用于RGB颜色调整的混合驱动方案的制作方法

用于rgb颜色调整的混合驱动方案
1.优先权要求本技术要求于2019年8月16日提交的序列号为16/543230的美国专利申请的优先权的权益，该申请要求于2019年1月25日提交的序列号为16/258193的美国专利申请的优先权的权益，并要求于2019年3月27日提交的序列号为19165527.3的欧洲专利申请的权益，这些申请中的每一个以其全部内容通过引用并入本文。


背景技术：

2.发光二极管（led）是一种半导体光源，当电流流过它时发射光。当合适的电流施加到led时，电子能够与led内的电子空穴复合，以光子的形式释放能量。这种效应被称为电致发光。对应于光子能量的发射光的颜色由半导体的能量带隙确定。通过在半导体器件上使用多个半导体或一层波长转换材料来获得白光。
3.led电路、也称为led驱动器，是一种通过提供合适的电流用于为led供电的电路。该电路必须提供足够的电流以所要求的亮度点亮led，但必须限制电流以防止损坏led。需要在充足的电流以为led供电和限制电流以防止损坏之间平衡，因为跨led的电压降在宽的操作电流区间内近似恒定。这导致所施加的电压的小幅增加会大大增加电流。
4.红
‑
绿
‑
蓝（rgb）颜色调整方案中经常使用led的组合。添加附加的led和为rgb颜色调整内的每个led供电的要求增添了rgb led的驱动方案的复杂性。


技术实现要素：

5.一种设备，包括：模拟电流分配电路，被配置为将输入电流分成第一电流和第二电流；和多路复用器阵列，包括多个开关，以在周期的第一部分期间，将第一电流提供给三种颜色的led中的第一种，并同时将第二电流提供给三种颜色的led中的第二种，在周期的第二部分期间，将第一电流提供给三种颜色的led中的第二种，并同时将第二电流提供给三种颜色的led中的第三种，以及在周期的第三部分期间，将第一电流提供给三种颜色的led中的第一种，并同时将第二电流提供给三种颜色的led中的第三种。
附图说明
6.从以下结合附图通过示例的方式给出的描述中，可以得到更详细的理解，其中：图1a图示了表示颜色空间的cie色度图解；图1b图示了图示不同cct及其与bbl的关系的图解；图1c图示了用于rgb调整的混合驱动电路的示例电路；图1d图示了用于计算设备的微控制器，以比模拟电路更少的pcb资源来应对复杂的信号处理；图1e图示了图1c的电路的色图，其中红色led（或红色led阵列）位于中心位置；图1f图示了图1c的电路的色图，其中绿色led（或绿色led阵列）位于中心位置；图1g图示了图1c的电路的色图，其中蓝色led（或蓝色led阵列）位于中心位置；
图1h图示了另一种混合驱动电路；图1i图示了图1h的电路的色图，其中红色和蓝色led（或红色led阵列和蓝色led阵列）由模拟电流驱动；图1j图示了图1h的电路的色图，其中红色和绿色led（或红色led阵列和绿色led阵列）由模拟电流驱动；图1k图示了图1h的电路的色图，其中蓝色和绿色led（或蓝色led阵列和绿色led阵列）由模拟电流驱动；图1l图示了另一种混合驱动电路；图1m图示了提供全色域覆盖的图1l的电路的色图；图1n图示了用于rgb颜色调整驱动的混合驱动的方法；图2是根据一个实施例的集成led照明系统的电子板的俯视图；图3a是在一个实施例中，其led阵列在led器件附着区域附着到衬底的电子板的俯视图；图3b是具有安装在电路板的两个表面上的电子组件的双通道集成led照明系统的一个实施例的图解；图3c是led照明系统的实施例的图解，其中led阵列在与驱动器和控制电路分开的电子板上；图3d是led照明系统的框图，该led照明系统具有led阵列以及与驱动器电路分开的电子板上的一些电子器件；图3e是示出多通道led驱动器电路的示例led照明系统的图解；图4是示例应用系统的图解；图5a是示出led器件的图解；以及图5b是示出多个led器件的图解。
具体实施方式
7.下文将参考附图更全面地描述不同光照明系统和/或发光二极管（“led”）实施方式的示例。这些示例不相互排斥，并且在一个示例中发现的特征可以与在一个或多个其他示例中发现的特征相组合，以实现另外的实施方式。因此，将被理解，附图中所示的示例仅为了说明的目的而提供，并且它们不旨在以任何方式限制本公开。类似的数字始终指代类似的元件。
8.将被理解，尽管术语第一、第二、第三等可以在本文中用于描述各种元件，但是这些元件不应该被这些术语所限制。这些术语可以用于区分一个元件与另一个元件。例如，第一元件可以被称为第二元件并且第二元件可以被称为第一元件，而不脱离本发明的范围。如本文所使用的，术语“和/或”可以包括一个或多个相关联列出项目的任何和所有组合。
9.将被理解，当诸如层、区域或衬底的元件被称为“在”或“延伸到”另一个元件上时，它可以直接在或直接延伸到另一个元件上，或者也可以存在中间元件。相反，当一个元件被称为“直接在”或“直接延伸到”另一个元件上时，可能没有中间元件的存在。还将被理解，当一个元件被称为“连接”或“耦合”到另一个元件时，它可以直接连接或耦合到另一个元件和/或经由一个或多个中间元件连接或耦合到另一个元件。相反，当一个元件被称为“直接
连接”或“直接耦合”到另一个元件时，在该元件和另一个元件之间没有中间元件的存在。将被理解，除了图中描绘的任何取向之外，这些术语旨在涵盖元件的不同取向。
10.诸如“下面”、“上面”、“上边”、“下边”、“水平”或“垂直”的相对术语在本文可以用于描述一个元件、层或区域与图中所图示的另一个元件、层或区域的关系。将被理解，除了图中描绘的取向之外，这些术语旨在涵盖器件的不同取向。
11.进一步，led、led阵列、电气组件和/或电子组件是否容纳在一个、两个或更多个电子板上也可能取决于设计约束和/或应用。
12.半导体发光器件（led）或光学功率发射器件——诸如发射紫外（uv）或红外（ir）光学功率的器件——是目前可用的最有效的光源之一。这些器件可以包括发光二极管、谐振腔发光二极管、垂直腔激光二极管、或边缘发射激光器等。例如，由于其紧凑的大小和较低的功率要求，led对于许多不同的应用可能是有吸引力的候选。例如，它们可以用作手持电池供电设备（诸如相机和手机）的光源（例如，闪光灯和相机闪光）。例如，它们也可以用于汽车照明、平视显示器（hud）照明、园艺照明、街道照明、视频照明灯、一般照明（例如，家庭、商店、办公室和工作室照明，剧院/舞台照明和建筑照明）、增强现实（ar）照明、虚拟现实（vr）照明、显示器背光、和ir光谱。单个led可以提供不如白炽光源亮的光，并且因此，多结器件或led阵列（诸如单片led阵列、微led阵列等）可以用于期望或要求更高亮度的应用。
13.本说明书针对一种混合驱动方案，用于驱动去饱和的rgb彩色led，以制造具有高显色指数（cri）和高效率的白色，具体是使用磷光体转换的彩色led解决颜色混合。直接彩色led的正向电压随着主波长的增加而降低。这些led最好用多通道dc/dc转换器驱动。已经创建了以高功效（efficacy）和cri为目标的新的磷光体转换的彩色led，为相关色温（cct）调整应用提供了新的可能性。新的彩色led具有去饱和（柔和）色点，并且可以被混合，以在宽cct区间内实现具有90+ cri的白色。其他led可以具有80 cri实施方式，或者甚至也可以使用70 cri实施方式。这些可能性要求led电路实现并最大化这一潜力。同时，控制电路可以与单通道恒流驱动器兼容，以便于市场采用。
14.一般地，led驱动电路使用模拟方法或脉宽调制（pwm）方法形成。在模拟驱动器中，所有颜色同时被驱动。通过为每个led提供不同的电流来独立驱动每个led。模拟驱动器导致色偏，并且目前没有办法改变当前的三路方式（three ways）。模拟驱动经常导致某些颜色的led被驱动到低电流模式，并且其他时间，被驱动到非常高的电流模式。如此宽的动态区间对感测和控制硬件提出了挑战。
15.在pwm中，每种颜色都以高速顺序打开。每种颜色都用相同的电流驱动。通过改变每种颜色的占空比来控制混合颜色。也就是说，一种颜色可以被驱动两倍于另一种颜色的时间，以添加到混合颜色中。由于人类的视觉不能够感知非常快速改变的颜色，因此光看起来具有一种单一的颜色。
16.例如，用电流驱动第一led某个量的时间，然后用相同的电流驱动第二led某个时间，并且然后用该电流驱动第三led某个量的时间。通过改变每种颜色的占空比来控制混合颜色。例如，如果您有一个rgb led，并期望特定的输出，基于人眼的感知，红色可能在周期的一部分被驱动，绿色可能在周期的不同部分被驱动，并且蓝色在周期的又一部分被驱动。作为以较低的电流驱动红色led的替代，以相同的电流驱动该红色led较短的时间。这个示例证明了pwm的缺点，其中led利用不足导致效率低下。
17.下表1中总结了两种驱动方案的比较，表1说明了每种驱动技术的优缺点。如所示出的，模拟驱动提供了良好的led利用率，所有颜色共享峰值电流，并且一般有良好的led功效和整体功效。pwm提供了良好的色点可预测性，因为所有led都由峰值电流和相对简单且有效的控制器驱动。
18.表1：模拟和pwm驱动方案的优缺点 模拟pwmled利用率+
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色点可预测性
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ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ一些颜色可能只需要几ma+ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ所有led都传导峰值电流额定电流+ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ所有颜色共享峰值电流
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ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ所有led都传导峰值电流控制器复杂性
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ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ复杂+ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ简单控制器效率
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+led功效+
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整体功效+
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19.本驱动方案包括混合方案，以实现上面描述的模拟和pwm方法的组合优势。混合系统每次在两种颜色之间分配输入电流，同时将两种颜色的集合视为虚拟led，以重叠pwm时间切片。这种驱动方案实现了与使用相同数量的led的模拟驱动相同水平的整体功效，同时保持了良好的颜色可预测性。与混合驱动方案相比，pwm驱动方案可能要求多50%的led以实现相同的功效。本混合驱动方案的优势被添加到表1，并呈现在下表2中。混合驱动在led的利用率、额定电流、led功效和整体功效中获取了模拟驱动器的优势，以及在色点可预测性和控制器复杂性中获取了使用所包括的pwm驱动器的优势。
20.表2：模拟、pwm和混合驱动方案的优缺点 模拟pwm混合led利用率+
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+色点可预测性
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ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ一些颜色可能只需要几ma+ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ所有led都传导峰值电流+额定电流+ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ所有颜色共享峰值电流
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ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ所有led都传导峰值电流+控制器复杂性
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ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ复杂+ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ简单+控制器效率
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+
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led功效+
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+整体功效+
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+与使用pwm调光的驱动器兼容否是取决于pwm频率
21.图1a图示了表示颜色空间的cie色度图解1。颜色空间是三维空间；也就是说，一种颜色由三个数字的集合来指定，这三个数字指定了特定均匀视觉刺激的颜色和亮度。这三个数字可以是国际照明委员会（cie）坐标x、y和z，或者是其他值（诸如色调、色彩、和光亮度）。基于人眼具有三种不同类型的颜色敏感锥的事实，眼睛的反应最好用这三个“三刺激值”来描述。
22.色度图解1是投影到二维空间中、忽略亮度的颜色空间。例如，标准的cie xyz颜色空间对应于由两个色度坐标x，y指定的色度空间。色度是颜色质量的客观规格，与其光亮度无关。色度由两个独立的参数组成，常常指定为色调和色彩。色彩可以替代地被称为饱和度、色度、强度、或激发纯度。色度图解1包括由人眼可感知的颜色。色度图解1使用基于从有色物体发射的光的光谱功率分布（spd）的参数，并且以已经针对人眼测量的灵敏度曲线为因数。任何颜色都可以用两个颜色坐标x和y来精确表达。通过组合给定的三原色集合（即蓝色、绿色和红色），可以匹配的颜色在色度图解上由三角形2表示，该三角形2连接三种颜色
的坐标，即红色坐标3、绿色坐标4和蓝色坐标5。三角形2表示色域。
23.色度图解1包括普朗克轨迹，或黑体线（bbl）6。bbl 6是当黑体温度改变时，白炽黑体的颜色将在特定色度空间中采取的路径或轨迹。它在低温下从深红色到橙色、黄白色、白色，并最后在非常高的温度下为蓝白色。一般来说，人眼优选距离bbl 6不太远的白色点。bbl 6上方的色点将看起来太绿，而下方的色点将看起来太粉。
24.图1b图示了图解10，该图解10图示了不同的cct及其与bbl 6的关系。使用三原色（r、g、b），并且同时驱动两种颜色，创建三个虚拟色点（r
‑
g、r
‑
b、g
‑
b），这创建了本驱动方案的色域2.1。新色域2.1比旧色域2更小。在2700k和4000k之间，颜色线在bbl 6以下3阶以内伸展。对于暖色cct，这种偏差在人类对略低于bbl 6的观看偏好之内。如将由本领域普通技术人员所理解的，原色点可以被调整为使色域2.1完全包围感兴趣的可调波段。通过强制电流在两种颜色之间分配，改进了效率和利用率。
25.图1c图示了用于rgb调整的混合驱动电路的示例电路20。电路20包括电连接到电压调节器24的led驱动器25——两者一起产生稳定的电流i0——以及模拟电流分配电路21、多路复用器阵列22、和led阵列23。
26.led阵列23可以包括一个或多个第一颜色的led（颜色1）26、一个或多个第二颜色的led（颜色2）27、以及一个或多个第三颜色的led（颜色3）28，它们被设计成使用混合驱动电路来调整。在电路20的一个实施例中，颜色1是绿色，颜色2是红色，并且颜色3是蓝色，尽管任何颜色集合可以用于颜色1、颜色2和颜色3。如所理解的，将颜色分派给特定通道仅仅是设计选择，并且尽管可以设想其他设计，但是当前的描述使用颜色1 led 26、颜色2 led 27和颜色3 led 28，并且还可以描述其中颜色1被描述为绿色、颜色2被描述为红色、以及颜色3被描述为蓝色的实施例，以便提供对本文描述的混合驱动电路的完整理解。
27.电路20包括模拟电流分配电路21，以将进入电流i0分成两个电流i1、i2。在美国专利申请第16/145053号、题为“任意比率模拟电流分配电路”中描述了这种模拟电流分配电路21，该申请通过引用并入本文，就好像它是以其全部内容阐述的一样。模拟电流分配电路21可以采取驱动电路的形式，以为两种颜色中的每一种提供相等的电流。模拟电流分配电路21可以解决不同颜色的led之间正向电压的任何不匹配，同时允许精确控制每种颜色的驱动电流。替代地，模拟电流分配电路21可以允许不相等的电流分配，这不可以通过简单地接通两个串来实现。如所理解，可以利用其他模拟电流分配电路而不脱离本发明的精神。为了完全理解本文描述的混合驱动电路，提供模拟电流分配电路21作为示例性的分配器。
28.模拟电流分配电路21可以安装在印刷电路板（pcb）上，以与led驱动器25和led阵列23一起操作。led驱动器25可以是本领域已知的常规led驱动器。模拟电流分配电路21可以允许led驱动器25用于利用两个或更多个led阵列23的应用。
29.模拟电流分配电路21的每个电流通道可以包括感测电阻器。例如，在具有两个电流通道的实施例中，模拟电流分配电路21包括：第一感测电阻器（rs1）29，以感测第一电流通道31在vsense1处的第一电压；和第二感测电阻器（rs2）30，以感测第二电流通道32在vsense2处的第二电压。vsense1处的电压表示流过第一感测电阻器（rs1）29的电流，并且vsense2处的电压表示流过第二感测电阻器（rs2）30的电流。
30.模拟电流分配电路21包括计算设备37。计算设备37被配置为比较第一感测电压vsense1和第二感测电压vsense2，以确定设置电压vset。如果第一感测电压vsense1低于第
二感测电压vsense2，则计算设备37被配置为增加vset。如果第一感测电压vsense1大于第二感测电压vsense2，则计算装置37被配置为降低设置电压vset。
31.具体地，计算设备37可以包括运算放大器（op amp）38、在设置电压vset的定位和地之间的电容器39、以及与电容器39并联的电阻器41。第一感测电压vsense1和第二感测电压vsense2被馈送到op amp 38。计算设备37可以被配置为通过从第二感测电压vsense2中减去第一感测电压vsense1来比较第一感测电压vsense1与第二感测电压vsense2。当op amp 38处于调节时，计算设备37可以被配置为当第一感测电压vsense1小于第二感测电压vsense2时，将第一感测电压vsense1和第二感测电压vsense2的差转换成充电电流来对电容器39充电，以增加设置电压vset。计算设备37可以被配置为当第一感测电压vsense1大于第二感测电压vsense2时，将第一感测电压vsense1和第二感测电压vsense2的差转换成放电电阻器41以降低设置电压vset。
32.因此，如果第一感测电压vsense1高于第二感测电压vsense2，则计算设备37可以降低设置电压vset，这又降低向第一电流通道31供应功率的第一栅极电压vgate1。以另一方式陈述，当op amp 38处于调节时，第一感测电压vsense1大约等于第二感测电压vsense2。因此，在稳态期间，第一电流通道31的电流与第二电流通道32的电流的比率等于第二感测电阻器rs2的值与第一感测电阻器rs1的值的比率，并且满足以下等式：i_rs1=v_set/r_s1；
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
等式1，i_rs2=v_set/r_s2，
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
等式2。
33.因此，当第一感测电阻器rs1的值等于第二感测电阻器rs2的值时，流过第一电阻器的电流i_rs1等于流过第二电阻器的电流i_rs2，并且假设由辅助电路（诸如电源电压生成）汲取的电流可以忽略不计，则电流分配电路20将电流分成两个相等的部分。应当注意，如由本领域普通技术人员将领会的，图1c中所图示的计算设备37是许多可能的实施方式之一。
34.设置电压vset可以被馈送到压控电流源，其可以用第一op amp 33来实施。第一op amp 30可以提供第一栅极电压vgate1。第一栅极电压vgate1可以输入到用于提供驱动电流i1的第一晶体管34。第一晶体管34可以是常规的金属氧化物半导体场效应晶体管（mosfet）。第一晶体管34可以是n沟道mosfet。
35.第二晶体管35可以提供驱动电流i2。第二晶体管35可以是常规的mosfet。第二晶体管35可以是n沟道mosfet。第二晶体管可以仅在第一电流通道31处于调节时被导通。第二栅极电压vgate2可以流过第二晶体管35。
36.第二栅极电压vgate2可以被馈送到分流调节器36的ref输入端。在实施例中，分流调节器36具有2.5v的内部参考电压。当施加在ref节点的电压高于2.5v时，分流调节器36可以吸收大电流。当施加在ref节点的电压低于2.5v时，分流调节器36可以吸收非常小的静态电流。
37.大的吸收电流可以将第二晶体管35的栅极电压拉低到低于其阈值的水平，这可以关断第二晶体管35。分流调节器36可能不能够将阴极拉到大于其ref节点以下的二极管的正向电压（vf）。因此，第二晶体管35可以具有高于2.5v的阈值电压。替代地，可以使用具有较低内部参考电压（诸如1.24v）的分流调节器。
38.电路20包括多路复用器阵列22，其将三个led 26、27、28中的两个电连接到用模拟
电流分配电路21创建的两个电流源i1、i2。如电路20中所图示，多路复用器阵列22可以包括四个mosfet s1（11）、s2（12）、s3（13）、s4（14），也称为开关。多路复用器阵列22每次将i1和i2引入led阵列23中的两种颜色。如下表指示，需要控制mosfet s1 11和mosfet s4 14，因为mosfet s2 12和mosfet s3 13是mosfet s1 11和mosfet s4 14的反相（inverted）值（即，s2 = 反相s1并且s3 = 反相s4）。如以下等式中所定义的，r
s1 * i
1 = r
s2 * i2，
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
等式3，i0= i1+ i2，
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
等式4。
39.在操作上，混合驱动方案利用模拟电流分配电路21同时驱动led阵列23中的两种颜色，并且然后用led阵列23中的第三种颜色重叠pwm时间切片。表3中示出了阵列23中的led在颜色1为绿色、颜色2为红色、和颜色3为蓝色的实施例中的利用。
40.表3：四个开关的操作值颜色s1（ra0）s2（=invs1）s3（=invs4）s4（ra1）r
‑
g开关开关g
‑
b开关关开r
‑
b关开关开r关开开关
41.在同时驱动两种颜色时，创建虚拟色点。电流i1和i2之间的比率可以预定义（即，1:1或稍有不同，以最大化效率，尽管可以使用任何比率）。使用led阵列23中的三种颜色，可以创建三个虚拟色点（r
‑
g、r
‑
b、g
‑
b）加上原色r/g/b（用于混合的第四色点）。由三个虚拟色点（r
‑
g、r
‑
b、g
‑
b）形成的三角形定义了新驱动方案的色域。
42.表4总结了3通道led驱动的混合驱动方案的操作的时序。如将由相关领域的普通技术人员理解，颜色的具体顺序不一定重要。在混合驱动方案的实施方式中，可以以最小化pwm逻辑实施方式的复杂性的方式来布置或重新布置颜色对。为了提供样本（sample）时序，表4如下所示。在子间隔t1期间，红
‑
绿颜色对可以被供电。在子间隔t2期间，绿
‑
蓝颜色对可以被供电。在子间隔t3期间，红
‑
蓝颜色对可以被供电。子间隔t1、t2和t3的总和组合起来基本上覆盖了开关周期t。
43.表4：时序图1d图示了微控制器40，其可以用于计算设备37，以比上面描述的模拟电路更少的pcb资源来应对复杂的信号处理。微控制器40应对输入信号以及s1和s4的操作。微控制器40可以通过感测输入端15处的vsense1和用ntc 17感测板温度来监控输入电流的绝对值。在输入端15处的vsense1、ntc 17这两个读数可以用于补偿由于驱动电流和温度引起的色偏。0
‑
10v表示控制输入16。微控制器40可以被映射到cct调整曲线。微控制器40将进入指令转变成多路复用器阵列23的操作。具体地，微控制器40可以提供第一输出信号11来控制开
51和mosfet s2 53的反相组合。具体地，s2 = ,
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
等式5，s3 = ,
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
等式6，s5 = ,
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
等式7。
50.表5说明了由电路50提供的可能组合。表5中示出了阵列23中的led在颜色1为绿色、颜色2为红色、和颜色3为蓝色的实施例中的利用。
51.表5：五个开关的操作值颜色i1颜色i2s1s2s3s4s5rr01100rb01010rg10100gb10010br00101bb00011
52.图1i示出了电路50的色图55，其中红色和蓝色led（或红色led阵列和蓝色led阵列）由模拟电流驱动。色图55重叠在图1b的色图上。色图55描绘了可达色域43（匹配来自图1b的色域2.1）、色域44、和色域48。可以高效率地提供色域43。色域44、48可以以降低的效率提供。来自电路50的色域43、44、48的组合近似于以上关于图1a描述的色域2。虽然色域43、44、48的组合没有完全覆盖色域2的全部，但是色域43、44、48的组合对于许多应用可能是足够的，并且对于由混合电路50实现的增加的效率可能是合理的折衷。
53.图1j图示了电路50的色图60，其中红色和绿色led（或红色led阵列和绿色led阵列）由模拟电流驱动。色图60重叠在图1b的色图上。色图60描绘了可达色域43（匹配来自图1b的色域2.1）、色域44、和色域46。可以高效率地提供色域43。色域44、46可以以降低的效率提供。来自电路50的色域43、44、46的组合近似于以上关于图1a描述的色域。虽然色域43、44、46的组合没有完全覆盖色域2的全部，但是色域43、44、46的组合对于许多应用可能是足够的，并且对于由混合电路50实现的增加的效率可能是合理的折衷。
54.图1k图示了电路50的色图65，其中蓝色和绿色led（或蓝色led阵列和绿色led阵列）由模拟电流驱动。色图65重叠在图1b的色图上。色图65描绘了可达色域43（匹配来自图1b的色域2.1）、色域46、和色域48。可以高效率地提供色域43。色域46、48可以以降低的效率提供。来自电路50的色域43、46、48的组合近似于以上关于图1a描述的色域2。虽然色域43、46、48的组合没有完全覆盖色域2的全部，但是色域43、46、48的组合对于许多应用可能是足够的，并且对于由混合电路50实现的增加的效率可能是合理的折衷。
55.图1l图示了另一混合驱动电路70。电路70可以提供来自电路20、50的增加的色域。电路70包括模拟电流分配电路21、led阵列23、电压调节器24、和led驱动器25，如上文关于图1c所描述。如图1c中，led阵列23可以包括一个或多个颜色1 led 26、一个或多个颜色2 led 27、以及一个或多个颜色3 led 28，它们被设计成使用混合驱动电路来调整。在电路70
中利用多路复用器阵列72。在电路70的一个实施例中，颜色1是绿色，颜色2是红色，并且颜色3是蓝色，尽管任何颜色集合可以用于颜色1、颜色2和颜色3。如所理解的，将颜色分派给特定通道仅仅是设计选择，并且尽管可以设想其他设计，但是当前的描述使用颜色1 led 26、颜色2 led 27和颜色3 led 28，并且还可以描述其中颜色1被描述为绿色、颜色2被描述为红色、以及颜色3被描述为蓝色的实施例，以便提供对本文描述的混合驱动电路的完整理解。
56.多路复用器阵列72，其将三个led 26、27、28中的两个电连接到由模拟电流分配电路21创建的两个电流源i1、i2。如电路70中所图示，多路复用器阵列72可以包括六个mosfet s1、s2、s3、s4、s5、s6，也称为开关。多路复用器阵列72每次将i1和i2引入led阵列23中的两种颜色。需要控制mosfet s1、mosfet s4和x1、x2，因为mosfet s2、mosfet s3和mosfet s5是mosfet s1和mosfet s4的反相值，并且mosfet s6是mosfet s4和mosfet s5的反相组合。具体地，s2 = ,
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
等式8，s3 = ,
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
等式9，s5 = ,
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
等式10，s6 = ,
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
等式11。
57.表6说明了由电路70提供的可能组合。表6中示出了阵列23中的led在颜色1为绿色、颜色2为红色、和颜色3为蓝色的实施例中的利用。
58.表6：六个开关的操作值颜色i1颜色i2s1s2s3s4s5s6rr100100rg100010rb100001gr010100gg010010gb010001br001100bg001010bb001001
59.例如，通过在i1和i2之间交替相同的颜色，i1和i2之间的任何不匹配可以被平均掉，诸如通过斩波。
60.图1m图示了提供全色域2覆盖的电路70的色图75。色图75重叠在图1b的色图上。色图75描绘了完全可达色域43、44、46、48，其匹配上面关于图1a描述的色域。
61.图1n图示了用于rgb颜色调整驱动的混合驱动的方法80。方法80可与电路20、电路50或电路70一起使用，以产生如本文所描述的1/2色域、3/4色域和全色域输出。在步骤82，
方法80经由模拟电流分配电路将输入电流分成第一电流和第二电流。在步骤84，方法80经由多路复用器阵列，在周期的第一部分期间，向三种颜色的led中的第一种提供第一电流，并且同时向三种颜色的led中的第二种提供第二电流。在步骤86，方法80经由多路复用器阵列，在周期的第二部分期间，向三种颜色的led中的第二种提供第一电流，并且同时向三种颜色的led中的第三种提供第二电流。在步骤88，方法80经由多路复用器阵列，在周期的第三部分期间，向三种颜色的led中的第一种提供第一电流，并且同时向三种颜色的led中的第三种提供第二电流。在方法80中，将第一电流和第二电流拼接到led中的不同对可以使用脉宽调制（pwm）时间切片来发生，以向三种颜色的led中的第三种提供驱动。在方法80中，三种颜色的led中的第一种和三种颜色的led中的第二种以及三种颜色的led中的第三种的组合之间的pwm可以基本上相等，或者取决于led的期望驱动特性而不同。
62.图2是根据一个实施例的集成led照明系统的电子板310的俯视图。在替代实施例中，两个或更多个电子板可以用于led照明系统。例如，led阵列可以在分开的电子板上，或者传感器模块可以在分开的电子板上。在所图示的示例中，电子板310包括功率模块312、传感器模块314、连接和控制模块316、以及为将led阵列附着到衬底320而保留的led附着区域318。
63.衬底320可以是能够使用导电连接器——诸如轨道、迹线、焊盘、过孔、和/或导线——机械地支撑电气组件、电子组件和/或电子模块并向电气组件、电子组件和/或电子模块提供电耦合的任何板。衬底320可以包括安置在一层或多层非导电材料（诸如介电复合材料）之间或之上的一层或多层金属化层。功率模块312可以包括电气和/或电子元件。在示例实施例中，功率模块312包括ac/dc转换电路、dc/dc转换电路、调光电路、和led驱动器电路。电路20、50、70之一可以包括在功率模块312内。
64.传感器模块314可以包括要实施led阵列的应用所需要的传感器。示例传感器可以包括光学传感器（例如，ir传感器和图像传感器）、运动传感器、热传感器、机械传感器、邻近传感器、或者甚至定时器。通过示例的方式，街道照明、一般光照、和园艺照明应用中的led可以基于若干不同的传感器输入——诸如检测到的用户的存在、检测到的周围照明条件、检测到的天气条件——或者基于白天/夜晚的时间，来关闭/打开和/或调整。这可以包括例如调整光输出的强度、光输出的形状、光输出的颜色、和/或打开或关闭灯以节约能量。对于ar/vr应用，运动传感器可以用于检测用户移动。运动传感器本身可以是led，诸如ir探测器led。通过另一个示例的方式，对于相机闪光应用，图像和/或其他光学传感器或像素可以用于测量要获取的场景的照明，使得闪光照明颜色、强度光照图案、和/或形状可以被最佳地校准。在替代实施例中，电子板310不包括传感器模块。
65.连接和控制模块316可以包括系统微控制器和被配置为从外部设备接收控制输入的任何类型的有线或无线模块。通过示例的方式，无线模块可以包括蓝牙、zigbee、z波、网状、wifi、近场通信（nfc），和/或可以使用对等模块。微控制器可以是任何类型的专用计算机或处理器，其可以嵌入在led照明系统中，并且被配置或可配置为从有线或无线模块或led系统中的其他模块接收输入（诸如传感器数据和从led模块反馈的数据），并且基于此向其他模块提供控制信号。由专用处理器实施的算法可以在计算机程序、软件或固件中实施，该计算机程序、软件或固件结合在非暂时性计算机可读存储介质中，用于由专用处理器执行。非暂时性计算机可读存储介质的示例包括只读存储器（rom）、随机存取存储器（ram）、寄
存器、高速缓冲存储器、和半导体存储器设备。存储器可以被包括作为微控制器的一部分，或者可以在电子线路板310上或外的其他地方实施。电路20、50、70之一可以包括在连接和控制模块316内。
66.如本文使用的术语模块可以指安置在单独电路板上的电气和/或电子组件，该单独电路板可以焊接到一个或多个电子板310。然而，术语模块也可以指提供相似功能的电气和/或电子组件，但是它们可以单独焊接到同一区域中或不同区域中的一个或多个电路板。
67.图3a是在一个实施例中，其led阵列410在led器件附着区域318处附着到衬底320的电子板310的俯视图。电子板310与led阵列410一起表示led照明系统400a。另外地，功率模块312接收vin 497处的电压输入并且通过迹线418b接收来自连接和控制模块316的控制信号，并通过迹线418a向led阵列410提供驱动信号。led阵列410经由来自功率模块312的驱动信号打开和关闭。在图3a中所示的实施例中，连接和控制模块316通过迹线418从传感器模块314接收传感器信号。电路20、50、70之一可以包括在功率模块312和/或连接和控制模块316内。
68.图3b图示了具有安装在电路板499的两个表面上的电子组件的双通道集成led照明系统的一个实施例。如图3b中所示，led照明系统400b包括第一表面445a以及安装在其上的ac/dc转换器电路412，该第一表面445a具有接收调光器信号和ac功率信号的输入端。led系统400b包括第二表面445b，其具有调光器接口电路415、dc
‑
dc转换器电路440a和440b、具有微控制器472的连接和控制模块416（在这个示例中为无线模块）、以及安装在其上的led阵列410。led阵列410由两个独立的通道411a和411b驱动。在替代实施例中，单个通道可以用于向led阵列提供驱动信号，或者任何数量的多个通道可以用于向led阵列提供驱动信号。例如，图3e图示了具有3个通道的led照明系统400d，并且在下面进一步详细描述。
69.led阵列410可以包括两组led器件。在示例实施例中，组a的led器件电耦合到第一通道411a，并且组b的led器件电耦合到第二通道411b。两个dc
‑
dc转换器电路440a和440b中的每一个可以分别经由单个通道411a和411b提供相应的驱动电流，用于驱动led阵列410中相应的led组a和b。led组之一中的led可以被配置成发射具有与第二组led中的led不同的色点的光。通过分别经由单个通道411a和411b控制由单独的dc/dc转换器电路440a和440b施加的电流和/或占空比，可以在一个区间内调整由led阵列410发射的光的复合色点的控制。尽管图3b中所示的实施例不包括传感器模块（如图2和图3a中所描述），但是替代实施例可以包括传感器模块。
70.图示的led照明系统400b是集成系统，其中led阵列410和用于操作led阵列410的电路设置在单个电子板上。电路板499的同一表面上的模块之间的连接可以通过表面或亚表面互连——诸如迹线431、432、433、434和435，或金属化（未示出）——来电耦合，用于在模块之间交换例如电压、电流和控制信号。电路板499的相对表面上的模块之间的连接可以通过诸如过孔和金属化（未示出）的通板互连来电耦合。
71.图3c图示了led照明系统的实施例，其中led阵列在与驱动器和控制电路分开的电子板上。led照明系统400c包括在与led模块490分开的电子板上的功率模块452。电路20、50、70之一可以包括在功率模块452内。功率模块452可以在第一电子板上包括ac/dc转换器电路412、传感器模块414、连接和控制模块416、调光器接口电路415、和dc/dc转换器电路440。led模块490可以在第二电子板上包括嵌入式led校准和设置数据493、以及led阵列
410。数据、控制信号和/或led驱动器输入信号485可以经由导线在功率模块452和led模块490之间交换，该导线可以电耦合和通信耦合这两个模块。嵌入式led校准和设置数据493可以包括给定led照明系统内的其他模块所需要的任何数据，以控制led阵列中的led如何被驱动。在一个实施例中，嵌入式校准和设置数据493可以包括微控制器生成或修改控制信号所需要的数据，该控制信号指令驱动器使用例如脉宽调制（pwm）信号向每组led a和b提供功率。在这个示例中，校准和设置数据493可以通知微控制器472关于例如要使用的功率通道的数量、要由整个led阵列410提供的复合光的期望色点、和/或由ac/dc转换器电路412提供给每个通道的提供的功率的百分比。
72.图3d图示了led照明系统的框图，该led照明系统具有led阵列以及与驱动器电路分开的电子板上的一些电子器件。led系统400d包括位于分开的电子板上的功率转换模块483和led模块481。电路20、50、70之一可以包括在功率转换模块483内。功率转换模块483可以包括ac/dc转换器电路412、调光器接口电路415和dc
‑
dc转换器电路440，并且led模块481可以包括嵌入式led校准和设置数据493、led阵列410、传感器模块414以及连接和控制模块416。功率转换模块483可以经由两个电子板之间的有线连接向led阵列410提供led驱动器输入信号485。
73.图3e是示出多通道led驱动器电路的示例led照明系统400d的图解。在所图示的示例中，系统400d包括功率模块452和led模块481，该led模块481包括嵌入式led校准和设置数据493以及三组led 494a、494b和494c。虽然在图3e中示出了三组led，但是本领域普通技术人员将认识到，可以使用与本文描述的实施例一致的任何数量的led组。进一步，虽然每组内的单独的led串联布置，但是在一些实施例中它们可以并联布置。
74.led阵列491可以包括提供具有不同色点的光的led组。例如，led阵列491可以包括经由第一组led 494a的暖白光源、经由第二组led 494b的冷白光源、和经由第三组led 494c的中性白光源。经由第一组led 494a的暖白光源可以包括被配置为提供具有大约2700k的cct的白光的一个或多个led。经由第二组led 494b的冷白光源可以包括被配置为提供具有大约6500k的cct的白光的一个或多个led。经由第三组led 494c的中性白光源可以包括被配置为提供具有大约4000k的cct的光的一个或多个led。虽然在这个示例中描述了各种白色led，但是本领域普通技术人员将认识到，与本文描述的实施例一致的其他颜色组合是可能的，以从led阵列491提供具有各种整体颜色的复合光输出。
75.功率模块452可以包括可调光引擎（未示出），其可以被配置为通过三个分开的通道（在图3e中被指示为led1+、led2+和led3+）向led阵列491供应功率。更特别地，可调光引擎可以被配置为经由第一通道向第一组led 494a（诸如暖白光源）供应第一pwm信号，经由第二通道向第二组led 494b供应第二pwm信号，并且经由第三通道向第三组led 494c供应第三pwm信号。经由相应通道提供的每个信号可以用于给对应的led或led组供电，并且信号的占空比可以确定每个相应led的开和关状态的总持续时间。开和关状态的持续时间可以导致总体光效果，该总体光效果可以具有基于持续时间的光属性（例如，相关色温（cct）、色点或亮度）。在操作中，可调光引擎可以改变第一、第二和第三信号的占空比的相对幅度，以调整每组led的相应的光属性，来提供具有来自led阵列491的期望发射的复合光。如上所述，led阵列491的光输出可以具有基于来自每组led 494a、494b和494c的光发射的组合（例如，混合）的色点。
76.在操作中，功率模块452可以接收基于用户和/或传感器输入生成的控制输入，并经由单独的通道提供信号，以基于控制输入来控制由led阵列491输出的光的复合颜色。在一些实施例中，用户可以通过转动旋钮或移动滑块向led系统提供输入，用于控制dc/dc转换器电路，该滑块可以是例如传感器模块（未示出）的一部分。附加地或替代地，在一些实施例中，用户可以使用智能手机和/或其他电子设备向led照明系统400d提供输入，以向无线模块（未示出）传送期望颜色的指示。
77.图4示出了示例系统550，其包括应用平台560、led照明系统552和556、以及次级光学器件554和558。led照明系统552产生箭头561a和561b之间所示的光束561。led照明系统556可以在箭头562a和562b之间产生光束562。在图4中所示的实施例中，从led照明系统552发射的光穿过次级光学器件554，并且从led照明系统556发射的光穿过次级光学器件558。在替代实施例中，光束561和562不穿过任何次级光学器件。次级光学器件可以是或可以包括一个或多个光导。一个或多个光导可以是边缘照明的，或者可以具有限定光导的内部边缘的内部开口。led照明系统552和/或556可以插入一个或多个光导的内部开口中，使得它们将光注入一个或多个光导的内部边缘（内部开口光导）或外部边缘（边缘照明光导）中。led照明系统552和/或556中的led可以围绕作为光导的一部分的基座的圆周布置。根据一种实施方式，基座可以是导热的。根据一种实施方式，基座可以耦合到安置在光导之上的散热元件。散热元件可以被布置成经由导热基座接收由led生成的热量，并且消散接收到的热量。一个或多个光导可以允许由led照明系统552和556发射的光以期望的方式——诸如例如具有梯度、倒角分布、窄分布、宽分布、或角分布等——成形。
78.在示例实施例中，系统550可以是相机闪光系统的移动电话、室内住宅或商业照明、诸如街道照明的室外灯、汽车、医疗设备、ar/vr设备、和机器人设备。图3a中所示的集成led照明系统400a、图3b中所示的集成led照明系统400b、图3c中所示的led照明系统400c以及图3d中所示的led照明系统400d图示了示例实施例中的led照明系统552和556。
79.在示例实施例中，系统550可以是相机闪光系统的移动电话、室内住宅或商业照明、诸如街道照明的室外灯、汽车、医疗设备、ar/vr设备、和机器人设备。图3a中所示的集成led照明系统400a、图3b中所示的集成led照明系统400b、图3c中所示的led照明系统400c以及图3d中所示的led照明系统400d图示了示例实施例中的led照明系统552和556。
80.应用平台560可以经由线路565或其他适用的输入经由功率总线向led照明系统552和/或556提供功率，如本文所讨论的。进一步，应用平台560可以经由线路565为led照明系统552和led照明系统556的操作提供输入信号，该输入可以基于用户输入/偏好、所感测的读数、预编程或自主确定的输出等。一个或多个传感器可以在应用平台560的外壳内部或外部。
81.在各种实施例中，应用平台560传感器和/或led照明系统552和/或556传感器可以收集数据，诸如视觉数据（例如，lidar数据、ir数据、经由相机收集的数据等）、音频数据、基于距离的数据、移动数据、环境数据等、或者其组合。数据可以与物理项目或实体——诸如物体、个人、车辆等——相关。例如，感测装备可以为基于adas/av的应用收集物体邻近度数据，这可以基于物理项目或实体的检测来划分检测和后续动作的优先级。数据可以基于由例如led照明系统552和/或556发射光学信号（诸如ir信号）并基于发射的光学信号收集数据来收集。数据可以由与发射用于数据收集的光学信号的组件不同的组件来收集。继续该
示例，感测装备可以位于汽车上，并且可以使用垂直腔面发射激光器（vcsel）发射光束。一个或多个传感器可以感测对发射的光束或任何其他适用输入的响应。
82.在示例实施例中，应用平台560可以表示汽车，并且led照明系统552和led照明系统556可以表示汽车前灯。在各种实施例中，系统550可以表示具有可引导光束的汽车，其中led可以被选择性地激活以提供可引导光。例如，led阵列可以用于限定或投影形状或图案，或者仅照亮道路的所选择部分。在示例实施例中，led照明系统552和/或556内的红外相机或检测器像素可以是识别要求照明的场景的部分（道路、人行横道等）的传感器。
83.图5a是示例实施例中的led器件200的图解。led器件200可以包括衬底202、有源层204、波长转换层206、和主光学器件208。在其他实施例中，led器件可以不包括波长转换器层和/或主光学器件。单独的led器件200可以包括在led照明系统——诸如上面描述的任一led照明系统——中的led阵列中。
84.如图5a中所示，有源层204可以相邻于衬底202，并且当被激发时发光。用于形成衬底202和有源层204的合适材料包括蓝宝石、sic、gan、硅树脂，并且可以更具体地由以下形成：iii
‑
v族半导体，包括但不限于aln、alp、alas、alsb、gan、gap、gaas、gasb、inn、inp、inas、insb；ii
‑
vi族半导体，包括但不限于zns、znse、cdse、cdte；第iv族半导体，包括但不限于ge、si、sic以及其混合物或合金。
85.波长转换层206可以远离、邻近或直接在有源层204之上。有源层204将光发射到波长转换层206中。波长转换层206用于进一步修改由有源层204发射的光的波长。包括波长转换层的led器件通常被称为磷光体转换的led（“pcled”）。波长转换层206可以包括任何发光材料，诸如例如透明或半透明粘合剂或基质中的磷光体颗粒，或者吸收一种波长的光并发射不同波长的光的陶瓷磷光体元件。
86.主光学器件208可以在led器件200的一层或多层上或在led器件200的一层或多层上方，并允许光从有源层204和/或波长转换层206穿过主光学器件208。主光学器件208可以是被配置为保护一个或多个层并且至少部分地成形led器件200的输出的透镜或封装件。主光学器件208可以包括透明和/或半透明材料。在示例实施例中，可以基于朗伯分布图案发射经由主光学器件的光。将被理解，主光学器件208的一个或多个属性可以被修改以产生不同于朗伯分布图案的光分布图案。
87.图5b示出了示例实施例中的照明系统220的截面视图，该照明系统220包括具有像素201a、201b和201c的led阵列210、以及次级光学器件212。led阵列210包括像素201a、201b和201c，每个像素包括相应的波长转换层206b、有源层204b和衬底202b。led阵列210可以是使用晶片级处理技术制作的单片led阵列、具有亚500微米尺寸的微led等。led阵列210中的像素201a、201b和201c可以使用阵列分割或者替代地使用拾取和放置技术来形成。
88.在led器件200b的一个或多个像素201a、201b和201c之间示出的空间203可以包括气隙，或者可以由可以是触点（例如，n触点）的材料（诸如金属材料）填充。
89.次级光学器件212可以包括透镜209和波导207中的一个或两个。将被理解，尽管根据所示的示例讨论了次级光学器件，但是在示例实施例中，次级光学器件212可以用于扩展射入光（发散光学器件），或者将射入光聚集成准直光束（准直光学器件）。在示例实施例中，波导207可以是聚光器，并且可以具有任何适用的形状——诸如抛物线形状、圆锥形状、斜面形状等——来集中光。波导207可以涂覆有用于反射或重定向入射光的介电材料、金属化
层等。在替代实施例中，照明系统可以不包括以下中的一个或多个：转换层206b、主光学器件208b、波导207、和透镜209。
90.透镜209可以由任何适用的透明材料——诸如但不限于sic、氧化铝、金刚石等、或者其组合——形成。透镜209可以用于修改输入到透镜209中的光束，使得来自透镜209的输出光束将有效地满足期望的光度规格。另外地，透镜209可以服务于一个或多个美学目的，诸如通过确定led阵列210的led器件201a、201b和/或201c的照明的和/或未照明的外观。
91.已经详细描述了实施例，本领域技术人员将领会，给定本描述，可以对本文描述的实施例进行修改而不脱离本发明构思的精神。因此，意图是本发明的范围不限于图示的和描述的具体实施例。