Результат интеллектуальной деятельности: ПОДДЕРЖАНИЕ ПОСТОЯНСТВА ЦВЕТА В СВЕТОДИОДНОМ ОСВЕТИТЕЛЬНОМ УСТРОЙСТВЕ, СОДЕРЖАЩЕМ РАЗНЫЕ ТИПЫ СВЕТОДИОДОВ

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

Изобретение относится к области техники светоизлучающего диода, LED освещению, а точнее, к светодиодному осветительному устройству, содержащему разные типы светодиодов и имеющему компоновку схемы для поддержания постоянства цвета при разных рабочих температурах перехода.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

В светодиодном осветительном устройстве может применяться множество светодиодов. В светодиодном осветительном устройстве, которое либо предназначено для включения и выключения, либо предназначено для применений уменьшения яркости, светодиоды разных типов могут объединяться для получения светового выхода, имеющего заранее установленный цвет при установившихся условиях работы. В качестве примера при объединении светодиодов типа InGaN со светодиодами типа AlInGaP можно изготовить эффективное светодиодное осветительное устройство в диапазоне низкой коррелированной цветовой температуры, CCT (2500-3000 K).

Известно, что выход светового потока у светодиода, также называемый выходом потока света, световым выходом или светосилой, изменяется в зависимости от его температуры перехода. Когда температура перехода увеличивается, выход светового потока уменьшается. Это явление будет называться ухудшением выхода светового потока.

При использовании разных типов светодиодов в осветительном устройстве возникает проблема, когда светодиоды одного типа показывают иное ухудшение выхода светового потока в зависимости от их температуры перехода, нежели светодиоды другого типа. Разные ухудшения выхода светового потока могут привести к разным соотношениям выхода светового потока от разных типов светодиодов в общем световом выходе светодиодного осветительного устройства, и, следовательно, когда светодиоды разного типа излучают свет разного цвета, это может привести к тому, что осветительное устройство излучает разный цвет света при разных температурах перехода у светодиодов. Это является нежелательным.

Решения этой проблемы обычно предлагают контур обратной связи с датчиком температуры и микропроцессором для управления электрической величиной электроснабжения по меньшей мере одного или некоторых светодиодов, чтобы поддерживать цвет светового выхода от осветительного устройства в заранее установленном диапазоне путем соблюдения отношения выхода светового потока от разных типов светодиодов по существу постоянным при разных температурах перехода, которые измерены датчиком температуры.

WO 2004/047498 раскрывает осветительное тело, содержащее некоторое количество светодиодов. Одна или более схем температурной компенсации подключены к соответствующему количеству последовательно подключенных светодиодов для регулирования тока в диодах в зависимости от температуры.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Было бы желательно предоставить светодиодное осветительное устройство, содержащее светодиоды разных типов, и способ его производства, в каковом устройстве отношение выхода светового потока из разных типов светодиодов может сохраняться по существу постоянным при разных температурах перехода, используя простую компоновку схемы.

Чтобы лучше решить эту проблему, в первом аспекте изобретения предоставлено осветительное устройство, содержащее множество светодиодов, причем осветительное устройство содержит: первую сборку светодиодов, содержащую по меньшей мере один светодиод первого типа, имеющий переменный первый выход светового потока в зависимости от своей температуры перехода; вторую сборку светодиодов, содержащую по меньшей мере один светодиод второго типа, имеющий переменный второй выход светового потока в зависимости от своей температуры перехода, отличный от первого выхода светового потока в первой сборке светодиодов в зависимости от своей температуры перехода, где первая сборка светодиодов подключена последовательно ко второй сборке светодиодов и где по меньшей мере один из светодиодов первого типа и светодиодов второго типа подключены параллельно к резисторной сборке, имеющей зависящее от температуры сопротивление, причем температурная зависимость сопротивления приспосабливается для стабилизации в заранее установленном диапазоне отношения первого выхода светового потока ко второму выходу светового потока при разных температурах перехода у первой сборки светодиодов и второй сборки светодиодов.

Во втором аспекте изобретения предоставлен способ производства осветительного устройства, содержащего множество светодиодов, причем способ содержит: предоставление первой сборки светодиодов, содержащей по меньшей мере один светодиод первого типа, имеющий переменный первый выход светового потока в зависимости от своей температуры перехода; предоставление второй сборки светодиодов, содержащей по меньшей мере один светодиод второго типа, имеющий переменный второй выход светового потока в зависимости от своей температуры перехода, отличный от первого выхода светового потока в первой сборке светодиодов в зависимости от своей температуры перехода; подключение первой сборки светодиодов последовательно ко второй сборке светодиодов; подключение по меньшей мере одного из светодиодов первого типа и светодиодов второго типа параллельно к резисторной сборке, имеющей зависящее от температуры сопротивление; и приспособление температурной зависимости сопротивления для стабилизации в заранее установленном диапазоне отношения первого выхода светового потока ко второму выходу светового потока при разных температурах перехода у первой сборки светодиодов и второй сборки светодиодов.

Изобретение предоставляет относительно простое и дешевое осветительное устройство, которое может снабжаться энергией от источника постоянного тока без использования любого управления с обратной связью для создания света с постоянным цветом при переменных температурах перехода светодиодов.

В пределах объема изобретения резисторная сборка может подключаться параллельно к одному первому светодиоду первого типа, по возможности с другими светодиодами первого типа, подключенными последовательно к первому светодиоду первого типа, не имеющему подключенной параллельно резисторной сборки. Резисторная сборка также может подключаться параллельно к нескольким последовательно подключенным светодиодам первого типа, по возможности с другими светодиодами первого типа, подключенными последовательно к упомянутым нескольким последовательно подключенным светодиодам первого типа, не имеющим подключенной параллельно резисторной сборки. Также можно создать сочетания предыдущих схем. В качестве альтернативы каждый из множества последовательно подключенных светодиодов первого типа может иметь свою подключенную параллельно резисторную сборку.

Многообразие компоновок схем, включающих одну или более резисторных сборок, описанное выше для одного или более последовательно подключенных светодиодов первого типа, также возможно для одного или более последовательно подключенных светодиодов второго типа. Также можно создать сочетание из многообразия компоновок схем, включающих одну или более резисторных сборок для одного или более последовательно подключенных светодиодов первого типа и одну или более резисторных сборок для одного или более последовательно подключенных светодиодов второго типа.

Резисторная сборка имеет зависящее от температуры сопротивление, которое предназначено для компенсации, среди прочего, разницы между выходом светового потока/характеристиками температуры перехода у светодиода первого типа и светодиода второго типа. На практике резисторная сборка может содержать одиночный резистор или множество резисторов, подключенных последовательно, параллельно или частично последовательно и частично параллельно друг другу для достижения подходящей характеристики зависящего от температуры сопротивления.

В варианте осуществления, когда первый выход светового потока уменьшается при увеличении температуры перехода первой сборки светодиодов с первой скоростью и второй выход светового потока уменьшается при увеличении температуры перехода второй сборки светодиодов со второй скоростью, которая ниже первой скорости, первая резисторная сборка может быть подключена параллельно по меньшей мере к одному светодиоду в первой сборке светодиодов, причем сопротивление первой резисторной сборки увеличивается при увеличении температуры первой резисторной сборки (поведение с положительным температурным коэффициентом, PTC, первой резисторной сборки, где температурный коэффициент может быть или не быть постоянным в значимом диапазоне температур). При номинальной рабочей температуре первой и второй сборок светодиодов (при номинальном токе) отношение выходов световых потоков у первой и второй сборок светодиодов обеспечивает заранее установленный цвет света, излученного осветительным устройством. При температурах ниже номинальной рабочей температуры первой и второй сборок светодиодов и без коррекции соотношение света, излученного первой сборкой светодиодов, увеличивается относительно соотношения света, излученного второй сборкой светодиодов. Таким образом, при таких температурах ниже номинальной рабочей температуры ток через первую сборку светодиодов можно уменьшить для снижения соотношения света, излученного первой сборкой светодиодов, чтобы сохранить отношение световых потоков у первой и второй сборок светодиодов постоянным или по меньшей мере в некотором диапазоне, или чтобы сохранить цвет света, излученного осветительным устройством, в некотором диапазоне (например, чтобы цветовой сдвиг был меньше заранее установленного количества единиц стандартного отклонения выравнивания цвета, SDCM, например 7, что приемлемо для глаза человека). Первая резисторная сборка, имеющая поведение с положительным температурным коэффициентом, корректирует это наличием меньшего сопротивления и соответственно потреблением большего тока при более низких температурах, что приводит к нужному уменьшению тока через первую сборку светодиодов при более низких температурах. Соответственно цвет света, излученного осветительным устройством, можно сохранять по существу одинаковым при разных температурах.

Вместо первой резисторной сборки или в сочетании с первой резисторной сборкой вторая резисторная сборка может быть подключена параллельно по меньшей мере к одному светодиоду во второй сборке светодиодов, причем сопротивление второй резисторной сборки уменьшается при увеличении температуры второй резисторной сборки (поведение с отрицательным температурным коэффициентом, NTC, второй резисторной сборки, где температурный коэффициент может быть или не быть постоянным в значимом диапазоне температур). При температурах ниже номинальной рабочей температуры первой и второй сборок светодиодов без коррекции увеличивается соотношение света, излученного первой сборкой светодиодов, относительно соотношения света, излученного второй сборкой светодиодов. Таким образом, при таких температурах ниже номинальной рабочей температуры ток через вторую сборку светодиодов можно увеличить для увеличения соотношения света, излученного второй сборкой светодиодов, чтобы сохранить отношение световых потоков у первой и второй сборок светодиодов постоянным или по меньшей мере в некотором диапазоне или чтобы сохранить цвет света, излученного осветительным устройством, в некотором диапазоне (например, чтобы цветовой сдвиг был меньше заранее установленного количества единиц SDCM, например 7, что приемлемо для глаза человека). Вторая резисторная сборка, имеющая поведение с отрицательным температурным коэффициентом, корректирует это наличием большего сопротивления и соответственно потреблением меньшего тока при более низких температурах, что приводит к нужному увеличению тока через вторую сборку светодиодов.

В сочетании применения первой резисторной сборки с поведением с положительным температурным коэффициентом и второй резисторной сборки с поведением с отрицательным температурным коэффициентом корректирующее влияние первой и второй резисторных сборок на выходы световых потоков их соответствующих первой и второй сборок светодиодов может быть меньше, чем в случае, где отсутствовала бы одна из первой резисторной сборки и второй резисторной сборки.

В третьем аспекте настоящего изобретения предоставляется осветительный комплект средств, содержащий: регулятор яркости освещения, имеющий входные выводы, приспособленные для подключения к источнику электропитания, причем регулятор яркости освещения имеет выходные выводы, приспособленные для предоставления переменного тока; и светодиодное осветительное устройство в соответствии с первым аспектом изобретения, причем осветительное устройство имеет выводы, выполненные с возможностью подключения к выходным выводам регулятора яркости освещения.

Эти и другие аспекты изобретения будет легче воспринимать, так как они станут понятнее при обращении к нижеследующему подробному описанию и при рассмотрении применительно к прилагаемым чертежам, на которых одинаковые ссылочные позиции обозначают одинаковые части.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Фиг.1 изображает графики взаимосвязи между нормализованным выходом светового потока (вертикальная ось, люмен/милливатт) и температурой перехода (горизонтальная ось, °C) для разных светодиодов первого типа.

Фиг.2 изображает графики взаимосвязи между нормализованным выходом светового потока (вертикальная ось, люмен/милливатт) и температурой перехода (горизонтальная ось, °C) для разных светодиодов второго типа.

Фиг.3 изображает график взаимосвязи между относительным отклонением отношения световых потоков (вертикальная ось, безразмерная) и температурой перехода (горизонтальная ось, °C) в осветительном устройстве, содержащем светодиоды первого типа и светодиоды второго типа, без корректирующих мер в соответствии с настоящим изобретением.

Фиг.4a, 4b, 4c и 4d изображают принципиальные схемы разных вариантов осуществления светодиодного осветительного устройства в соответствии с настоящим изобретением, где вариант осуществления по фиг.1a подключен к источнику тока.

Фиг.5a, 5b, 5c и 5d изображают дополнительные принципиальные схемы других вариантов осуществления светодиодного осветительного устройства в соответствии с настоящим изобретением.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

Для светодиода изменение выхода FO светового потока может характеризоваться так называемым коэффициентом температурной зависимости светоотдачи, указывающим процент потери светового потока от температуры перехода 25°C до 100°C у светодиода. Это иллюстрируется ссылкой на фиг.1 и 2.

Фиг.1 изображает графики выхода FO1 светового потока при переменных температурах T перехода у разных светодиодов первого типа, например светодиодов типа AlInGaP. Первый график 11 иллюстрирует уменьшение выхода FO1 светового потока при увеличении температуры T перехода для красного фотометрического светодиода. Второй график 12 иллюстрирует более крутое уменьшение выхода FO1 светового потока, чем график 21, при увеличении температуры T перехода для красно-оранжевого фотометрического светодиода. Третий график 13 иллюстрирует еще более крутое уменьшение выхода FO1 светового потока, чем графики 11 и 12, при увеличении температуры T перехода для янтарного фотометрического светодиода.

Фиг.2 иллюстрирует графики выхода FO2 светового потока при переменных температурах T перехода у разных светодиодов второго типа, например светодиодов типа InGaN. Первый график 21 иллюстрирует уменьшение выхода FO2 светового потока при увеличении температуры T перехода для голубого фотометрического светодиода. Второй график 22 иллюстрирует слегка более крутое уменьшение выхода FO2 светового потока, чем график 21, при увеличении температуры T для зеленого фотометрического светодиода. Третий график 23 иллюстрирует еще более крутое уменьшение выхода FO2 светового потока, чем графики 21 и 22, при увеличении температуры T для ярко-синего радиометрического светодиода. Четвертый график 24 иллюстрирует еще более крутое уменьшение выхода FO2 светового потока, чем графики 21, 22 или 23, при увеличении температуры T для белого фотометрического светодиода. Пятый график 25 иллюстрирует еще немного более крутое уменьшение выхода FO2 светового потока, чем графики 21, 22, 23 или 24, при увеличении температуры T для синего фотометрического светодиода.

Фиг.1 и 2 показывают, что светодиод первого типа имеет более высокий коэффициент температурной зависимости светоотдачи, чем светодиод второго типа, указывая, что градиент выхода светового потока в зависимости от температуры у светодиода первого типа выше градиента выхода светового потока в зависимости от температуры у светодиода второго типа.

Предполагается, что светодиоды первого типа, которые проиллюстрированы на фиг.1, и светодиоды второго типа, которые проиллюстрированы на фиг.2, используются для создания осветительного устройства, содержащего последовательное подключение первой сборки светодиодов, содержащей последовательно подключенные светодиоды первого типа, и второй сборки светодиодов, содержащей последовательно подключенные светодиоды второго типа. Более того, в качестве примера предполагается, что сочетание первой сборки светодиодов и второй сборки светодиодов проектируется так, что при максимальной температуре перехода в 100°C ток через светодиоды первого типа и светодиоды второго типа по существу одинаковый. Отметим, что другие исполнения могут привести к другим максимальным температурам перехода.

Из фиг.1 следует, что при 100°C светодиод первого типа создает приблизительно 50% светового потока при 20°C (комнатная температура). Из фиг.2 следует, что при 100°C светодиод второго типа создает приблизительно 85% светового потока при комнатной температуре. Предполагая линейную зависимость между током и световым потоком для каждого типа светодиода, из этого следует, что, для того чтобы сохранить отношение световых потоков у осветительного устройства приблизительно одинаковым при 20°C и при 100°C, ток через вторую сборку светодиодов следует уменьшить на коэффициент приблизительно 0,5/0,85 при комнатной температуре, либо ток через первую сборку светодиодов следует увеличить на коэффициент приблизительно 0,85/0,5 при комнатной температуре. Для других температур перехода применяют другие поправочные коэффициенты, которые можно вывести из фиг.3, показывающей относительные отклонения FO1/FO2 отношения световых потоков при разных температурах T перехода.

Как проиллюстрировано на фиг.4a, 4b, 4c и 4d, источник 40 постоянного или переменного тока, который может включать в себя регулятор яркости освещения и формирует ток I, имеет (два) выходных вывода, подключенных к (двум) входным выводам 41a, 41b светодиодного осветительного устройства 42, в целом указанного пунктирной линией. В целях уменьшения яркости источник 40 тока может иметь широтно-импульсное управление. Температура перехода у светодиода будет уменьшаться при уменьшении яркости.

Ссылаясь на фиг.4a, осветительное устройство 42 содержит первую сборку 43a светодиодов, указанную пунктирной линией, и вторую сборку 44a светодиодов, указанную пунктирной линией, подключенную последовательно к первой сборке 43a светодиодов через узел 45, соединяющий катод первой сборки 43a светодиодов с анодом второй сборки 44a светодиодов. Последовательное подключение первой сборки 43a светодиодов и второй сборки 44a светодиодов подключается между входными выводами 41a, 41b светодиодного осветительного устройства 42. Каждая из первой сборки 43a светодиодов и второй сборки 44a светодиодов содержит одиночный светодиод, где светодиод в первой сборке 43a светодиодов относится к первому типу, а светодиод во второй сборке 44a светодиодов относится ко второму типу. Светодиод первого типа имеет переменный первый выход светового потока в зависимости от его температуры перехода, тогда как светодиод второго типа имеет переменный второй выход светового потока в зависимости от температуры перехода, причем эта зависимость отличается от первого выхода светового потока у светодиода первого типа в зависимости от температуры перехода.

Светодиод первого типа подключается параллельно к резисторной сборке 46, в целом указанной пунктирной линией. Таким образом, резисторная сборка 46, которая в варианте осуществления может содержать одиночный резистор 47, но также может содержать несколько резисторов (резисторную схему), подключается между входным выводом 41a и узлом 45.

Ссылаясь на фиг.4b, осветительное устройство 42 содержит первую сборку 43b светодиодов, указанную пунктирной линией, и вторую сборку 44b светодиодов, указанную пунктирной линией, подключенную последовательно к первой сборке 43b светодиодов через узел 45, соединяющий катод первой сборки 43b светодиодов с анодом второй сборки 44b светодиодов. Последовательное подключение первой сборки 43b светодиодов и второй сборки 44b светодиодов подключается между входными выводами 41a, 41b светодиодного осветительного устройства 42. Каждая или по меньшей мере одна из первой сборки 43b светодиодов и второй сборки 44b светодиодов содержит более одного светодиода, подключенного последовательно друг к другу, чтобы создать цепочку светодиодов, в которой светодиоды первой сборки 43b светодиодов относятся к первому типу, а светодиоды второй сборки 44b светодиодов относятся ко второму типу. Светодиод первого типа имеет переменный первый выход светового потока в зависимости от своей температуры перехода, тогда как светодиод второго типа имеет переменный второй выход светового потока в зависимости от своей температуры перехода, причем эта зависимость отличается от первого выхода светового потока у светодиода первого типа в зависимости от своей температуры перехода.

По меньшей мере один из светодиодов первого типа подключается параллельно к резисторной сборке 46, в целом указанной пунктирной линией. Таким образом, резисторная сборка 46, которая в варианте осуществления может содержать одиночный резистор 47, но также может содержать несколько резисторов (резисторную схему), подключается между входным выводом 41a с одной стороны и узлом между двумя последовательными светодиодами в цепочке светодиодов первого типа с другой стороны. В качестве альтернативы резисторная сборка 46 может быть подключена между узлом 45 с одной стороны и узлом между двумя последовательными светодиодами в цепочке светодиодов первого типа с другой стороны. В качестве дополнительной альтернативы резисторная сборка 46 может быть подключена между узлом между двумя последовательными светодиодами в цепочке светодиодов первого типа с одной стороны и другим узлом между двумя последовательными светодиодами в цепочке светодиодов первого типа с другой стороны.

Ссылаясь на фиг.4c, осветительное устройство 42 содержит первую сборку 43c светодиодов, указанную пунктирной линией, и вторую сборку 44c светодиодов, указанную пунктирной линией, подключенную последовательно к первой сборке 43c светодиодов через узел 45, соединяющий катод первой сборки 43c светодиодов с анодом второй сборки 44c светодиодов. Последовательное подключение первой сборки 43c светодиодов и второй сборки 44c светодиодов подключается между входными выводами 41a, 41b светодиодного осветительного устройства 42. Каждая или по меньшей мере одна из первой сборки 43c светодиодов и второй сборки 44c светодиодов содержит более одного светодиода, подключенного последовательно друг к другу, чтобы создать цепочку светодиодов, в которой светодиоды первой сборки 43c светодиодов относятся к первому типу, а светодиоды второй сборки 44c светодиодов относятся ко второму типу. Светодиод первого типа имеет переменный первый выход светового потока в зависимости от своей температуры перехода, тогда как светодиод второго типа имеет переменный второй выход светового потока в зависимости от своей температуры перехода, причем эта зависимость отличается от первого выхода светового потока у светодиода первого типа в зависимости от своей температуры перехода.

По меньшей мере один из светодиодов первого типа подключается параллельно к резисторной сборке 46, в целом указанной пунктирной линией. Таким образом, резисторная сборка 46, которая в варианте осуществления может содержать одиночный резистор 47, но также может содержать несколько резисторов (резисторную схему), подключается между входным выводом 41a и узлом 45.

Ссылаясь на фиг.4d, осветительное устройство 42 содержит первую сборку 43d светодиодов, указанную пунктирной линией, и вторую сборку 44d светодиодов, указанную пунктирной линией, подключенную последовательно к первой сборке 43d светодиодов через узел 45, соединяющий катод первой сборки 43d светодиодов с анодом второй сборки 44d светодиодов. Последовательное подключение первой сборки 43d светодиодов и второй сборки 44d светодиодов подключается между входными выводами 41a, 41b светодиодного осветительного устройства 42. Каждая или по меньшей мере одна из первой сборки 43d светодиодов и второй сборки 44d светодиодов содержит более одного светодиода, подключенного последовательно друг к другу, чтобы создать цепочку светодиодов, в которой светодиоды первой сборки 43d светодиодов относятся к первому типу, а светодиоды второй сборки 44d светодиодов относятся ко второму типу. Светодиод первого типа имеет переменный первый выход светового потока в зависимости от своей температуры перехода, тогда как светодиод второго типа имеет переменный второй выход светового потока в зависимости от своей температуры перехода, причем эта зависимость отличается от первого выхода светового потока у светодиода первого типа в зависимости от своей температуры перехода.

Каждый из светодиодов в первой сборке 43d светодиодов подключается параллельно к резисторной сборке 46a, …, 46b соответственно, в целом указанной пунктирной линией. Таким образом, (первая) резисторная сборка 46a, которая в варианте осуществления может содержать одиночный резистор 47a, но также может содержать несколько резисторов (резисторную схему), имеет один конец, подключенный к входному выводу 41a, а (последняя) резисторная сборка 46b, которая в варианте осуществления может содержать одиночный резистор 47b, но также может содержать несколько резисторов (резисторную схему), имеет один конец, подключенный к узлу 45.

Предполагая, что в вариантах осуществления осветительного устройства 42, которые показаны на фиг.4a, 4b, 4c и 4d, светодиоды первой сборки 43a, 43b, 43c и 43d светодиодов соответственно имеют выход светового потока, который уменьшается при увеличении температуры перехода с первой скоростью, тогда как светодиоды второй сборки 44a, 44b, 44c и 44d светодиодов соответственно имеют выход светового потока, который уменьшается при увеличении температуры перехода со второй скоростью, которая ниже первой скорости, сопротивление резисторной сборки 46, 46a и 46b соответственно приспособлено для увеличения при увеличении температуры резисторной сборки 46, 46a, 46b соответственно, чтобы стабилизировать, в заранее установленном диапазоне, отношение выхода светового потока у первой сборки 43a, 43b, 43c и 43d светодиодов соответственно к выходу светового потока у второй сборки 44a, 44b, 44c и 44d светодиодов соответственно при разных температурах перехода у первой сборки 43a, 43b, 43c и 43d светодиодов соответственно и второй сборки 44a, 44b, 44c и 44d светодиодов соответственно. С ростом температур перехода у первой сборки 43a, 43b, 43c и 43d светодиодов соответственно и второй сборки 44a, 44b, 44c и 44d светодиодов соответственно также растет температура резисторной сборки 46, 46a и 46b соответственно. В результате сопротивление резисторной сборки 46, 46a и 46b соответственно увеличивается, и относительно больший ток течет в первой сборке 43a, 43b, 43c и 43d светодиодов соответственно, приводя к увеличению (фактически к меньшему уменьшению, чем в случае, когда отсутствовала бы резисторная сборка) выхода светового потока у первой сборки 43a, 43b, 43c и 43d светодиодов соответственно, тогда как меньший ток течет в резисторной сборке 46, 46a и 46b соответственно, подключенной параллельно к ней, и тогда как остается постоянным ток во второй сборке 44a, 44b, 44c и 44d светодиодов соответственно.

В качестве альтернативы, предполагая, что в вариантах осуществления осветительного устройства 42, которые показаны на фиг.4a, 4b, 4c и 4d, светодиоды первой сборки 43a, 43b, 43c и 43d светодиодов соответственно имеют выход светового потока, который уменьшается при увеличении температуры перехода с первой скоростью, тогда как светодиоды второй сборки 44a, 44b, 44c и 44d светодиодов соответственно имеют выход светового потока, который уменьшается при увеличении температуры перехода со второй скоростью, которая выше первой скорости, сопротивление резисторной сборки 46, 46a, …, 46b соответственно приспособлено для уменьшения при увеличении температуры резисторной сборки 46, 46a, …, 46b соответственно, чтобы стабилизировать, в заранее установленном диапазоне, отношение выхода светового потока у первой сборки 43a, 43b, 43c и 43d светодиодов соответственно к выходу светового потока у второй сборки 44a, 44b, 44c и 44d светодиодов соответственно при разных температурах перехода у первой сборки светодиодов и второй сборки светодиодов. С ростом температур перехода у первой сборки 43a, 43b, 43c и 43d светодиодов соответственно и второй сборки 44a, 44b, 44c и 44d светодиодов соответственно также растет температура резисторной сборки 46, 46a и 46b соответственно. В этом случае в результате сопротивление резисторной сборки 46, 46a и 46b соответственно уменьшается, и относительно меньший ток течет в первой сборке 43a, 43b, 43c и 43d светодиодов соответственно, приводя к уменьшению (фактически к большему уменьшению, чем в случае, когда отсутствовала бы резисторная сборка) выхода светового потока у первой сборки 43a, 43b, 43c и 43d светодиодов соответственно, тогда как больший ток течет в резисторной сборке 46, 46a и 46b соответственно, подключенной параллельно к ней, и тогда как остается постоянным ток во второй сборке 44a, 44b, 44c и 44d светодиодов соответственно.

Примером типов светодиодов, имеющих первую и вторую скорости уменьшения выхода светового потока при увеличении температуры перехода, являются светодиоды типа AlInGaP и типа InGaN соответственно.

В осветительном устройстве 42 светодиоды могут устанавливаться на общий теплоотвод, чтобы иметь тепловую связь переходов первой сборки светодиодов и второй сборки светодиодов. Аналогичным образом резисторная сборка или сборки в осветительном устройстве имеют тепловую связь с ассоциированным светодиодом либо сборкой светодиодов или ее частью, в частности с их переходами, например, путем установки на общий теплоотвод. Таким образом, температуры светодиодных переходов и резисторной сборки или сборок по существу одинаковы или по меньшей мере придерживаются друг друга.

Ссылаясь на фиг.5a, осветительное устройство 42 содержит первую сборку 43a светодиодов, указанную пунктирной линией, и вторую сборку 44a светодиодов, указанную пунктирной линией, подключенную последовательно к первой сборке 43a светодиодов через узел 45, соединяющий катод первой сборки 43a светодиодов с анодом второй сборки 44a светодиодов. Последовательное подключение первой сборки 43a светодиодов и второй сборки 44a светодиодов подключается между входными выводами 41a, 41b светодиодного осветительного устройства 42. Каждая из первой сборки 43a светодиодов и второй сборки 44a светодиодов содержит одиночный светодиод, где светодиод в первой сборке 43a светодиодов относится к первому типу, а светодиод во второй сборке 44a светодиодов относится ко второму типу. Светодиод первого типа имеет переменный первый выход светового потока в зависимости от своей температуры перехода, тогда как светодиод второго типа имеет переменный второй выход светового потока в зависимости от своей температуры перехода, причем эта зависимость отличается от первого выхода светового потока у светодиода первого типа в зависимости от своей температуры перехода.

Светодиод первого типа подключается параллельно к резисторной сборке 46, в целом указанной пунктирной линией. Таким образом, резисторная сборка 46, которая в варианте осуществления может содержать одиночный резистор 47, но также может содержать несколько резисторов (резисторную схему), подключается между входным выводом 41a и узлом 45.

Светодиод второго типа подключается параллельно к резисторной сборке 48, в целом указанной пунктирной линией. Таким образом, резисторная сборка 48, которая в варианте осуществления может содержать одиночный резистор 49, но также может содержать несколько резисторов (резисторную схему), подключается между входным выводом 41b и узлом 45.

Ссылаясь на фиг.5b, осветительное устройство 42 содержит первую сборку 43b светодиодов, указанную пунктирной линией, и вторую сборку 44b светодиодов, указанную пунктирной линией, подключенную последовательно к первой сборке 43b светодиодов через узел 45, соединяющий катод первой сборки 43b светодиодов с анодом второй сборки 44b светодиодов. Последовательное подключение первой сборки 43b светодиодов и второй сборки 44b светодиодов подключается между входными выводами 41a, 41b светодиодного осветительного устройства 42. Каждая или по меньшей мере одна из первой сборки 43b светодиодов и второй сборки 44b светодиодов содержит более одного светодиода, подключенного последовательно друг к другу, чтобы создать цепочку светодиодов, в которой светодиоды первой сборки 43b светодиодов относятся к первому типу, а светодиоды второй сборки 44b светодиодов относятся ко второму типу. Светодиод первого типа имеет переменный первый выход светового потока в зависимости от своей температуры перехода, тогда как светодиод второго типа имеет переменный второй выход светового потока в зависимости от своей температуры перехода, причем эта зависимость отличается от первого выхода светового потока у светодиода первого типа в зависимости от своей температуры перехода.

По меньшей мере один из светодиодов первого типа подключается параллельно к резисторной сборке 46, в целом указанной пунктирной линией. Таким образом, резисторная сборка 46, которая в варианте осуществления может содержать одиночный резистор 47, но также может содержать несколько резисторов (резисторную схему), подключается между входным выводом 41a с одной стороны и узлом между двумя последовательными светодиодами в цепочке светодиодов первого типа с другой стороны. В качестве альтернативы резисторная сборка 46 может быть подключена между узлом 45 с одной стороны и узлом между двумя последовательными светодиодами в цепочке светодиодов первого типа с другой стороны. В качестве дополнительной альтернативы резисторная сборка 46 может быть подключена между узлом между двумя последовательными светодиодами в цепочке светодиодов первого типа с одной стороны и другим узлом между двумя последовательными светодиодами в цепочке светодиодов первого типа с другой стороны.

По меньшей мере один из светодиодов второго типа подключается параллельно к резисторной сборке 48, в целом указанной пунктирной линией. Таким образом, резисторная сборка 48, которая в варианте осуществления может содержать одиночный резистор 49, но также может содержать несколько резисторов (резисторную схему), подключается между входным выводом 41b с одной стороны и узлом между двумя последовательными светодиодами в цепочке светодиодов второго типа с другой стороны. В качестве альтернативы резисторная сборка 48 может быть подключена между узлом 45 с одной стороны и узлом между двумя последовательными светодиодами в цепочке светодиодов второго типа с другой стороны. В качестве дополнительной альтернативы резисторная сборка 48 может быть подключена между узлом между двумя последовательными светодиодами в цепочке светодиодов второго типа с одной стороны и другим узлом между двумя последовательными светодиодами в цепочке светодиодов второго типа с другой стороны.

Ссылаясь на фиг.5c, осветительное устройство 42 содержит первую сборку 43c светодиодов, указанную пунктирной линией, и вторую сборку 44c светодиодов, указанную пунктирной линией, подключенную последовательно к первой сборке 43c светодиодов через узел 45, соединяющий катод первой сборки 43c светодиодов с анодом второй сборки 44c светодиодов. Последовательное подключение первой сборки 43c светодиодов и второй сборки 44c светодиодов подключается между входными выводами 41a, 41b светодиодного осветительного устройства 42. Каждая или по меньшей мере одна из первой сборки 43c светодиодов и второй сборки 44c светодиодов содержит более одного светодиода, подключенного последовательно друг к другу, чтобы создать цепочку светодиодов, в которой светодиоды первой сборки 43c светодиодов относятся к первому типу, а светодиоды второй сборки 44c светодиодов относятся ко второму типу. Светодиод первого типа имеет переменный первый выход светового потока в зависимости от своей температуры перехода, тогда как светодиод второго типа имеет переменный второй выход светового потока в зависимости от своей температуры перехода, причем эта зависимость отличается от первого выхода светового потока у светодиода первого типа в зависимости от своей температуры перехода.

По меньшей мере один из светодиодов первого типа подключается параллельно к резисторной сборке 46, в целом указанной пунктирной линией. Таким образом, резисторная сборка 46, которая в варианте осуществления может содержать одиночный резистор 47, но также может содержать несколько резисторов (резисторную схему), подключается между входным выводом 41a и узлом 45.

По меньшей мере один из светодиодов второго типа подключается параллельно к резисторной сборке 48, в целом указанной пунктирной линией. Таким образом, резисторная сборка 48, которая в варианте осуществления может содержать одиночный резистор 49, но также может содержать несколько резисторов (резисторную схему), подключается между входным выводом 41b и узлом 45.

Ссылаясь на фиг.5d, осветительное устройство 42 содержит первую сборку 43d светодиодов, указанную пунктирной линией, и вторую сборку 44d светодиодов, указанную пунктирной линией, подключенную последовательно к первой сборке 43d светодиодов через узел 45, соединяющий катод первой сборки 43d светодиодов с анодом второй сборки 44d светодиодов. Последовательное подключение первой сборки 43d светодиодов и второй сборки 44d светодиодов подключается между входными выводами 41a, 41b светодиодного осветительного устройства 42. Каждая или по меньшей мере одна из первой сборки 43d светодиодов и второй сборки 44d светодиодов содержит более одного светодиода, подключенного последовательно друг к другу, чтобы создать цепочку светодиодов, в которой светодиоды первой сборки 43d светодиодов относятся к первому типу, а светодиоды второй сборки 44d светодиодов относятся ко второму типу. Светодиод первого типа имеет переменный первый выход светового потока в зависимости от своей температуры перехода, тогда как светодиод второго типа имеет переменный второй выход светового потока в зависимости от своей температуры перехода, причем эта зависимость отличается от первого выхода светового потока у светодиода первого типа в зависимости от своей температуры перехода.

Каждый из светодиодов в первой сборке 43d светодиодов подключается параллельно к резисторной сборке 46a, …, 46b соответственно, в целом указанной пунктирной линией. Таким образом, (первая) резисторная сборка 46a, которая в варианте осуществления может содержать одиночный резистор 47a, но также может содержать несколько резисторов (резисторную схему), имеет один конец, подключенный к входному выводу 41a, а (последняя) резисторная сборка 46b, которая в варианте осуществления может содержать одиночный резистор 47b, но также может содержать несколько резисторов (резисторную схему), имеет один конец, подключенный к узлу 45.

Каждый из светодиодов во второй сборке 44d светодиодов подключается параллельно к резисторной сборке 48a, …, 48b соответственно, в целом указанной пунктирной линией. Таким образом, (первая) резисторная сборка 48a, которая в варианте осуществления может содержать одиночный резистор 49a, но также может содержать несколько резисторов (резисторную схему), имеет один конец, подключенный к входному выводу 41b, а (последняя) резисторная сборка 48b, которая в варианте осуществления может содержать одиночный резистор 49b, но также может содержать несколько резисторов (резисторную схему), имеет один конец, подключенный к узлу 45.

Предполагая, что в вариантах осуществления осветительного устройства 42, которые показаны на фиг.5a, 5b, 5c и 5d, светодиоды первой сборки 43a, 43b, 43c и 43d светодиодов соответственно имеют выход светового потока, который уменьшается при увеличении температуры перехода с первой скоростью, тогда как светодиоды второй сборки 44a, 44b, 44c и 44d светодиодов соответственно имеют выход светового потока, который уменьшается при увеличении температуры перехода со второй скоростью, которая ниже первой скорости, сопротивление резисторной сборки 46, 46a, …, 46b соответственно приспособлено для увеличения при увеличении температуры резисторной сборки 46, 46a, …, 46b соответственно, тогда как сопротивление резисторной сборки 48, 48a, …, 48b соответственно приспособлено для уменьшения при увеличении температуры резисторной сборки 48, 48a, …, 48b соответственно, чтобы стабилизировать, в заранее установленном диапазоне, отношение выхода светового потока у первой сборки 43a, 43b, 43c и 43d светодиодов соответственно к выходу светового потока у второй сборки 44a, 44b, 44c и 44d светодиодов соответственно при разных температурах перехода у первой сборки светодиодов и второй сборки светодиодов. С ростом температур перехода у первой сборки 43a, 43b, 43c и 43d светодиодов соответственно и второй сборки 44a, 44b, 44c и 44d светодиодов соответственно также растет температура резисторной сборки 46, 46a, … 46b соответственно и резисторной сборки 48, 48a, … 48b. В результате сопротивление резисторной сборки 46, 46a, …, 46b соответственно увеличивается, и относительно больший ток течет в первой сборке 43a, 43b, 43c и 43d светодиодов соответственно, приводя к увеличению (фактически к меньшему уменьшению, чем в случае, когда отсутствовала бы резисторная сборка) выхода светового потока у первой сборки 43a, 43b, 43c и 43d светодиодов соответственно, тогда как меньший ток течет в резисторной сборке 46, 46a, …, 46b соответственно, подключенной параллельно к ней. Также сопротивление резисторной сборки 48, 48a, …, 48b соответственно уменьшается, и относительно меньший ток течет во второй сборке 44a, 44b, 44c и 44d светодиодов соответственно, приводя к уменьшению (фактически к большему уменьшению, чем в случае, когда отсутствовала бы резисторная сборка) выхода светового потока у второй сборки 44a, 44b, 44c и 44d светодиодов соответственно, тогда как больший ток течет в резисторной сборке 48, 48a, …, 48b соответственно, подключенной параллельно к ней.

В качестве примера способа проектирования для определения температурной зависимости первой резисторной сборки и второй резисторной сборки, например первой резисторной сборки 46 и второй резисторной сборки 48 в осветительном устройстве 42, изображенном на фиг.5c, следующие рекомендации дают нужный результат.

Цель - сохранить постоянным отношение световых потоков между первой сборкой 43c светодиодов и второй сборкой 44c светодиодов. Световой поток у каждой из первой сборки светодиодов и второй сборки светодиодов может описываться с помощью номинального значения и температуры и токовой зависимости:

,

где - полный световой поток в i-й сборке светодиодов. Нижний индекс 0 обозначает номинальные значения, . Температура T_i относится к (средней) температуре перехода у светодиодов в i-й сборке светодиодов. Функция f является функцией, которая описывает поведение светового потока у светодиодов в i-й сборке светодиодов в зависимости от температуры и тока.

В соответствии с настоящим изобретением, отношение потоков между средним выходом светового потока у светодиодов в первой и второй сборке светодиодов следует сохранять постоянным (C):

Это приводит к четкой связи в зависимости от и . Кроме того, для полного тока Itot в каждой сборке светодиодов выполняются следующие простые отношения:

По определению напряжение на сборке светодиодов Vf,i равно IR,i·R(∆T)i, где Vf,i - напряжение на i-й сборке светодиодов, а R(∆TR,i)i - зависящее от температуры сопротивление схемы, параллельной i-й сборке светодиодов, где ∆TR,i - температура на резисторной сборке, параллельной i-й сборке светодиодов.

Вообще, температуры связаны через корреляционную матрицу тепловых сопротивлений Rth:

где PLED,i - рассеянное тепло i-й сборки светодиодов, а PR,i - рассеянное тепло i-й резисторной сборки. Значения тепловых сопротивлений Rth можно определить в установке для испытаний. Последними уравнениями являются:

где g_i - функция, которая описывает прямое напряжение светодиода в зависимости от тока I и температуры T.

Последний этап состоит в задании тока через одну из сборок светодиодов при некоторой температуре и задании полного тока. Полную систему уравнения можно решить с помощью итерации. Единственное решение обнаруживается, если задается температурный режим у одной из резисторных сборок.

Как объяснялось выше, в соответствии с настоящим изобретением осветительное устройство содержит множество светодиодов, подключенных последовательно. В осветительном устройстве первая сборка светодиодов содержит светодиоды первого типа, имеющие первый выход светового потока, уменьшающийся в виде первой функции их температуры перехода. Вторая сборка светодиодов содержит светодиоды второго типа, имеющие второй выход светового потока, уменьшающийся в виде второй функции их температуры перехода, отличной от первой функции. По меньшей мере один из светодиодов первого типа и светодиодов второго типа подключается параллельно к резисторной сборке, имеющей зависящее от температуры сопротивление. Температурная зависимость сопротивления стабилизирует отношение первого выхода светового потока ко второму выходу светового потока при разных температурах перехода у первой сборки светодиодов и второй сборки светодиодов.

Осветительное устройство настоящего изобретения проиллюстрировано со ссылкой на сборки светодиодов двух разных типов. Однако осветительное устройство может дополнительно содержать один или более любых других типов светодиода, отличных от первого типа и второго типа.

При необходимости в этом документе раскрываются подробные варианты осуществления настоящего изобретения; однако нужно понимать, что раскрытые варианты осуществления являются всего лишь примерами изобретения, которое может быть реализовано в различных формах. Поэтому характерные структурные и функциональные подробности, раскрытые в этом документе, не должны интерпретироваться как ограничивающие, а всего лишь как основа для формулы изобретения и как типичная основа для обучения специалиста в данной области техники различному применению настоящего изобретения по существу в любой, подходящим образом детализированной конструкции. Более того, используемые в этом документе термины и фразы не предназначены быть ограничивающими, а скорее предоставлять понятное описание изобретения.

Признаки единственного числа при использовании в данном документе определяются как "один" или "более одного". Термин "множество" при использовании в данном документе определяется как "два" или "больше двух". Термин "другой" при использовании в данном документе определяется как "по меньшей мере второй или дальнейший". Термины "включающий" и/или "имеющий" при использовании в данном документе определяются как "содержащий" (то есть открытая формулировка, не исключающая другие элементы или этапы). Любые знаки ссылок в формуле изобретения не следует толковать как ограничивающие объем формулы изобретения или изобретения.

Сам факт, что некоторые критерии перечисляются во взаимно разных зависимых пунктах формулы изобретения, не указывает на то, что сочетание этих критериев не может использоваться с выгодой.