電阻器，其具有耦合於所述串的第一節點的第一端子和耦合於雙極結電晶體的基極端子的第二端子；第三電阻器，其具有耦合於所述串的第二節點的第一端子；以及ニ極管，其具有耦合於第三電阻器的第二節點的第一端子和耦合於雙極結電晶體的基極端子的第二端子。該ニ極管可以熱耦合於雙極結電晶體。例如，電晶體可以是集成的互補電晶體對的第一電晶體，並且ニ極管可以是集成的互補電晶體對的第二電晶體的結。


所包括的提供對本發明的主題的進一歩理解並且結合在本申請中以及構成本申請的一部分的附圖示出了本發明的主題的某個或某些實施例。圖IA和IB示出了根據本發明的主題的ー些實施例的固態發光裝置。圖2示出了根據本發明的主題的ー些實施例的具有可控旁路電路的發光裝置。圖3和圖4示出了根據本發明的主題的ー些實施例的具有多個可控旁路電路的發光裝置。圖5示出了根據本發明的主題的ー些實施例的具有可控旁路電路和多個串構型的發光裝置。圖6示出了根據本發明的主題的ー些實施例的具有可控旁路電路的發光裝置的互連。圖7和圖8示出了根據本發明的主題的ー些實施例的具有用於選定色點設定的可控旁路電路的發光裝置。圖9示出了根據本發明的主題的ー些實施例的具有可變電阻旁路電路的發光裝置。圖10和圖11示出了根據本發明的主題的ー些實施例的具有脈衝寬度調製的旁路電路的發光裝置。圖12示出了根據本發明的主題的ー些實施例的具有脈衝寬度調製的旁路電路(其具有輔助ニ極管)的發光裝置。圖13示出了根據本發明的主題的ー些實施例的具有串供電的脈衝寬度調製的旁路電路(其具有輔助ニ極管)的發光裝置。圖14示出了根據本發明的主題的ー些實施例的具有電流感測脈衝寬度調製的旁路電路的發光裝置。圖15示出了根據本發明的主題的ー些實施例的具有多個脈衝寬度調製的旁路電路的發光裝置。圖16示出了根據本發明的主題的ー些實施例的具有並聯的脈衝寬度調製的旁路電路的發光裝置。圖17示出了根據本發明的主題的ー些實施例的用於具有脈衝寬度調製的旁路電路的發光裝置的多輸入PWM控制電路。圖18示出了根據本發明的主題的進一步實施例的包括具有通信能力的PWM控制器電路的發光裝置。圖19示出了根據本發明的主題的進一步實施例的包括響應於色度計工作的ー個或多個可控旁路電路的發光裝置。圖20示出了根據本發明的主題的進一步實施例的用於控制旁路電流產生期望的光色的操作。圖21示出了根據本發明的主題的ー些實施例的具有固定旁路電路和可控旁路電路的發光裝置。圖22示出了根據本發明的主題的ー些實施例的具有可變電阻旁路電路的發光裝、置。圖23示出了根據本發明的主題的進一步實施例的具有溫度補償可變電阻旁路電路的發光裝置。圖24示出了根據本發明的主題的ー些實施例的具有串電流補償可變電阻旁路電路的發光裝置。圖25示出了根據本發明的主題的另外實施例的具有串電流補償可變電阻旁路電路的發光裝置。圖26示出了根據本發明的主題的另外實施例的具有可配置串電流補償可變電阻旁路電路的發光裝置。
圖27至圖31示出了根據本發明的主題的進一步實施例的具有補償旁路電路的發
光裝置。
具體實施例方式現在將在下文中參照附圖更完整地描述本發明的主題的實施例，在附圖中示出了本發明的主題的實施例。然而，本發明的主題可以以很多不同的形式實施，並且不應理解為局限於本文所闡釋的實施例。相反，提供這些實施例是為了使本公開變得透徹而完整，井向本領域技術人員全面地傳達本發明的主題的範圍。在通篇中，相似的附圖標記指代相似的元件。將理解的是，儘管用語「第一」、「第二」等可以在本文中用來描述各種元件，但這些元件不應受這些用語限制。這些用語僅僅用來將ー個元件與另ー個元件進行區分。例如，第一元件可以稱為第二元件，並且類似地，第二元件可以稱為第一元件，這並不偏離本發明主題的範圍。如本文所使用的，用語「和/或」包括相關所列項目中的一個或多個的任何和所有組合。將理解的是，當諸如層、區域或襯底之類的元件被稱為「在另ー個元件上」或「延伸到另ー個元件上」時，該元件可以直接地位於或直接延伸到該另ー個元件上，或者也可以存在居間元件。相反，當元件被稱為「直接在另ー個元件上」或「直接延伸到另ー個元件上」吋，則不存在居間元件。還將理解的是，當元件被稱為「連接幹」或「耦合幹」另ー個元件吋，該元件可以直接連接或耦合於另ー個元件，或者可以存在居間元件。相反，當元件被稱為「直接連接幹」或「直接耦合幹」另ー個元件吋，則不存在居間元件。諸如「下方」或「上方」或「上面」或「下面」或「水平」或「豎直」之類的相對用語在本文可以用來描述如附圖中示出的ー個元件、層或區域與另ー個元件、層或區域的關係。將理解的是，除了附圖中描繪的定向之外，這些術語意在還包括器件的不同定向。本文使用的術語僅僅用於描述特定實施例的目的，並不意在限定本發明的主題。如本文所使用的，単數形式「一(a)」、「一(an)」、「該」意在也包括複數形式，除非上下文另有明確的說明。將進一歩理解的是，當在本文使用時，用語「包括(comprises)」^包括(comprising)」、"包含(includes)，，和/或「包含(including)」指定了所聲明的特徵、整體、步驟、操作、元件和/或部件的存在，但不排除ー個或多個其他特徵、整體、步驟、操作、元件、部件和/或其組群的存在或添加。除非另有限定，否則本文使用的所有術語(包括技術術語和科學術語)都具有與如本發明的主題所屬領域的普通技術人員所普遍理解的含義相同的含義。將進一歩理解的是，本文使用的術語應當理解為具有與其在本說明書的上下文中和相關領域中的含義相ー致的含義，不應以理想化或過於正式的意義上來理解，除非本文中明確地進行了這樣的限定。用語「多個」在本文中用來表示所指項目的兩個或更多個。參照圖IA和圖1B，示出了根據ー些實施例的發光裝置10。圖IA和圖IB示出的發光裝置10是「罐式」照明器材，其可以適於在一般的照明應用中用作筒燈或聚光燈。然而，將理解的是，根據ー些實施例的發光裝置可以具有不同的形狀係數。例如，根據ー些實施例的發光裝置可以具有常規的燈泡、面板燈或託盤燈、汽車前燈的形狀，或者具有任何其他合適的形式。發光裝置10 —般包括罐形外殼12,發光面板20布置在該外殼體12中。在圖IA和圖IB所示的實施例中，發光面板20具有大致圓形，以配合在柱形殼體12的內部之內。光 由固態發光器件(LED) 22,24產生，固態發光器件22、24安裝在發光面板20上並且設置成朝安裝在殼體12的端部處的擴散透鏡14發射光15。漫射光17穿過透鏡14發射。在ー些實施例中，透鏡14可以不漫射發射光15，而是可以以期望的近場或遠場模式重新引導和/或聚焦發射光15。仍然參照圖IA和圖1B，固態發光裝置10可以包括多個第一 LED 22和多個第二LED 24。在一些實施例中，所述多個第一 LED 22可以包括發白光器件或發近白光器件。所述多個第二 LED 24可以包括發射具有與第一 LED 22不同的主波長的光的發光器件，使得由第一 LED 22和第二 LED 24發射的組合光可以具有期望的顏色和/或光譜含量。例如，由多個第一 LED 22和多個第二 LED 24發射的組合光可以是具有高顯色指數的暖白色光。特定光源的色度可以稱為光源的「色點」。對於白光源，色度可以稱為光源的「白 點」。白光源的白點可以落在沿著對應於由加熱到給定溫度的黑體輻射體發射的光的顔色的色度點的軌跡。因此，白點可以由光源的相關色溫(CCT)標識，該相關色溫是加熱的黑體輻射體與光源的色調匹配時的溫度。白光一般具有在大約2500 K至8000 K之間的CCT。具有2500 K的CCT的白光具有微紅的顏色，具有4000 K的CCT的白光具有微黃的顏色，並且具有8000 K的CCT的白光的顏色為淺藍。「暖白色」通常指的是具有大約3000至3500 ° K之間的CCT的白光。特別地，暖白色光可以具有在光譜的紅色區域中的波長成分，並且可以對觀察者顯得微黃。白熾燈ー般是暖白色光。因此，提供暖白色光的固態發光器件能夠使被照明的物體具有更自然的顏色。因此，對於照明應用，理想的是提供暖白色光。如本文所使用的，白光指的是具有處於黑體軌跡的7步MacAdam橢圓內、或者落在ANSI C78-377標準內的色點的光。為了實現暖白色發射，常規的封裝LED包括與藍色LED組合的單組分橙色螢光體，或者與藍色LED組合的黃色/緑色和橙色/紅色螢光體的混合物。然而，使用單組分橙色螢光體可能由於微綠色色調和淺紅色色調的缺失而導致低CRI。另ー方面，紅色螢光體一般比黃色螢光體低效的多。因此，向黃色螢光體中添加紅色螢光體可能降低封裝的效率，這可能導致發光功效差。發光功效是提供給燈的能量轉化為光能的比例的量度標準。發光功效通過用燈的光通量(以流明為測量的)除以功耗(以瓦特為測量)來計算。暖白色光還能夠通過如在題為「發光器件和發光方法」的美國專利No. 7，213，940中描述的那樣將非白光與紅光組合而產生，該美國專利被轉讓給本發明的主題的受讓人，並且其公開內容在此通過參引的方式併入。如在該美國專利中所描述的，發光器件可以包括第一組固態發光器和第二組固態發光器，第一組固態發光器和第二組固態發光器分別發射具有在從430 nm到480 nm的範圍內的主波長的光和具有在從600 nm到630 nm的範圍內的主波長的光；和第一組突光體，其發射具有在從555 nm到585 nm的範圍內的主波長的光。由第一組發光器發射的離開發光器件的光與由第一組螢光體發射的離開發光器件的光的組合產生光的子混合，其具有在本文中稱為「藍移黃光」或「BSY」的1931 CIE色度圖上的限定區域內的x、y顔色坐標。這種非白光當與具有從600 nm到630 nm的主波長的光組合時，可以產生暖白色光。在根據ー些實施例的發光裝置的藍色和/或綠色LED可以是能夠從Cree公司(本發明的主題的受讓人)獲得的基於InGaN的藍色和/或緑色LED晶片。在發光裝置中使用 的紅色LED可以例如是能夠從Epistar、Osram和其他公司獲得的AlInGaP LED晶片。在一些實施例中，LED 22、24可以具有正方形或矩形外周，具有大約900 Mm或更大的邊緣長度(即，所謂的「電源晶片」)。然而，在其他實施例中，LED晶片22、24可以具有500 Mffl或更小的邊緣長度(即，所謂的「小晶片」)。特別地，小LED晶片可以以比電源晶片好的電轉換效率工作。例如，具有小於500微米以及小到260微米的最大邊緣尺寸的綠色LED晶片通常具有比900微米晶片高的電轉換效率，並且已知其一般產生55光通量/消耗電功率(流明/瓦)，以及高達90光通量/消耗電功率(流明/瓦)。發光裝置10中的LED 22可以包括白光/BSY發射LED，而發光裝置中的LED 24可以發射紅光。可替代地或者附加地，LED 22可以來自白色LED的一個色倉(color bin),LED 24可以來自白色LED的不同色倉。發光裝置10中的LED 22、24可以電氣互連成ー個或多個串聯的串，如將在下面描述的本發明主題的實施例中那樣。儘管示出了兩個不同類型的LED，但也可以使用其他數量的不同類型的LED。例如，可以使用紅、綠、藍(RGB) LED、RGB和青色、RGB和白色或者其他組合。為了簡化驅動器設計並提高效率，實施單個電流源以用於向串聯連接的一串LED供電的是有用的。這可能帶來顏色控制問題，因為所述串中的每個發光器一般接收相同量的電流。可以通過手動挑選在被給定電流驅動時足夠接近的LED的組合來實現期望的色點。然而，如果通過所述串的電流變化或LED的溫度變化，顏色也可能變化。本發明的主題的ー些實施例源自於以下認識通過選擇性地旁路具有至少兩個具有不同色點的LED的串中的某些LED周圍的電流，可以實現對構造成單個串的LED的組合光輸出的色點控制。如本文所使用的，LED具有不同的色點，如果它們來自不同顔色、峰值波長和/或主波長倉(wavelength bin)。LED可以是LED、突光體轉化的LED或其組合。如果通過LED的電流在不影響通過串中的其他LED的電流的情況下不能夠變化，則將LED構造成單個串。換句話說，通過串的任何給定分支的電流的流動可以被控制，但是流過串的電流總量是對於整個串建立的。因此，單個LED串可以包括被布置成串聯、成並聯和/或成串聯/並聯布置的LED。在一些實施例中，可以通過選擇性地旁路串的ー些部分周圍的電流以控制通過串的選定部分的電流而在單個串中提供色點控制和/或總流明輸出。在一些實施例中，旁路電路將電流從串的一部分抽出，以減少串的該部分的光輸出水平。旁路電路還可以向串的其他部分供給電流，從而使串的ー些部分電流減小並使串的其他部分電流増大。在旁路路徑中可以包括有LED。在一些實施例中，旁路電流分流電路可以在串中的兩個或更多個路徑之間切換電流。控制電路可以被在串或串的一部分的兩端的電壓偏壓或供電，因此可以提供獨立的顏色調整(tune) LED器件。圖2示出了根據本發明主題的ー些實施例的發光裝置200。該裝置包括一串串聯連接的發光器件，具體地，包括第一組210a和第二組210b的串210，第一組210a和第二組210b每ー個均包括至少ー個發光二極體(LED)。在所示實施例中，該裝置包括可控旁路電路220，可控旁路電路220構造成響應於控制輸入選擇性地旁路第一組210a周圍的電流IB，使得可以相對於由第二類型的至少ー個LED 210b提供的照明來控制由第一類型的第一組210a提供的照明量。控制輸入可以包括例如溫度、串電流、光輸入(例如，光輸出和/或環境光的測量結果)和/或用戶調節。可以根據多種不同的準則來限定第一組和第二組。例如，在下面描述的ー些實施例中，沿著圖2的旁路電路220的線路的可控旁路電路可被用來控制由串聯的串中的不同 色點的LED組提供的照明。在其他實施例中，LED組可以根據其他特性(如電流對照明特性)來限定。在一些實施例中，多個這種可控旁路電路可以用於多個組。例如，如圖3所示，根據本發明的主題的ー些實施例的發光裝置300可以包括串310，串310包括第一組LED310a和第二組LED 310b。相應的可控旁路電路320a、320b被設置用於相應的LED組。如圖4所示，發光裝置400可以包括具有三個LED組410a、410a、410c的串410，其中僅僅第一組410a和第二組410b具有相關聯的可控旁路電路420a、420b。在一些實施例中，在串內的不同組可以具有不同的構型。例如，在圖5所示的發光裝置500中，串510的第一組510a包括單串的LED，其中可控旁路電路520連接在組510a的兩端在其端子節點處。然而，串的第二組LED 510b可以包括兩個或更多個並聯連接的LED子串。根據進ー步的實施例，整個LED組可以被旁路，或者給定組內的個別LED可以被旁路。例如，在圖6所示的發光裝置600中，在包括第一組610a和第二組610b的串610中(其中第一組610a和第二組610b每個均包括單串的LED)，可控旁路電路620可以連接於在第ー組610a中的內部節點處。如上所述，在本發明主題的ー些實施例中，可以以多種不同的方式來限定LED組。例如，如圖7所示，發光裝置700可以包括串710，串710包括第一色點組710a和第二色點組710b。如圖所示,例如,第一色點組710a可以包括落在通常為BSY的色點組內的ー個或多個LED,而第二色點組710b可以包括落在通常為紅色的色點組內的ー個或多個LED。將認識到的是，在色點組710a、710b中的給定的ー組內的LED可以不具有相同的色點特性，相反可以落在給定的色點範圍內，使得該組群作為整體提供通常為BSY、紅色或某種其他顔色的聚合色點(aggregate color point)。如圖7中進ー步所示，可控旁路電路720構造成以可控的方式旁路第一色點組710a周圍的電流。調節第一色點組710a周圍旁路的電流的量可以保證對由第一色點組710a相對於第二色點組710b提供的照明量的控制，使得串710的聚合色點可以被控制。本發明的主題的ー些實施例可以具有多種構型，其中獨立於負載的電流(或者轉化為電流的獨立於負載的電壓)被提供給LED串。術語「獨立於負載的電流」在本文中用來指代這樣的電流源其在存在負載變化的情況下(在負載變化的至少一定範圍內，電流被提供給負載)提供基本恆定的電流。如果電流基本上不改變LED串的操作，則認為電流是恆定的。LED串的操作的相當大的變化可以包括能夠被用戶檢測的光輸出的變化。因此，電流的一定變化被認為處於術語「獨立於負載的電流」的範圍內。然而，獨立於負載的電流可以是響應於用戶輸入或其他控制電路的可變電流。例如，獨立於負載的電流可以被變化以控制LED串的總的光輸出，從而提供變暗，用於流明維持，或者設定LED串的初始流明輸出。在圖7的所示實施例中，旁路電路720與LED串710的BSY色點組710a並聯連接，以控制經過BSY色點組710a的電流的量。特別地，串電流I是經過串710的BSY部分710a的電流的量與經過旁路電路720的電流Ib的量的總和。通過增加IB，經過BSY色點組710a的電流的量被減小。類似地，通過減小穿過旁路電路720的電流Ib，經過BSY色點組710a的電流被増大。然而，由於旁路電路720僅僅並聯於BSY色點組710a，所以經過紅色色點組710b的電流保持總的串電流I。因此，由BSY色點組710a提供的對總的光輸出的貢獻與由 紅色色點組710b提供的對總的光輸出的貢獻之比可以被控制。如圖8所示，在根據ー些實施例的發光裝置800中，串可以包括第一 BSY色點組810a和第二 BSY色點組810b連同紅色色點組810c。可控旁路電路820僅與第一 BSY色點組810a並行地設置。在其他實施例中，可以使用多於ー個的可控旁路電路，例如第一 BSY色點組群810a和第二 BSY色點組群810b各有ー個可控旁路電路。這種構型可以便於沿第一 BSY色點組810a的色點與第二 BSY色點組810b的色點之間的連接線移動LED串810的組合光輸出的色點。這可以便於對串810的色點的進ー步控制。在進ー步的實施例中，也可以為紅色色點組810c設置可控旁路電路。理想的是，由可控旁路電路轉向的電流的量儘可能地少，因為流經旁路電路的電流可能不在發光，並因此可能降低總的系統功效。因此，串中的LED可以被預先選擇為提供相對接近期望色點的色點，使得當利用旁路電路對最終的色點進行微調時，旁路電路僅需旁路相對少量的電流。另外，與串中的對總系統功效具有較少限制的那些LED並行地布置旁路電路可能是有益的，這些LED可以是具有每瓦特的輸入功率的最高流明輸出的那些LED。例如，在圖7和圖8的所示實施例中，紅色LED可能對總的系統功效具有特別的限制，因此，ー個或多個旁路電路僅僅與LED串的BSY部分並聯地布置可能是理想的。可以在製造時設定旁路電流的量，以在將獨立於負載的電流施加於LED串時將LED串調整到指定的色點。設定旁路電流的機制可以取決於旁路電路的特定構型。例如，在旁路電路是可變電阻電路(例如，包括使用雙極電晶體或其他電晶體作為可變電阻的電路)的實施例中，可以通過選擇或修整偏壓電阻來設定旁路電流的量。在進ー步的實施例中，旁路電流的量可以根據可設定的基準電壓(例如，由齊納擊穿短路(zener zapping)設定的基準電壓)，根據存儲的數字值(如存儲在寄存器或其他存儲器件中的值)和/或通過感測和/或反饋機制來調節。通過提供根據單個串中的獨立於負載的電流源來操作的可調整LED模塊，用於固態發光器件的電源還可以較不複雜。可控旁路電路的使用可以允許使用來自製造商的LED色點和/或亮度倉(bin)範圍的較大範圍的LED，因為旁路電路提供的控制可以用來補償色點和/或亮度變化。本發明的主題的ー些實施例可以提供可以例如作為可更換模塊容易地結合到發光器件中的LED發光裝置，而不需要關於如何控制經過各種顔色的LED的電流以提供期望的色點的詳細知識。例如，本發明的主題的ー些實施例可以提供含有不同色點LED但是可以在如同所有LED是單色LED或者甚至是單個LED的應用中使用的發光模塊。另外，由於這種LED模塊可以在製造時被調整，所以可以從具有不同色點和/或亮度的多種LED中實現期望的色點和/或亮度(例如，總的流明輸出)。因此，來自製造分配的較大範圍的LED可以用來形成比可以單獨通過LED製造エ藝實現的色點更理想的色點。本文參照作為BSY和紅色的不同色點LED描述了本發明的主題的示例，然而，本發明的主題可以與不同色點LED的其他組合一起使用。例如，可以使用，諸如在2008年10月9日提交的序列號為12/248，220、名為「發光器件和製造方法」的美國專利申請(律師案件號931-040)中描述的具有補充顏色的BSY和紅色。其他可能的顏色組合包括但不限於紅、綠、藍LED和紅、綠、藍和白LED以及不同顏色溫度的白色LED。另外，參照白光的產生描述了本發明的主題的ー些實施例，但是根據本發明的主題的ー些實施例，可以提供具有不同
聚合色點的光。儘管已經參照具有不同顔色特性的LED組描述了本發明的主題的實施例，但可控旁路電路也可以用來補償LED特性的變化，例如亮度或溫度特性的變化。例如，可以通過旁路來自高亮度倉的ー個或多個LED來設定裝置的總亮度。作為補充或替代，可控旁路電路可以用於控制單串LED的色點和/或亮度的其他方面。例如，可控旁路電路可以用來為輸出隨溫度變化的LED提供熱補償。例如，可以在線性旁路電路中結合熱敏電阻，以隨溫度增加或減少經過旁路的LED的電流。在具體實施例中，當LED已經達到穩定狀態操作溫度時，電流控制器會轉向極少的電流或者不轉向電流，使得在熱平衡時，旁路電路將消耗相對較少量的功率以維持總系統效率。在其他實施例中可以使用利用其他熱測量/控制裝置的其他溫度補償技木。例如，可以使用熱電耦來直接在溫度感測位置進行測量，並且該溫度信息被用來控制旁路電流的量。還可以使用其他技術，如利用電晶體的熱屬性的技木。根據本發明的主題的進一歩的方面，可以使用旁路電路以在穿過LED串的電流存在變化的情況下(例如源自於調光器(dimmer)或其他控制的電流變化)維持預定色點。例如，很多螢光體轉化的LED可以在經過它們的電流減小時改變顔色。可以使用旁路電路以在總電流減小時改變經過這些LED或經過串中的其他LED的電流，以保持LED串的色點。對輸入電流水平的變化的這種補償可以例如在線性變暗應用中是有益的，其中經過串的電流被減小，以使串的輸出變暗。在進ー步的實施例中，經過選定的LED組的電流可以變化，以改變ELD串的色點。例如，當總電流減小時，經過紅色串的電流可以増大，以使光輸出在變暗時看起來較暖。根據本發明的主題的ー些實施例的旁路電路還可以用來提供流明降低補償或補償LED的倉的初始亮度的變化。當長時期地(數千小吋)使用一般的螢光體轉化的LED時，其對於給定電流的流明輸出可能減小。為了補償這種流明降低，旁路電路可以感測光輸出的量、操作持續時間和溫度或指示潛在的或測得的流明降低的其他特性並且控制旁路電流，以增大經過受影響的LED的電流和/或傳送經過另外的LED的電流，以維持相對恆定的流明輸出。可以例如基於在LED串中使用的LED的類型和/或色點來採取在傳送電流時的不同動作。在包括具有不同色點的LED的LED串中，不同的LED輸出光時的電流水平可能例如由於不同的材料特性或電路構型而不同。例如，參照圖7，BSY色點組710a可以包括在與紅色色點組710b中的LED不同的電流下輸出光的LED。因此，當經過串710的電流減小吋，紅色色點組710b中的LED可以比BSY色點組710a中的LED關閉的更快。這能夠導致例如當變暗時LED串710的光輸出的顏色的不期望的變動。旁路電路720可以用來在總的串電流I落到紅色色點組710b的LED基本停止光輸出時的水平時旁路BSY色點組710a周圍的電流。類似地，如果不同的LED的輸出隨著不同的串電流I而不同，那麼旁路電路720可以用來增大和/或減小經過LED的電流，使得不同LED的光輸出以與電流相同的比例而調節。通過這種方式，單個串710可以像具有串中的LED的組合輸出的色點的單個LED —樣起作用。本發明的主題的進一步實施例提供可以用作獨立模塊的發光裝置，該獨立模塊能夠連接於相對標準的電源並且如同其中的LED串是單個部件ー樣地工作。這種模塊中的旁路電路可以是自供電的，例如被偏壓或以其他方式由與LED串相同的電源供電 。這種自供電旁路電路還可以構造成在無需接地的情況下操作，從而允許模塊以並聯或串聯陣列互連，以提供不同的流明輸出。例如，兩個模塊可以串聯連接，以提供兩倍的流明輸出，因為串聯的兩個模塊會表現為單個LED串。旁路電路還可以響應於各種控制輸入，單獨地或組合地，被控制。在一些實施例中，響應於與LED串相關聯的不同參數的分開的旁路電路可以並聯，以提供多個調節功能。例如，在包括沿前面參照圖7和圖8描述的線的BSY和紅色LED的串中，通過減小經過BSYLED的電流而實現的紅色LED的溫度補償可以與經過BSY LED的電流的調整輸入控制(其設定用於串的期望額定色點)相組合。可以例如通過將響應於外部輸入設定色點的旁路電路與補償溫度的旁路電路並聯連接來實現這種組合控制。本發明的主題的ー些實施例提供包括利用一個或多個旁路電路的色點和/或總流明輸出調節的製造方法。利用旁路電路提供的調節能力，色點和/或亮度倉LED的不同組合能夠用來實現相同的最終色點和/或總流明輸出，這能夠増加製造的靈活性並提高LED產率。還可以簡化電源和控制系統的設計。如上所述，可以使用各種類型的旁路電路來提供具有顏色控制的單串LED。圖9示出了根據本發明的主題的ー些實施例的發光裝置900。裝置900包括LED串910，其包括第一組910a和第二組910b ;和旁路電路920，其可以用來設定用於LED串910的色點。第ー組910a和第二組910b可以例如對應於BSY和紅色色點組群。所示的LED的數量用於圖示的目的，並且每個組910a、910b中的LED的數量可以根據諸如期望總流明輸出、所使用的特定LED、LED的倉化(binning)結構和/或輸入電壓/電流之類的因素而變化。在圖9中，電壓源提供恆定的輸入電壓Vin。通過使用限流電阻器Rm將恆定電壓Vin調節到恆定電流I。換句話說，如果Vin恆定，則LED串910兩端的電壓由串910的LED的正向電壓設定，因此，電阻器兩端的電壓將基本恆定，並且經過串910的電流I根據歐姆定律也將基本恆定。因此，可以通過電阻器Rmi針對發光裝置900設定總電流並因此設定流明輸出。可以通過基於發光裝置900中的各個LED的特性選擇電阻器Rm的值來針對流明輸出單獨地調整每個發光裝置900。經過LED的第一組910a的電流I1和經過旁路電路920的電流Ib加起來以提供總電流I :
I- Ιι+ΙΒ。因此，旁路電流Ib的變化將導致經過LED的第一組910a的電流I1的相反變化。可替代地，可以使用恆定電流源並且可以取消Rm，同時使用相同的控制策略。仍然參照圖9，旁路電路920包括電晶體Q、電阻器も、R2和R3。電阻器R2可以例如是熱敏電阻，該熱敏電阻可以提供具有提供熱補償的能力的旁路電路920。如果不期望熱補償，則電阻器R2可以是固定電阻器。只要電流流過LED的串910 (即，Vin大於串910中的LED的正向電壓之和)，則旁路電路920的端子兩端的電壓Vb將固定在LED的第一組910a的LED的正向電壓之和。假設
權利要求
1.一種發光裝置，包括 至少一個發光器件；和 旁路電路，所述旁路電路構造成響應於溫度感測信號來易變地傳導所述至少一個發光器件周圍的芳路電流。
2.根據權利要求I所述的裝置，其中，所述至少一個發光器件包括串聯連接的發光器件串；並且 其中，所述旁路電路耦合於所述串的第一節點和第二節點，並且構造成響應於所述溫度感測信號來易變地傳導所述發光器件中的至少一個發光器件的周圍的旁路電流。
3.根據權利要求2所述的裝置，其中，所述旁路電路包括 可變電阻電路，所述可變電阻電路耦合於所述串的第一節點和第二節點，並且構造成響應於施加於控制節點的控制電壓來易變地傳導所述發光器件中的至少一個發光器件的周圍的芳路電流；並且 溫度補償電路，所述溫度補償電路耦合於所述控制節點並且構造成響應於溫度改變所述控制電壓。
4.根據權利要求3所述的裝置，其中，所述溫度補償電路包括分壓器電路，所述分壓器電路包括至少一個熱敏電阻。
5.根據權利要求4所述的裝置，其中，所述分壓器電路包括 第一電阻器，所述第一電阻器具有耦合於所述串的第一節點的第一端子和耦合於所述控制節點的第二端子；和 第二電阻器，所述第二電阻器具有耦合於所述串的第二節點的第一端子和耦合於所述控制節點的第二端子； 其中所述第一電阻器和所述第二電阻器中的至少一個包括熱敏電阻。
6.根據權利要求5所述的裝置，其中，所述第一電阻器包括第一熱敏電阻並且所述第二電阻器包括第二熱敏電阻。
7.根據權利要求3所述的裝置，其中，所述溫度補償電路耦合於所述串的節點，使得所述控制電壓響應於所述串中的電流而變化。
8.根據權利要求7所述的裝置，其中，所述串還包括與所述發光器件串聯耦合的電流感測電阻器，並且其中所述溫度補償電路耦合於所述電流感測電阻器的端子。
9.根據權利要求3所述的裝置，其中，所述可變電阻電路包括雙極結電晶體，並且其中所述控制節點包括所述雙極結電晶體的基極端子。
10.一種用於控制串聯連接的發光器件串的裝置，所述裝置包括 可變電阻電路，所述可變電阻電路耦合於所述串的第一節點和第二節點，並且構造成響應於施加於控制節點的控制電壓來易變地傳導所述發光器件中的至少一個發光器件的周圍的芳路電流；以及 溫度補償電路，所述溫度補償電路耦合於所述控制節點並且構造成響應於溫度改變所述控制電壓。
11.根據權利要求10所述的裝置，其中，所述溫度補償電路包括分壓器電路，所述分壓器電路包括至少一個熱敏電阻。
12.根據權利要求11所述的裝置，其中，所述分壓器電路包括第一電阻器，所述第一電阻器具有耦合於所述串的第一節點的第一端子和耦合於所述控制節點的第二端子；和 第二電阻器，所述第二電阻器具有耦合於所述串的第二節點的第一端子和耦合於所述控制節點的第二端子； 其中所述第一電阻器和所述第二電阻器中的至少一個包括熱敏電阻。
13.一種發光裝置，包括 串聯連接的發光器件串；和 旁路電路，所述旁路電路耦合於所述串的第一節點和第二節點並且構造成響應於所述串的總電流與所述串的總電流成比例地易變地傳導所述發光器件中的至少一個發光器件的周圍的旁路電流。
14.根據權利要求13所述的裝置，其中，所述串還包括與所述發光器件串聯地耦合的電流感測電阻器，並且其中所述旁路電路耦合於所述電流感測電阻器的端子。
15.根據權利要求13所述的裝置，其中，所述旁路電路包括 可變電阻電路，所述可變電阻電路耦合於所述第一節點和所述第二節點，並且構造成響應於施加於所述可變電阻電路的控制節點的控制電壓來易變地傳導所述發光器件中的至少一個發光器件的周圍的旁路電流；和 旁路控制電路，所述旁路控制電路構造成響應於所述總電流而改變所述控制電壓。
16.根據權利要求15所述的裝置，其中，所述可變電阻電路包括 雙極結電晶體，所述雙極結電晶體具有耦合於所述串的第一節點的集電極端子，並且其中所述控制節點包括所述雙極結電晶體的基極端子；和 電阻器，所述電阻器耦合在雙極結髮射器的發射極端子與所述串的第二節點之間。
17.根據權利要求15所述的裝置，其中，所述旁路控制電路包括分壓器電路，所述分壓器電路耦合於所述串的第一節點和第二節點，並且耦合於所述可變電阻電路的所述控制節點。
18.根據權利要求17所述的裝置，其中，所述分壓器電路包括 第一電阻器，所述第一電阻器具有耦合於所述串的第一節點的第一端子和耦合於所述控制節點的第二端子；以及 第二電阻器，所述第二電阻器具有耦合於所述串的第二節點的第一端子和耦合於所述控制節點的第二端子。
19.根據權利要求18所述的裝置，其中，所述串還包括與所述發光器件串聯耦合的電流感測電阻器，並且其中所述第二電阻器耦合於所述電流感測電阻器的端子。
20.根據權利要求18所述的裝置，其中，所述第一電阻器和所述第二電阻器中的至少一個包括熱敏電阻。
21.根據權利要求18所述的裝置， 其中，所述可變電阻電路包括 雙極結電晶體，所述雙極結電晶體具有耦合於所述串的第一節點的集電極端子，其中所述控制節點包括所述雙極結電晶體的基極端子；和 第三電阻器，所述第三電阻器耦合在所述雙極結髮射器的發射極端子與所述串的第二節點之間；並且其中，所述第二電阻器具有耦合於所述串的第二節點的第一端子。
22.一種用於控制串聯連接的發光器件串的裝置，所述裝置包括 可變電阻電路，所述可變電阻電路耦合於第一節點和第二節點，並且構造成響應於施加於所述可變電阻電路的控制節點的控制電壓來易變地傳導所述發光器件中的至少一個發光器件的周圍的旁路電流；以及 旁路控制電路，所述旁路控制電路構造成響應於經過所述串的總電流而改變所述控制電壓。
23.根據權利要求22所述的裝置，其中，所述可變電阻電路包括 雙極結電晶體，所述雙極結電晶體具有耦合於所述串的第一節點的集電極端子，並且其中所述控制節點包括所述雙極結電晶體的基極端子；和 電阻器，所述電阻器耦合在雙極結髮射器的發射極端子與所述串的第二節點之間。
24.根據權利要求22所述的裝置，其中，所述旁路控制電路包括分壓器電路，所述分壓器電路耦合於所述串的第一節點和第二節點，並且耦合於所述可變電阻電路的所述控制節點。
25.根據權利要求22所述的裝置，其中，所述旁路控制電路構造成耦合於與所述發光器件串聯耦合的電流感測電阻器的端子。
26.—種發光裝置,包括 串聯連接的發光器件串； 可變電阻電路，包括雙極結電晶體，所述雙極結電晶體具有耦合於所述串的第一節點的集電極端子；和第一電阻器，所述第一電阻器耦合在雙極結髮射器的發射極端子與所述串的第二節點之間；以及 芳路控制電路，包括 第二電阻器，所述第二電阻器具有耦合於所述串的第一節點的第一端子和耦合於所述雙極結電晶體的基極端子的第二端子； 第三電阻器，所述第三電阻器具有耦合於所述串的第二節點的第一端子；和二極體，所述二極體具有耦合於所述第三電阻器的第二節點的第一端子和耦合於所述雙極結電晶體的基極端子的第二端子。
27.根據權利要求26所述的裝置，其中，所述二極體熱耦合於所述雙極結電晶體。
28.根據權利要求27所述的裝置，其中，所述電晶體是集成的互補電晶體對中的第一電晶體，並且其中所述二極體是所述集成的互補電晶體對中的第二電晶體的結。
29.一種發光裝置，包括 串聯連接的發光器件串；和 旁路裝置，所述旁路裝置用於控制所述串聯連接的發光器件串的色點、流明輸出、溫度響應和/或電流響應中的至少一個。
全文摘要
一種發光裝置，包括串聯連接的發光器件串和旁路電路，該旁路電路耦合於所述串的第一節點和第二節點並且構造成響應於所述串的溫度和/或總電流來易變地傳導所述發光器件中的至少一個發光器件的周圍的旁路電流。在一些實施例中，旁路電路包括可變電阻電路，該可變電阻電路耦合於所述串的所述第一節點和所述第二節點，並且構造成響應於施加於控制節點的控制電壓來易變地傳導所述發光器件中的至少一個發光器件的周圍的旁路電流；和補償電路，該補償電路耦合於控制節點並且構造成響應於溫度和/或總的串電流改變控制電壓。
文檔編號H05B41/00GK102668718SQ201080053242
公開日2012年9月12日 申請日期2010年9月13日 優先權日2009年9月24日
發明者A.P.範德文, G.H.內格利, J.P.喬波, M.J.哈裡斯, P.K.皮卡德, T.吉文 申請人:克裡公司