基于led的照明模块的板上诊断的制作方法
【专利说明】基于LE叫勺照明模块的板上诊断
[0001 ] 杰勒德.哈伯斯
[0002] 相关申请的交叉引用
[0003] 本申请要求2010年6月18日递交的临时申请No. 61/356，525和2011年6月15日递交 的美国专利申请No. 13/161,341的优先权，将其全部合并在此作为参考。
技术领域
[0004] 所述实施例设及包括发光二极管(LED)的照明模块。
【背景技术】
[0005] Lm)在普通照明中的使用变得更加需要且更加流行。包括L邸的照明模块典型地要 求大量的热沉和特定的功率要求。甚至相对于热沉的部分故障、功率要求或其他系统故障， 例如憐光体的衰退，在标称操作条件之外操作、L抓故障等等，会严重地损害性能。然而，一 旦安装了传统的基于L邸的照明模块，就难W接近，因此通常无法诊断或解决与照明模块相 关联的问题，导致性能劣化和寿命减少。因此需要进行改进。
【发明内容】
[0006] 基于发光二极管(LED)的照明模块能够执行板上诊断。例如，诊断可W包括基于测 量的通量或溫度来估计已逝寿命、憐光体涂层的衰退、热故障、L邸故障或者确定L邸电流调 T。
[0007] 在一种实现中，基于操作条件的标称值和操作条件的实际值来确定针对基于LED 的照明模块的操作时间段的递增加速因子。至少部分地基于所述递增加速因子来确定累积 加速因子。基于用所述累积加速因子对所述基于Lm)的照明模块的累积已逝操作时间进行 缩放，来估计所述基于L邸的照明模块的已逝寿命。
[000引在另一种实现中，测量基于L邸的照明模块对于从所述模块的L抓发射的光脉冲的 通量强度响应，并且基于所述通量强度响应来估计所述模块内的憐光体涂层的衰退。
[0009]在另一种实现中，测量基于LED的照明模块对从启动条件起照亮所述模块的瞬态 响应，并且在实际热故障发生之前基于所述瞬态响应来估计所述模块的热故障。
[0010]在另一种实现中，ii量基于L抓的照明模块的多个串联连接的L抓的正向电压，其 中由所述基于Lm)的照明模块执行所述测量。基于所述正向电压来估计所述多个串联连接 的L邸中的至少一个的故障，其中由所述基于L邸的照明模块来执行所述估计。
[0011]在另一种实现中，针对利用第一电流值驱动的第一LED照射的基于LED的照明模 块，测量第一通量强度值，其中所述第一 Lm)发射具有第一颜色特性的光。针对利用第二电 流值驱动的第二L邸照射的基于Lm)的照明模块，测量第二通量强度值，其中所述第二Lm)发 射具有第二颜色特性的光。基于所述第一通量强度值和所述第一电流值来确定第=电流 值，并且基于所述第二通量强度值、所述第二电流值、和第一 L邸的通量强度与第二L邸的通 量强度的预定比率，来确定第四电流值。
[0012] 在又一种实现中，测量基于Lm)的照明模块的溫度。基于所述溫度确定电流缩放因 子，其中所述电流缩放因子将施加至具有第一颜色发射特性的第一 Lm)的第一电流值与施 加至具有第二颜色发射特性的第二Lm)的第二电流值关联。基于所述电流缩放因子和第一 标称电流值来确定第一目标电流值。
【附图说明】
[0013] 图1-2说明了包括照明设备、反射器和灯器具在内的两个示范性照明器。
[0014] 图3A示出了说明如图1所示的基于L邸的照明设备的部件的放大图。
[0015] 图3B示出了如图1所示的基于L邸的照明设备的透视截面图。
[0016] 图4说明了如图2所示的照明器的剖面视图，具有禪接在Lm)照明设备和灯器具之 间的电接口模块
[0017] 图5是示出了电接口模块的示意图。
[001引图6是电接口模块上的L邸选择模块的示意性说明。
[0019] 图7示出了可W如何接通或关断LEDW改变由上电的LED发射的通量的量。
[0020] 图8说明了包括至少一个传感器和至少一个电导体在内的反射器。
[0021] 图9示出了可W将颜色、通量和占用率传感器定位于反射器上的位置。
[0022] 图10示出了包括已逝时间计数器模块在内的电接口模块的示意图。
[0023] 图11说明了照明模块的示范性的随时间变化的操作溫度分布的示意图。
[0024] 图12说明了照明模块的随时间的示范性操作电流轮廓。
[0025] 图13说明了照明模块的随时间的示范性操作相对湿度轮廓。
[0026] 图14示出了基于实际操作条件估计基于L邸的照明模块的寿命的方法。
[0027] 图15示出了包括憐光体衰退检测模块在内的电接口模块的示意图。
[0028] 图16示出了包括安装到安装板上的蓝光L邸和通量传感器在内的主混合腔的剖面 视图。
[0029] 图17示出了通量传感器测量的对从L邸发射的光脉冲的示范性通量强度响应。
[0030] 图18示出了基于模块对从Lm)发射的光脉冲的通量强度响应来估计照明模块的腔 体中包括的憐光体的衰退的示范性方法。
[0031] 图19示出了包括热故障早期检测模块在内的电接口模块的示意图。
[0032] 图20示出了两个示范性的测量溫度轮廓。
[0033] 图21示出了两个示范性的测量通量轮廓。
[0034] 图22示出了启动时根据对溫度瞬变的分析在实际故障之前识别照明器故障的潜 在可能的方法。
[0035] 图23示出了启动时根据对通量瞬变的分析在实际故障之前识别照明器故障的潜 在可能的方法。
[0036] 图24示出了根据L邸串的正向电压测量来识别照明模块中的L邸的故障的方法。
[0037] 图25示出了包括颜色调谐模块在内的电接口模块的示意图。
[0038] 图26A-2她示出了具有安装的红光L邸和蓝光L邸的安装板。
[0039 ]图27示出了安装板上的多个通量传感器。
[0040]图28示出了光波导，所述光波导将来自安装板表面多个位置处的的光导引至通量 传感器。
[0041] 图29A-29B示出了在模块寿命上用于匹配红光和蓝光L邸之间的强度的方法。
[0042] 图30示出了包括溫度补偿模块在内的电接口模块的示意图。
[0043] 图31示出了在封装溫度的范围上红光LED(AlInGaP)和蓝光L抓的相对光通量输 出。
[0044] 图32示出了包括电流缩放因子的表，所述电流缩放因子设及操作溫度范围上供应 给红光L邸和蓝光L邸的电流。
[0045] 图33示出了调谐供应给照明模块的不同L邸串的电流W在模块的操作溫度范围上 实现一致的颜色特性的方法。
[0046] 图34示出了传送基于L邸的照明模块的累积已逝时间是否已经达到阔值的方法。
[0047] 图35示出了传送对基于L邸的照明模块的估计剩余寿命加 W指示的警报的示范性 方法。
[0048] 图36示出了系统的示范性实施例，所述系统包括基于Lm)的照明模块、与基于LED 的照明模块通信禪接的计算机、W及与计算机交互的实体。
【具体实施方式】
[0049] 现在对背景示例和本发明的一些实施例提供详细参考，其范例在附图中说明。
[0050] 图1-2说明了两个示范性照明器。图1所示的照明器包括具有矩形形式因子的照明 模块100。图2所示的照明器包括具有圆形形式因子的照明模块100。运些示例是为了说明性 的目的。也可W设想一般多边形和楠圆形形状的照明模块的示例。照明器150包括照明模块 100、反射器140和电灯器具130。如所示的，电灯器具130是热沉，并且因此有时称作热沉 130。然而，电灯器具130可W包括其他结构和装饰元件(未示出）。将反射器140安装到照明 模块100W对从照明模块100发射的光进行准直或偏斜。反射器140可W由导热材料制成，例 如包括侣或铜在内的材料，并且可W与照明模块100热禪接。热通过传导经过照明模块100 和导热的反射器140流动。热也经由反射器140上的热对流流动。反射器140可W是复合抛物 面聚光镜，其中所述聚光镜由高反射材料构成或者涂覆有高反射材料。诸如散射体或反射 器140之类的光学元件可W可拆卸地禪接至照明模块100,例如通过螺纹、夹具、扭锁机构或 其他合适的结构。包括照明模块100在内的照明器150也可W是翻新型灯。
[0051] 照明模块100安装到电灯器具130。如图1和图2所示，将照明模块100安装到热沉 130。热沉130可W由导热材料制成，例如包括侣和铜并且可W与照明模块100热禪接的材 料。热通过照明模块100和导热的热沉130的传导而流动。热也经由热沉130上的热对流流 动。照明模块100可W通过螺纹附着至热沉130, W将照明模块100夹到热沉130上。为了便于 照明模块100的容易拆卸和更换，可W将照明模块100可拆卸地禪接至热沉130,例如通过夹 持机构、扭锁机构或者其他合适的结构。照明模块100包括至少一个导热表面，所述导热表 面例如直接地或者使用热油脂、热带、热垫盘或热环氧树脂与热沉130热禪接。为了 L邸的充 分冷却，对于流入板上的L邸中的每一瓦特的电能，应该使用至少50平方毫米、优选地100平 方毫米的热接触面积。例如，在使用20个Lm)的情况下，应该使用1000至2000平方毫米的热 沉接触面积。使用较大的热沉130可W允许按照更高功率驱动LED 102,并且也允许不同的 热沉设计。例如，一些设计可W表现出对热沉取向的依赖性较小的冷却能力。此外，风扇或 者用于强制冷却的其他方案可w用于去除来自装置的热。底部热沉可w包括孔桐，使得可 W实现与照明模块100的电连接。
[0052] 图3A示出了说明如图1所示的基于Lm)的照明模块100的部件的放大图。应该理解 的是如运里所定义的，基于Lm)的照明模块不是LED,而是Lm)光源或器具或其部件。基于LED 的照明模块100包括一个或多个Lm)管忍或者封装的LED、W及附着了 Lm)管忍或者封装的 LED的安装板。图3B说明了如图1所示的基于L邸的照明模块100的透视截面图。基于LED的照 明模块100包括安装在安装板104上的一个或多个固态发光元件，例如发光二极管化抓） 102。通过安装板保持环103将安装板104附着到安装底座101上并且固定到适当位置。组装 了 LED 102和安装板保持环103的安装板104包括光源子组件115。光源子组件115操作为使 用LED 102将电能转换为光。将从光源子组件115发射的光导引至光转换子组件116,用于颜 色混合和颜色转换。光转换子组件116包括腔体105和输出窗口 108,并且可选地包括底部反 射器插入物106和侧壁插入物107中的任一个或者两者。输出窗口 108固定到腔体105的顶 部。腔体105包括内侧壁，使得当将腔体105安装到光源子组件115上时所述内侧壁将来自 LED 102的光导引至输出窗口 108。底部反射器插入物106可W可选地放置于安装板104上。 底部反射器插入物106包括孔，使得每一个LED 102的发光部分不受底部反射器插入物106 的阻挡。侧壁插入物107可W可选地放置于腔体105内部，使得当将腔体105安装在光源子组 件115上时侧壁插入物107的内表面将来自LED 102的光导引至输出窗口。尽管如所示地，从 照明模块100顶部观看时腔体105的内侧壁的形状是矩形，但是可W设想其他形状(例如Ξ 叶草形状或者多边形）。此外，腔体105的内侧壁可W从安装板104朝着输出窗口向外逐渐变 细，而不是如所示的与输出窗口 108垂直。
[0053] 在该实施例中，在安装板104上放置的侧壁插入物107、输出窗口 108和底部反射器 插入物106限定了所述基于Lm)的照明模块100中的光混合腔体109,在光混合腔体109中来 自LED 102的一部分光被反射，直到光通过输出窗口 108出射为止。在从输出窗口 108出射之 前在腔体109内反射光具有W下效果:对光进行混合，并且提供从基于L邸的照明模块100发 射的光的更均匀分布。侧壁插入物107的一些部分可W涂覆有波长转换材料。另外，输出窗 口 108的一些部分可W涂覆有相同或不同的波长转换材料。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长转换材料。运些材料的光转换性质与腔体109内光 的混合相结合，得到由输出窗口 108输出的颜色经转换的光。通过调谐波长转换材料的化学 性质W及腔体109的内表面上涂层的几何性质（例如层厚度、憐光体颗粒尺寸、憐光体混合 物和颗粒密度），可W指定由输出窗口 108输出的光的特定颜色性质，例如色点、色溫和颜色 呈现指数(CRI)。
[0054] 出于该专利文件的目的，波长转换材料是执行颜色转换功能的任意单一化学化合 物或者不同化学化合物的混合物，颜色转换功能例如是吸收一个峰值波长的光并发射另一 个峰值波长的光。
[0055] 可W用诸如空气或惰性气体之类的非固体材料填充腔体109,使得LED 102将光发 射到非固体材料中。作为示例，可W气密地密封腔体，并且氣气用于填充腔体。替代地，可W 使用氮气。在其他实施例中，可W用固体密封材料填充腔体109。作为示例，娃树脂可W用于 填充腔体。
[0056] LED 102可W发射不同的颜色或者相同的颜色，通过直接发射或者通过憐光体转 换，例如在憐光体层涂覆到Lm)上作为Lm)封装的一部分的情况下。因此，照明模块100可W 使用彩色LED 102的任意组合，例如红色、绿色、蓝色、栋黄色或者蓝绿色，或者LED 102可W 都产生相同颜色的光或者可W都产生白光。例如，L抓102可W都发射蓝光或者紫外光。当 与憐光体(或者其他波长转换手段)组合地使用时(例如，憐光体可W在输出窗口 108中