专利名称：用于控制led光源光输出的控制系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于控制LED光源光输出的控制系统，该LED光源包括 由至少一个LED组成的单色LED组。 本发明还涉及一种光电探测，。
背景技术：
具有彩色发光二极管(LEDs)阵列的光源，也称之为RGB LED光源，其 发出不同颜色的光，对这些光进行适当地组合可以产生白光。有些申请还ite 由RGB组合产生的其它颜色，在其它申请中釆用了单色光源。RGB LED光源 被应用于，例如LCD背光，商业冷冻机照明以及白光照明。借助于基于LED的光源的照明存在困难，因为单个LED的光学特性随温 度、正向电流以及老化而改变。另外，必须相同的单个LEDs的特性也会发生 变化，更具体地，对于相同的LED生产工艺来说，不同批次以及不同制造商之 间LED的特性相差也很大。因此，如果没有合适的光输出控制系统，则LED 光源发出的光的质量会相差很大，也无法得至嗍望的颜色和需要的光强度。US6630801公开了一种LED光源，其包括红、绿和蓝LED光源，各个红、 绿和蓝光源由通过3te驱动器进行驱动的多个LED组成。由* LED光源发 出的光分别由过滤的(fiiterd)光电二极管和非过滤的(unfilterd)光电二极管进 行检测。响应信号与每个LED光源的色度坐标相关。根据針LED光源的色 度坐标与期望的混色光的相应坐标之间的差异调节驱动各个LED光源的正向电 流。虽然能在一定，號掘变化的LED光源的LED特性进行补偿，但该方法 不能把光谱移动、光谱展宽及强度变化区别开来。已经想到解决这个问题的改进的方法。这些方法使用窄带滤光器，优选干 涉滤光器，例如法布里-帕罗标准器。然而，当针对实质上5爐的解决方案形成 基本原理时，在j顿发散光源如LED照射滤光器时，这种滤光器的响应的光谱展宽是不合要求的
发明内容
本发明的一个目的是提供克月U^干涉滤光器缺陷的控制系统。根据本发明，可以i!31如权利要求l所限定的控制系,到Jd逸目的。 根据本发明的一个方面，提供用来控制LED光源光输出的控制系统，该 LED光源包括由至少一个LED组成的单色LED组。该控制系统包括 -设置成接收从LED组划寸的光的光谱滤光器；-与所述滤光器光学连接的光电探测器，该光电探测器设置成探测ffi)l所述 滤光器的经过光谱滤光的光，并产生响应信号；-与所述光电探测器相连的控制装置，该控制装置设置成至少部分地基于所 述响应信号控制所述LED组的光输出；以及-入射角限制體，该装置设置卿蹄岫所述滤光驗收的LED的光的入射角。干涉滤光器的响应或者透明度取决于所接收光的入射角。这意味着对于滤 光器上不同的入射角，透过不同的波长。通过适当地限制入射角，经过滤波的 光的光谱可以保持如期望的那么窄。应当注意的是，本发明并不限于干涉滤光 器，而是育,^ffi招可类型的滤光器。然而，根据如权利要求2和3限定的本 发明实施例，优选窄带，的并特别是干涉滤光器，这是因为在这些滤光器中， 变窄的效果是有益的。但其它类型的滤光器也是有用的，比如声光调谐滤光器[参 见:E.GBucher & J.W.Camah叫应用光谱学巻.53，603(1999)]，谐振光栅滤光器[参 见F.Lemarchan4光学快瓶巻.23,1149(1998)]以及基于晶体的光子滤光器[参 见WNakagawa^光学决瓶巻27,191(2002)]。还应当注意的是权利要求1的范围包括一个或多个LED组以及一个或多个 滤光器，该一个或多个LED组提供對巾颜色或多种颜色。当4顿多个滤光器时， 为旨滤光，供透明部分。根据权利要求4所限定的控制系统的实施例，提供具有与滤光器对准的透 明部分的吸收层。仅仅是由于与透明部分相邻的层的吸收特性，或者主要是由 于这个原因，光线具有足够小的入射角以直接地穿过透明部分到达滤光器。避免了大角度光线通过在围绕透明部分周围的壁上的反射ax滤光器。根据权利要求7所限定的控制系统的实施例，构建层结构，其中光电探测 器、滤光器和入射角限伟lj^皮此堆叠。
本发明的这些和其它方面、特征以及优点参照下述实施例将变得显而易见 并将被阐述。 在图中，图1为根据本发明实施例的具有控制系统的LED光源的示意性方框亂 图2示意性;t條示了一个光谱亂该光谱图说明了可以出现在图1的LED 光源中的光谱瞎况(spectral situation);图3为图1控制系统的一部分的示意性透视亂 图4为图3所示部分的横截面示意图； 图5为法布里-帕罗标准器滤光层的示意图；以及 图6为滤光层响应的示意图。
具体实施方式
图1 ^了作为一个应用实例的RGB LED光源1 ，其包含根据本发明的控 制系统的实施例。控制系统设置成控制光源l的输出并集成在控制光源l中。 从简起见，示出了具有极少量元件的基本结构。这样，光源1具有一个红色、 一个绿色和一个蓝色LED组，或者LED光源，24。每组24由一个LED组成， 并由驱动装置8的各自的驱动器5-7驱动。控制系统由控制装置9、对应于* LED组24的两个光电探测器10、 11以舰应于每个LED组24的光谱滤光器 13组成。仅用虚g示对应于两个LED组24的光电探测器和滤光器。根据本 领域公知技术，假定每倾电探测器IO， 11具有适合的放大及信号转换电路。 光电探测器IO， ll为光电二极管，但也可以为其它光电探测元件，如电荷耦合 装置或者光电晶体管。现在首先对控制红色的主要结构和操作进行说明。用于其它颜色的结构和 操作与其类似。*光电探测器10， 11具有连接到控制装置9的相，入的输 出。滤光器13为窄带滤光器，优选为法布里-帕罗标准器，例如，在图2中结合 LED的光谱Sp示意性地说明了它的过滤特性Sfl。滤光器13设置于光电探测 器10， 11中的第一光电探测器10的前方。入射角限制器19设置于滤光器13 的前方。光电探测器10, 11中的第二光电探测器11接收来自红色LED2的未经滤波的光。控制装置9由驱动控制器16、参考发生器17以OT户输^^元18 ■。 用户输入单元18连接到参考发生器17，参考发生器17又与驱动控制器16相连。 该控制系统的操作如下。^tt电探测器10， 11产生响应信号,信号等级取决于照射光电探测器10， 11的光量。光谱滤波探测器10检测经过滤光器13的经过光谱滤波的光。控制 装置9使用响应信号以这样的方式控棘驱动LED 2:即依据响应信号调节LED 2刻寸的光的光谱和纟艘。为了获得高的控制精度，禾拥入射角限伟幡19限制 到达滤光器13的光的入射角。因而受限制的入射角提供窄的滤光器响应，而该 窄的滤光器响应又有助于提高控制的精度。若不加任何限制，滤光器的响应中 会出现若干尖峰，可能导致馈送至控制装置9的不明确的信号。换句话i兑，当 发散的光束照谢滤光器13时，滤光器响应会被展宽。借助于限制器19至少在 希望的程度上防止了滤光器响应的展宽。下文将对此做进一步说明。入射角限制器19的结构如图3所示。该图表示了光电探测器、滤光器和限 制器的组合结构。该组合结构也可被看作是独立的光电探测装置，但其也可构 成控制系统的完整的部分。光电探测器20形成于劍氏层21内。提供滤光器作 为中间层23，其沉积于较低层21之上。把滤光层23构建为窄带法布里-帕罗标 准器。参照图5，法布里-帕罗标准器23由底部镜22、顶部镜26以及中间的介 电层24组成。滤光器23的透射性取决于入射光相对于滤光器表面法线的角度， 其可由下^示"=2ndcos (1) 其中k为M，表示共振的阶数，入为透射光的峰值波长，n为介电层24的折 射率，d为介电层24的厚度，以及0为入射角。这样，当4顿分散光源28如 LED时，滤光器的响应被展宽，这是因为M31的光中出现了多效峰，如图 6中示意性的说明。在、搶波层23的顶部形成作为顶层25的限制器(图4)。限制器25形成方式 如下。在中间层23的顶部沉积吸收性的化合物作为吸收层25。在沉积吸收性化 合物之后，在吸收层25之上沉积光致抗蚀剂层，并在其中生长图案，通过该图 案利用氧等离子体蚀刻出穿过吸收层25的孔27。刻ti31程止于处于下面的滤光
层23的上表面，即法布里-帕罗标准器的顶部镜26处。以这种方式定位孔27 ， 即经过孔27并穿过滤光层23的光照射光电探测器20。針孔27构成限制藤元 件27。选择吸收性化合物，以便其吸收所有的或基本上所有的可见光。例如， 以商品名Drac400公知的化合物，它是为用于光电子应用中而设计的无着色的 黑色聚 胺，或者化合物PSKIOOO，都适用于吸收层25。因此，以足够小的入射角入射的光线(其入射角标为e)max，如图4所示) 能够穿过 L 27到达其下部的滤光层23。而具有太大的入射角的光线则到达孔 27的内壁29，于此光线被吸收性化合物吸收。要使光线舰限制器27允许的最大入射角 薩由透明部分的宽度和吸收层25的高度的比值决定，更具体地，0鹏二arctan (a/h)，其中a和h分别为孔27的直径与深度。如上所述，滤光层23的法布里-帕罗标准器的M"波长取决于入射角 謹。由限制器19限制的鄉波长允许的变化△入鹏可标如下△入鹏=^(1—cos(0顧》二^(l一cos (arctan (!) ) ) (2) k k h其中k，入，n和d已在上面定义，a为透明区域的直径，该区域 为圆形，h 为透明部分的吸收性侧壁的高度，所说吸收性侧壁例如孔27的内壁29。以下给 出防止滤光器响应被不期望地展宽的比值a/h的实例不妨假设入^400nm。允 许的A入鹏为5nm， k=2时，可以4顿具有高度h为8.8um禾口直径为2um 的孔。当入-600nm且A入鹏=5腦，k=2时，可以使用具有高度h为10.8 u m 和直径为2um的孔。上文描述了根据本发明的控制系统的实施例。该实施例只应该被认为是非 限定性的实例。对本领域技术人员显而易见的是，许多修改和可替代的实施例 可能在本发明的范围之内。应当注意，鉴于本申请的目的，特别关于所附权利要求，动词"包含"及 其变形的使用均不排除其它元件或步骤，非限定性冠词"一"或"一个"的使 用也不排除多个元件或步骤，这对于本领、域技术人员^^说是显而易见的。
权利要求
1、一种用于控制LED光源光输出的控制系统，该LED光源包括由至少一个LED组成的单色LED组，该控制系统包括-设置成接收从LED组发射的光的光谱滤光器；-与所述滤光器光学连接的光电探测器，设置成检测通过所述滤光器的经过光谱滤光的光，并产生响应信号；-与所述光电探测器相连的控制装置，设置成至少部分地基于所述响应信号控制所述LED组的光输出；以及-设置成限制由所述滤光器接收的LED光的入射角的入射角限制装置。
2、 如权利要求1所述的控制系统，其中所^A射角限制驢为光吸收层， 该光吸收层包括与所述滤光器对准的光透明部分。
3、 如权利要求2所述的控制系统，其中所述透明部分构成位于所述吸收层中的通孔。
4、 如权禾腰求2或3所述的控制系统，其中入射角取决于吸收层厚度与透明部分宽度之间的比值。
5、 如前面任一项权利要求所述的控制系统，其中所述滤光器为干涉滤光器。
6、 如前面任一项权利要求所述的控制系统，其中所述滤光器为窄带滤光器。
7、 如前面任一项禾又利要求所述的控制系统，其中在 上依 欠沉积所述光 电探测器、所述滤光器以及所^A射角限制装置。
8、 一种光电探测装置，其包括-设置^t;)feiS行光谱滤光的光谱滤光器；-与所述滤光器光学连接的光电探测器，设置成检测通过所述滤光器的经 过光谱滤光的光，并产生响应信号；-设置成限制由所述滤光器接收的光的入射角的入射角限制装置。
9、 如权利要求8戶腿的光电探测装置，其中所駄射角限制装置为光吸收层，该光吸收层包括与所述滤光器对准的光透明部分。
10、 如权禾腰求8或9所述的光电探测装置，其中所腿明部分构j^万述吸收层中的通孔。
全文摘要
本发明涉及一种用于控制LED光源光输出的控制系统，该LED光源包括由至少一个LED组成的单色LED组。该控制系统包括光谱滤光器和光电探测器，该光电探测器因而接收来自LED组的经过光谱滤光的光。光电探测器产生响应信号，将响应信号施加至控制装置。控制装置至少部分地基于该响应信号控制所述LED组的光输出。该控制系统还包括入射角限制装置，该入射角限制装置设置成限制由所述滤光器接收的LED发射的光的入射角。
文档编号H05B33/02GK101213875SQ200680023451
公开日2008年7月2日 申请日期2006年6月23日 优先权日2005年6月29日
发明者E·J·梅杰, E·蒂梅林 申请人:皇家飞利浦电子股份有限公司