專(zhuān)利名稱(chēng)：用于控制led光源光輸出的控制系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于控制LED光源光輸出的控制系統(tǒng)，該LED光源包括 由至少一個(gè)LED組成的單色LED組。 本發(fā)明還涉及一種光電探測(cè)，。
背景技術(shù)：
具有彩色發(fā)光二極管(LEDs)陣列的光源，也稱(chēng)之為RGB LED光源，其 發(fā)出不同顏色的光，對(duì)這些光進(jìn)行適當(dāng)?shù)亟M合可以產(chǎn)生白光。有些申請(qǐng)還ite 由RGB組合產(chǎn)生的其它顏色，在其它申請(qǐng)中釆用了單色光源。RGB LED光源 被應(yīng)用于，例如LCD背光，商業(yè)冷凍機(jī)照明以及白光照明。借助于基于LED的光源的照明存在困難，因?yàn)閱蝹€(gè)LED的光學(xué)特性隨溫 度、正向電流以及老化而改變。另外，必須相同的單個(gè)LEDs的特性也會(huì)發(fā)生 變化，更具體地，對(duì)于相同的LED生產(chǎn)工藝來(lái)說(shuō)，不同批次以及不同制造商之 間LED的特性相差也很大。因此，如果沒(méi)有合適的光輸出控制系統(tǒng)，則LED 光源發(fā)出的光的質(zhì)量會(huì)相差很大，也無(wú)法得至嗍望的顏色和需要的光強(qiáng)度。US6630801公開(kāi)了一種LED光源，其包括紅、綠和藍(lán)LED光源，各個(gè)紅、 綠和藍(lán)光源由通過(guò)3te驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行驅(qū)動(dòng)的多個(gè)LED組成。由* LED光源發(fā) 出的光分別由過(guò)濾的(fiiterd)光電二極管和非過(guò)濾的(unfilterd)光電二極管進(jìn) 行檢測(cè)。響應(yīng)信號(hào)與每個(gè)LED光源的色度坐標(biāo)相關(guān)。根據(jù)針LED光源的色 度坐標(biāo)與期望的混色光的相應(yīng)坐標(biāo)之間的差異調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)各個(gè)LED光源的正向電 流。雖然能在一定，號(hào)掘變化的LED光源的LED特性進(jìn)行補(bǔ)償，但該方法 不能把光譜移動(dòng)、光譜展寬及強(qiáng)度變化區(qū)別開(kāi)來(lái)。已經(jīng)想到解決這個(gè)問(wèn)題的改進(jìn)的方法。這些方法使用窄帶濾光器，優(yōu)選干 涉濾光器，例如法布里-帕羅標(biāo)準(zhǔn)器。然而，當(dāng)針對(duì)實(shí)質(zhì)上5爐的解決方案形成 基本原理時(shí)，在j頓發(fā)散光源如LED照射濾光器時(shí)，這種濾光器的響應(yīng)的光譜展寬是不合要求的
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個(gè)目的是提供克月U^干涉濾光器缺陷的控制系統(tǒng)。根據(jù)本發(fā)明，可以i!31如權(quán)利要求l所限定的控制系,到Jd逸目的。 根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供用來(lái)控制LED光源光輸出的控制系統(tǒng)，該 LED光源包括由至少一個(gè)LED組成的單色LED組。該控制系統(tǒng)包括 -設(shè)置成接收從LED組劃寸的光的光譜濾光器；-與所述濾光器光學(xué)連接的光電探測(cè)器，該光電探測(cè)器設(shè)置成探測(cè)ffi)l所述 濾光器的經(jīng)過(guò)光譜濾光的光，并產(chǎn)生響應(yīng)信號(hào)；-與所述光電探測(cè)器相連的控制裝置，該控制裝置設(shè)置成至少部分地基于所 述響應(yīng)信號(hào)控制所述LED組的光輸出；以及-入射角限制體，該裝置設(shè)置卿蹄岫所述濾光驗(yàn)收的LED的光的入射角。干涉濾光器的響應(yīng)或者透明度取決于所接收光的入射角。這意味著對(duì)于濾 光器上不同的入射角，透過(guò)不同的波長(zhǎng)。通過(guò)適當(dāng)?shù)叵拗迫肷浣牵?jīng)過(guò)濾波的 光的光譜可以保持如期望的那么窄。應(yīng)當(dāng)注意的是，本發(fā)明并不限于干涉濾光 器，而是育,^ffi招可類(lèi)型的濾光器。然而，根據(jù)如權(quán)利要求2和3限定的本 發(fā)明實(shí)施例，優(yōu)選窄帶，的并特別是干涉濾光器，這是因?yàn)樵谶@些濾光器中， 變窄的效果是有益的。但其它類(lèi)型的濾光器也是有用的，比如聲光調(diào)諧濾光器[參 見(jiàn):E.GBucher & J.W.Camah叫應(yīng)用光譜學(xué)巻.53，603(1999)]，諧振光柵濾光器[參 見(jiàn)F.Lemarchan4光學(xué)快瓶巻.23,1149(1998)]以及基于晶體的光子濾光器[參 見(jiàn)WNakagawa^光學(xué)決瓶巻27,191(2002)]。還應(yīng)當(dāng)注意的是權(quán)利要求1的范圍包括一個(gè)或多個(gè)LED組以及一個(gè)或多個(gè) 濾光器，該一個(gè)或多個(gè)LED組提供對(duì)巾顏色或多種顏色。當(dāng)4頓多個(gè)濾光器時(shí)， 為旨濾光，供透明部分。根據(jù)權(quán)利要求4所限定的控制系統(tǒng)的實(shí)施例，提供具有與濾光器對(duì)準(zhǔn)的透 明部分的吸收層。僅僅是由于與透明部分相鄰的層的吸收特性，或者主要是由 于這個(gè)原因，光線具有足夠小的入射角以直接地穿過(guò)透明部分到達(dá)濾光器。避免了大角度光線通過(guò)在圍繞透明部分周?chē)谋谏系姆瓷鋋x濾光器。根據(jù)權(quán)利要求7所限定的控制系統(tǒng)的實(shí)施例，構(gòu)建層結(jié)構(gòu)，其中光電探測(cè) 器、濾光器和入射角限偉lj^皮此堆疊。


本發(fā)明的這些和其它方面、特征以及優(yōu)點(diǎn)參照下述實(shí)施例將變得顯而易見(jiàn) 并將被闡述。 在圖中，圖1為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的具有控制系統(tǒng)的LED光源的示意性方框亂 圖2示意性;t條示了一個(gè)光譜亂該光譜圖說(shuō)明了可以出現(xiàn)在圖1的LED 光源中的光譜瞎況(spectral situation);圖3為圖1控制系統(tǒng)的一部分的示意性透視亂 圖4為圖3所示部分的橫截面示意圖； 圖5為法布里-帕羅標(biāo)準(zhǔn)器濾光層的示意圖；以及 圖6為濾光層響應(yīng)的示意圖。
具體實(shí)施方式
圖1 ^了作為一個(gè)應(yīng)用實(shí)例的RGB LED光源1 ，其包含根據(jù)本發(fā)明的控 制系統(tǒng)的實(shí)施例?？刂葡到y(tǒng)設(shè)置成控制光源l的輸出并集成在控制光源l中。 從簡(jiǎn)起見(jiàn)，示出了具有極少量元件的基本結(jié)構(gòu)。這樣，光源1具有一個(gè)紅色、 一個(gè)綠色和一個(gè)藍(lán)色LED組，或者LED光源，24。每組24由一個(gè)LED組成， 并由驅(qū)動(dòng)裝置8的各自的驅(qū)動(dòng)器5-7驅(qū)動(dòng)。控制系統(tǒng)由控制裝置9、對(duì)應(yīng)于* LED組24的兩個(gè)光電探測(cè)器10、 11以艦應(yīng)于每個(gè)LED組24的光譜濾光器 13組成。僅用虛g示對(duì)應(yīng)于兩個(gè)LED組24的光電探測(cè)器和濾光器。根據(jù)本 領(lǐng)域公知技術(shù)，假定每?jī)A電探測(cè)器IO， 11具有適合的放大及信號(hào)轉(zhuǎn)換電路。 光電探測(cè)器IO， ll為光電二極管，但也可以為其它光電探測(cè)元件，如電荷耦合 裝置或者光電晶體管?，F(xiàn)在首先對(duì)控制紅色的主要結(jié)構(gòu)和操作進(jìn)行說(shuō)明。用于其它顏色的結(jié)構(gòu)和 操作與其類(lèi)似。*光電探測(cè)器10， 11具有連接到控制裝置9的相，入的輸 出。濾光器13為窄帶濾光器，優(yōu)選為法布里-帕羅標(biāo)準(zhǔn)器，例如，在圖2中結(jié)合 LED的光譜Sp示意性地說(shuō)明了它的過(guò)濾特性Sfl。濾光器13設(shè)置于光電探測(cè) 器10， 11中的第一光電探測(cè)器10的前方。入射角限制器19設(shè)置于濾光器13 的前方。光電探測(cè)器10, 11中的第二光電探測(cè)器11接收來(lái)自紅色LED2的未經(jīng)濾波的光。控制裝置9由驅(qū)動(dòng)控制器16、參考發(fā)生器17以O(shè)T戶(hù)輸^^元18 ■。 用戶(hù)輸入單元18連接到參考發(fā)生器17，參考發(fā)生器17又與驅(qū)動(dòng)控制器16相連。 該控制系統(tǒng)的操作如下。^tt電探測(cè)器10， 11產(chǎn)生響應(yīng)信號(hào),信號(hào)等級(jí)取決于照射光電探測(cè)器10， 11的光量。光譜濾波探測(cè)器10檢測(cè)經(jīng)過(guò)濾光器13的經(jīng)過(guò)光譜濾波的光?？刂?裝置9使用響應(yīng)信號(hào)以這樣的方式控棘驅(qū)動(dòng)LED 2:即依據(jù)響應(yīng)信號(hào)調(diào)節(jié)LED 2刻寸的光的光譜和纟艘。為了獲得高的控制精度，禾擁入射角限偉幡19限制 到達(dá)濾光器13的光的入射角。因而受限制的入射角提供窄的濾光器響應(yīng)，而該 窄的濾光器響應(yīng)又有助于提高控制的精度。若不加任何限制，濾光器的響應(yīng)中 會(huì)出現(xiàn)若干尖峰，可能導(dǎo)致饋送至控制裝置9的不明確的信號(hào)。換句話i兌，當(dāng) 發(fā)散的光束照謝濾光器13時(shí)，濾光器響應(yīng)會(huì)被展寬。借助于限制器19至少在 希望的程度上防止了濾光器響應(yīng)的展寬。下文將對(duì)此做進(jìn)一步說(shuō)明。入射角限制器19的結(jié)構(gòu)如圖3所示。該圖表示了光電探測(cè)器、濾光器和限 制器的組合結(jié)構(gòu)。該組合結(jié)構(gòu)也可被看作是獨(dú)立的光電探測(cè)裝置，但其也可構(gòu) 成控制系統(tǒng)的完整的部分。光電探測(cè)器20形成于劍氏層21內(nèi)。提供濾光器作 為中間層23，其沉積于較低層21之上。把濾光層23構(gòu)建為窄帶法布里-帕羅標(biāo) 準(zhǔn)器。參照?qǐng)D5，法布里-帕羅標(biāo)準(zhǔn)器23由底部鏡22、頂部鏡26以及中間的介 電層24組成。濾光器23的透射性取決于入射光相對(duì)于濾光器表面法線的角度， 其可由下^示"=2ndcos (1) 其中k為M，表示共振的階數(shù)，入為透射光的峰值波長(zhǎng)，n為介電層24的折 射率，d為介電層24的厚度，以及0為入射角。這樣，當(dāng)4頓分散光源28如 LED時(shí)，濾光器的響應(yīng)被展寬，這是因?yàn)镸31的光中出現(xiàn)了多效峰，如圖 6中示意性的說(shuō)明。在、搶波層23的頂部形成作為頂層25的限制器(圖4)。限制器25形成方式 如下。在中間層23的頂部沉積吸收性的化合物作為吸收層25。在沉積吸收性化 合物之后，在吸收層25之上沉積光致抗蝕劑層，并在其中生長(zhǎng)圖案，通過(guò)該圖 案利用氧等離子體蝕刻出穿過(guò)吸收層25的孔27?？蘴i31程止于處于下面的濾光
層23的上表面，即法布里-帕羅標(biāo)準(zhǔn)器的頂部鏡26處。以這種方式定位孔27 ， 即經(jīng)過(guò)孔27并穿過(guò)濾光層23的光照射光電探測(cè)器20。針孔27構(gòu)成限制藤元 件27。選擇吸收性化合物，以便其吸收所有的或基本上所有的可見(jiàn)光。例如， 以商品名Drac400公知的化合物，它是為用于光電子應(yīng)用中而設(shè)計(jì)的無(wú)著色的 黑色聚 胺，或者化合物PSKIOOO，都適用于吸收層25。因此，以足夠小的入射角入射的光線(其入射角標(biāo)為e)max，如圖4所示) 能夠穿過(guò) L 27到達(dá)其下部的濾光層23。而具有太大的入射角的光線則到達(dá)孔 27的內(nèi)壁29，于此光線被吸收性化合物吸收。要使光線艦限制器27允許的最大入射角 薩由透明部分的寬度和吸收層25的高度的比值決定，更具體地，0鵬二arctan (a/h)，其中a和h分別為孔27的直徑與深度。如上所述，濾光層23的法布里-帕羅標(biāo)準(zhǔn)器的M"波長(zhǎng)取決于入射角 謹(jǐn)。由限制器19限制的鄉(xiāng)波長(zhǎng)允許的變化△入鵬可標(biāo)如下△入鵬=^(1—cos(0顧》二^(l一cos (arctan (!) ) ) (2) k k h其中k，入，n和d已在上面定義，a為透明區(qū)域的直徑，該區(qū)域 為圓形，h 為透明部分的吸收性側(cè)壁的高度，所說(shuō)吸收性側(cè)壁例如孔27的內(nèi)壁29。以下給 出防止濾光器響應(yīng)被不期望地展寬的比值a/h的實(shí)例不妨假設(shè)入^400nm。允 許的A入鵬為5nm， k=2時(shí)，可以4頓具有高度h為8.8um禾口直徑為2um 的孔。當(dāng)入-600nm且A入鵬=5腦，k=2時(shí)，可以使用具有高度h為10.8 u m 和直徑為2um的孔。上文描述了根據(jù)本發(fā)明的控制系統(tǒng)的實(shí)施例。該實(shí)施例只應(yīng)該被認(rèn)為是非 限定性的實(shí)例。對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員顯而易見(jiàn)的是，許多修改和可替代的實(shí)施例 可能在本發(fā)明的范圍之內(nèi)。應(yīng)當(dāng)注意，鑒于本申請(qǐng)的目的，特別關(guān)于所附權(quán)利要求，動(dòng)詞"包含"及 其變形的使用均不排除其它元件或步驟，非限定性冠詞"一"或"一個(gè)"的使 用也不排除多個(gè)元件或步驟，這對(duì)于本領(lǐng)、域技術(shù)人員^^說(shuō)是顯而易見(jiàn)的。
權(quán)利要求
1、一種用于控制LED光源光輸出的控制系統(tǒng)，該LED光源包括由至少一個(gè)LED組成的單色LED組，該控制系統(tǒng)包括-設(shè)置成接收從LED組發(fā)射的光的光譜濾光器；-與所述濾光器光學(xué)連接的光電探測(cè)器，設(shè)置成檢測(cè)通過(guò)所述濾光器的經(jīng)過(guò)光譜濾光的光，并產(chǎn)生響應(yīng)信號(hào)；-與所述光電探測(cè)器相連的控制裝置，設(shè)置成至少部分地基于所述響應(yīng)信號(hào)控制所述LED組的光輸出；以及-設(shè)置成限制由所述濾光器接收的LED光的入射角的入射角限制裝置。
2、 如權(quán)利要求1所述的控制系統(tǒng)，其中所^A射角限制驢為光吸收層， 該光吸收層包括與所述濾光器對(duì)準(zhǔn)的光透明部分。
3、 如權(quán)利要求2所述的控制系統(tǒng)，其中所述透明部分構(gòu)成位于所述吸收層中的通孔。
4、 如權(quán)禾腰求2或3所述的控制系統(tǒng)，其中入射角取決于吸收層厚度與透明部分寬度之間的比值。
5、 如前面任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的控制系統(tǒng)，其中所述濾光器為干涉濾光器。
6、 如前面任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的控制系統(tǒng)，其中所述濾光器為窄帶濾光器。
7、 如前面任一項(xiàng)禾又利要求所述的控制系統(tǒng)，其中在 上依 欠沉積所述光 電探測(cè)器、所述濾光器以及所^A射角限制裝置。
8、 一種光電探測(cè)裝置，其包括-設(shè)置^t;)feiS行光譜濾光的光譜濾光器；-與所述濾光器光學(xué)連接的光電探測(cè)器，設(shè)置成檢測(cè)通過(guò)所述濾光器的經(jīng) 過(guò)光譜濾光的光，并產(chǎn)生響應(yīng)信號(hào)；-設(shè)置成限制由所述濾光器接收的光的入射角的入射角限制裝置。
9、 如權(quán)利要求8戶(hù)腿的光電探測(cè)裝置，其中所駄射角限制裝置為光吸收層，該光吸收層包括與所述濾光器對(duì)準(zhǔn)的光透明部分。
10、 如權(quán)禾腰求8或9所述的光電探測(cè)裝置，其中所腿明部分構(gòu)j^萬(wàn)述吸收層中的通孔。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于控制LED光源光輸出的控制系統(tǒng)，該LED光源包括由至少一個(gè)LED組成的單色LED組。該控制系統(tǒng)包括光譜濾光器和光電探測(cè)器，該光電探測(cè)器因而接收來(lái)自LED組的經(jīng)過(guò)光譜濾光的光。光電探測(cè)器產(chǎn)生響應(yīng)信號(hào)，將響應(yīng)信號(hào)施加至控制裝置?？刂蒲b置至少部分地基于該響應(yīng)信號(hào)控制所述LED組的光輸出。該控制系統(tǒng)還包括入射角限制裝置，該入射角限制裝置設(shè)置成限制由所述濾光器接收的LED發(fā)射的光的入射角。
文檔編號(hào)H05B33/02GK101213875SQ200680023451
公開(kāi)日2008年7月2日 申請(qǐng)日期2006年6月23日 優(yōu)先權(quán)日2005年6月29日
發(fā)明者E·J·梅杰, E·蒂梅林 申請(qǐng)人:皇家飛利浦電子股份有限公司