CN103140712A - 用于led照明设备的电路板 - Google Patents

Abstract

本发明描述了一种LED光源自动照明设备，其具有安装在可分拆电路板上的LED。所述可分拆电路板带来了较便宜的维修成本而保持了照明设备的较低的制造成本。

Description

用于LED照明设备的电路板

相关申请

本申请要求2010年9月10日提交的美国临时申请61/381,679以及2011年1月31日提交的美国临时申请61/438,161的优先权。

技术领域

本发明总体涉及一种照明设备，特别涉及一种用于使用LED光源的照明设备的电路板。

背景技术

具有自动和远程可控功能的照明设备是娱乐和建筑照明市场中公知的。这样的产品经常用于剧院、电视演播室、音乐会、主题公园、夜总会和其他会场。典型的产品通常通过照明设备的摇摄和俯仰功能提供控制，允许操作者控制照明设备的指向并由此控制光束在舞台上或演播室中的位置。这种位置控制通常经由在两个正交的旋转轴上控制照明设备的位置来实现（一般称为摇摄和俯仰）。很多产品通过其他参数（例如强度、颜色、清晰度、光束尺寸、光束形状和光束图样）来提供控制。此外，越发常见的是在这样的照明设备中使用高功率LED作为光源，并且对于颜色控制，常见的是使用不同颜色的LED阵列。例如，常见的配置是使用红色、绿色和蓝色的LED的混合。该配置允许用户通过对适宜水平的三种颜色进行混合来获得他们想要的颜色。例如，点亮红色LED和绿色LED而熄灭蓝色LED将产生呈现黄色的输出。相似地，红色和蓝色将产生绛红色，而蓝色和绿色将产生青色。通过对LED进行明智的控制，用户可以在由阵列中的LED颜色设定的色域内获得他们想要的任何颜色。还可以使用三种以上的颜色，并且人们熟知的是将琥珀色或白色LED添加到红色、绿色和蓝色中，以加强颜色混合并改进可用的色域。由罗布照明（Robe Lighting）公司制造的产品，例如REDWash 3·192，是本领域中的典型产品。

图1图示了典型的LED照明设备1。这些照明设备通常在其上包含安装在顶部2的LED 4的阵列、连接至机械驱动系统的电动机以及控制电路（未示出）。除了直接或经由配电系统（未示出）连接至主电源，每个照明设备还与数据链路串联或并联，连接至一个或多个控制台（未示出）。

在现有技术的照明设备中，LED 4的阵列通常可以安装在单个大电路板6上，形成顶部2中的输出盘。当与LED 4的阵列组装时，这样的电路板是照明设备1的昂贵且复杂的元件。在使用时，如果任何LED 4失效，则用户将不得不更换带有所有LED 4的整个电路板（而多数LED仍然是完全可用的）以实现对单个LED 4的检修。然而，如果制造商使用多个较小的电路板来安装LED，则会增加由加工、组装而带来的制造成本，以及由于与经济性的单个大板相比处理多个板所带来的制造成本。

需要一种用于LED照明设备的电路板系统，该系统提供经济的维修和修理而不失去单个大板的优点。

附图说明

为了对本发明及其优点有更加彻底的理解，现在结合附图进行下文的描述，在图中相同的附图标记表示相同的部件，其中：

图1图示了典型的LED照明设备；

图2图示了带有可分拆LED电路板的实施例的照明设备；

图3图示了图2所示的LED照明设备的实施例的LED电路板的细节；

图4图示了图3所示的LED电路板的分拆图；

图5图示了图3所示的LED电路板的两个连接的分拆部；

图6图示了可分拆LED电路板的分拆部的电连接的可选择实施例；

图7图示了带有普朗克轨迹（Planckian locus）的CIE 1931色度空间；以及

图8图示了本发明的实施例的频闪仪（strobe）和控制区。

具体实施方式

图中示出了本发明的优选实施例，在各幅图中相同的附图标记用于表示相同和相应的部件。

本发明总体涉及一种照明设备，特别涉及一种用于使用LED光源的照明设备的电路板。

图2图示了用于所公开的LED照明设备的实施例的电路板。LED照明设备10包含主LED电路板组件20，主LED电路板组件20包括子板/子部分31、32、33、34。出于使本发明清楚的目的，没有在图中示出LED自身的安装位置22中的LED。应当意识到，LED分布在子板31、32、33和34上。还应当意识到，本发明不限于LED，而是同样可以很好地用于任何安装在板上的发光器件，例如OLED。子板31、32、33和34制作为源自一片电路板材料的单个板。在初始制造阶段进行迹线（未示出）刻蚀，并且使用本领域技术人员公知的标准印刷电路板技术将多层材料镀或印制到板上。在这些制造阶段中，子板31、32、33和34保持连接成单个电路板，并由此可以利用与生产单个电路板相关的在处理时间和制造时间上的优点。作为电路板制造过程的一个阶段，对单个板进行布线（route）以产生最终的形状以及任何所需的安装孔26、电缆接入孔24等等。作为该过程的一部分，子板31、32、33和34通常将是彼此完全分开的，然而在这里公开的LED照明设备中，有意使间隔不完整并留下小的连片，所述连片继续将子板连接成单个大板并允许接下来的操作和组装，好像就是单个板一样。

图3更加详细地图示了可分拆电路板20。该电路板20具有间隔23以形成子板/子部分31、32、33和34，这些子板/子部分31、32、33和34经由连片21和22保持连接，使得子板31、32、33和34仍然保持为单板组件20。示出的实施例包括用于电缆接入的孔24和安装孔26。在制造过程的后续阶段，可以使用标准电路板布居设备使电路板20由LED（未示出）和其他元件（未示出）占据。该过程通常称作对电路板进行“填充”。电路板20作为单个板被填充，因此所有的子板31、32、33和34通过它们的连片21、22保持彼此连接。最终，完成的电路板组件（包括所有元件和连接）可以组装/安装到LED照明设备中。此外，该过程可以使得板成为单个元件。由此，在整个制造过程中，将电路板20看待、制造、组装、填充和利用为单个板，由此可以从负担单个板的成本和操作中受益。

如果在正常使用的过程中有元件在电路板20上失效并且有必要更换电路板，用户不必更换整个板20。此时，维修工程师可以取下板20，识别失效元件的位置，并且将适当的子板31、32、33和34从组件20上折断。由此，可以以对于制造商和用户明显降低的成本将子板31、32、33和34中的每一个单独更换为维修元件。

图4图示了电路板20已经完全分成其子板31、32、33和34。子板31、32、33和34中的每一个可用作单独的维修元件。

在所公开的LED照明设备的另外的实施例中，对安装在电路板20上的LED的控制可以是以组合且协调的方式对所有子板上的所有LED进行控制，或者可选择地，每个子板可以被单独且独立地控制。例如，用户可能希望所有子板上的所有LED具有相同的颜色和亮度，或者他可能希望包括子板31和32的外环具有第一颜色和亮度，包括子板33的第二环具有第二颜色和亮度，而包括子板34的中心环具有第三颜色和亮度。

图5图示了用于所公开的LED照明设备的电路板的另一实施例。通过连片21连接的子板32和32可以配有单独的电连接件27，其中每个连接件27可以为其各自的子板提供数据和功率信号。尽管没有在该图中示出，然而其他子板也可以具有其自身的连接件。

图6图示了用于所公开的LED照明设备的另一实施例，其中子板共享电连接件。通过连片21连接的子板31和32在子板31上共享共同的电连接件28，其中连接件28可以为子板31和32提供数据和功率信号。穿过连片21的电迹线41可以提供从子板31到子板32的电连接，从而子板32可以利用连接件28。这通过单个板和单个连接件提供了产品的简单制造。如果在正常使用的过程中有元件在子板31或32上失效并且有必要更换所述子板中的一个，则这两个子板将在连片21处分开并且电迹线41将会断开。作为修理过程的一部分，为了使子板31和子板32再次电连接，维修工程师可以在所设置的点43之间将配线45连接。这样的连接可以是焊接或插头连接或本领域公知的任何其他电连接方法。

尽管本申请的附图和说明书描述了使用圆形电路板（该电路板分为四个子板）的实施例，然而本发明不限于此，并且可以使用具有任意数量子板的任意形状的电路板而不背离本发明的范围。另外，即使所描述的实施例考虑了自动的LED照明设备，同样的系统也可以用于非自动的LED照明设备或其他产品。

在其他实施例中可以对所公开的基于LED的照明设备进行调节，以通过来自LED模块106的彩色光的强度的适宜组合来产生白光。例如，可以通过为红色、绿色和蓝色选择适宜的水平将这三种颜色的LED混合以形成白光。所产生的白光的色温可以选自图7的标准CIE 1931色度空间上的线202所示的范围。在这样的图上由曲线202示出的不同色温的白光点的范围是公知的普朗克轨迹或黑体线。普朗克轨迹上的具体点由该点的色温进行定义，其中色温是开尔文温度（K），即理论上的绝对黑体将辐射相同的辐射谱。例如，白炽灯可以具有3,200K的色温，这意味着来自所述白炽灯的白光辐射与来自加热到3,200K的绝对黑体的辐射是相同的。白光的色温可以从非常高的蓝色（普朗克轨迹10,000K或更高处的端点）变化到非常低的红色（1,000K或更低处的端点）。随着白炽灯从全光输出转为变暗，其色温将下降并且其颜色点将沿着普朗克轨迹移动。这是熟知的现象，即白炽灯在变暗时会变得更红。例如，色温是5,600K（如图7中的点204所示）的灯的输出可以变暗，并且其色温可以降至大约1,500K（如图7中的点206所示）。尽管LED发射器在其变暗时并不天然地表现出这种现象，然而通过连续改变来自LED模块106的彩色光的强度混合以产生适宜色温的白光，所描述的实施例模拟了这种色温移动。对随着照明设备变暗时的色温改变的如此模拟允许LED照明设备模拟白炽灯照明设备的表现。对于沿着普朗克轨迹产生任何所需色温的白光而言必要的彩色LED发射器的理想组合可以存储在照明设备的查找表中或者根据需要由校准参数进行计算。为了进一步提高由所公开的LED照明设备对白炽灯源的模拟，本发明另外的实施例还可以包括强度控制中的延迟，以模拟白炽灯丝的热滞。当供给白炽灯泡的功率改变时，所带来的灯发射的亮度级不会立即随功率的改变而改变。相反会有些许延迟，这是因为灯中的灯丝会变热或冷却直到达到新的平衡。这种延迟或热滞对于白炽灯产品的用户是熟知的并且表现得很自然，因此，基于LED的照明设备的非常快的控制（其跟随功率改变，几乎没有滞后）将表现出反常和机械性。在所描述的发明中提供了方法，凭借软件或者凭借电路，通过调节供给LED发射器的功率来模拟所述热滞，以模拟白炽灯丝的变热和冷却的延迟。

图8图示了本发明的实施例的频闪仪和控制区。在本发明的一个实施例中，LED模块106被布置为环形的或布置为控制区。图8示出了带有控制区212、214和216的照明设备210。这些环形或控制区可以与图3中的电路板31和32（组合为216）、33（214）和34（212）关联。尽管这里图示了三个控制区，然而本发明不限于此，并且可以使用任意数量和形状的控制区。在自动LED照明设备中常见的是为整个照明设备提供单一的频闪控制通道，使得可以为照明设备选择频闪的变化速度和方式。相反地，在本发明的一个实施例中设有多个频闪控制通道，每个区一个频闪控制通道。控制区212、214和216中的每一个可以被单独地且独立于其他控制区进行控制。特别地，可以为每个控制区应用不同的频闪速度和方式。这些方式和速度可以进一步被协调，使得自动获得令人满意的总体效果。频闪方式可以从包含但不限于以下内容的列表中选择：简单频闪、快照-锯齿波（snap-ramp）频闪、锯齿波-快照频闪、锯齿波-锯齿波频闪、随机频闪、闪烁频闪及本领域已知的其他频闪方式。在别的实施例中，可以凭借附加的主频闪通道和相关的微距镜头来协调控制区的整体同步。

尽管已经参照有限数量的实施例对本发明进行了描述，然而从本发明中受益的本领域技术人员将会意识到，可以设计出不脱离这里描述的本发明的范围的其他实施例。本发明已经被详细地描述，应当理解的是，可以对本发明作出各种更改、替换和改变而不脱离其实质和范围。

Claims (1)

1.一种LED照明设备，该LED照明设备具有安装在可分拆电路板上的多个发光元件。

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