用于测试及特性化LED照明装置的方法与流程

本申请为发明名称为“用于测试及特性化led照明装置的方法”的原中国发明专利申请的分案申请。原申请的中国申请号为201580007928.5；原申请的申请日为2015年1月7日。优先权主张本申请案基于2014年1月8日申请的第61/925,138号美国临时申请案，所述美国临时申请案的揭示内容以全文引用的方式并入本文中且主张所述美国临时申请案的优先权。各种示范性实施例大体来说涉及用于特性化固态照明装置的方法及装置。更特定来说，在某些实施例中，本申请案是针对于一种用于进行以下操作的方法及装置：测量发光二极管(led)的各种参数；基于所述所测量参数特性化每一led；及选择所述经特性化led中的一者或多者，使得来自所述选定led中的每一者的所发射光与来自其它选定led的光混合，以产生所要的总体光输出。
背景技术：
：因最近在led的生产工艺方面的技术进步以及led固有的低成本及节能性质，led正迅速变为用于照明目的的如果不是最受欢迎光源、也是最受欢迎光源之一。另外，由于led是半导体装置，因而其比当前流行的白炽灯泡及荧光管更加有弹性且更耐损。鉴于led的这些有益属性，许多照明设备制造商正在致力于提供并入有led光源而非白炽光源或紧凑式荧光光源的照明装置，例如照明器等。led是一种在使电流沿特定方向通过其时会产生光的半导体装置。光的产生是因在用于制作特定led的特定半导体材料内发生的能量转换所致。在最近几十年内所进行的研究已使得能够生产发射宽频谱的单色(包含基本红色、绿色及蓝色以及大量介于这三种基本色彩之间的色彩)光的led。利用led存在许多显著益处；能量转换是最广泛已知益处之一。将led与其它流行照明技术(例如白炽技术及荧光技术)进行的直接比较指示，可实现能量节省。具体来说，白炽光源使用最多能量，荧光光源使用第二多的能量，且led使用最少量的能量，且因此是三者中最节能的。如所提及，不同于白炽光源及荧光光源，led可发射许多种单色的光，且并不限于白色光或各种明暗程度的白色光。也就是说，取决于所使用的特定半导体材料以及数个其它因素(包含所使用的制造工艺、特定封装及其它因素)，led通常发射窄色彩(即，波长)带中的光。举例来说，下表1提供与彩虹的七种已辨识色彩相关联的波长带。表1“白色led”通常由蓝色“泵”led及磷光体制成，所述磷光体用以将蓝色光谱下变频到可见白色光。基于目前的制作技术，难以生产发射一致波长带(即，处于特定色温)或随着时间维持相同光发射特性的led。这就是如下事实的原因之一：常常需要将来自两个或两个以上单独led的光混合，使得所得波长带将在所要相关色温(cct)下具有主波长或在所要波长下或附近形成峰值。关于通常用于照明的白色光及/或各种明暗程度的白色光，由led源发射的所发射波长带或光谱是相当宽的。这是由于包含了为产生白色光而进行混合的具有不同纯度、粒度及层厚度的磷光体所致。另一种用于使用led光源产生白色光的已知方法是混合来自三个或三个以上单独led源的相应光，例如，红色、绿色及蓝色(rgb)或红色、绿色、蓝色及白色(rgbw)。为适应所发射光波长中的差异，将led“分箱”并封装，以将材料及制造工艺的变化与照明工业的需要进行平衡。照明级led受到应用要求及工业标准(包含色彩一致性以及色彩及流明维持率)的驱动。类似于传统白炽灯及气管灯是依亮度(例如，如由瓦特数所指示)及色彩(暖白色或冷白色)而出售的方式，led是针对亮度(光通量)及色彩参数(色度)而分箱。在美国及别的国家已经建立了led照明应用的数个性能要求及标准。这些标准中的第一个标准是针对led灯要求而管理照明技术的2007工业策略。此即为energy“固态照明器计划要求”。随后颁布了数项额外策略/标准，且这些文件中的每一者针对由energy-star批准的led照明产品包含对以下各项的要求：cct、显色指数(cri)、流明及色彩维持率。cct测量中的“温度”是指黑体辐射，即，被加热到白炽点的固态物体(例如，金属)所发射的光。cct测量的单位是以k(开尔文)氏度(绝对温度标准度量)来表达。具体来说，随着黑体变得更热，其所发射的光演变经过一色彩序列，例如，从红色到橙色到黄色到白色再到蓝色。所述色彩序列在色彩空间内界定一曲线。图1展示cie1931色彩空间，其由国际照明委员会(cie)创建以界定为普通观看者可见的整个色彩范围，其中所述色彩空间上叠加了黑体曲线(也被称作普朗克轨迹(planckianlocus))。白炽灯发射具有约2700k的色彩的光，如图1中所展示，此接近标度的橙色或微红色端。由于白炽灯泡是通过加热灯丝(所述灯丝在其达到某一温度时会发射光)而操作，因而灯丝的温度也是光的色温。因测量光的光谱分量的专业测试设备，可为非白炽白色光源(例如荧光管及led)界定色温。然而，由于led是半导体装置且并不是通过加热金属灯丝而操作，因而led源的实际温度比发射相同色温的光的白炽灯泡低得多。举例来说，发射被测量为2700k的光的led实际上可仅被加热到最高达约80℃。美国国家标准协会(ansi)颁布了一项关于从led光源发射的光波的色彩的标准。具体来说，2008年公布的色度标准c78.377a界定了介于从2700k(被称为“暖”光)到6500k(“日光”)的范围内的八个标称cct。参考图2，所述八个标称cct中的每一者由四边形表示，所述四边形的内部界定沿着普朗克轨迹或黑体曲线及垂直于普朗克轨迹或黑体曲线的容许变化。ansi标准(即，ansic78.377a)中规定了与每一标称cct对应的相应容许变化。如通过观看图2中的多边形可见并且也返回参考图1，沿着黑体曲线的变化使得光源随着x色度值增大(即，当改变是朝向黑体曲线的右侧时)而更显微红色或者随着x减小(即，当改变是朝向黑体曲线的左侧时)而更显蓝色。黑体曲线上方及下方的变化使得光源随着y值增大而更显绿色或随着y值减小而更显粉红色。沿着黑体曲线的变化是以k氏度来度量，而垂直于黑体曲线的变化被标注为duv。duv范围是在cie1976色彩空间而非1931色彩空间上界定，因为1976色彩空间(也被称为cieluv色彩空间)更适于评估光源的色彩差异，这是由于其使用了统一标度，其中在所述色彩空间上的任何位置处所测量的距离均表示相同程度的色彩差异。cie1976色彩空间的轴是u’及v’，而非x及y。duv度量了距黑体曲线的距离，且因此度量了色彩改变程度。正duv值在曲线上方，而负duv值在曲线下方。下表2根据ansic78.377a针对八个标称cct值中的每一者提供cct值的容许变化(即，沿着黑体曲线)及duv值的容许变化(即，垂直于黑体曲线)。举例来说，如所展示，4500k四边形涵盖沿着黑体曲线介于从4260k到4746k的范围内的cct值或温度。另外，4500k四边形从曲线上方高达0.007延伸到曲线下方0.005。表2鉴于与led照明且具体来说与使用led源进行的照明相关的特定问题，需要提供一种能对单独led源进行准确且具成本效益的分组以便实现特定所要光输出效果的方法及相关联装置。举例来说，如下文更详细地解释，由于当前可购得的个别led装置根本不发射对于照明应用来说理想的一致白色光，且因此，通常将两个或两个以上led源混合以实现所要色彩的光发射，因而需要一种准确地选择将被组合以最接近地实现所述色彩的个别led的方法。此外，由于在一个led与下一个led之间、甚至在由同一半导体晶片生产的各led之间存在相对宽的色彩变异(即，cct值)且有时存在明显的光通量变化，因而led制造商会加收一定费用，以提供对已被测试并被分组到若干“箱区”中的led的分组，使得给定箱区内的所有led被已知具有处于特定范围内的色彩值及处于特定范围内的通量。这些参数的范围越小，就会使得led制造商加收相应越高的费用。因此，进一步需要提供一种使得从led制造商购买led的照明装置设计者或制造商能够避免或最小化为严格规定的led所加收的费用的方法及装置。技术实现要素：鉴于与用于测量及特性化将被并入于多种照明装置内的led装置的当前方法相关联的问题及需要(包含但不限于上文所论述的问题及需要)，已提出一种用于测量及特性化个别led并以所定义方式将若干个经特性化装置分组在一起以提供所要色彩及亮度的光的装置及方法。根据本申请案的一个方面，一种根据一个或多个示范性实施例的装置及方法包含：测量led装置(例如，选自一批数个led装置的led，而不管所述led是否属于由led制造商所界定的所谓的“箱区”)的数个相关参数中的一者或多者；及以一方式来存储与每一led对应的所测量数据，所述方式能促进从led装置集合迅速地选择一个或多个个别led装置。根据本申请案的一个或多个示范性实施例的第二方面，基于两个或两个以上个别led装置的相应所存储数据而将所述led装置分组在一起，以在所规定灯被激活时从所述灯提供所要总体光输出(例如，关于色差及光通量)。根据一个或多个示范性实施例，采用并入有以下各项中的一者或多者的算法：将被并入到灯中的个别led的数目、处于驱动条件下的led装置的温度、led的驱动电流及灯的间距。根据本申请案的一个或多个示范性实施例的又第三方面，从大致上偏离普朗克轨迹或黑体曲线的“箱区”选择或者从根本未被装箱的多个led选择将被并入到照明装置中的led。举例来说，并非与在大多数相关技术led特性化系统中的做法一样而选择选自存在于距普朗克轨迹1阶或2阶麦克亚当(macadam)椭圆内的箱区且将要在给定灯中使用的led装置，根据本申请案的此方面，led是选自与理想黑体曲线相距3阶、4阶或更大阶的箱区。附图说明下文参考附图以举例方式来详细地描述所揭示发明的示范性实施例，附图中：图1是已知cie1931色度图的再现，其中其上叠加有普朗克轨迹；图2是展示如ansic78.377a标准所界定的八个已知标称cct及其相应范围的图；图3是展示图2中所提供的八个标称cct中的每一者的图，其中为每一标称cct提供了对应的7阶麦克亚当椭圆；图4a是根据本申请案的示范性实施例，图1中所提供的色度图的修订版本，其中在黑体曲线上叠加了识别所要色彩范围的四边形；图4b是根据本申请案的示范性实施例，图4a中所展示的四边形的特写图，所述四边形被分解成十六个子四边形。具体实施方式与本申请案一致的装置及方法的示范性实施例包含下文所详细描述的新颖方面中的一者或多者。举例来说，所揭示申请案的一个或多个示范性实施例包含一种其中在实际操作条件下测试个别led并将与每一所测试led相关联的各种技术参数存储在例如计算机存储器装置中的方法及装置。此外，在替代方案中，在一个以上实际操作情景下测试一个或多个led中的每一者，其中为每一者存储所得特性数据。举例来说，生产设施可制造10种不同的照明器。在此种情况中，可使用与所述不同照明器中的一者以上相关联的实际操作参数来测试led。另一选择为，可使用至少两个不同实际操作情景规范来测试led，其中每一规范适于与照明器中的一者或多者一起使用。在又一替代方案中，led测试系统可通过将led在物理上存储在与led测试数据相关联的唯一所识别存储位置中而“在物理上”存储所述测试数据。在某些说明性实施例中，可通过修改现有商业led测试系统(例如，可从加利福尼亚州的chromaate购得的model58267、可从德国慕尼黑的仪器系统公司(instrumentsystems)购得的ledtester及/或可从中国的厚朴光学技术有限公司(hopuopticstechnologyco.,ltd.)购得的hp6000或hp8000)连同相关联的计算机及材料处置装置(包含例如可从德克萨斯州的戴尔公司(dell,inc.)购得的dellpoweredge服务器等计算机)来实现本文中所描述的系统及方法。根据另一说明性实施例，在设备上测试选自led集合的每一个别led，所述设备经配置以在某些预定义条件下测量与所述led相关联的各种电参数或其它照明相关参数。举例来说，来自一个或多个预定义箱区的led集合是从led制造商采购的。每一箱区是由制造商基于为所述箱区所规定的led的参数或参数范围(例如色彩、光通量及正向电压)而界定。每一led被指派或已包含唯一识别数据，例如唯一部件号或序列号。根据示范性实施例，在一个或多个特定操作条件或驱动条件下测试每一led，并测量一个或多个参数。所测量参数包含led的特定色彩、光通量、波长、光谱功率分布及正向电压中的一者或多者，针对所测试led来测量并存储所述参数中的每一者。测试所采购led时所处的特定操作条件是由以下各项中的一者或多者界定：其中将安装led的特定照明器、将安装在所述照明器中的led的总数、处于负载条件下的led的驱动温度(例如，通常为介于60℃与100℃之间的值)、特定led当在照明器中操作时将经受的驱动电流(例如，通常为每led介于25ma与2000ma之间的值)、与特定照明器的led相关联的间距(例如，邻近led之间的距离)及已知会影响led的所发射光或使用寿命的其它相关参数。将相关数据(包含特定led的识别符(例如序列号)、所发射色彩、光通量、正向电压及测试led时所处的操作条件)存储在存储器装置(例如计算机存储器)中，并使得所述数据可供将来存取。如下文所详细地描述，基于所存储数据，稍后从所测试led选择若干个特定led以实现预定义照明结果。如图3中所展示，对于八个标称cct中的每一者，被称为麦克亚当椭圆的椭圆囊括色度图上大多数的容许色彩或x、y坐标。特定x、y色彩点的“1阶”麦克亚当椭圆被定义为囊括“标准观察者”的一个标准偏差。也就是说，大约65％的人会将给定色彩(即，由其x、y坐标所界定)感知为1阶麦克亚当椭圆内的以那些x、y坐标为中心的某一点。更大椭圆经界定以围入两个、三个或三个以上标准偏差，从而允许更高百分比(95％到99％)的观察者会在椭圆内某处的点之间感知到不同色彩。换句话说，任一特定色彩或cct坐标的麦克亚当椭圆的大小是基于标准方差(被称为“阶”)。如所提及，1阶麦克亚当椭圆是其中椭圆圆周或外边界的每一点与椭圆的中心点相距恰好一个标准方差的椭圆。类似地，在4阶麦克亚当椭圆中，椭圆圆周上的每一点与中心相距恰好四个标准变化。图3中所展示的麦克亚当椭圆是7阶椭圆，美国能源部最初将7阶椭圆设定为紧凑式荧光(cfl)灯泡的标准。ansi色度规范被开发为尽可能与现有荧光灯标准一致，且反映出固态照明(ssl)技术及色彩分箱能力的当前状态及不久的将来的状态。ansi推荐，灯制造商应将其灯设计成对于给定所规定色彩(即，cct)存在于4阶椭圆内。图4a是上文所论述cie1931色度图的经修改副本。如所展示，根据本申请案的实施例，对于特定照明应用，在所要色彩所在的普朗克轨迹上识别特定四边形(uo)。在此简化实例中，需要混合特定一批八(8)个led中的两个led以实现所要色彩。图4b是在图4a中所识别的四边形的特写图。在此实例中，来自图4a的四边形uo已被进一步划分成十六(16)个较小四边形，即，普朗克轨迹下方的u1-u8及普朗克轨迹上方的u9-ug。将图4a中所展示的较大四边形划分成若干较小区段或箱区(bin)是一种被称作“分箱(binning)”的技术，且这样做是为了通过规定较严格公差而在从led制造商购买led时确保所要色彩。具体来说，led会比其它光源(例如钨丝灯或卤素灯)展现出更大的可变性。因此，led制造商通常开发或采纳分箱技术来对其所提供的led提供一致的特性化。也就是说，即使led(特定来说，白色led)是在工艺的每一步骤(包含半导体晶片生产直到组件封装及驱动电路)处均遵守极为严格的公差而制造，在决定光度响应的材料及工艺上也会存在自然变化。举例来说，材料特性在晶片的表面上变化，且这些变异会被带入个别led裸片中。分箱技术特性化制造工艺的输出并使得客户(例如灯设计者及/或制造商)能够开发对此种输出有效的策略且实现均匀的照明源。然而，购买遵守较严格公差的led会具有一定代价。具体来说，led制造商总是会为已根据一组严格界定的公差而分箱的led加收一定费用。根据本示范性实施例，参考图4b，在沿着给定所要色彩(即，3465k±245k)的普朗克轨迹的任一点处，存在位于普朗克轨迹上方的八个子四边形及位于普朗克轨迹下方的八个子四边形。因此，由于从led发射的光的加性性质，为尽可能接近普朗克轨迹地实现最终x、y坐标，且此外，假设并没有单个已知led会以直接存在于所要色彩的普朗克轨迹上的x、y坐标发射光，所属领域的技术人员将知晓，理想地应将被规定为在轨迹上方的一个或多个led与被规定为在普朗克轨迹下方的一个或多个led混合以实现直接位于轨迹线上的色彩。根据本申请案的本实例，规定了来自四边形ua及u7的led，且因此，将从中选择两个led的八个led具有位于四边形ua或四边形u7内的x、y坐标。在实际驱动条件下测试所述八个led中的每一者，并将其相应x、y坐标及所发射通量连同特定驱动条件(例如，将被并入到灯中的个别led的数目、处于驱动条件下的led装置的温度、led的驱动电流及灯的间距)一起存储。被并入到灯中的led的数目可包含在照明器中所使用的led或在包含多个led群组的照明器中所使用的led群组(其中每一群组形成一灯)的总数目。在另一替代方案中，还规定具有led间距或间隔的照明器。在此实例中，第一照明器具有1英寸间距，且色彩混合将立刻发生。在另一照明器中，ledpcb板具有3英寸的间距或led间隔，且混合是在较长距离内进行。在此替代方案中，或视情况在其它替代方案中的任一者中，计算led批次的多个混合情景。此处，将在色彩上较接近的led用于具有最大间距的照明器，因为色彩混合是在较长距离内进行。类似地，将在色彩上隔开较远的led一起用于具有最小间距的照明器中。在又一替代方案中，通过在pcb板上具有若干空间区域(例如，围绕一圆形的8个led)来特性化照明器，并执行混合，其中以4组相反对进行子混合。下表3提供选自ua或u7的一批八个不同led(ld1到ld8)中的每一者的所测量值；led#xy通量ld10.4010.388227ld20.4080.391627ld30.41130.400127ld40.4040.396627ld50.40480.393227ld60.41160.386527ld70.4150.39527ld80.4080.391627表3表3中的“x”列规定给定led的x坐标，“y”列规定ycct坐标，且“通量”列规定给定的八个led中的每一者的所测量光通量。因此，根据此实例，目标是从ld1到ld8选择两个led，使得所得光尽可能地接近3465k。所属领域的技术人员将知晓，存在数种用于计算所混合led的所得x、ycct坐标的方法，且利用与此处所使用的简化方法不同的方法将不会背离所揭示发明的精神及范围。举例来说，可使用三色刺激法来计算x、y坐标。此处是为了便于解释而选择了简化方法。更多用于计算所得x、y色度坐标的准确且综合性方法(例如，使用经编程计算装置)已完全由发明人设想出且将在大多数实际情形中加以使用。根据本申请案的本实施例，根据以下方程式1(eqn1)计算来自两个或两个以上led的混合光：其中xi及yi表示x及y色度坐标，且wi表示对应通量。下表4提供在将八个led(ld1到ld8)中的每一者与其它七个led中的每一者组合时所产生的所计算x、ycct坐标。举例来说，使用以上方程式1(eqn1)，当将来自ld1的光与来自ld2的光组合或混合时，所得x、y色度坐标分别是0.4045、0.3899。表4为将来自表4的所计算x、y坐标转换成对应的近似cct值，使用被称为麦凯公式(mccamy’sformula)的以下方程式2(eqn2)：cct＝449n3+3525n2+6823.3n+5520.33(eqn2)其中n＝(x-0.3320)/(0.1858-y)根据此实例(即，其中目标cct是3465k)使用麦凯公式是因为已知为介于从2,856k到6,500k的范围内的色温提供小于2开氏度的最大绝对误差。如果需要更准确的解决方案，那么所属领域的技术人员将知晓可加以使用的替代转换方法。以下表5提供如通过以上eqn2所计算的n及近似cct的对应值：表5以下表6针对两个经组合led提供目标cct(即，3465k)与所计算近似cct之间的差：表6如表6中所展示，根据本实例，为实现接近3465k的cct值，对选自原始的八个led(ld1到ld8)的两个led的最佳组合是ld4与ld6的组合。如所指示，此组合提供3462.5k的近似cct值，其比目标小2.5k氏度。上文所揭示的实例(即，从来自接近普朗克轨迹的箱区的一批八个所测试led选择两个led)是简化实例且是仅出于说明目的而提供。根据本文中所揭示的说明性实施例，在从先前所测试led的大集合(例如，成千上万个led)中选择个别led时会获得显著的益处，在所述大集合中，来自制造商的从中获得led的箱区跨越大色彩变化分散及/或存在于普朗克轨迹上方及下方显著距离处。换句话说，从中选择选定led的led是相对于最终所要色彩在相对高数目阶(例如4阶、5阶、6阶或更高阶)麦克亚当椭圆内规定的。根据本申请案的方法，通过为从led制造商所购买的每一个led测试及存储对应数据，照明装置制造商能够因led价格较便宜而获利。也就是说，通过混合与以上所概述实例或其变体一致且可能来自具有更宽色彩及通量值变化的大得多的led群体的两个或两个以上led，照明装置制造商能够使用来自比先前可能情形更加远离普朗克轨迹的箱区的led。由于与每一led对应的特定数据(例如，cctx、y坐标、通量、正向电压、cri、功率分布等)是连同将使用的特定驱动条件(例如，电流、电压、温度、工作循环(波形)等)一起存储，因而照明装置制造商可通过混合来自存在于3阶、4阶及5阶以及可能更大阶麦克亚当椭圆中的箱区的led而更准确地获得特定所发射色彩值，以比先前可能情形更准确且更具成本效益地实现更严格标准。另外，在已知照明器的所得所要特性的情况下，可使用led群组的所存储数据来确定可从所述群组制成多少个照明器。因此，所述方法可用于分析led群组并确定跨越多个照明器分布led的最佳方式。举例来说，可测量led群组，且基于所得数据、基于可以所述led群组形成的照明器的最大数目或其它成本考虑(例如，形成所要输出所需的led的总数目)，可将所述led群组用于具有第一所要光输出的一组第一照明器或具有第二所要光输出的一组第二照明器。某些示范性实施例的前述详细说明是出于解释本发明原理及其实际应用的目的而提供，借此使所属领域的其他技术人员能够理解本发明的各种实施例及适于所预期的特定用途的各种修改形式。本说明未必打算为详细的或将本发明限制于所揭示的示范性实施例。本文中所揭示的实施例及/或元件中的任一者可彼此相组合以形成未具体揭示的各种额外实施例。因此，可作出额外实施例，且其打算囊括于本说明书内及所附权要求书的范围内。本说明书描述特定实例以实现可以另一种方式实现的更一般目标。如本申请案中所使用，术语“前面”、“后面”、“上部”、“下部”、“向上”、“向下”及其它定向描述语打算促进对本发明的示范性实施例的描述，且不打算将本发明的示范性实施例的结构限制于任何特定位置或定向。所属领域的普通技术人员应将例如“大致上”或“大约”等程度术语理解为是指给定值之外的合理范围，例如，与所描述实施例的制造、组装及使用相关联的一般公差。当前第1页12