混色照明設(shè)備的制作方法
【專利摘要】一種照明設(shè)備或使用照明設(shè)備產(chǎn)生照明的方法，該照明設(shè)備具有：兩個(gè)光源，其具有不同的光譜分布；多個(gè)可位移的集光器，其收集來自光源的光，其中集光器在一個(gè)混合位置中接收來自兩個(gè)光源的光，光源中的至少一個(gè)具有可獨(dú)立控制的發(fā)光區(qū)域，并且在一個(gè)混合位置中，收集區(qū)域收集來自第一發(fā)光區(qū)域的光并且大致上不收集來自第二發(fā)光區(qū)域的光。另外，不相關(guān)的照明設(shè)備具有：至少一個(gè)發(fā)光二極管LED；以及電流擴(kuò)散器，其連接至并覆蓋LED的第一側(cè)面，按不規(guī)則圖案來擴(kuò)散電流；以及電流控制器，其控制流過第一電流擴(kuò)散器的電流。電流擴(kuò)散器可被圖案化來產(chǎn)生圓形光束照明或者靜態(tài)圖片或徽標(biāo)形式的照明。另外，電流擴(kuò)散器可被圖案化成在中心具有更低的電流密度。
【專利說明】混色照明設(shè)備【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及發(fā)光二極管和包括發(fā)光二極管的照明設(shè)備。
【背景技術(shù)】
[0002]為了產(chǎn)生與音樂會(huì)、現(xiàn)場表演、電視節(jié)目、體育比賽有關(guān)的各種光效和氣氛燈光照明，或使其作為建筑安裝的一部分，產(chǎn)生各種效果的燈具在娛樂業(yè)得到越來越多使用。娛樂燈具通常產(chǎn)生具有光束寬度和發(fā)散度的光束，并且可以是例如產(chǎn)生具有均勻光分布的相對寬的光束的柔光/泛光燈具，或者可以是適于將圖像投影到目標(biāo)表面上的輪廓燈具。
[0003]發(fā)光二極管(LED)由于其相對低的能耗或高的效率、長的壽命以及電子調(diào)光能力而在燈光照明應(yīng)用中得到越來越多使用。LED在燈光照明應(yīng)用中用于全面照明，如照射廣闊區(qū)域的柔光/泛光燈，或者用于產(chǎn)生寬的光束，例如，用于娛樂業(yè)和/或建筑安裝。例如， 申請人:馬丁專業(yè)公司(Martin Professionala/s)所提供的如MAC101tm、MAC301tm、MAC401?、Stagebar2?>Easypix?>Extube?> Tripix?>Exterior400? 系列的產(chǎn)品。另外，LED 也被集成到產(chǎn)生圖像并且朝向目標(biāo)表面投影圖像的投影系統(tǒng)中。例如， 申請人:馬丁專業(yè)公司(MartinProfessional A/S)所提供的產(chǎn)品 MAC350Entrour?。
[0004]投影系統(tǒng)中的光大體上被收集到產(chǎn)生圖像的光閘中，并且成像光學(xué)系統(tǒng)將所述閘投影到目標(biāo)表面上。W00198706、US6227669和US6402347公開了包括布置成一個(gè)平面陣列的多個(gè)LED的燈光照明系統(tǒng)，其中會(huì)聚透鏡定位在LED前面，以便使光聚焦例如來照射預(yù)定區(qū)域/閘或用于將來自二極管的光耦合到光纖中。
[0005]US5309277、US6 227669、W00198706、JP2006269182A2、EP1710493A2、US6443594 公開許多燈光照明系統(tǒng)，其中例如通過使LED相對于光軸傾斜(JP2006269182A2、W00198706、US5309277)，或通過單獨(dú)地使用定位在每一 LED前面的折射裝置(US6443594、US7226185B、EP1710493)，將來自多個(gè)LED的光引向共同焦點(diǎn)或聚焦區(qū)域。
[0006]W006023180公開一種投影系統(tǒng)，其包括具有多個(gè)LED的LED陣列，其中將來自LED的光引向目標(biāo)區(qū)域。
[0007]現(xiàn)有技術(shù)的燈具試圖通過添加盡可能多的光源來增大流明輸出。然而結(jié)果是，就功率消耗對光輸出而言，效率很低，因?yàn)樵谶@種光學(xué)系統(tǒng)中，從根本上講僅可能有效利用光學(xué)擴(kuò)展量與成像光學(xué)器件相同或較之更小的光源。因此，如果源光學(xué)擴(kuò)展量與成像系統(tǒng)的光學(xué)擴(kuò)展量緊密匹配，那么使用多個(gè)源來增大光輸出(強(qiáng)度/流明)并沒有好處，因?yàn)楣庠吹墓鈱W(xué)擴(kuò)展量將會(huì)大于成像系統(tǒng)的光學(xué)擴(kuò)展量并且成像系統(tǒng)因此不能收集光。
[0008]此外，大量光損失掉，因?yàn)楝F(xiàn)有技術(shù)的燈具通常僅通過閘來耦合光束的光的中心部分以便提供對閘的均勻照明，這又降低了效率。燈具中的空間常常是有限的并且難以將許多光源裝配到現(xiàn)有技術(shù)的燈具中，例如，因?yàn)榕c光源相關(guān)聯(lián)的光學(xué)元件常常占據(jù)大量空間。又一方面是，彩色偽影常常出現(xiàn)在來自具有不同顏色光源的燈具的輸出中這一事實(shí)。其原因是用于舞臺(tái)照明的高性能LED具有大的矩形管芯面積這一事實(shí)，所述面積為I至12_2并且甚至更高。這意味著不可能將主要光學(xué)器件模型化成點(diǎn)源，因?yàn)橹饕鈱W(xué)器件與LED管芯之間的大小比可能變得相當(dāng)?shù)匦　４送?，矩形形狀還可能在輸出中被成像為矩形斑塊。與放電燈相比，這些斑塊不適于平滑地填補(bǔ)舞臺(tái)照明儀器的圓形光點(diǎn)輪廓。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本發(fā)明的目標(biāo)是解決與現(xiàn)有技術(shù)有關(guān)的上述限制。這通過如獨(dú)立權(quán)利要求中所描述的照明設(shè)備和LED來實(shí)現(xiàn)。從屬權(quán)利要求描述本發(fā)明的可能實(shí)施方案。在發(fā)明詳述中描述本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和益處。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0010]圖1a至圖1e示出根據(jù)本發(fā)明的照明設(shè)備的原理圖；
[0011]圖2a至圖2e示出根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)照明設(shè)備的原理圖；
[0012]圖3a與圖3b示出典型的LED的一個(gè)實(shí)施方案的結(jié)構(gòu)；
[0013]圖4示出適用于根據(jù)本發(fā)明的照明設(shè)備的一個(gè)LED的結(jié)構(gòu)。
[0014]圖5示出適用于根據(jù)本發(fā)明的照明設(shè)備的另一個(gè)LED的結(jié)構(gòu)。
[0015]圖6示出適用于根據(jù)本發(fā)明的照明設(shè)備的另一個(gè)LED的結(jié)構(gòu)；
[0016]圖7示出適用于根據(jù)本發(fā)明的照明設(shè)備的另一個(gè)LED的結(jié)構(gòu)；
[0017]圖8示出適用于根據(jù)本發(fā)明的照明設(shè)備的另一個(gè)LED的結(jié)構(gòu)；
[0018]圖9示出適用于根據(jù)本發(fā)明的照明設(shè)備的另一個(gè)LED的結(jié)構(gòu)；
[0019]圖10示出適用于根據(jù)本發(fā)明的照明設(shè)備的另一個(gè)LED的結(jié)構(gòu)；
[0020]圖11示出適用于根據(jù)本發(fā)明的照明設(shè)備的另一個(gè)LED的結(jié)構(gòu)；
[0021]圖12示出適用于根據(jù)本發(fā)明的照明設(shè)備的另一個(gè)LED的結(jié)構(gòu)；
[0022]圖13示出適用于根據(jù)本發(fā)明的照明設(shè)備的另一個(gè)LED的結(jié)構(gòu)；
[0023]圖14a至圖14d示出根據(jù)本發(fā)明的包括多個(gè)集光器的照明設(shè)備；
[0024]圖15a至圖15k示出根據(jù)本發(fā)明的包括多個(gè)集光器的照明設(shè)備。
【具體實(shí)施方式】
[0025]圖1a至圖le’示出根據(jù)本發(fā)明的照明設(shè)備的原理圖，并且示出本發(fā)明的原理。圖1a至圖1e是照明設(shè)備的側(cè)視圖，并且示出集光器相對于光源的五個(gè)不同位置。圖la’至圖le’示出在對應(yīng)位置的集光器的簡化俯視圖，并且示出透過集光器的出口表面113和入口表面111所看見的光源103和105。
[0026]照明設(shè)備包括多個(gè)光源，所述光源包括至少第一光源103 (示出為白色四邊形)和第二光源105 (示出為陰影四邊形)。第一光源和第二光源產(chǎn)生具有不同光譜分布的光。光收集裝置107適于收集由光源產(chǎn)生的光并且將所收集的光轉(zhuǎn)換為光束109，其中所述光束沿光軸傳播。
[0027]光源和集光裝置可相對于彼此位移并且可被定位并固定在多個(gè)混合位置中。在混合位置中，集光裝置適于收集由第一光源產(chǎn)生的光的一部分和由第二光源產(chǎn)生的光的一部分，并且所述集光裝置將收集的光轉(zhuǎn)換為混合光束109。另外，光源和集光裝置可被定位并固定在多個(gè)非混合位置中，其中集光器僅收集來自這些光源之一的光。
[0028]光源中的至少一個(gè)包括第一發(fā)射區(qū)域A和第二發(fā)射區(qū)域B，其中第一發(fā)射區(qū)域A和第二發(fā)射區(qū)域B可以被控制啟動(dòng)并且單獨(dú)地且彼此獨(dú)立地由控制裝置(未圖示)進(jìn)行控制。
[0029]示出的照明設(shè)備使得可能提供一種可對混合光和非混合光的光學(xué)擴(kuò)展量進(jìn)行優(yōu)化的非常有效的照明設(shè)備。這可以實(shí)現(xiàn)是因?yàn)榭梢詢?yōu)化集光裝置來產(chǎn)生光束，所述光束的光學(xué)擴(kuò)展量例如相對于光學(xué)系統(tǒng)沿光軸得以優(yōu)化?？梢詢?yōu)化混合光束和非混合光束的光學(xué)擴(kuò)展量，因?yàn)榧庋b置可適于相對于光源移動(dòng)并且收集來自光源的不同部分的光。另外，通過將光源中的至少一個(gè)劃分成可以單獨(dú)并獨(dú)立地控制的多個(gè)發(fā)射區(qū)域，使得可能優(yōu)化照明設(shè)備的效率，因?yàn)榭梢躁P(guān)閉集光裝置不從中收集光的發(fā)光區(qū)域，借此，將不會(huì)損失來自這些區(qū)域的光，且因此可以減少并節(jié)省能量。除此之外，將有可能更有效地冷卻光源，因?yàn)楫?dāng)已關(guān)閉部分光源時(shí)將產(chǎn)生更少的熱量，這將導(dǎo)致更多的熱量可以從已啟動(dòng)的發(fā)射區(qū)域消散這一事實(shí)。將結(jié)合圖1a至圖le’對此進(jìn)行進(jìn)一步解釋，其中圖lb/lb’、圖lc/lc’、圖ld/ld’示出三個(gè)不同混合位置，并且圖la/la’和圖le/le’示出兩個(gè)非混合位置。下文將描述不同位置。發(fā)射區(qū)域可以例如實(shí)施為單獨(dú)的典型LED，如圖3a至圖3b所示出，其中LED布置成盡可能接近以便避免具有不發(fā)射光的區(qū)域，這樣會(huì)減少所收集的光的數(shù)量。通過實(shí)施如圖4至圖11所描述且示出的光源，可進(jìn)一步減少發(fā)射區(qū)域之間的非發(fā)射區(qū)域的數(shù)量。
[0030]在圖1a和圖la’中,集光器被布置成其入口表面111在第一光源上方并且收集由第一光源產(chǎn)生的大部分光并且不收集來自第二光源的光。在這個(gè)非混合位置中，集光器收集來自第一發(fā)射區(qū)域A和第二發(fā)射區(qū)域B的光。因此，光束109-1將包括來自第一光源的光并且因此具有與由第一光源產(chǎn)生的光相同的光譜分布。在這個(gè)非混合位置中，有可能提供具有來自第一光源的最大強(qiáng)度光的光束，并且其中還可以優(yōu)化光學(xué)擴(kuò)展量。在這個(gè)非混合位置中，可以關(guān)閉第二組光源，借此可以節(jié)省能量。
[0031]在圖1b和圖lb’中，布置集光器以使得大致3/4的第一光源和大致1/4的第二光源定位在入口表面下方。因此，由集光裝置107收集的大致3/4的光是由第一光源產(chǎn)生的，并由集光裝置107收集的1/4的光是由第二光源產(chǎn)生的。集光裝置107會(huì)將所收集的光轉(zhuǎn)換并混合為光束109-11,所述光束將表現(xiàn)為來自第一光源和第二光源的光的混合物。所述光束將因此具有包括來自兩組光源的光譜成分的光譜分布，其中來自第一光源的光譜成分是主要的。另外，集光器107收集來自第一發(fā)射區(qū)域A和第二發(fā)射區(qū)域B的光，并且在這個(gè)位置中可以同時(shí)啟動(dòng)這些區(qū)域以便提供最大的強(qiáng)度。
[0032]在圖1c和圖lc’中，布置集光器以使得大致1/2的第一光源和大致1/2的第二光源定位在入口表面下方。因此，由集光裝置107收集的大致1/2的光是由第一光源產(chǎn)生的，并且由集光裝置107收集的1/2的光是由第二光源產(chǎn)生的。在這個(gè)位置中，所述光束將具有包括來自兩個(gè)光源的光譜成分的光譜分布，其中來自兩個(gè)光源的光譜成分的權(quán)重大致上相等。(假設(shè)所述光源發(fā)射相同強(qiáng)度的光)。另外，在這個(gè)混合位置中，集光器107不收集來自第一發(fā)光區(qū)域A的光，并且可以關(guān)閉此部分而不會(huì)影響光束109-1II的強(qiáng)度。通過當(dāng)集光器不收集來自發(fā)光區(qū)域A的光時(shí)關(guān)閉發(fā)光區(qū)域A，防止光和能量的浪費(fèi)。
[0033]在圖1d和圖1d’中，布置集光器以使得大致1/4的第一光源和大致3/4的第二光源定位在入口表面下方。因此，由集光裝置107收集的大致1/4的光是由第一光源產(chǎn)生的，并且由集光裝置107收集的3/4的光是由第二光源產(chǎn)生的。在這個(gè)位置中，所述光束將具有包括來自兩組光源的光譜成分的光譜分布，其中來自第二光源的光譜成分是主要的。另外，在這個(gè)混合位置中，集光器107如同圖1c中一樣不收集來自第一發(fā)射區(qū)域A的光，并且可以關(guān)閉此部分而不會(huì)影響光束109-1V的強(qiáng)度。通過當(dāng)集光器不收集來自發(fā)光區(qū)域A的光時(shí)關(guān)閉發(fā)光區(qū)域A，防止光和能量的浪費(fèi)。
[0034]在圖1e和圖le’中，集光器被布置成其入口表面111在第二光源上方并且收集由第二組光源產(chǎn)生的大部分光并且不收集來自第一光源的光。因此，光束109-V將包括來自第二光源的光并且因此具有與由第二光源產(chǎn)生的光相同的光譜分布。在這個(gè)非混合位置中，有可能提供具有來自第二光源的最大強(qiáng)度光的光束，并且其中還可以優(yōu)化光學(xué)擴(kuò)展量。在這個(gè)非混合位置中，可以關(guān)閉第一組光源，借此可以節(jié)省能量。
[0035]在圖1a至圖le’所示出的實(shí)施方案中，照明設(shè)備包括一個(gè)集光器以及一個(gè)第一光源和一個(gè)第二光源，其中僅第一光源包括兩個(gè)可以單獨(dú)且獨(dú)立地控制的發(fā)射區(qū)域。然而，應(yīng)理解，照明設(shè)備可實(shí)施為具有任何數(shù)目的集光裝置和任何數(shù)目的對應(yīng)的第一光源和第二光源。另外，應(yīng)理解，第二光源還可包括多個(gè)可以單獨(dú)且獨(dú)立地控制的發(fā)光區(qū)域，這例如可以導(dǎo)致當(dāng)集光器不收集來自第二光源的部分的光時(shí)也可以關(guān)閉這些部分這一事實(shí)。另外，應(yīng)注意，可以將光源劃分成任何數(shù)目的發(fā)光區(qū)域。
[0036]圖2a至圖2g’示出根據(jù)本發(fā)明的照明設(shè)備的另一個(gè)簡化實(shí)施方案。這些圖示出本發(fā)明的原理，其中圖2a至圖2g示出側(cè)視圖，并且圖2a’至圖2g’是入口表面211的模型化俯視圖并且示出入口表面211相對于光源是怎樣布置的。
[0037]如同圖1a至圖le’中的照明設(shè)備一樣，所述照明設(shè)備包括可相對于多個(gè)光源組位移的集光裝置207。在這個(gè)實(shí)施方案中，光源是布置在第一組光源、第二組光源、第三組光源以及第四組光源中(示出為具有不同陰影的四邊形)。在這個(gè)實(shí)施方案中，第一組光源包括具有第一發(fā)射區(qū)域R1、第二發(fā)射區(qū)域R2、第三發(fā)射區(qū)域R3以及第四發(fā)射區(qū)域R4的至少一個(gè)光源203。類似地，第二光源、第三光源以及第四光源中的每一個(gè)包括至少第一發(fā)射區(qū)域(G1、B1、Wl)、第二發(fā)射區(qū)域(G2、B2、W2)、第三發(fā)射區(qū)域(G3、B3、W3)以及第四發(fā)射區(qū)域(G4、B4、W4)。
[0038]在圖2a’至圖2g’中，集光裝置的入口表面211被示出為粗線條四邊形，并且光源被示出為具有不同陰影的四邊形，且其中光源的不同發(fā)射區(qū)域被示出為具有較細(xì)線條的四邊形。
[0039]在所不出的實(shí)施方案中，光源是實(shí)施為LED,其中第一光源203發(fā)射紅光,第二光源205發(fā)射綠光，第三光源215發(fā)射藍(lán)光并且第四光源217發(fā)射白光。每一 LED具有可以單獨(dú)且獨(dú)立控制的四個(gè)發(fā)射區(qū)域并且可如圖6至圖8中所述來實(shí)施。
[0040]集光裝置是實(shí)施為具有四邊形入口表面和圓形出口表面213的混光棒，并且例如可如以下專利申請中所描述來實(shí)施: 申請人:于2011年11月25日在丹麥申請的標(biāo)題為“OPTICAL LIGHT MIXER PROVIDING A HOMOGENIZED AND UNIFORM LIGHT BEAM” 的專利申請，其申請?zhí)枮镻C//DK2011/050450并且以引用的方式并入本文。然而，也可以使用其它種類的具有不同形狀的混光棒。
[0041]如同圖1a至圖le’中的照明設(shè)備一樣，光源203、205、215、217以及集光裝置217
可相對于彼此位移并且可被定位并固定在多個(gè)混合位置中。在混合位置中，集光裝置適于收集由光源中的至少兩個(gè)產(chǎn)生的光的一部分并且將所收集的光轉(zhuǎn)換為光束209。另外，光源和集光裝置可被定位并固定在多個(gè)非混合位置中，其中集光器僅收集來自這些光源之一的光。
[0042]集光裝置相對于光源的不同位置示出于圖2a至圖2g’中并且將在下文中進(jìn)行描述。
[0043]在圖2a和圖2a’中，集光器被布置成其入口表面211在第一光源203上方并且收集由第一組光源產(chǎn)生的大部分光并且不收集來自其它光源的光。在這個(gè)非混合位置中，集光器收集來自所有發(fā)射區(qū)域R1、R2、R3以及R4的光。因此，光束209-1將包括來自第一組光源的光并且因此具有與由第一光源產(chǎn)生的光相同的光譜分布。在所示出的實(shí)施方案中，這將與飽和的紅色光束相對應(yīng)，因?yàn)榈谝还庠?03是紅色LED。在這個(gè)非混合位置中，可以關(guān)閉其它光源，借此可以節(jié)省能量。這導(dǎo)致如下事實(shí):可以關(guān)閉3/4的光源，從而引起能量節(jié)省，并且飽和光束的光學(xué)擴(kuò)展量仍可被優(yōu)化，因?yàn)榧馄鲗H收集來自一種光源的光。
[0044]在圖2b和圖2b’中，布置集光器以使得第一光源203的發(fā)射區(qū)域R3和R4以及第三光源215的發(fā)射區(qū)域BI和B2定位在入口表面211下方。混合光束209-11表現(xiàn)為來自第一光源和第三光源的光的混合物。在這個(gè)實(shí)施方案中，混合光束將是紅光和藍(lán)光的混合物，從而產(chǎn)生紫色光束。技術(shù)人員認(rèn)識(shí)到，所得光束的顏色不僅取決于集光器從中收集光的發(fā)射區(qū)域的關(guān)系，還取決于兩種光源所發(fā)射的光相對于彼此所具有的強(qiáng)度?？梢躁P(guān)閉集光器不從中收集光的光源，并且應(yīng)注意，通過提供具有單獨(dú)且獨(dú)立的發(fā)光區(qū)域的光源，使得可能關(guān)閉集光器不從中收集光的發(fā)射區(qū)域。換句話說，照明設(shè)備可適于僅開啟集光器從中收集光的發(fā)射區(qū)域。因此，在這個(gè)混合位置中，可以關(guān)閉發(fā)射區(qū)域Rl、R2、Gl、G2、G3、G4、Wl、W2、W3、W4、B3、B4而不會(huì)影響混合光束。
[0045]在圖2c和圖2c’中，布置集光器以使得第一光源203的發(fā)射區(qū)域R4、第二光源的發(fā)射區(qū)域G3、第三光源215的發(fā)射區(qū)域B2以及第四光源217的發(fā)射區(qū)域Wl全部定位在入口表面211下方。混合光束209-1II因此表現(xiàn)為來自所有光源組的光的混合物。在這個(gè)實(shí)施方案中，混合光束將是紅光、綠光、藍(lán)光以及白光的混合物，從而產(chǎn)生白色光束。在這個(gè)位置中，可以關(guān)閉發(fā)射區(qū)域町、!?2、1?3、61、62、64、81、83、84、胃2、評3以及W4以便節(jié)省能量。
[0046]在圖2d和圖2d’中，布置集光器以使得第二光源的發(fā)射區(qū)域G3和GQ以及第四光源217的發(fā)射區(qū)域Wl和W2全部定位在入口表面211下方?；旌瞎馐?09-1V因此表現(xiàn)為來自第二光源和第四光源的光的混合物。在這個(gè)實(shí)施方案中，混合光束209-1V將是綠光和白光的混合物,從而產(chǎn)生綠色調(diào)的白光。在這個(gè)位置中，可以關(guān)閉發(fā)射區(qū)域Rl、R2、R3、R4、G1、G2、B1、B2、B3、B4、W3以及W4以便節(jié)省能量。
[0047]在圖2e和圖2e’中，布置集光器以使得發(fā)射區(qū)域R4、G3、G4、B2、B4、W2、W3、W4的一部分和發(fā)射區(qū)域Wl的完整區(qū)域定位在入口表面211下方?；旌瞎馐?09V因此表現(xiàn)為來自所有光源組的光的混合物，其中大部分光是從第四組光源收集的。在這個(gè)實(shí)施方案中，混合光束將是紅光、綠光、藍(lán)光以及白光的混合物，從而產(chǎn)生帶色調(diào)的白色光束，其中色調(diào)是由紅色區(qū)域、綠色區(qū)域和藍(lán)色區(qū)域之間的比率所決定。在這個(gè)混合位置中，可以關(guān)閉發(fā)射區(qū)域町、1?2、1?3、61、62、81以及B33c，并且與上文所述的圖2a至圖2d’中的位置相比，可以關(guān)閉的發(fā)射區(qū)域的數(shù)目已減少至7而不是12。然而，這與光源未劃分成發(fā)射區(qū)域并且因此發(fā)射不被集光器收集的光的情境相比仍是一個(gè)改進(jìn)。.
[0048]應(yīng)理解，僅示出集光器相對于光源的很少幾個(gè)位置，并且可以提供大量不同的位置。[0049]圖3a(截面圖)和圖3b (俯視圖)示出根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的典型LED300的結(jié)構(gòu)。所述LED包括LED管芯301，其包括固態(tài)燈光照明領(lǐng)域已知的LED管芯材料。LED管芯301分別通過電流擴(kuò)散器307和導(dǎo)電表面309而連接至第一電線303和第二電線305，其中LED管芯301安裝在所述導(dǎo)電表面上。
[0050]通過第一電線303和電流擴(kuò)散器307將電流饋送到LED管芯中，并且電流流過LED，借此產(chǎn)生并且發(fā)射光，如箭頭311所示出。隨后通過導(dǎo)電表面309和第二電線305將電流放掉。電流擴(kuò)散器307是實(shí)施為薄的導(dǎo)電金屬絲的網(wǎng)格并且用來使流過LED管芯的電流均勻地分布在LED管芯區(qū)域上，借此，LED管芯從其整個(gè)表面發(fā)射光。
[0051]也可能使電流在相反方向上流動(dòng)；然而，如發(fā)光二極管領(lǐng)域已知的，這要求LED管芯翻轉(zhuǎn)180度。
[0052]光源的發(fā)射區(qū)域可以實(shí)施為單獨(dú)的LED。
[0053]圖4示出具有多個(gè)發(fā)射區(qū)域的LED的俯視圖。所示出的LED可以用于圖1a至圖1e所示出的照明設(shè)備中，并且導(dǎo)致同一光源的發(fā)射區(qū)域可以布置成彼此非常接近這一事實(shí)。
[0054]所示出的LED包括400:
[0055]? LED管芯401 (陰影四邊形)；
[0056]?第一電流擴(kuò)散器403，其電子地連接至所述LED管芯的第一側(cè)面。所述第一電流擴(kuò)散器403覆蓋所述LED管芯的第一側(cè)面的第一區(qū)域；
[0057]?第二電線405，其電子地連接至所述LED管芯的第二側(cè)面；
[0058]?第二電流擴(kuò)散器4 07，其電子地連接至所述LED管芯的第一側(cè)面。所述第二電流擴(kuò)散器覆蓋所述LED管芯的第一側(cè)面的第二區(qū)域。
[0059]第一電流擴(kuò)散器403可以連接至第一電流控制裝置409，所述第一電流控制裝置控制流過所述第一電流擴(kuò)散器的電流。第二電流擴(kuò)散器411可以連接至第二電流控制裝置411，所述第二電流控制裝置控制流過所述第二電流擴(kuò)散器的電流。電流控制裝置可以構(gòu)造為能夠控制流過電子電路的電流的任何電子設(shè)備。
[0060]流過第一電流擴(kuò)散器的電流將流過LED管芯401并且流到第二電線405LED管芯，借此從LED管芯發(fā)射光。類似地，流過第二電流擴(kuò)散器407的電流將流過LED管芯401并且流到第二電線405LED管芯，借此從LED管芯發(fā)射光。
[0061]LED400可以用作圖1a至圖le’中所示出的第一光源103，并且在第一電流擴(kuò)散器403下方的LED管芯區(qū)域?qū)?gòu)成第一光源的第一發(fā)射區(qū)域A，因?yàn)楫?dāng)電流流過第一電流擴(kuò)散器時(shí)，LED管芯的這部分將發(fā)射光。類似地，第二電流擴(kuò)散器407所覆蓋的LED管芯區(qū)域?qū)?gòu)成第一光源103的第二發(fā)射區(qū)域B。這兩個(gè)電流擴(kuò)散器使得可能提供彼此非常接近的兩個(gè)發(fā)射區(qū)域，借此可由集光器107收集更多光。
[0062]圖5示出具有多個(gè)發(fā)射區(qū)域的LED500的俯視圖。所示出的LED與圖4中所示出的LED相似，并且相似的特征標(biāo)有相同的參考數(shù)字。圖4中的LED與這個(gè)LED之間的差異在于，第一電流擴(kuò)散器403和第二電流擴(kuò)散器407已適于在重疊區(qū)502中重疊這一事實(shí)。在重疊區(qū)中，第一電流擴(kuò)散器和第二電流擴(kuò)散器能夠傳導(dǎo)電流通過LED管芯401，并且因此可由第一電流控制裝置和第二電流控制裝置啟動(dòng)這個(gè)區(qū)來發(fā)射光。
[0063]圖6示出具有四個(gè)發(fā)射區(qū)域的LED601的俯視圖。所示出的LED可以用于圖2a至圖2e’中所示出的照明設(shè)備中，并且導(dǎo)致同一光源的發(fā)射區(qū)域可以布置成彼此非常接近這一事實(shí)。
[0064]所示出的LED包括600:
[0065]? LED管芯601 (陰影四邊形);
[0066]?第一電流擴(kuò)散器603，其電子地連接至所述LED管芯的第一側(cè)面。所述第一電流擴(kuò)散器603覆蓋所述LED管芯的第一側(cè)面的第一區(qū)域；
[0067]?第二電線605，其電子地連接至所述LED管芯的第二側(cè)面；
[0068]?第二電流擴(kuò)散器607，其電子地連接至并且覆蓋所述LED管芯的第一側(cè)面的第二區(qū)域。
[0069]?第三電流擴(kuò)散器613，其電子地連接至并且覆蓋所述LED管芯的第一側(cè)面的第三區(qū)域。
[0070]?第四電流擴(kuò)散器615，其電子地連接至并且覆蓋所述LED管芯的第一側(cè)面的第四區(qū)域。
[0071]第一電流擴(kuò)散器603、第二電流擴(kuò)散器607、第三電流擴(kuò)散器613以及第四電流擴(kuò)散器615分別連接至第一電流控制裝置609、第二電流控制裝置911、第三電流控制裝置617以及第四電流控制裝置619，所述電流控制裝置能夠控制通過相關(guān)電流擴(kuò)散器的電流。
[0072]LED600可以例如用作圖2a至圖2e’中所示出的第一光源203。其中在第一電流擴(kuò)散器603下方的LED管芯 區(qū)域?qū)?gòu)成第一發(fā)射區(qū)域Rl，在第二第一電流擴(kuò)散器607下方的LED管芯區(qū)域?qū)?gòu)成第一發(fā)射區(qū)域R2，在第三電流擴(kuò)散器613下方的LED管芯區(qū)域?qū)?gòu)成第三發(fā)射區(qū)域R3，并且在第四電流擴(kuò)散器615下方的LED管芯區(qū)域?qū)?gòu)成第四發(fā)射區(qū)域R4。然而，應(yīng)注意，在圖2a至圖2e’中所示出的照明設(shè)備的其它LED也可以實(shí)施為與LED601相似的LED。然而，這要求選擇led管芯材料以使得將發(fā)射適當(dāng)?shù)念伾?。還應(yīng)注明，基于磷光體材料，可以產(chǎn)生光的顏色。
[0073]圖7示出與圖6中所示出的LED相似的LED700的俯視圖，并且相似的特征標(biāo)有相同的參考數(shù)字并且將不在此進(jìn)行描述。在這個(gè)實(shí)施方案中，第一電流擴(kuò)散器、第二電流擴(kuò)散器、第三電流擴(kuò)散器以及第四電流擴(kuò)散器已適于在多個(gè)重疊區(qū)中重疊，其中第一電流擴(kuò)散器和第二電流擴(kuò)散器在重疊區(qū)702中重疊，第二電流擴(kuò)散器和第三電流擴(kuò)散器在重疊區(qū)704中重疊，第三電流擴(kuò)散器和第四電流擴(kuò)散器在重疊區(qū)706中電流擴(kuò)散器，第四電流擴(kuò)散器和第一電流擴(kuò)散器在重疊區(qū)708中重疊。LED的中心部分充當(dāng)共同重疊區(qū)710，所有電流擴(kuò)散器在這個(gè)重疊區(qū)中重疊。
[0074]圖8示出具有多個(gè)發(fā)射區(qū)域的LED的另一個(gè)實(shí)施方案。在這個(gè)實(shí)施方案中，LED管芯801的第一側(cè)面由布置為餅形區(qū)域的四個(gè)電流擴(kuò)散器803、805、807以及809所覆蓋，這些餅形區(qū)域形成一個(gè)圓。
[0075]這個(gè)LED使得有可能在單個(gè)管芯LED上提供多色LED。這可以例如通過圖8中所示的LED來實(shí)現(xiàn)，其中LED管芯801所實(shí)施為發(fā)射藍(lán)光的藍(lán)色管芯。電流擴(kuò)散器803、807以及809由顏色轉(zhuǎn)換材料所覆蓋，所述顏色轉(zhuǎn)換材料適于將具有至少第一波長的光轉(zhuǎn)換為具有不同于所述第一波長的第二波長的光。例如，電流擴(kuò)散器803可以由能夠?qū)⑺{(lán)光轉(zhuǎn)換為綠光的轉(zhuǎn)換材料所覆蓋，電流擴(kuò)散器807可以由能夠?qū)⑺{(lán)光轉(zhuǎn)換為紅光的轉(zhuǎn)換材料所覆蓋，并且電流擴(kuò)散器809可以由能夠?qū)⑺{(lán)光轉(zhuǎn)換為白光的轉(zhuǎn)換材料所覆蓋。因此，不同的電流擴(kuò)散器區(qū)將發(fā)射具有不同顏色的光，并且可以單獨(dú)控制不同的電流擴(kuò)散器區(qū)，這使得有可能通過控制通過不同的電流擴(kuò)散器區(qū)的電流(例如，通過使用PWM調(diào)節(jié)、DC調(diào)節(jié)或者任何其它電流調(diào)節(jié)技術(shù))來以不同比率組合顏色。所描述的多色LED將是RGBW多色LED，然而，應(yīng)理解，可以提供任何種類的多色LED。轉(zhuǎn)換材料可以例如是磷光體轉(zhuǎn)換材料或者量子點(diǎn)，應(yīng)注意，LED管芯還可以發(fā)射不可見光，并且在這種實(shí)施方案中，所有電流擴(kuò)散器可以由可將不可見光轉(zhuǎn)換為可見光的轉(zhuǎn)換材料所覆蓋。
[0076]這種多色LED可以例如用作如本文所描述的機(jī)械混色系統(tǒng)中的光源。本文所描述的機(jī)械混色照明設(shè)備包括:
[0077]?多個(gè)光源，其產(chǎn)生光；以及
[0078]?多個(gè)集光裝置，其適于收集所產(chǎn)生的光并且將變換光轉(zhuǎn)換為沿光軸傳播的多個(gè)光束；其中所述光源布置在第一組光源和第二組光源中，其中第一組光源和第二組光源發(fā)射具有不同光譜分布的光；并且其中多個(gè)光源和光源收集裝置可相對于彼此位移并且可定位在多個(gè)混合位置中，其中在多個(gè)混合位置中，集光裝置適于收集由第一組光源發(fā)射的光的至少一部分和由第二組光源發(fā)射的光的至少一部分并且將所收集的光轉(zhuǎn)換為多個(gè)混合光束。由不同電流擴(kuò)散器和不同轉(zhuǎn)換材料所覆蓋的LED管芯的不同區(qū)域可充當(dāng)不同組光源。
[0079]每一電流擴(kuò)散器803、805、807以及809可以劃分成多個(gè)子電流區(qū)，這使得有可能僅啟動(dòng)光產(chǎn)生區(qū)的一部分。例如，當(dāng)在如上所述的機(jī)械混色系統(tǒng)中使用多色LED時(shí)，這是適用的，因?yàn)檫@使得有可能關(guān)閉未被集光器收集的每一色段的部分。電流擴(kuò)散器連接至PCB中的電導(dǎo)體812、814、816、818，其中LED管芯安裝在所述PCB上，并且每一電導(dǎo)體連接至對應(yīng)的電流控制裝置。
[0080]例如，通過使例如像混合棒的收集光學(xué)器件相對于相鄰的不同顏色的管芯(或者不同顏色的磷光體)移動(dòng)以便調(diào)整從這些顏色接受的相對比例，來實(shí)現(xiàn)變色系統(tǒng)。隨后，在相同位置處，收集/混合光學(xué)器件將僅接受來自例如25%的管芯區(qū)域的光，而對于其它管芯，所述光學(xué)器件將收集75%。現(xiàn)在，這將導(dǎo)致來自第一管芯的輻射有大致75%的顯著損失。但是，如果移動(dòng)的收集光學(xué)器件與其中可針對每種顏色來獨(dú)立地控制管芯的不同區(qū)的LED相組合，那么可關(guān)閉光已損失掉的管芯區(qū)，從而增加效率。區(qū)越多越好，但是即使有2至4個(gè)區(qū)，也將存在顯著改進(jìn)。
[0081]圖9示出具有多個(gè)發(fā)射區(qū)域的LED的另一個(gè)實(shí)施方案。在這個(gè)實(shí)施方案中，LED管芯901的第一側(cè)面由布置為餅形區(qū)域的四個(gè)電流擴(kuò)散器903、905、907以及909所覆蓋，這些餅形區(qū)域形成一個(gè)圓。電流擴(kuò)散器連接至PCB中的電導(dǎo)體912、914、916、918，其中LED管芯安裝在所述PCB上，并且每一電導(dǎo)體連接至對應(yīng)的電流控制裝置。然而存在多個(gè)區(qū)，至少兩個(gè)電流擴(kuò)散器在這些區(qū)中重疊。例如:
[0082]?電流擴(kuò)散器903和909在區(qū)902中重疊；
[0083]?電流擴(kuò)散器903和905在區(qū)904中重疊；
[0084]?電流擴(kuò)散器905和907在區(qū)906中重疊；
[0085]?電流擴(kuò)散器907和909在區(qū)908中重疊；以及
[0086]?所有電流擴(kuò)散器在區(qū)910中重疊。
[0087]圖10不出具有多個(gè)發(fā)射區(qū)域的LED的另一個(gè)實(shí)施方案。在這個(gè)實(shí)施方案中,第一電流擴(kuò)散器1003形成為一個(gè)圓，并且第二電流擴(kuò)散器1005和第三電流擴(kuò)散器1007形成為圍繞第一電流擴(kuò)散器的同心圓。電流擴(kuò)散器連接至PCB中的電導(dǎo)體1012、1014、1016，其中LED管芯安裝在所述PCB上，并且每一電導(dǎo)體連接至對應(yīng)的電流控制裝置。
[0088]通過在管芯區(qū)域的不同區(qū)上應(yīng)用可分開控制的電流擴(kuò)散器，有可能:
[0089]I)通過使用其中可單獨(dú)調(diào)整電流密度的兩個(gè)或更多個(gè)同心環(huán)，可動(dòng)態(tài)地控制光分布(熱點(diǎn)比率)=中心強(qiáng)度/邊緣強(qiáng)度。
[0090]2)如果在例如彩色立方體組合器中對若干種顏色(例如紅色、綠色以及藍(lán)色)實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)熱點(diǎn)控制，那么可以動(dòng)態(tài)地控制每一同心環(huán)中的顏色。 [0091]3)如果將機(jī)械光圈與同心環(huán)控制結(jié)合起來使用，那么可以在光圈關(guān)閉時(shí)關(guān)閉管芯的外環(huán)，以這種方法可以節(jié)省功率，和或隨著總的熱負(fù)荷減少，中心部分的電流密度和輸出可增大，從而與標(biāo)準(zhǔn)的均勻電流密度LED相比改進(jìn)輸出。
[0092]4)另外，如果逐個(gè)關(guān)閉中心環(huán)，那么可實(shí)現(xiàn)逆光圈效果或“圓錐效果”，其中從中心向外移除光。如果使用圓錐gobo，那么可以關(guān)閉中心部分，從而減少總的熱負(fù)荷，因此可以增大來自單個(gè)/多個(gè)外環(huán)的電流密度和輸出。
[0093]5)對同心環(huán)的控制可用作電子變焦和逆光圈。
[0094]6)可控制的區(qū)原則上可以是任何形狀和數(shù)目，通過對管芯的四個(gè)四分部(=四分之一圓或四分之一正方形)進(jìn)行控制，將有可能在強(qiáng)度和/或顏色上產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)效果。
[0095]因?yàn)楹妇€不能太長，所以已做出具有三個(gè)重疊的同心環(huán)的電流擴(kuò)散器設(shè)計(jì)，并且導(dǎo)致焊線的長度減小(在沒有長的焊線的情況下，將難以制作超過3個(gè)環(huán)。已知中心環(huán)還將產(chǎn)生光，一直到焊線。但是，如果使這些LED中的若干個(gè)重疊并且分別旋轉(zhuǎn)，那么不會(huì)引起問題。另一種方式是將絕緣層放置在并不意圖擴(kuò)散電流(產(chǎn)生光)的電流擴(kuò)散器下方，這還可以潛在地是不同擴(kuò)散器跨越彼此的一種方式但是將要求更多的生產(chǎn)步驟。
[0096]圖11不出具有多個(gè)發(fā)射區(qū)域的LED的另一個(gè)實(shí)施方案。在這個(gè)實(shí)施方案中，如同圖3中一樣，LED管芯1101的第一側(cè)面由三個(gè)圓形電流擴(kuò)散器1103、1105、1107所覆蓋。電流擴(kuò)散器連接至PCB中的電導(dǎo)體1112、1114、1116，其中LED管芯安裝在所述PCB上，并且每一電導(dǎo)體連接至對應(yīng)的電流控制裝置。另外存在多個(gè)區(qū)，至少兩個(gè)電流擴(kuò)散器在這些區(qū)中重疊。例如:
[0097]?電流擴(kuò)散器1103和1105在區(qū)1102中重疊；
[0098]?電流擴(kuò)散器1105和1107在區(qū)1102中重疊。
[0099]圖12示出具有多個(gè)發(fā)射區(qū)域的LED的另一個(gè)實(shí)施方案并且示出與圖11中相似的實(shí)施方案。在這個(gè)實(shí)施方案中，外部電流擴(kuò)散器1205和1207已設(shè)計(jì)成具有不導(dǎo)電區(qū)1220，通過這個(gè)不導(dǎo)電區(qū)可以給內(nèi)部電流擴(kuò)散器1203和1205饋電。
[0100]本發(fā)明的另一方面是如下事實(shí):根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的LED具備矩形發(fā)射區(qū)域，其中從整個(gè)發(fā)射區(qū)域相等地發(fā)射光。因此，這些LED難以用于具有傳統(tǒng)上在娛樂業(yè)中使用的圓形閘的投影系統(tǒng)中而不經(jīng)歷光的損失。本發(fā)明通過設(shè)計(jì)或控制在發(fā)光區(qū)域上通過LED管芯的電流密度以便實(shí)現(xiàn)特定強(qiáng)度分布來解決這些問題。
[0101]想法是設(shè)計(jì)或控制在發(fā)光區(qū)域上通過LED管芯的電流密度以便實(shí)現(xiàn)特定強(qiáng)度分布。
[0102]這是通過在同一管芯上應(yīng)用多個(gè)可單獨(dú)控制的電流擴(kuò)散器來實(shí)現(xiàn)?？煽刂频膮^(qū)原則上可以是任何形狀。所述區(qū)甚至可以伸進(jìn)彼此之中并且部分重疊。[0103]一個(gè)已連接的電流擴(kuò)散器的靜態(tài)設(shè)計(jì)
[0104] 圖13示出根據(jù)本發(fā)明的一方面的發(fā)光二極管1300。所述發(fā)光二極管包括:
[0105].LED 管芯 1301;
[0106]?第一電流擴(kuò)散器1303，其電子地連接至所述LED管芯的第一側(cè)面，所述第一電流擴(kuò)散器覆蓋所述LED管芯的所述第一側(cè)面的第一區(qū)域；
[0107]?第二電線(未圖示)，其電子地連接至所述LED管芯的第二側(cè)面。
[0108]所述第一電流擴(kuò)散器適于按不規(guī)則圖案將電流分布在所述第一區(qū)域上。電流擴(kuò)散器1303通過多條電線連接至PCB中的電導(dǎo)體1312，其中LED管芯1301布置在所述PCB上。
[0109]可以看出，網(wǎng)格不規(guī)則地分布在LED的第一側(cè)面上，并且電流將因此被不規(guī)則地饋送到LED管芯。
[0110]結(jié)果是，可以設(shè)計(jì)電流擴(kuò)散器來提供通過LED管芯的不同電流密度，借此，LED管芯將在其整個(gè)發(fā)射表面上不同地照射。這可以例如通過以下來實(shí)現(xiàn):通過給電流擴(kuò)散器提供具有電子傳導(dǎo)金屬絲的更密集網(wǎng)格結(jié)構(gòu)的區(qū)域，借此將更多的電流饋送到這些區(qū)域；或者通過改變金屬絲的厚度，因?yàn)楦竦慕饘俳z可以傳導(dǎo)更大的電流；或者通過設(shè)計(jì)具有不同傳導(dǎo)性質(zhì)的不同材料的電流擴(kuò)散器。
[0111]以下是另外的實(shí)施方案和使用方式的實(shí)施例。
[0112]A)使用僅覆蓋形狀與光學(xué)系統(tǒng)中的閘相同的區(qū)域的電流擴(kuò)散器，因而以所需形狀來產(chǎn)生光，這將提高光學(xué)效率。例如，矩形管芯=發(fā)光區(qū)域是與圓形閘的不良匹配，從而由于不良重疊部分而導(dǎo)致效率減小。圓形對圓形是完美的匹配。
[0113]B)電流擴(kuò)散器可以設(shè)計(jì)成適合需要的任何形狀匹配。例如，如果將要投影靜態(tài)圖片或徽標(biāo)，那么圖片中的每一顏色成分可以在管芯水平上與電流擴(kuò)散器匹配并且隨后由例如彩色立方體組合起來。以這種方式可以節(jié)省光和能量的浪費(fèi)。
[0114]C)電流擴(kuò)散器可以設(shè)計(jì)成在中心具有稍低的電流密度，這將減少/避免中心的熱點(diǎn)并且引起更均勻的管芯溫度。這將引起通過相同管芯區(qū)域的更高總電流，以及更高總流明。另外，這還將減小在光學(xué)效率在中心通常更高(即使光源是均勻的，這也會(huì)導(dǎo)致帶熱點(diǎn)的光束)的燈光照明燈具的中心與邊緣之間的強(qiáng)度比率=(熱點(diǎn))。
[0115]通過在如圖2所示出的正方形管芯上使用圓形電流擴(kuò)散器，僅使用約70%的管芯區(qū)域來產(chǎn)生光。然而，在一些實(shí)施方案中，將具有適于按不規(guī)則圖案將電流分布在所述第一區(qū)域上的電流擴(kuò)散器的照明設(shè)備與如以下專利申請中所描述的不對稱集光器相組合可更具成本效率:標(biāo)題為 “LIGHT COLLECTOR WITH COMPLEMENTING CENTRAL ANDPERIPHERAL LENSES”且公布號(hào)為W02011/076215的專利申請，其以引用的方式并入本文。W02011/076215描述一種用于收集由光源發(fā)射的光并將所收集的光轉(zhuǎn)換為光束的集光器。所述集光器包括沿光源的光軸對齊的中心透鏡部分，其中中心透鏡包括中心入口表面和中心出口表面。所述集光器還具有圍繞中心透鏡的至少一部分的外圍透鏡部分。中心透鏡和外圍透鏡相互適應(yīng)以便將光源所發(fā)射的光轉(zhuǎn)換為具有大致上為圓形且旋轉(zhuǎn)對稱的截面光分布的共同光束。這種集光器可以與根據(jù)本發(fā)明的照明設(shè)備相組合，其中所述集光器部分適于將正方形/矩形管芯變換為幾乎圓形的點(diǎn)，并且電流擴(kuò)散器是按不規(guī)則圖案來提供，以便提供特定強(qiáng)度分布。換句話說，在這些實(shí)施方案中，中心透鏡部分、外圍透鏡部分以及電流擴(kuò)散器相互適應(yīng)以便提供具有預(yù)定義強(qiáng)度分布的預(yù)定義光束形狀。所述集光器可以實(shí)施為能夠收集光并將所收集的光變換為光束的任何光學(xué)裝置，并且例如可以是光學(xué)透鏡、光棒、鏡子、反射鏡等，并且其中這些光學(xué)元件的光學(xué)性質(zhì)與LED的電流擴(kuò)散器相互適應(yīng)。
[0116]圖14a至圖14d示出根據(jù)本發(fā)明的照明設(shè)備1401的一個(gè)實(shí)施方案的簡化截面圖并且示出可以怎樣使用多個(gè)光源和集光器。光源被示出為僅具有一個(gè)發(fā)射區(qū)域的光源，然而技術(shù)人員知道每一光源可以實(shí)施為具有多個(gè)發(fā)光區(qū)域并且可以如上文所述地關(guān)閉集光器不從中收集光的發(fā)射區(qū)域。圖14a至圖14d示出分別在第一位置、第一混合位置、第二混合位置以及第二位置中的集光裝置和光源。照明設(shè)備1401包括多個(gè)光源，其產(chǎn)生光，所述光源布置在第一組光源1403(示出為白色四邊形)和第二組光源1405(示出為陰影四邊形)中。在這個(gè)實(shí)施方案中，光源安裝成緊靠在一起，例如，安裝為PCB上的LED、表面安裝型LED、板載芯片(chip on board)LED、0LED或其它照明表面。多個(gè)集光裝置1407布置在光源1403和1405前面。在這個(gè)實(shí)施方案中，每一集光裝置實(shí)施為光學(xué)混光器，其適于收集光并且將收集的光混合為均質(zhì)和均勻的光束。
[0117]如同在上文所描述的實(shí)施方案中，集光裝置1407和光源1403/1405在第一位置(圖14a中所示)與第二位置(圖14d中所示)之間可相對于彼此位移。其中，在第一位置中，集光裝置1407適于收集來自第一組光源1403的光并且將所收集的光混合為多個(gè)均質(zhì)和均勻的第一光束1409。類似地，在第二位置中，集光裝置1407適于收集來自第二組光源1405的光并且將所收集的光混合為多個(gè)均質(zhì)和均勻的第二光束1411。
[0118]在這個(gè)實(shí)施方案中，光源和集光裝置可進(jìn)一步相對于彼此定位在多個(gè)混合位置中(圖14b和圖14c中所示)。這種情況下，在混合位置中，集光裝置收集來自第一組光源和第二組光源的光的至少一部分并且將所收集的光混合為多個(gè)均質(zhì)和均勻的混合光束。因此，混合光束包括來自第一組光源和第二組光源的光。
[0119]圖14b示出第一混合位置，其中每一集光裝置1407定位在第一組光源1403的至少一部分上方/前面，并且同時(shí)也定位在第二組光源1405的至少一部分上方/前面。每一集光裝置因此收集來自兩組光源的光并且將所收集的光混合為多個(gè)第一混合光束1451。在第一混合位置中，集光裝置1407定位在第一組光源的比第二組光源的部分更大的部分上方/前面。因此，集光裝置將收集來自第一組光源的比來自第二組光源更多的光，并且混合光束1451因此包括來自第一組光源的比來自第二組光源1405更大的部分的光。這是通過光束1451被不出為具有相對長的虛線這一事實(shí)來不出。
[0120]相比之下，圖14c示出第二混合位置，其中集光裝置1407定位在第二組光源的比第一組光源的部分更大的部分上方。在第二混合位置中，來自第一組光源和第二組光源的光因此被混合為多個(gè)第二混合光束1453，其包括來自第二組光源的比來自第一組光源更大的部分的光。這是通過光束1453被示出為具有相對短的虛線這一事實(shí)來示出。
[0121]這個(gè)實(shí)施方案使得可能提供多個(gè)均質(zhì)和均勻的混合光束，其中均質(zhì)和混合的光束是通過組合來自兩組光源的光來構(gòu)造而成?；旌媳榷x了有多少來自不同組光源的光被用于均質(zhì)和混合的光束中，并且可通過使光源和集光裝置相對于彼此位移來改變混合比。來自兩組光源的光可因此通過使集光裝置和光源相對于彼此位移來混合，如相加混光領(lǐng)域中已知的。均勻和均質(zhì)的光束可定義為不同光譜成分的截面光分布大致上相同并且不同光譜成分的光束發(fā)散度大致上相同的光束。
[0122]例如，可能通過提供具有不同光譜分布的第一組光源和第二組光源來提供相加混色照明設(shè)備，所述不同光譜分布例如會(huì)導(dǎo)致不同的顏色或色溫。在第一位置中(圖14a)，所示出的照明設(shè)備1401將產(chǎn)生具有第一組光源的顏色的多個(gè)光束，這是因?yàn)樵谶@個(gè)位置中，集光裝置1407將大致上僅收集來自第一組光源的光。在第一混合位置中(圖14b)，照明設(shè)備1401將產(chǎn)生具有第一混合顏色的多個(gè)第一混合光束1451，所述第一混合光束是由來自第一組光源和第二組光源的光的組合所產(chǎn)生的。第一混合顏色更像是第一組光源的顏色，這是因?yàn)榈谝换旌瞎馐ㄝ^大部分的來自第一組光源的光。類似地，在第二混合位置中(圖14c)，照明設(shè)備將產(chǎn)生具有第二混合顏色的多個(gè)第二混合光束1453，其中第二混合顏色更像是第二組光源的顏色而不像第一組光源的顏色，因?yàn)榈诙旌瞎馐ㄝ^大部分的來自第二組光源的光。在第二位置中(圖14d)，所示出的照明設(shè)備1401產(chǎn)生具有第二光源的顏色的多個(gè)光束，這是因?yàn)樵谶@個(gè)位置中，集光裝置1407將大致上僅收集來自第一組光源的光。 [0123]所示出的照明設(shè)備使得可能提供具有很亮的單色(如紅色、綠色和藍(lán)色)以及很亮的白色的變色裝置。這得以實(shí)現(xiàn)是因?yàn)獒槍紊墓鈱W(xué)擴(kuò)展量極限可被優(yōu)化，因?yàn)榧庋b置在這些位置中僅收集來自一種光源的光。
[0124]應(yīng)理解，可使用超過兩組光源，并且集光裝置在這些實(shí)施方案中適于定位在不同位置中，其中集光裝置收集來自不同組光源的不同比率的光。例如在圖7a至圖7k中所示出并且在下文描述。
[0125]圖15a至圖15k示出根據(jù)本發(fā)明的照明設(shè)備的一個(gè)實(shí)施方案的簡化截面圖并且示出可以怎樣使用多個(gè)光源和集光器。光源被示出為僅具有一個(gè)發(fā)射區(qū)域的光源，然而技術(shù)人員知道每一光源可以實(shí)施為具有多個(gè)發(fā)光區(qū)域并且可以如上文所述地關(guān)閉集光器不從中收集光的發(fā)射區(qū)域。如同上文所描述的照明設(shè)備，這個(gè)照明設(shè)備包括產(chǎn)生光的多個(gè)光源，以及多個(gè)集光裝置1507a至1507g，其在多個(gè)位置之間可相對于彼此位移。
[0126]圖15a和圖15b示出光源的俯視圖。光源布置在第一組光源、第二組光源和第三組光源中，其中第一組包括紅色(RED)光源R(示出為陰影四邊形)，第二組包括綠色(GREEN)光源G(示出為交叉陰影四邊形)，并且第三組包括藍(lán)色(BLUE)光源B (示出為方形陰影四邊形)。光源布置成陣列，其中每一組的每一光源布置成與兩個(gè)其它組的至少一個(gè)光源相鄰。因此:
[0127]?每一紅色光源具有相鄰的至少一個(gè)藍(lán)色光源和一個(gè)綠色光源；
[0128]?每一綠色光源具有相鄰的至少一個(gè)藍(lán)色光源和一個(gè)紅色光源；
[0129]?每一藍(lán)色光源具有相鄰的至少一個(gè)紅色光源和一個(gè)綠色光源。
[0130]另外，光源布置成多個(gè)集群1502a至1502g，在圖15b中將所述集群示出為具有圓角的透明四邊形，以便使得更容易識(shí)別每一集群。集群是按規(guī)則圖案來布置；這意味著集群的中心分開大致上相同的相互距離。每一集群包括來自每一組光源的多個(gè)光源，并且所述光源在每一集群內(nèi)進(jìn)一步按相同圖案來布置。在這個(gè)實(shí)施方案中，集群中的一些彼此重疊并且共享光源中的一些，例如，可以看出，集群1502a與集群1502c和1502d共享光源。
[0131]但是，在其它實(shí)施方案中，可能不是這樣，并且集群也可以分開一定距離。
[0132]圖15c、圖15e、圖15g和圖15i示出集光器1507的俯視圖并且展示相對于光源在不同位置中的集光器1507a至1507g。集光器的出口表面被示出為圓圈并且可能透過集光器1507a至1507g看見，并且看見在集光器的入口表面(示出為方形)下方的光源R、G、B。圖15d、圖15f?和圖15k示出分別沿圖15c、圖15e、圖15g的線D-D的截面圖；圖15j和圖15k是分別沿圖15i的線E-E和F-F的截面圖。
[0133]集光器1507a至1507g是按規(guī)則圖案布置在光源(R、G和W)上方/前面，并且所述規(guī)則圖案調(diào)整與集群的規(guī)則圖案大致上相同。每一集光器1507a至1507-g適于收集來自對應(yīng)集群的光源的光，并且將經(jīng)轉(zhuǎn)換的光混合為混合光束1555a至1555e (來自集光器1507f和1507g的混合光束未示出)。在這個(gè)實(shí)施方案中，集光器1507a至1507g將分別收集來自集群1502a至1502g的光。集光裝置1507a至1507g和光源(R、G和W)可在一定范圍內(nèi)相對于彼此移動(dòng)，從而允許每一集光器1507a至1507g收集來自對應(yīng)集群1502a至1502g的全部部分的光。換句話說，集光裝置和光源可相對于彼此位移，從而允許集光器1507a至1507g收集來自對應(yīng)集群1502a至1502g的不同部分的光。每一集光器將收集大致上相同的光，這是因?yàn)榧庋b置與集群是按相同的圖案來布置，并且因?yàn)楣庠丛诩簝?nèi)是按相同的圖案來布置。
[0134]集光器1507a至1507g進(jìn)一步實(shí)施為支架1506所攜載的光學(xué)混光器。支架1506適于攜載集光器，并且圍繞集光器的區(qū)域被實(shí)施為不透明材料并且可因此將來自發(fā)光光源的光阻擋在集光器外部。光學(xué)混光器適于將所收集的光混合為均質(zhì)和均勻的混合光束1555a至1555e (來自集光器1507f和1507g的混合光束未示出)，并且例如可如以下申請中所描述來實(shí)施: 申請人:于20110年12月23日在丹麥申請的專利申請，其申請?zhí)枮镈KPA201070580并且以引用的方式并入本文。在所示出的實(shí)施方案中，混合光束進(jìn)一步被準(zhǔn)直并且與光軸1513大致上平行地傳播。因此，有可能使混合光束集中在沿光軸1513的孔1519處，這與光源相對于集光器的位置無關(guān)。這是通過將光學(xué)聚集裝置1508布置在集光裝置1507a至1507g與孔1513之間來實(shí)現(xiàn)。光學(xué)聚集裝置1508可以實(shí)施為能夠使準(zhǔn)直的混合光束1555a至1555e聚焦在孔處的任何光學(xué)元件，所述聚焦是例如通過將孔1519布置在光學(xué)元件的焦點(diǎn)來進(jìn)行。在這個(gè)實(shí)施方案中，光源相對于光軸1513、光學(xué)聚集裝置1508和孔1519固定，而集光器可相對 于光源移動(dòng)，例如通過將支架1506連接到致動(dòng)器(未圖示)來移動(dòng)。集光器可因此相對于光源被移動(dòng)并且定位在不同位置中；但是應(yīng)理解，也可能使光源相對于集光裝置移動(dòng)同時(shí)固定集光器，或使集光器和光源同時(shí)移動(dòng)。
[0135]圖15c和圖15d示出在一個(gè)位置中的光源和集光裝置，在這個(gè)位置中，集光器收集來自藍(lán)色光源B的光并且支架1506將阻擋由紅色光源和綠色光源發(fā)射的光?；旌瞎馐?551a和1551b將因此是藍(lán)色，借此，孔1519受到藍(lán)光照射。如娛樂燈光照明領(lǐng)域中已知的gobo可因此被定位在孔處并且由投影系統(tǒng)(未圖示)成像在目標(biāo)表面處。技術(shù)人員將理解，在這個(gè)位置中，可關(guān)閉紅色光源R和綠色光源G而不會(huì)影響出射光束例如以便節(jié)省能量。
[0136]圖15e和圖15f示出在一個(gè)位置中的光源和集光裝置，在這個(gè)位置中，集光器收集來自綠色光源的光并且支架1506將阻擋由紅色光源和藍(lán)色光源發(fā)射的光?；旌瞎馐?551a和1551b將因此是綠色。集光裝置已從圖15c和圖15d所示的位置移動(dòng)一定距離并且在箭頭1561所指示的方向上移動(dòng)，這個(gè)距離對應(yīng)于藍(lán)色光源和綠色光源的大小。
[0137]圖15g和圖15h示出在一個(gè)位置中的光源和集光裝置，在這個(gè)位置中，集光器收集來自綠色光源的光的一半和來自紅色光源的光的一半，因?yàn)檩斎氡砻娲笾露ㄎ辉诩t色光源和綠色光源的一半上。支架1506將阻擋由藍(lán)色光源發(fā)射的光和由紅色光源和綠色光源的另一半發(fā)射的光。在這個(gè)位置中，混合光束1551a和1551b將因此是紅光和綠光的組合，其將是黃色。集光裝置已從圖15e和圖15f所示的位置移動(dòng)一定距離并且在箭頭1563所指示的方向上移動(dòng)，這個(gè)距離對應(yīng)于綠色光源和紅色光源的一半大小。
[0138]圖151、圖15j和圖15k示出在一個(gè)位置中的光源和集光裝置，在這個(gè)位置中，集光器收集來自綠色光源、紅色光源和藍(lán)色光源的光。在這個(gè)位置中，集光裝置將收集來自藍(lán)色光源的一半表面積以及紅色光源和綠色光源的四分之一表面積的光。在這個(gè)位置中，混合光束1551a和1551b將因此是紅光、綠光和藍(lán)光的組合，其中藍(lán)光大致是紅光和綠光的兩倍那么多并且產(chǎn)生明亮的藍(lán)光。集光裝置已從圖15g和圖15h所示的位置移動(dòng)一定距離并且在箭頭1565所指示的方向上移動(dòng)，這個(gè)距離對應(yīng)于光源的一半大小。
[0139]圖15c至圖15k中所示出的四個(gè)位置僅僅是光源和集光裝置可相對于彼此來定位的大量位置的幾個(gè)實(shí)施例。技術(shù)人員認(rèn)識(shí)到，光源和集光器可定位在許多不同的位置中，其中集光器收集不同比率的由不同類型光源發(fā)射的光，借此可以產(chǎn)生許多不同顏色的混合光束。在圖15a至圖15k中所示出的實(shí)施方案中，不同類型光源被示出為具有相同大小并且每表面積發(fā)射相同數(shù)量的光。但是應(yīng)理解，不同種類光源可以具有不同的大小并且發(fā)射不同數(shù)量的光，并且當(dāng)集光裝置和光源相對于彼此定位在特定位置中時(shí)，光源和集光裝置在這類情境中的位移可適于產(chǎn)生預(yù)定顏色的混合光束。
[0140]在所示出的實(shí)施方案中，光學(xué)混光器是由固體透明材料形成，其中光通過入口表面進(jìn)入所述光學(xué)混光器并且通過所述主體反射到出口表面，在所述出口表面處所述光退出光學(xué)混光器?；旃馄骺扇缫韵律暾堉兴枋鰜韺?shí)施: 申請人:于20110年12月23日在丹麥申請的專利申請，其申請?zhí)枮镈K PA2010 70580，以引用的方式并入本文。應(yīng)理解，混光器例如可如 US2007/0024971、US6, 200，002、US6, 547.416、W010113100A、W010113101 中所描述來形成為任何已知的混光器。
[0141]進(jìn)一步可能的是，組合如圖15a至圖15k中所描述的機(jī)械混色與傳統(tǒng)的相加混色，在傳統(tǒng)的相加混色中，不同組光源的強(qiáng)度是通過電子方式相對于彼此來改變(如基于AM、DC、PWM的系統(tǒng)系統(tǒng))。在一些情境中，使用機(jī)械顏色組合系統(tǒng)提供混色可能更具能量效率，而在其它情境中，使用電子變色系統(tǒng)可能更有效。
[0142]還可能提供四組光源，其中第一組光源、第二組光源、第三組光源和第四組光源分別包括紅色LED、綠色LED、藍(lán)色LED和白色LED。以這種方式，可通過使集光裝置和光源適于在不同位置中相對于彼此位移來產(chǎn)生RGB-W照明設(shè)備，其中集光裝置收集來自四組光源的不同比率的光。應(yīng)理解，可組合任何數(shù)目的不同顏色的光源。
[0143]通過將發(fā)光二極管集成到根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的照明設(shè)備中，并且例如使所述照明設(shè)備適于具有用于單獨(dú)控制通過不同電流擴(kuò)散器的電流的裝置，可以構(gòu)造出非常有趣的照明設(shè)備，借此例如可以實(shí)現(xiàn)非常有趣的光效，例如逆光圈、具有可變的和預(yù)定義的熱點(diǎn)的聚光燈。例如可能將發(fā)光二極管集成到投影設(shè)備中，其中光被集中在孔處，這個(gè)孔是由投影設(shè)備(例如，由 申請人:馬丁專業(yè)公司提供的產(chǎn)品MAC350 Entrour?)成像在目標(biāo)表面處。
【權(quán)利要求】
1.一種照明設(shè)備，其包括: ?至少第一光源和至少至少第二光源，其中所述第一光源和所述第二光源產(chǎn)生具有不同光譜分布的光； ?多個(gè)集光裝置，其適于收集所述產(chǎn)生的光并且將所述收集的光轉(zhuǎn)換為多個(gè)光束，所述光束沿光軸傳播； 其中所述光源和所述集光裝置可相對于彼此位移并且可定位并固定在多個(gè)混合位置中，其中在所述多個(gè)混合位置中，所述集光裝置適于收集由所述第一光源發(fā)射的所述光的至少一部分和由所述第二光源發(fā)射的所述光的至少一部分，所述集光裝置還適于將所述收集的光轉(zhuǎn)換為多個(gè)混合光束，其特征在于所述光源中的至少一個(gè)包括至少第一發(fā)射區(qū)域和至少第二發(fā)射區(qū)域，并且其特征在于所述照明設(shè)備還包括用于控制彼此獨(dú)立的所述第一發(fā)射區(qū)域和所述第二發(fā)射區(qū)域的控制裝置，并且其特征在于在至少一個(gè)第一混合位置中，所述集光裝置適于收集從所述第一發(fā)射區(qū)域發(fā)射的光的至少一部分而大致上不收集從所述第一光源的所述第二發(fā)射區(qū)域發(fā)射的光。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的照明設(shè)備，其特征在于當(dāng)所述光源和所述集光裝置定位在所述第一混合位置中時(shí)，所述控制裝置適于關(guān)閉所述第二發(fā)射區(qū)域。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的照明設(shè)備，其特征在于所述第一光源是LED，所述LED包括:
? LED管芯； ?第一電流擴(kuò)散器，其電子地連接至所述LED管芯的第一側(cè)面，所述第一電流擴(kuò)散器覆蓋所述LED管芯的所述第一側(cè)面的所述第一發(fā)射區(qū)域； ?第二電線，其電子地連接至所述LED管芯的第二側(cè)面； ?第二電流擴(kuò)散器，其電子地連接至所述LED管芯的所述第一側(cè)面，所述第二電流擴(kuò)散器覆蓋所述LED管芯的所述第一側(cè)面的所述第二發(fā)射區(qū)域； 并且其特征在于用于控制所述第一發(fā)射區(qū)域和所述第二發(fā)射區(qū)域的所述控制裝置包括: ?第一電流控制裝置，其控制流過所述第一電流擴(kuò)散器的電流，以及 ?第二電流控制裝置，其控制流過所述第二電流擴(kuò)散器的電流。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的照明設(shè)備，其特征在于當(dāng)所述集光裝置定位在所述至少一個(gè)第一混合位置中時(shí)，所述第二電流控制裝置適于關(guān)閉流過所述第二電流擴(kuò)散器的所述電流。
5.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的照明設(shè)備，其特征在于所述至少所述LED管芯的所述第一側(cè)面的所述第一區(qū)域或所述LED管芯的所述第一側(cè)面的所述第二區(qū)域由轉(zhuǎn)換材料所覆蓋，所述轉(zhuǎn)換材料適于將具有至少第一波長的泵浦光轉(zhuǎn)換為具有第二波長的經(jīng)轉(zhuǎn)換的光，其中所述第二波長不同于所述第一波長。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5中任一項(xiàng)所述的照明設(shè)備，其特征在于孔沿所述光軸定位，并且其特征在于所述集光裝置適于將所述光束集中在所述孔處。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至6中任一項(xiàng)所述的照明設(shè)備，其特征在于所述照明設(shè)備還包括沿所述光軸布置的投影系統(tǒng)，所述投影系統(tǒng)適于改變所述產(chǎn)生的光的發(fā)散度。
8.根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的照明設(shè)備，其特征在于所述投影系統(tǒng)適于將所述孔成像在沿所述光軸的一定距離處。
9.一種使用照明設(shè)備來產(chǎn)生照明的方法，所述照明設(shè)備包括: ?至少第一光源和至少至少第二光源，其中所述第一光源和所述第二光源產(chǎn)生具有不同光譜分布的光； ?多個(gè)集光裝置，其適于收集所述產(chǎn)生的光并且將所述收集的光轉(zhuǎn)換為多個(gè)光束，所述光束沿光軸傳播； 所述方法包括以下步驟: ?在混合位置中相對于彼此來布置所述光源和所述集光裝置，其中所述集光裝置適于收集由所述第一光源發(fā)射的所述光的至少一部分和由所述第二光源發(fā)射的所述光的至少一部分 其特征在于所述方法包括以下步驟: ?提供具有至少第一發(fā)射區(qū)域和至少第二發(fā)射區(qū)域的所述光源中的至少一個(gè) ?控制彼此獨(dú)立的所述第一發(fā)射區(qū)域和所述第二發(fā)射區(qū)域 并且其特征在于在所述至少一個(gè)第一混合位置中 ?布置所述集光裝置和所述光源以使得所述集光裝置收集從所述第一發(fā)射區(qū)域發(fā)射的光的至少一部分而大致上不收集從所述第一光源的所述第二發(fā)射區(qū)域發(fā)射的光 ?關(guān)閉所述第二發(fā)射區(qū)域。
10.一種照明設(shè)備，其包括: ?至少LED，其包括: OLED管芯； ?第一電流擴(kuò)散器，其電子地連接至所述LED管芯的第一側(cè)面，所述第一電流擴(kuò)散器覆蓋所述LED管芯的所述第一側(cè)面的第一區(qū)域；其中所述第一電流擴(kuò)散器適于按不規(guī)則圖案將電流分布在所述第一區(qū)域上 ?第一電流控制裝置，其控制流過所述第一電流擴(kuò)散器的電流。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的照明設(shè)備，其特征在于還包括集光裝置，所述集光裝置適于收集由所述至少一個(gè)發(fā)光二極管產(chǎn)生的光并且將所述收集的光轉(zhuǎn)換為光束，所述光束沿光軸傳播。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的照明設(shè)備，其特征在于在所述第一區(qū)域上的所述不規(guī)則圖案和所述集光裝置相互適應(yīng)以便提供具有預(yù)定義強(qiáng)度分布的預(yù)定義光束形狀。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的照明設(shè)備，其特征在于所述集光器包括:中心透鏡部分，其包括中心入口表面和中心出口表面；以及外圍透鏡部分，其圍繞所述中心透鏡部分的至少一部分，其中所述中心透鏡部分適于收集從所述第一區(qū)域發(fā)射的光的第一部分并且所述外圍部分適于收集從所述區(qū)域發(fā)射的所述光的第二部分。
14.根據(jù)權(quán)利要求11至13中任一項(xiàng)所述的照明設(shè)備，其特征在于孔沿所述光軸定位，并且其特征在于所述集光裝置適于將所述光束集中在所述孔處。
15.根據(jù)權(quán)利要求11至14中任一項(xiàng)所述的照明設(shè)備，其特征在于所述照明設(shè)備還包括沿所述光軸布置的投影系統(tǒng)，所述投影系統(tǒng)適于改變所述產(chǎn)生的光的發(fā)散度。
16.根據(jù)權(quán)利要求14或15所述的照明設(shè)備，其特征在于所述投影系統(tǒng)適于將所述孔成像在沿所述光軸的一定距離處。
【文檔編號(hào)】F21S10/02GK103620296SQ201280031840
【公開日】2014年3月5日 申請日期:2012年6月29日 優(yōu)先權(quán)日:2011年6月29日
【發(fā)明者】D.喬根森 申請人:馬田專業(yè)公司