基于led的照明模塊的板上診斷的制作方法
【專利說明】基于LE叫勺照明模塊的板上診斷
[0001 ] 杰勒德.哈伯斯
[0002] 相關(guān)申請的交叉引用
[0003] 本申請要求2010年6月18日遞交的臨時申請No. 61/356，525和2011年6月15日遞交 的美國專利申請No. 13/161,341的優(yōu)先權(quán)，將其全部合并在此作為參考。
技術(shù)領(lǐng)域
[0004] 所述實施例設(shè)及包括發(fā)光二極管(LED)的照明模塊。
【背景技術(shù)】
[0005] Lm)在普通照明中的使用變得更加需要且更加流行。包括L邸的照明模塊典型地要 求大量的熱沉和特定的功率要求。甚至相對于熱沉的部分故障、功率要求或其他系統(tǒng)故障， 例如憐光體的衰退，在標稱操作條件之外操作、L抓故障等等，會嚴重地損害性能。然而，一 旦安裝了傳統(tǒng)的基于L邸的照明模塊，就難W接近，因此通常無法診斷或解決與照明模塊相 關(guān)聯(lián)的問題，導(dǎo)致性能劣化和壽命減少。因此需要進行改進。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 基于發(fā)光二極管(LED)的照明模塊能夠執(zhí)行板上診斷。例如，診斷可W包括基于測 量的通量或溫度來估計已逝壽命、憐光體涂層的衰退、熱故障、L邸故障或者確定L邸電流調(diào) T。
[0007] 在一種實現(xiàn)中，基于操作條件的標稱值和操作條件的實際值來確定針對基于LED 的照明模塊的操作時間段的遞增加速因子。至少部分地基于所述遞增加速因子來確定累積 加速因子?；谟盟隼鄯e加速因子對所述基于Lm)的照明模塊的累積已逝操作時間進行 縮放，來估計所述基于L邸的照明模塊的已逝壽命。
[000引在另一種實現(xiàn)中，測量基于L邸的照明模塊對于從所述模塊的L抓發(fā)射的光脈沖的 通量強度響應(yīng)，并且基于所述通量強度響應(yīng)來估計所述模塊內(nèi)的憐光體涂層的衰退。
[0009]在另一種實現(xiàn)中，測量基于LED的照明模塊對從啟動條件起照亮所述模塊的瞬態(tài) 響應(yīng)，并且在實際熱故障發(fā)生之前基于所述瞬態(tài)響應(yīng)來估計所述模塊的熱故障。
[0010]在另一種實現(xiàn)中，ii量基于L抓的照明模塊的多個串聯(lián)連接的L抓的正向電壓，其 中由所述基于Lm)的照明模塊執(zhí)行所述測量?；谒稣螂妷簛砉烙嬎龆鄠€串聯(lián)連接 的L邸中的至少一個的故障，其中由所述基于L邸的照明模塊來執(zhí)行所述估計。
[0011]在另一種實現(xiàn)中，針對利用第一電流值驅(qū)動的第一LED照射的基于LED的照明模 塊，測量第一通量強度值，其中所述第一 Lm)發(fā)射具有第一顏色特性的光。針對利用第二電 流值驅(qū)動的第二L邸照射的基于Lm)的照明模塊，測量第二通量強度值，其中所述第二Lm)發(fā) 射具有第二顏色特性的光。基于所述第一通量強度值和所述第一電流值來確定第=電流 值，并且基于所述第二通量強度值、所述第二電流值、和第一 L邸的通量強度與第二L邸的通 量強度的預(yù)定比率，來確定第四電流值。
[0012] 在又一種實現(xiàn)中，測量基于Lm)的照明模塊的溫度?；谒鰷囟却_定電流縮放因 子，其中所述電流縮放因子將施加至具有第一顏色發(fā)射特性的第一 Lm)的第一電流值與施 加至具有第二顏色發(fā)射特性的第二Lm)的第二電流值關(guān)聯(lián)?；谒鲭娏骺s放因子和第一 標稱電流值來確定第一目標電流值。
【附圖說明】
[0013] 圖1-2說明了包括照明設(shè)備、反射器和燈器具在內(nèi)的兩個示范性照明器。
[0014] 圖3A示出了說明如圖1所示的基于L邸的照明設(shè)備的部件的放大圖。
[0015] 圖3B示出了如圖1所示的基于L邸的照明設(shè)備的透視截面圖。
[0016] 圖4說明了如圖2所示的照明器的剖面視圖，具有禪接在Lm)照明設(shè)備和燈器具之 間的電接口模塊
[0017] 圖5是示出了電接口模塊的示意圖。
[001引圖6是電接口模塊上的L邸選擇模塊的示意性說明。
[0019] 圖7示出了可W如何接通或關(guān)斷LEDW改變由上電的LED發(fā)射的通量的量。
[0020] 圖8說明了包括至少一個傳感器和至少一個電導(dǎo)體在內(nèi)的反射器。
[0021] 圖9示出了可W將顏色、通量和占用率傳感器定位于反射器上的位置。
[0022] 圖10示出了包括已逝時間計數(shù)器模塊在內(nèi)的電接口模塊的示意圖。
[0023] 圖11說明了照明模塊的示范性的隨時間變化的操作溫度分布的示意圖。
[0024] 圖12說明了照明模塊的隨時間的示范性操作電流輪廓。
[0025] 圖13說明了照明模塊的隨時間的示范性操作相對濕度輪廓。
[0026] 圖14示出了基于實際操作條件估計基于L邸的照明模塊的壽命的方法。
[0027] 圖15示出了包括憐光體衰退檢測模塊在內(nèi)的電接口模塊的示意圖。
[0028] 圖16示出了包括安裝到安裝板上的藍光L邸和通量傳感器在內(nèi)的主混合腔的剖面 視圖。
[0029] 圖17示出了通量傳感器測量的對從L邸發(fā)射的光脈沖的示范性通量強度響應(yīng)。
[0030] 圖18示出了基于模塊對從Lm)發(fā)射的光脈沖的通量強度響應(yīng)來估計照明模塊的腔 體中包括的憐光體的衰退的示范性方法。
[0031] 圖19示出了包括熱故障早期檢測模塊在內(nèi)的電接口模塊的示意圖。
[0032] 圖20示出了兩個示范性的測量溫度輪廓。
[0033] 圖21示出了兩個示范性的測量通量輪廓。
[0034] 圖22示出了啟動時根據(jù)對溫度瞬變的分析在實際故障之前識別照明器故障的潛 在可能的方法。
[0035] 圖23示出了啟動時根據(jù)對通量瞬變的分析在實際故障之前識別照明器故障的潛 在可能的方法。
[0036] 圖24示出了根據(jù)L邸串的正向電壓測量來識別照明模塊中的L邸的故障的方法。
[0037] 圖25示出了包括顏色調(diào)諧模塊在內(nèi)的電接口模塊的示意圖。
[0038] 圖26A-2她示出了具有安裝的紅光L邸和藍光L邸的安裝板。
[0039 ]圖27示出了安裝板上的多個通量傳感器。
[0040]圖28示出了光波導(dǎo)，所述光波導(dǎo)將來自安裝板表面多個位置處的的光導(dǎo)引至通量 傳感器。
[0041] 圖29A-29B示出了在模塊壽命上用于匹配紅光和藍光L邸之間的強度的方法。
[0042] 圖30示出了包括溫度補償模塊在內(nèi)的電接口模塊的示意圖。
[0043] 圖31示出了在封裝溫度的范圍上紅光LED(AlInGaP)和藍光L抓的相對光通量輸 出。
[0044] 圖32示出了包括電流縮放因子的表，所述電流縮放因子設(shè)及操作溫度范圍上供應(yīng) 給紅光L邸和藍光L邸的電流。
[0045] 圖33示出了調(diào)諧供應(yīng)給照明模塊的不同L邸串的電流W在模塊的操作溫度范圍上 實現(xiàn)一致的顏色特性的方法。
[0046] 圖34示出了傳送基于L邸的照明模塊的累積已逝時間是否已經(jīng)達到闊值的方法。
[0047] 圖35示出了傳送對基于L邸的照明模塊的估計剩余壽命加 W指示的警報的示范性 方法。
[0048] 圖36示出了系統(tǒng)的示范性實施例，所述系統(tǒng)包括基于Lm)的照明模塊、與基于LED 的照明模塊通信禪接的計算機、W及與計算機交互的實體。
【具體實施方式】
[0049] 現(xiàn)在對背景示例和本發(fā)明的一些實施例提供詳細參考，其范例在附圖中說明。
[0050] 圖1-2說明了兩個示范性照明器。圖1所示的照明器包括具有矩形形式因子的照明 模塊100。圖2所示的照明器包括具有圓形形式因子的照明模塊100。運些示例是為了說明性 的目的。也可W設(shè)想一般多邊形和楠圓形形狀的照明模塊的示例。照明器150包括照明模塊 100、反射器140和電燈器具130。如所示的，電燈器具130是熱沉，并且因此有時稱作熱沉 130。然而，電燈器具130可W包括其他結(jié)構(gòu)和裝飾元件(未示出）。將反射器140安裝到照明 模塊100W對從照明模塊100發(fā)射的光進行準直或偏斜。反射器140可W由導(dǎo)熱材料制成，例 如包括侶或銅在內(nèi)的材料，并且可W與照明模塊100熱禪接。熱通過傳導(dǎo)經(jīng)過照明模塊100 和導(dǎo)熱的反射器140流動。熱也經(jīng)由反射器140上的熱對流流動。反射器140可W是復(fù)合拋物 面聚光鏡，其中所述聚光鏡由高反射材料構(gòu)成或者涂覆有高反射材料。諸如散射體或反射 器140之類的光學(xué)元件可W可拆卸地禪接至照明模塊100,例如通過螺紋、夾具、扭鎖機構(gòu)或 其他合適的結(jié)構(gòu)。包括照明模塊100在內(nèi)的照明器150也可W是翻新型燈。
[0051] 照明模塊100安裝到電燈器具130。如圖1和圖2所示，將照明模塊100安裝到熱沉 130。熱沉130可W由導(dǎo)熱材料制成，例如包括侶和銅并且可W與照明模塊100熱禪接的材 料。熱通過照明模塊100和導(dǎo)熱的熱沉130的傳導(dǎo)而流動。熱也經(jīng)由熱沉130上的熱對流流 動。照明模塊100可W通過螺紋附著至熱沉130, W將照明模塊100夾到熱沉130上。為了便于 照明模塊100的容易拆卸和更換，可W將照明模塊100可拆卸地禪接至熱沉130,例如通過夾 持機構(gòu)、扭鎖機構(gòu)或者其他合適的結(jié)構(gòu)。照明模塊100包括至少一個導(dǎo)熱表面，所述導(dǎo)熱表 面例如直接地或者使用熱油脂、熱帶、熱墊盤或熱環(huán)氧樹脂與熱沉130熱禪接。為了 L邸的充 分冷卻，對于流入板上的L邸中的每一瓦特的電能，應(yīng)該使用至少50平方毫米、優(yōu)選地100平 方毫米的熱接觸面積。例如，在使用20個Lm)的情況下，應(yīng)該使用1000至2000平方毫米的熱 沉接觸面積。使用較大的熱沉130可W允許按照更高功率驅(qū)動LED 102,并且也允許不同的 熱沉設(shè)計。例如，一些設(shè)計可W表現(xiàn)出對熱沉取向的依賴性較小的冷卻能力。此外，風(fēng)扇或 者用于強制冷卻的其他方案可w用于去除來自裝置的熱。底部熱沉可w包括孔桐，使得可 W實現(xiàn)與照明模塊100的電連接。
[0052] 圖3A示出了說明如圖1所示的基于Lm)的照明模塊100的部件的放大圖。應(yīng)該理解 的是如運里所定義的，基于Lm)的照明模塊不是LED,而是Lm)光源或器具或其部件。基于LED 的照明模塊100包括一個或多個Lm)管忍或者封裝的LED、W及附著了 Lm)管忍或者封裝的 LED的安裝板。圖3B說明了如圖1所示的基于L邸的照明模塊100的透視截面圖?；贚ED的照 明模塊100包括安裝在安裝板104上的一個或多個固態(tài)發(fā)光元件，例如發(fā)光二極管化抓） 102。通過安裝板保持環(huán)103將安裝板104附著到安裝底座101上并且固定到適當位置。組裝 了 LED 102和安裝板保持環(huán)103的安裝板104包括光源子組件115。光源子組件115操作為使 用LED 102將電能轉(zhuǎn)換為光。將從光源子組件115發(fā)射的光導(dǎo)引至光轉(zhuǎn)換子組件116,用于顏 色混合和顏色轉(zhuǎn)換。光轉(zhuǎn)換子組件116包括腔體105和輸出窗口 108,并且可選地包括底部反 射器插入物106和側(cè)壁插入物107中的任一個或者兩者。輸出窗口 108固定到腔體105的頂 部。腔體105包括內(nèi)側(cè)壁，使得當將腔體105安裝到光源子組件115上時所述內(nèi)側(cè)壁將來自 LED 102的光導(dǎo)引至輸出窗口 108。底部反射器插入物106可W可選地放置于安裝板104上。 底部反射器插入物106包括孔，使得每一個LED 102的發(fā)光部分不受底部反射器插入物106 的阻擋。側(cè)壁插入物107可W可選地放置于腔體105內(nèi)部，使得當將腔體105安裝在光源子組 件115上時側(cè)壁插入物107的內(nèi)表面將來自LED 102的光導(dǎo)引至輸出窗口。盡管如所示地，從 照明模塊100頂部觀看時腔體105的內(nèi)側(cè)壁的形狀是矩形，但是可W設(shè)想其他形狀(例如Ξ 葉草形狀或者多邊形）。此外，腔體105的內(nèi)側(cè)壁可W從安裝板104朝著輸出窗口向外逐漸變 細，而不是如所示的與輸出窗口 108垂直。
[0053] 在該實施例中，在安裝板104上放置的側(cè)壁插入物107、輸出窗口 108和底部反射器 插入物106限定了所述基于Lm)的照明模塊100中的光混合腔體109,在光混合腔體109中來 自LED 102的一部分光被反射，直到光通過輸出窗口 108出射為止。在從輸出窗口 108出射之 前在腔體109內(nèi)反射光具有W下效果:對光進行混合，并且提供從基于L邸的照明模塊100發(fā) 射的光的更均勻分布。側(cè)壁插入物107的一些部分可W涂覆有波長轉(zhuǎn)換材料。另外，輸出窗 口 108的一些部分可W涂覆有相同或不同的波長轉(zhuǎn)換材料。此外，底部反射器插入物106的 一些部分可W涂覆有相同或不同的波長轉(zhuǎn)換材料。運些材料的光轉(zhuǎn)換性質(zhì)與腔體109內(nèi)光 的混合相結(jié)合，得到由輸出窗口 108輸出的顏色經(jīng)轉(zhuǎn)換的光。通過調(diào)諧波長轉(zhuǎn)換材料的化學(xué) 性質(zhì)W及腔體109的內(nèi)表面上涂層的幾何性質(zhì)（例如層厚度、憐光體顆粒尺寸、憐光體混合 物和顆粒密度），可W指定由輸出窗口 108輸出的光的特定顏色性質(zhì)，例如色點、色溫和顏色 呈現(xiàn)指數(shù)(CRI)。
[0054] 出于該專利文件的目的，波長轉(zhuǎn)換材料是執(zhí)行顏色轉(zhuǎn)換功能的任意單一化學(xué)化合 物或者不同化學(xué)化合物的混合物，顏色轉(zhuǎn)換功能例如是吸收一個峰值波長的光并發(fā)射另一 個峰值波長的光。
[0055] 可W用諸如空氣或惰性氣體之類的非固體材料填充腔體109,使得LED 102將光發(fā) 射到非固體材料中。作為示例，可W氣密地密封腔體，并且氣氣用于填充腔體。替代地，可W 使用氮氣。在其他實施例中，可W用固體密封材料填充腔體109。作為示例，娃樹脂可W用于 填充腔體。
[0056] LED 102可W發(fā)射不同的顏色或者相同的顏色，通過直接發(fā)射或者通過憐光體轉(zhuǎn) 換，例如在憐光體層涂覆到Lm)上作為Lm)封裝的一部分的情況下。因此，照明模塊100可W 使用彩色LED 102的任意組合，例如紅色、綠色、藍色、棟黃色或者藍綠色，或者LED 102可W 都產(chǎn)生相同顏色的光或者可W都產(chǎn)生白光。例如，L抓102可W都發(fā)射藍光或者紫外光。當 與憐光體(或者其他波長轉(zhuǎn)換手段)組合地使用時(例如，憐光體可W在輸出窗口 108中