CN103492787A - 具有高通量密度led阵列的基于led的照明单元 - Google Patents

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N·皮斯库恩
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Abstract

涉及具有高通量密度LED阵列(70)的基于LED的照明单元的方法和装置。该基于LED的照明单元可以包括各种光谱的LED的阵列(70)并且该LED可以被布置为占据了总体上由该LED阵列的最远范围所限定的面积中相当大的比重。可选地，各种颜色的LED可以与某些参数进行混合以提供来自LED的所期望的颜色混合。可选地，可以在诸如娱乐照明器材之类的照明器材中实施该基于LED的照明单元。

Description

具有高通量密度LED阵列的基于LED的照明单元
技术领域
本发明总体上涉及一种基于LED的照明单元。更具体地，这里所公开的各种发明方法和装置涉及一种具有高通量密度LED阵列的基于LED的照明单元，该LED阵列包括各种颜色的多个LED。
背景技术
数字照明技术，即基于诸如发光二极管(LED)之类的半导体光源的照明相对于传统的荧光、HID和白炽灯提供了一种可行的替代形式。LED的功能性优势和好处包括高能量转换和高光学效率、耐久性、较低的操作成本，等等。LED技术近来的发展提供了有效且鲁棒的全光谱光源，其在许多应用中实现各种照明效果。例如，如通过引用结合于此的美国专利号6016038和6211626中详细讨论的，体现这些光源的一些器材以照明模块为特征，其包括能够产生例如红、绿和蓝的不同颜色的一个或多个LED以及用于对LED的输出进行独立控制以便生成各种颜色和颜色变化的照明效果的处理器。
利用诸如白炽灯之类的非LED光源的娱乐照明器材是已知的。例如，普及的舞台照明器材是可从威斯康辛州Middleton的ElectronicTheatre Controls(ETC)获得的SOURCE FOUR。SOURCE FOUR利用HID灯作为光源或者专有的卤素HPL灯。来自SOURCE FOUR或类似器材的典型光学系统损失的范围例如可以为初始灯具流明的40-60％。此外，这样的器材中所采用的灯具的额定寿命可能仅仅是大约1000小时。因此，灯具需要频繁更换以保持来自该照明器材的所期望的照明输出。
此外，为了从SOURCE FOU或类似常规器材实现任何颜色效果，通常需要利用凝胶。由于其传输系数，凝胶在很大程度上切断了相关联器材的光线输出。此外，随着时间，凝胶由于所采用的(多个)白炽灯的极高热量而趋于变暗或燃烧。因此，凝胶减少了器材的光线输出并且需要频繁更换以保持来自该器材的所期望照明水平和/或颜色。
已经提出了在娱乐照明器材中利用LED光源替代白炽光源。这样的器材中的LED光源试图复制白炽光源的光线输出并且可以按照需要结合凝胶使用。然而，这种利用LED光源的娱乐照明器材受到一个或多个缺陷的影响。例如，LED照明器材可能无法从LED光源获得所期望的强度和/或颜色。而且，例如当随遮光片或其它效果一起使用时，LED光源可能无法产生所期望的清晰的硬边缘(hardedge)。相反，LED光源经常导致不可接受的颜色边纹或色像差水平。
因此，本领域需要提供一种基于LED的照明单元，其提供令人满意的强度和/或颜色性能，和/或在随遮光片或其它效果而被加以利用时提供令人满意的硬边缘，并且可选地可以在娱乐照明器材中被加以利用。
发明内容
本公开针对一种用于基于LED的照明单元的发明方法和装置，该基于LED的照明单元具有包括各种颜色的多个LED的高通量密度LED阵列。例如，基于LED的照明单元可以包括各种光谱的可选高亮度LED的阵列并且该LED可以被布置为占据总体上由该LED阵列的最远范围所限定的面积中相当大的比重。可选地，各种颜色的LED可以与某些参数进行混合以提供来自LED的所期望的颜色混合。可选地，该基于LED的照明单元可以包括在LED阵列整体周围所提供的单个反射器。可选地，该单个反射器可以没有漫射器或者其它光线变换透镜。可以在诸如娱乐照明器材之类的照明器材中实施该基于LED的照明单元。
总体而言，在一个方面，提供了一种基于LED的照明单元，其包括具有LED连接垫的高密度阵列的电路板。每个LED连接垫电连接到该电路板的多个单独通道中的单个通道。该电路板进一步包括多个填充通孔。至少一些孔在单个LED连接垫的一部分和多个内部传导轨线之一之间进行延伸，每个该内部传导轨线均电耦合到单个单独通道。多个表面安装LED的每个均耦合到单个LED连接垫。该LED至少为五种不同光谱。每个单个光谱的LED电连接到单个通道并且具有与至少两个其它光谱相比变化至少20纳米的峰值波长。放置LED的区域的至少70％被LED所占据。该区域总体上由符合该LED的最远范围的形状所限定。
在一些实施例中，放置LED的区域的至少80％被LED所占据。在一些实施例中，该电路板包括金属内核。
而且，可以提供至少七种不同光谱。在一些实施例中，光谱包括第一非白色光谱。多个LED为第一非白色光谱，并且第一非白色光谱的LED的每一个仅与唯一光谱的LED接壤。
在其它实施例中，多个LED为非白色光谱。大多数非白色光谱的LED仅与唯一光谱的LED接壤。在另一其它实施例中，多个LED为非白色光谱并且每个非白色光谱的LED仅与唯一光谱的LED接壤。
LED可以被布置在至少一个基本上为线性的行中。
在一些实施例中，该照明单元包括包围所有LED的单个反射器。在那些实施例的一些版本中，该反射器包括不含漫射器的中空内部。
总体而言，在另一个方面，提供了一种基于LED的照明单元，其包括具有LED连接垫的高密度阵列的电路板。每个LED连接垫电连接到该电路板的多个单独通道中的单个通道。包括多个表面安装LED并且每个LED耦合到单个LED连接垫。单个反射器包围所有LED。LED为至少五种不同光谱。每个单种光谱的LED电连接到单个通道并且具有与至少一个其它光谱相比变化至少20纳米的峰值波长。放置LED的区域的至少70％被LED所占据。该区域总体上由符合该LED的最远范围的形状所限定。
在一些实施例中，放置LED的区域的至少80％被LED所占据。可以提供至少八种不同光谱。
在一些实施例中，该反射器是喇叭型反射器并且可选地包括不含漫射器的中空内部。
在一些实施例中，该照明单元进一步包括与该电路板热连接的散热结构。可选地，该散热结构包括与该电路板相邻的散热板以及从该散热板延伸至多个冷却鳍中的多个热管道。在那些实施例的一些版本中，该照明单元进一步包括支撑结构，其对该电路板进行支撑并且直接与至少一个冷却鳍和该散热板相接触。
总体而言，在另一个方面，提供了一种娱乐照明器材，其包括具有LED连接垫的高密度阵列的电路板。每个LED连接垫电连接到该电路板的多个单独通道中的单个通道。包括多个表面安装LED并且每个LED耦合到单个LED连接垫。该照明单元还包括单个反射器，其具有包围所有LED的基座以及该基座远端的顶部。该顶部限定了反射器光线输出开口。壳体包围该电路板、LED和单个反射器。该壳体限定了与该反射器光线输出开口光学连通的壳体光线输出开口。LED为至少三种不同光谱。每个单个光谱的LED电连接到单个通道并且具有与至少一个其它光谱相比变化至少20纳米的峰值波长。该反射器在该基座和反射器光线输出开口之间没有漫射器。
在一些实施例中，该娱乐照明器材在该反射器光线输出开口和壳体光线输出开口之间没有漫射器。
如这里出于本公开的目的所使用的，术语“LED”应当被理解为包括任意电致发光二极管或者能够响应于电信号而生成辐射的其它类型的载子注入/基于结的系统。因此，术语LED包括响应于电流而发光的各种基于半导体的结构、发光聚合物、有机发光二极管(OLED)、电致发光带等，但是并不局限于此。特别地，术语LED是指可以被配置为以红外光谱、紫外光谱和可见光谱的各个部分(通常包括从大约400纳米到大约700纳米的辐射波长)中的一个或多个生成辐射的所有类型的发光二极管(包括半导体和有机发光二极管)。LED的一些示例包括各种类型的红外LED、紫外LED、红色LED、蓝色LED、绿色LED、黄色LED、琥珀色LED、橙色LED和白色LED(以下进一步讨论)，但是并不局限于此。还应当领会到，LED可以被配置和/或控制为针对给定频谱(例如，窄带宽、宽带宽)以及处于给定的一般颜色分类中的各种显性波长而生成具有各种带宽的辐射(例如，在半最大值的全宽度，或FWHM)。
例如，被配置为实质上生成白色光的LED的一种实施方式(例如，白色LED)可以包括分别发出电致发光的不同光谱的多个模具(die)，上述不同光谱作为组合而混合形成实质上为白色的光线。在另一种实施方式中，白色光LED可以与将具有第一光谱的电致发光转换为不同的第二光谱的磷光体材料相关联。在该实施方式的一个示例中，具有相对短波长和窄带宽光谱的电致发光对该磷光体材料进行“泵送”，该磷光体材料进而辐射出具有稍宽光谱的更长波长的辐射。
还应当理解的是，术语LED并不限制LED的物理和/或电气封装的类型。例如，如以上所讨论的，LED可以是指具有被配置为分别发出不同辐射光谱的多个模具(例如，可以或无法可独立控制)的单个发光设备。而且，LED可以与被认为是LED(例如，一些类型的白色LED)的整体部分的磷光体相关联。通常，术语LED可以是指封装LED、非封装LED、表面安装LED、板载芯片LED、T封装安装LED、径向封装LED、电源组LED、包括一些类型的包装和/或光学元件(例如，漫射透镜)的LED，等等。
术语“光源”应当被理解为是指任意一个或多个的各种辐射源，包括但并不局限于基于LED的源(包括一个或多个如以上所限定的LED)、白炽源(例如，灯丝灯具、卤素灯具)、荧光源、磷光源、高密度放电源(例如，钠蒸汽、水银蒸汽和金属卤化物灯具)、激光、其它类型的电致发光源、焦酚发光源(例如，火焰)、烛光发光源(例如，汽灯罩、碳弧辐射源)、感光发光源(例如，气体放电源)、使用电子饱和的阴极发光源、流电发光源、晶体发光源、显像管发光源、热发光源、摩擦发光源、声致发光源、辐射发光源和发光聚合体，但并不局限于此。
给定光源可以被配置为在可见光谱之内、可见光谱之外或者二者的组合生成电磁辐射。因此，术语“光”和“辐射”在这里可互换使用。此外，光源可以包括如一个或多个过滤器(例如，颜色过滤器)、透镜或者其它光学组件的整体组件。还应当理解的是，光源可以被配置为用于各种应用，包括但并不局限于指示、显示和/或照明。“照明源”是被特别配置以生成具有足够强度以有效点亮内部或外部空间的辐射。在本文之中，“足够强度”是指在空间或环境中所生成的用于提供环境照明(例如，可以被间接感知并且例如可以在被整体或部分感知之前从各种中间表面中的一个或者多个被反射的光线)的可见光谱中的足够辐射功率(在辐射功率或者“发光通量”方面，经常采用单位“流明”来表示在所有方向来自光源的总光线输出)。
术语“光谱”应当被理解为是指由一个或多个光源所产生的辐射的任意一个或多个频率(或波长)。相应地，术语“光谱”不仅是指可见范围内的频率(或波长)，而且也是指红外、紫外和整体电磁光谱的其它区域中的频率(或波长)。而且，给定光谱可以具有相对窄的带宽(例如，实质上仅具有几个频率或波长分量的FWHM)或相对宽的带宽(具有各种相对强度的若干频率或波长分量)。还应当领会到，给定光谱可以是将两个或者更多其它光谱进行混合的结果(例如，混合分别从多个光源所发出的辐射)。
出于本公开的目的，术语“颜色”与术语“光谱”可互换使用。然而，通常术语“颜色”主要被用来指代可被观察者所感知的辐射的属性(虽然该使用并非旨在限制该术语的范围)。因此，术语“不同颜色”隐含地是指具有不同波长分量和/或带宽的多个光谱。还应当领会到的是，术语“颜色”可以结合白色和非白色光来使用。
术语“色温”一般在这里结合白色光使用，尽管该使用并非旨在限制该术语的范围。色温实质上是指白色光的特定颜色含量或色度(例如，红色的、蓝色的)。就常规而言，给定辐射样本的色温的特征在于其根据黑色主体辐射体的开氏度(K)的温度，该黑色主体辐射体实质上辐射与所讨论的辐射样本相同的光谱。黑色主体辐射体的温度通常落在从大约700度K(通常被认为首先可被人眼可见)到超过10000度K的范围内；白色光通常以高于1500-2000度K的色温而被感知。
术语“照明器材”在这里被用来指代特定形式因数、装配、或封装的一个或多个照明单元的实施方式或布置形式。术语“照明单元”在这里被用来指代包括相同或不同类型的一个或多个光源的装置。给定照明单元可以具有(多个)光源、壳体/外壳布置或形状，和/或电气和机械连接配置的各种安装布置形式中的任意一种。此外，可选地，给定照明单元可以与涉及(多个)光源的操作相关的各种其它组件(例如，控制电路)相关联(例如，包括、与之耦合和/或与之封装在一起)。“基于LED的照明单元”是指单独或者与其它非基于LED的光源相结合地包括如以上所讨论的一个或多个基于LED的光源的照明单元。“多通道”照明单元是指包括被配置为分别生成不同辐射光谱的至少两个光源的基于LED或非基于LED的照明单元，其中每个不同源的光谱可以被称作多通道照明单元的“通道”。
术语“控制器”在这里一般被用来描述与一个或多个光源的操作相关的各种装置。控制器可以以多种方式来实施(例如，利用专用硬件来实施)来执行这里所讨论的各种功能。“处理器”是采用可以使用软件(例如，微代码)进行编程以执行这里所讨论的各种功能的一个或者多个微处理器的控制器的一个示例。控制器可以在采用或不采用处理器的情况下进行实施，并且还可以被实施为专用硬件的组合以执行一些功能并且被实施为处理器(例如，一个或多个编程微处理器和相关联电路)以执行其它功能。可以在本公开的各个实施例中被采用的控制器组件的示例包括常规的微处理器、应用特定集成电路(ASIC)和现场可编程门阵列(FPGA)，但是并不局限于此。
应当领会的是，以上概念和以下更为详细地讨论的附加概念(假设这样的概念并不互相矛盾)的所有组合形式被预期作为这里所公开的发明主题的一部分。特别地，在本公开结束处出现的请求保护的主题的所有组合被预期作为这里所公开的发明主题的一部分。还应当领会到，这里明确采用的也可以出现在通过引用而结合的任意公开中所出现的术语应当与这里所公开的特定概念最为相符的含义相一致。
附图说明
在附图中，相同的附图标记通常遍及不同附图而指代相同部分。而且，附图并不必然依比例绘制，反而通常根据对本发明的原则说明而进行强调突出。
图1示出了具有基于LED的照明单元的舞台照明器材的实施例的分解透视图，该基于LED的照明单元具有高通量密度的LED阵列；该舞台照明器材的壳体并未在图1中进行图示。
图2示出了图1的舞台照明器材的透视图；该舞台照明器材的壳体的一部分被移去以更好地示出该舞台照明器材的某些组件。
图3示出了图1的基于LED的照明单元的实施例的LED和电路板的平面图。
图4A示出了图3的电路板的内部传导层的平面图。
图4B示出了图3的电路板的顶部传导层的平面图。
具体实施方式
利用诸如白炽灯之类的非LED光源的娱乐照明器材是已知的。然而，这样的照明器材受到光学系统输出衰减和/或灯具寿命短的影响。因此，这样的照明器材的灯具需要频繁更换以保持来自该器材的所期望的照明水平，此外，为了由这样的照明器材实现任何颜色效果，必须要利用凝胶。凝胶在很大程度上切断了光线输出并且随时间变暗或燃烧。因此，凝胶减少了器材的光线输出并且需要频繁更换以保持来自该器材的所期望照明水平和/或颜色。
已经提出了在娱乐照明器材中利用LED光源来替代白炽光源。然而，这样的利用LED光源的娱乐照明器材受到一种或多种缺陷的影响。例如，LED照明器材可能无法从LED光源获得所期望的强度和/或颜色，和/或在随遮光片或其它效果使用时可能无法产生所期望的硬边缘。
因此，申请人已经认识并领会到，需要在本领域提供一种基于LED的照明单元，其提供令人满意的强度和/或颜色性能和/或在随遮光片或其它效果一起利用时提供令人满意的硬边缘并且可选地可以在娱乐照明器材中被加以利用。
更普遍地，申请人已经认识并领会到，提供一种具有包括多个各种颜色的LED的高通量密度的LED阵列的基于LED的照明单元将会是有利的。
考虑到上文，本发明的各个实施例和实施方式针对与基于LED的照明单元以及具有基于LED的照明单元的照明器材相关的方法和装置。
在以下详细描述中，出于解释而非限制的目的，给出了公开具体细节的代表性实施例以便提供对所请求保护的发明的全面理解。然而，对于已经从本公开而获益的本领域技术人员将会显而易见的是，根据这里的教导与这里所公开的具体细节有所不同的其它实施例也处于所附权利要求的范围之内。此外，可以省略对公知装置和方法的描述以免对相应实施例的描述造成混淆。这样的方法和装置明确处于所请求保护的发明的范围之内。例如，这里所公开的装置和方法的各个实施例特别适于在娱乐照明器材中使用。相应地，出于说明的目的，所请求保护的发明可以结合这样的照明器材进行讨论。然而，可构思其它的配置、应用和实施方式而并不背离所请求保护的范明的范围或精神。
参考图1和图2，在一个实施例中，基于LED的照明单元可以在舞台照明器材10中实施。图1示出了舞台照明器材10的分解透视图，而不示出舞台照明器材10的壳体25。图2示出了舞台照明器材10的透视图，其中仅示出了壳体25的一部分从而更好地示出舞台照明器材10的某些组件。壳体25的缺失部分可以是壳体25的所描绘部分的基本上镜像图像并且可选地可以利用螺栓3或者其它紧固件与之耦合。
舞台照明器材10包括支撑结构20，其具有总体上彼此成平行关系的第一壁22和相反的第二壁23。第三壁24在第一壁22和第二壁23之间进行延伸并连接第一壁22和第二壁23。第三壁24总体上垂直于第一和第二壁22、23，并且包括穿过其提供的开口21。开口21容纳散热板32中相对于散热板32的连接区33a和33b突出的部分。散热板32被容纳在开口21中，并且可选地完全通过开口21进行延伸。在可替换实施例中，开口21允许接近散热板32，但是并不将散热板32的一部分容纳于其中。连接区33a和33b每个均包含通过第三壁24而与相应紧固件开口对准的多个紧固件开口。紧固件开口可以容纳穿过其的诸如弹簧加压紧固件5之类的紧固件，以尤其允许将散热板32耦合到支撑结构20。
散热板32包括在其背表面上凹进的三个热管道，其中每个热管道容纳相应热管道34a-c的一部分。散热板32可以由吸热金属和/或诸如铝、铜和/或其合金的金属合金所制成。在一些实施例中，热管道34a-c可选地可以是电力冷却热管道。热管道34a-c通过多个冷却鳍36从散热板32向后延伸并且与冷却鳍36进行热连接。热管道34a-c收集并散发来自散热板32的热量并且进一步将所收集的热量分散到冷却鳍36。
特别参考图2，其示出了冷却鳍36的周界的一部分与支撑结构20的第一壁22和/或第二壁23相临近和/或相接触。冷却鳍36与第一壁22和第二壁23热接触并且进一步将经由散热板32所收集的热量分散到支撑结构20。连接区33a和33b还与支撑结构20的第三壁24相临近和/或相接触。连接区33a和33b与第三壁24热接触并且进一步将经由散热板32所收集的热量分散到支撑结构20。开口27被提供在壳体25的尾部并且提供了进出壳体25的至少尾部的空气流通，支撑结构20和冷却鳍36被容纳于该尾部以进一步辅助冷却。可选地，可以跨所有或者部分开口27提供一个或多个风扇以促进空气流入和/或流出壳体25。
电路板50被置于散热板32顶部并且与其热连接。可选地，可以在电路板50和散热板32之间提供导热膏、热衬垫或者其它导热界面。电路板50尤其可以利用通过紧固件开口进行延伸的一个或多个紧固件耦合至支撑结构20，该紧固件开口通过电路板50和第三壁24。电路板50在其上包括高通量密度LED阵列70，其包括各种颜色的多个高亮度LED。
单个喇叭型反射器40被置于LED70的周围和上方。该反射器40包括包围LED阵列的反射器基座44以及向着反射器顶部46向上和向外外展(flare)。反射器40包括多个内部外展表面。反射器支撑凸缘42从反射器基座44径向延伸并且与电路板50相接触。反射器支撑凸缘42包括通过其的可以容纳诸如弹簧加压紧固件5之类的紧固件的多个紧固件开口，反射器通过该紧固件而附接至电路板50和/或支撑20。反射器顶部46被壳体25的凸缘所包围，该凸缘从壳体25的罩件向内进行延伸。壳体25的罩件总体上限定了壳体25的光线输出开口26。
所描绘的反射器是非对称的喇叭型反射器40并且结合对称LED阵列70而被加以利用。在一些可替换实施例中，可以结合非对称LED阵列70利用对称的喇叭型反射器。在其它实施例中，可选地可以不利用反射器，或者利用非喇叭型的反射器。在所描绘的照明器材中，在LED阵列70和壳体25的光线输出开口26之间没有漫射器或者其它光线变换透镜。在可替换实施例中，可选地可以沿光学路径添加漫射器。例如，可选地可以跨过反射器顶部46添加漫射器。在一些实施例中，反射器40和壳体25可以没有实质上与LED阵列70的光线输出形成干扰的光线变换透镜。在那些实施例中的一些中，可选地，反射器40和/或壳体25可以提供有保护性的非光线变换透镜。
参考图3，示出了图1中的基于LED的照明单元的LED阵列70和电路板50的一部分的平面图。所描绘的LED阵列70包括十五列LED。为了便于对LED阵列70的描述，该列在图3中被标示为列A-O。所描绘的LED阵列70包括十二行LED。为了便于对LED阵列70的描述，该行在图3中被标示为行701-712。为了简化的目的，在图3中仅利用引线和附图标记特别标示了三个LED：LED705-L、707-M和710-F。然而，所要理解的是，其它单独LED在该详细描述中可以通过对应于LED(以行-列格式)所处的行和列的附图标记进行识别。例如，LED705-L是行705、列L。在所描绘的实施例中，每行LED之间的间隙大约为0.2mm并且每列LED之间的间隙大约为0.22mm。虽然在图3中描绘了线性且对称排列的LED，但是已经从本公开获益的本领域技术人员将会认识到，在可替换实施例中可以利用非线性和/或非对称的排列形式。
图3中所描绘的每个LED的一部分提供有特定标记(或没有标记)以大体上识别出该LED发出何种光谱。在图3中提供了图表以帮助识别哪个标记对应于哪个通用光谱。虽然不必以比例绘制，但是被标记(或者在白色LED的情况下为相对应的未标记的小方块)的LED部分通常表示该LED的发光基板。包围小方块的矩形未标记部分通常表示整个LED组件的封装(footprint)。
图3中所展示的LED的各种光谱和/或LED的密度的混合可以限制色差的影响并且在照明器材10与遮光片或其它效果使用时提供令人满意的硬边缘。在所描绘的实施例中，在一行或一列LED中并没有提供发出相同光谱的光线的单个LED(除了白色LED之外)。或者说，在所描绘的实施例中，至少一个唯一颜色的LED将每个非白色LED与类似颜色的LED分离开来。例如，LED707-M发出绿色光并且在LED707-M和与之最为接近的绿色LED(LED707-J和710-M)之间提供有两个LED。
在所描绘的实施例中，提供了总共150个LED。提供了52个白色LED，28个深红色、21个红色、21个琥珀色、14个绿色、7个蓝色以及7个宝蓝色。虽然这里描绘并描述了特定数量的LED，但是已经从本公开获益的本领域技术人员将会认识并领会到，在可替换实施例中可以提供更多或更少的LED。例如，在一些实施例中，可以在基本上相同的区域中提供159个LED。而且，例如，在一些实施例中，可以增加或减小LED的数量以符合各种光学窗口和练习曲(etude’s)而实现所期望和/或最优的系统性能——可选地将例如照明效率、光束质量和/或光束角度之类的一个或多个因素纳入考虑之中。
而且，虽然描绘了基于光谱的特定LED分布，但是已经从本公开获益的本领域技术人员将会认识并领会到，在可替换实施例中，可以提供不同的特定分布以实现所期望的光线输出特性。例如，LED的颜色和波长光谱并不局限于图3所示的。例如，可以利用比所描绘的那些更多或更少的LED颜色(可选地与图3所示的一种或多种颜色相结合)。在一些实施例中，可以结合控制器提供EEPROM并且可以存储像素叠加(binning)和校准数据。控制器能够基于到器材的输入数据序列以及该像素叠加和校准数据而对LED进行控制。而且，在一些实施例中，除此之外或可替换地，可结合LED提供热和/或光学传感器以便测量(多个)温度(例如，PCB上的一个或多个位置的温度)和/或来自一个或多个LED的(多个)光学输出。来自热和/或光学传感器的数据可以被送到控制器以便对照明单元的整体色点进行校准和控制。例如，控制器可以对一个或多个LED进行单独控制以实现所期望的色点。结合像素叠加和校准数据和/或一个或多个传感器利用控制器尤其允许在多个器材的安装之间进行器材对器材的匹配。在某些实施例中，每个LED可以大致以以下电流进行驱动并且在60摄氏度产生以下流明：白色：0.5安培和90.14流明；蓝色：0.5安培和11.89流明；绿色：5安培和66.9流明；琥珀色：0.35安培和12.97流明；红色：5安培和34.63流明。
在所描绘的实施例中，LED是超紧凑高亮度表面安装LED，例如通常被用于相机闪光灯或其它消费设备的LED。在一些实施例中，LED可以包括CERAMOS LED和/或OSLON LED，二者均可从加利福尼亚州Sunnyvale的OSRAM Opto Semiconductors公司获得，但是并不局限于此。CERAMOS LED可选地可以提供大约27％的封装面积利用(芯片面积/基板面积)。在所描绘的实施例中，LED被排列在具有大约为29mm的直径的圆内。在一些实施例中，反射体40的反射体基座44的内部可以具有大约29mm的直径(大约660.52mm2)并且LED阵列70可以被布置在区域内以使得其与反射体基座44完全内部适配。在这些实施例的版本中，每个LED具有大约3.55mm2的封装。因此，在那些版本中，LED布置于其中的空间的大约80.5％被实际用于LED布置。或者说，反射体基座44的内周界所限定的区域和/或总体上与最外侧LED边界相符的形状大约80.5％被LED的实际芯片所占据并且大约19.5％的区域是暴露的电路板。同样利用CERAMOS LED的这些版本中LED的外延或者光学窗口利用(芯片面积/窗口面积)大约为22％(27％的封装面积利用乘以80.5％)。
在一些实施例中，LED阵列50可以被配置为包括布置在大约701mm2的面积之内的159个LED。在这样的实施例中，LED可以具有大约3.55mm2的封装并且利用与LED的最远范围相符的形状所限定的空间的大约80.5％。LED阵列50允许在诸如聚光照明器材之类的娱乐照明器材中为光线输出提供令人满意的LED光线混合的光学窗口面积利用。通过允许用户和/或机器能够接近直接处于LED下方的衬垫，所描绘的LED的表面安装配置可以使得LED能够在回流之后进行修正。在一些实施例中，可以利用封装LED从而能够在接收到命令时在电路板50上接受并出现LED的更大变化(例如，具有变化的颜色/通量的LED)。在那些实施例的一些版本中，可以利用像素叠加软件和/或LED的主动温度调节来实现所期望的光线输出特性。在一些实施例中，可以利用基于微间距球栅阵列修正站点的专用工具和/或工艺来对LED进行修正。
现在参考图4A和图4B，更为详细地对电路板50进行了描绘。所描绘的电路板50是具有两个传导层的金属内核印刷电路板。在可替换实施例中，可选地可以提供更多的层。这样的层可以允许附加LED的连接和/或可以提供更为有效的热性能。图4A中示出了电路板50的内部传导层55并且在图4B中示出了电路板50的顶部传导层60。所理解的是，可以在金属内核和内部传导层55之间以及内部传导层55和顶部传导层60之间提供电介质层。此外，可以在顶部传导层60的部分的顶上添加阻焊和/或焊接。
图4A示出了内部传导层55的平面图，并且图4B示出了顶部传导层60的平面图。图4A和图4B的大小类似并且层55和60之间的互连通过将两图重叠和/或通过并排比较而被识别。内部传导层55包括通常被指示为线条的多个轨线57，它们的每个均在通常被指示为圆的通孔59之间延伸并且与通孔59电连接。出于清楚的目的，仅示出了一些轨线57和通孔59。每个通孔59与上层60的一部分电气并且热连接。通孔59在一些实施例中可以大约为3密尔至8密尔。可选地，可以填充通孔59以防止顶部传导层60上的焊接垫下的空虚，由此防止LED的连接垫下的空虚。可以利用机械和/或激光钻孔和/或其它切割来创建通孔59。在一些实施例中，可以通过由激光切割出穿过上传导层60和内部传导层55之间的电介质层并且可选地切割出穿过上传导层60的孔而创建通孔59。可选地，通孔59可以由镀层和/或环氧基树脂填充。可选地，可以在电路板50的一个或多个电介质层中利用混合电介质设计。混合电介质设计是其中与传统的标准2层MCPCB设计相比可以利用更为纤薄的电介质、具有更好耐热性的电介质和/或更宽泛的兼容电介质的选择的设计。
上层60包括8个单独的电气输入通道61A-G，其中每个通道包括至少一个正向和中性连接垫配对。输入通道61A包括8个单独的连接垫配对，输入通道61B包括4个单独连接垫配对，输入通道61C包括3个单独连接垫配对，输入通道61E包括2个单独连接垫配对，并且输入通道61F和61G每个均包括一个连接垫配对。每个连接垫配对与每个均具有正向连接垫62a和中性连接垫62b的多个LED底座62电连通。出于清楚的目的，仅标出了一些正向连接垫62a和中性连接垫62b。在一些实施例中，LED底座62可选地还可以包括单独的热衬垫，其可选地处于正向连接垫62a和中性连接垫62b之间。这样的热衬垫可以在被附接并且与一个或多个传导层的非带电部分处于热连接时与LED的散热板进行对接以有助于驱散从其所吸取的热量。每个输入通道61A-G可以通过与轨线64的电连接和/或通过与在一对通孔59以及在其间延伸的轨线57的电连接而与多个LED底座62电连接。
在板50被填充以LED时，每个通道61A-G对应于单个LED光谱并且均与单个LED光谱的LED电连通。特别地，通道61A对应于白色LED、通道61B对应于深红色LED、通道61C对应于红色LED、通道61D对应于琥珀色LED、通道61E对应于绿色LED、通道61F对应于蓝色LED，且通道61G对应于宝蓝色LED。当然可以利用其它通道配置。每个通道61A-G可以电耦合到LED驱动器和其它电源。每个通道61A-G中的一个或多个连接垫配对可以有选择地被加电至所期望水平以从照明器材10提供所期望的颜色输出。例如，一个或多个连接垫可以被去除电力或以有所降低的电压进行加电(例如，通过交变脉冲宽度调制)来提供所期望的颜色输出。电路板50的多个通道以及LED阵列70中所提供的LED的多种颜色使得照明器材10的颜色输出能够被拉动至大的整个颜色输出色域内所期望的颜色输出。
可选地可以在电路板50上和/或电路板50的电气上游实施一个或多个控制器(例如，与外部驱动器相结合)以控制每个单独通道61A-G(或者通道的单独连接垫配对)的功率状态和/或强度进行控制。(多个)控制器可以与通道61A-G进行对接以从舞台照明器材实现所期望的光线输出而从其实现任意所期望的宽范围颜色输出，而不必使用凝胶。
虽然这里已经对若干发明实施例进行了描述，但是本领域技术人员将轻易地想到用于执行这里所描述的功能和/或获得这里所描述的结果和/或一个或多个优势的各种其它手段和结构，并且每种这样的变化和/或修改都被认为处于这里所描述的发明实施例的范围之内。更普遍地，本领域技术人员将会轻易意识到，这里所描述的所有参数、尺寸、材料和配置都意味着是示例性的并且实际的参数、尺寸、材料和/或配置将取决于针对其使用本发明教导的一个或多个具体应用。本领域技术人员将会认识到或者能够仅使用常规实验而确认针对这里所描述的具体发明实施例的许多等同形式。因此，所要理解的是，以上实施例仅作为示例而给出，并且在所附权利要求及其等同形式的范围之内，可以以与特别描述并要求保护有所不同的其它方式对发明实施例进行实践。此外，如果这样的特征、系统、物品、材料、装备和/或方法并不相互矛盾，则两个或更多这样的特征、系统、物品、材料、装备和/或方法的任意组合包括在本公开的发明范围之内。
如这里所限定并使用的所有定义应当被理解为支配所限定术语的词典定义、通过引用所结合的文档中的定义和/或常规定义。
除非明确表示为相反含义，否则这里的说明书和权利要求中所使用的不定冠词“一个”(“a”和“an”)应当被理解为表示“至少一个”。
如说明书和权利要求中所使用的，短语“和/或”应当被理解为表示如此连接的要素的“任一个或二者”，上述要素即在一些情况下联合出现并且在其它情况下非联合出现的要素。随“和/或”一起列出的多个要素应当以相同的方式进行理解，即“一个或多个”这样连接的要素。可选地，可能存在通过“和/或”从句所特别标示的要素以外的其它要素，而无论其是否与特别标示的那些要素相关。因此，作为非限制性示例，当结合诸如“包括”之类的开放端点语言使用时，对“A和/或B”的引用在一个实施例中可以是指仅为A(可选地包括B以外的要素)；在一个实施例中是指仅为B(可选地包括A以外的要素)；在又一个实施例中，是指A和B(可选地包括其它要素)；等等。
如这里在说明书和权利要求中所使用的，涉及一个或多个要素的列表的短语“至少一个”应当被理解为从该要素列表中的任意一个或多个要素中所选择的至少一个要素，但是并非必然包括在该要素列表中所列出的每个和各个要素中的至少一个，且并不排除该要素列表中的要素的任意组合。该定义可选地也允许可以存在短语“至少一个”所指代的要素列表内特别标示出的要素以外的要素，而无论其是否与特别标示出的那些要素相关。
还应当理解的是，除非明确相反指出，否则在这里请求保护的包括多于一个步骤或动作的任意方法中，该方法的步骤或动作的顺序并不必然被局限于该方法的步骤或动作被引用的顺序。
在权利要求中的括号之间所出现的任意附图标记或其它字符仅是为了方便而提供，而并非意在以任何方式对权利要求进行限制。
在权利要求以及以上的说明书中，诸如“包括”、“包含”、“承载”、“具有”、“含有”、“涉及”、“持有”、“由...组成”等的所有过渡短语都要被理解为是开放端点的，即表示包括但并不局限于。仅过渡短语“由...构成”和“实质上由...构成”应当分别是闭合或半闭合的过渡短语。

Claims (20)

1.一种基于LED的照明单元，包括：
电路板(50)，具有高密度阵列的LED连接垫(62)，所述LED连接垫(62)的每一个电连接到所述电路板(50)的多个单独通道(61A-G)中的单个通道；
所述电路板(50)进一步包括多个填充通孔(59)，至少一些所述通孔(59)在单个所述LED连接垫(62)的一部分和多个内部传导轨线之一之间进行延伸，每个所述内部传导轨线均电耦合到单个所述单独通道(61A-G)；
多个表面安装LED(70)，每个均耦合到单个所述LED连接垫(62)；
其中所述LED(70)至少为五种不同光谱，单个所述光谱的所述LED(70)的每一个均电连接到单个所述通道(61A-G)并且具有与至少两个其它所述光谱相比变化至少20纳米的峰值波长；
其中放置所述LED(70)的区域的至少70％被所述LED(70)所占据，所述区域由符合所述LED(70)的最远范围的形状所限定。
2.根据权利要求1所述的基于LED的照明单元，其中放置所述LED的所述区域的至少80％被所述LED(70)所占据。
3.根据权利要求1所述的基于LED的照明单元，其中所述电路板(50)包括金属内核。
4.根据权利要求1所述的基于LED的照明单元，其中提供至少七种不同的所述光谱。
5.根据权利要求1所述的基于LED的照明单元，其中所述光谱包括第一非白色光谱，其中多个所述LED(70)为所述第一非白色光谱，并且其中所述第一非白色光谱的所述LED(70)的每一个仅与唯一所述光谱的所述LED(70)接壤。
6.根据权利要求1所述的基于LED的照明单元，其中多个所述LED(70)为非白色光谱，并且其中大多数所述非白色光谱的所述LED(70)仅与唯一所述光谱的所述LED(70)接壤。
7.根据权利要求1所述的基于LED的照明单元，其中多个所述LED(70)为非白色光谱，并且所述非白色光谱的所述LED(70)的每一个仅与唯一所述光谱的所述LED(70)接壤。
8.根据权利要求1所述的基于LED的照明单元，其中所述LED(70)被布置在至少一个基本上为线性的行中。
9.根据权利要求1所述的基于LED的照明单元，进一步包括包围所有所述LED(70)的单个反射器(40)。
10.根据权利要求10所述的基于LED的照明单元，其中所述反射器(10)包括不含漫射器的中空内部。
11.一种基于LED的照明单元，包括：
电路板(50)，具有高密度阵列的LED连接垫(62)，所述LED连接垫(62)的每一个电连接到所述电路板的多个单独通道(61A-G)中的单个通道；
多个表面安装LED(70)，每个均耦合到单个所述LED连接垫(62)；以及
单个反射器(40)，包围所有所述LED(70)；
其中所述LED(70)至少为五种不同光谱，单个所述光谱的所述LED(70)中的每一个电连接到单个所述通道(61A-G)并且具有与至少一个其它所述光谱相比变化至少20纳米的峰值波长；
其中放置所述LED(70)的区域的至少70％被所述LED(70)所占据，所述区域由符合所述LED(70)的最远范围的形状所限定。
12.根据权利要求11所述的基于LED的照明单元，其中放置所述LED的所述区域的至少80％被所述LED(70)所占据。
13.根据权利要求11所述的基于LED的照明单元，其中提供至少八种不同的所述光谱。
14.根据权利要求13所述的基于LED的照明单元，其中多个所述LED(70)为非白色光谱，并且其中大多数所述非白色光谱的所述LED(70)仅与唯一所述光谱的所述LED(70)接壤。
15.根据权利要求11所述的基于LED的照明单元，其中所述反射器(40)是喇叭型反射器。
16.根据权利要求11所述的基于LED的照明单元，其中所述反射器(40)包括不含漫射器的中空内部。
17.根据权利要求11所述的基于LED的照明单元，进一步包括与所述电路板(50)热连接的散热结构；所述散热结构包括与所述电路板(50)相邻的散热板(32)以及从所述散热板(32)延伸至多个冷却鳍(36)中的多个热管道(34a-c)。
18.根据权利要求17所述的基于LED的照明单元，进一步包括支撑结构(20)，所述支撑结构(20)支撑所述电路板(50)并且直接与至少一个所述冷却鳍和所述散热板相接触。
19.一种娱乐照明器材，包括：
电路板(50)，具有高密度阵列的LED连接垫(62)，所述LED连接垫(62)的每一个电连接到所述电路板(50)的多个单独通道(61A-G)中的单个通道；
多个表面安装LED(70)，每个均耦合至单个所述LED连接垫(61)；
单个反射器(40)，具有包围所有所述LED(70)的基座以及所述基座远端的顶部，所述顶部限定了反射器光输出开口；
壳体，包围所述电路板(50)、所述LED(70)和所述单个反射器(40)，所述壳体限定了与所述反射器(40)光输出开口光学连通的壳体光输出开口；
其中所述LED(70)为至少三种不同光谱，单个所述光谱的所述LED(70)的每一个电连接到单个所述通道(61A-G)并且具有与至少一个其它所述光谱相比变化至少20纳米的峰值波长；以及
其中所述反射器(40)在所述基座和所述反射器光输出开口之间没有漫射器。
20.根据权利要求19所述的娱乐照明器材，其中所述娱乐照明器材在所述反射器(40)光输出开口和所述壳体光输出开口之间没有漫射器。
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