CN104206014B - 彩色顺序照明装置 - Google Patents
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Abstract
提供了一种照明装置，该照明装置包括多个LED(2a‑2h)，包括多个半透明部分(S1‑S8)的可移动部件(3)，和控制单元。半透明部分中的至少一个半透明部分包括波长转换材料，并且可移动部件被定位成使得来自LED的光通过多个半透明部分被透射。可移动部件可相对于LED移动，使得通过多个半透明部分被透射的光(L)被感知为通过半透明部分中的每个半透明部分透射的光的混合。控制单元(5)适于通过控制被供应给LED的功率和可移动部件的运动来控制从混产生的光的颜色，使得从照明装置产生的光的颜色是可调节的。控制单元还适于独立于被供应给多个LED中的每一个LED的功率调节被供应给照明装置的总功率。
Description
技术领域
本发明一般涉及具有增强的色谱或可调节的色谱的照明装置。
背景技术
发光二极管(LED)照明装置是照明装置中快速增长的一部分，由于它们的高功效，LED照明装置具有提供高的每单位能源的流明输出的优势。此外，LED照明装置是耐用且坚固，这有助于LED技术的环境优势。
传统的LED技术的缺之一是，该LED本身通常在一个相对窄谱内发光，因此与通常被看作参考的用日光照亮的表面的感知颜色相比，改变了被照亮表面的颜色。
各种各样的解决方案已经被提出以使基于LED技术的照明装置能更好地模拟日光，即增加发射光的光谱含量。这些解决方案包括使用不同的半透明波长转换材料，通过其传输LED中产生的光。
在US2009/0187234中提出的一个实施例是包括多个波长转换材料的旋转轮，该旋转轮在单个LED前方以使得眼睛结合该轮产生的单个闪光并且使得不会观察到明显的闪烁的这样的速度旋转。然后，单个的LED被人眼感知为发射具有包括由旋转的波长转换材料产生的颜色混合的高频内容的光。US2009/0187234进一步建议将电流的脉冲宽度调制(PWM)用于LED以调整色谱，从而使某些频率变暗。
发明内容
对LED施以脉冲的一个缺点是由LED提供的总的光输出根据特定的脉冲而变化，并且因而需要提供更恒定的光输出的改进的照明装置。因此，一种包括多个LED和具有多个半透明部分的可移动部件的照明装置被提供。半透明部分的至少一个半透明部分包括波长转换材料。可移动部件被定位成使来自LED的光通过多个半透明部分透射。该部件可相对于LED移动，使得通过多个半透明部分透射的光按时间顺序被感知为通过半透明部分中的每一个半透明部分透射的光的混合(或混合物)。
照明装置还包括控制单元，该控制单元适于通过与可移动部件的运动对应通过借助以时序方式对被供应给LED的功率施以脉冲控制被供应给个体LED的(即，单独地LED中的每一个LED的)的功率来控制从混合(或混合物)产生的光的颜色使得从照明装置产生的光的颜色是可调节的。控制单元可以进一步适于独立于被供应给多个LED中的每一个LED的功率调节被供应给照明装置的总功率。
通过调节被供应给照明装置的总功率，可以补偿由被供应给LED中的一个LED的功率的变化引起的流明输出的变化。被供应给照明装置的总功率的调节进一步使在任何频谱下以全功率操作照明装置和/或在任何颜色下使照明装置变暗成为可能。保持供应给照明装置的总功率恒定的优势是由照明装置提供的光输出可以在照明装置针对其被调节的任何颜色下最大。
根据一个实施例，可移动部件是旋转盘，其中半透明部分是在LED前方旋转的扇形，使得来自LED的光通过其透射。
根据一个实施例，该照明装置包括电致动器，其适于移动可移动部件使得通过多个半透明部分透射的光被感知为半透明部分中的每个半透明部分透射的光的混合。可移动部件可以包括可旋转部件，并且电致动器可以是适于旋转该可旋转部件以相对于发射光的LED移动半透明部分的电动机。可旋转部件可例如包括被布置成相对于多个LED旋转的盘，并且LED可以采用圆形布置定位。
为了获得被感知为通过半透明部分中的每个半透明部分透射的光的混合的光的混合，可移动部件需要被迅速移动使得照明装置闪光。为了防止视觉闪烁，闪光的频率需要足够高，其中频率取决于彩色闪光的顺序和这些闪光的光谱补偿。如果闪光是红色、绿色和蓝色闪光的重复循环，该循环(红色、绿色、蓝色)的重复频率应该是50Hz或以上，并且优选甚至是150Hz或以上。闪烁的感知也取决于单个闪光的脉冲宽度。例如，每1毫秒的RGB脉冲的50Hz循环比每2毫秒的RGB脉冲的50Hz循环更可见，即有更高的闪烁感知；并且由于每个黄色脉冲是红色和绿色的组成，RGB脉冲的循环比YRGB(黄色)脉冲的循环更可见，即有更高的闪烁感知。
根据一个实施例，波长转换材料是转换通过其透射的光的波长的荧光体。
可移动部件可进一步包括至少一个透明部分，其被配置成使得通过该透明部分透射的光保持不变。透明部分的包含使具有作为所产生的光中的组成部分的从LED发射的光频率成为可能。透明部分具有在光组成的其相应部分中不增加任何损失的优势。
根据一个实施例，被供应给LED的功率可以通过借助于控制单元中的脉冲宽度调制单元对供应给LED的功率施以脉冲来控制。脉冲宽度调制单元例如可以借助于半导体开关实施。控制单元可适于控制被供应给LED的功率，使得不管发射光的颜色，装置的功率消耗不变。采用这种方式，保持照明装置的相同的总效应，例如光强度因此可以保持在最高水平，不管从照明装置发射的颜色。
根据一个实施例，控制单元适于控制被供应给照明装置的总功率，使得在由照明装置发射的光的颜色变化时，由照明装置消耗的总功率变化小于预定的百分比或值(其电流值)，例如小于5％。另选地，在其它实施例中，控制单元可以被配置成控制被供应给照明装置的总功率，使得在由照明装置发射的光的颜色变化时，由照明装置提供的总照度变化小于预定阈值，诸如小于10％，或小于5％。
根据照明装置的一个实施例，可移动部件进一步包括用于增加通过LED和/或半透明部分的气流的冷却装置。冷却装置可以包括安装至可移动部件的叶片。叶片可以安装至可移动部件使得它们不阻挡来自LED的光。
在一个实施例中，可移动部件包括适于相对于多个LED旋转的盘，并且冷却装置包括安装至盘的叶片。叶片可以采用圆形布置被安装至盘，该圆形布置具有比LED定位所采用的圆形布置的直径更小和/或更大的直径。以与LED不同的直径安装叶片使叶片能够提供冷却而不阻挡来自LED的光。
还提供一种用于控制照明装置的方法。该照明装置包括可移动部件和多个LED，该可移动部件包括多个被布置成使得来自LED的光通过其透射的半透明部分。半透明部分中的至少一个半透明部分包括波长转换材料，例如荧光材料。该方法包括通过借助以时序方式对被供应给LED的功率施以脉冲控制被供应给LED中的每一个LED的功率和可移动部件的运动来控制从照明装置发射的光的颜色，和独立于被供应给多个LED中的每一个LED的功率控制被供应给照明装置的总功率。
根据一个实施例，控制被供应给照明装置的总功率包括在经由功率的脉冲的从照明装置发射的光的颜色的控制引起总功率的增加的情况下，通过增加被供应给照明装置的总功率并且从而保持照明装置的相同的总功率消耗，补偿由对被供应给至少一个LED的功率施以脉冲造成的总功率的减少，或反之亦然。
应当指出的是，本发明涉及在权利要求中列举的特征的所有可能组合。当研究以下的详细公开、附图和所附权利要求时，本发明的进一步目的、特征和优点将变得很明显。本领域技术人员应该了解本发明的不同特征可以被组合，以产生不同于以下所描述的那些实施例的其他实施例。
附图说明
现在，将参考示出本发明实施例的附图更详细地描述本发明的各方面。
图1是根据一个实施例的照明装置的示意侧视图；
图2是照明装置的示意侧视图，连同根据一个实施例的旋转部件和承板的示意顶视图；
图3是描述从照明装置发射的光的颜色如何被改变的CIE 1931色度图；
图4是包括冷却装置的照明装置的一实施例的示意侧视图；
图5a是包括冷却装置的照明装置的一实施例的另一示意侧视图；
图5b是图5a所示的照明装置的旋转部件的立视图。
所有的图都是示意性的，不一定按比例，并且通常只显示为了阐明本发明所必需的部件，其中其他部件可以省略或只是建议。
具体实施方式
提供包括多个LED(诸如至少两个LED)的照明装置，多个LED以如下配置布置，使得包括多个半透明部分的可移动部件可以被定位并相对于LED移动，使得从LED发射的光通过多个半透明部分透射。一些半透明部分配备有波长转换材料，使通过其透射的光的波长被转换。可移动部件以这样的速度移动，使得不同波长的光被人眼感知为单一颜色的光而没有任何明显的闪烁。连接到照明装置的控制单元适于例如借助于脉冲宽度调制控制供应给单个LED的输入功率，，使得某些LED可变暗。包括多个部分的可移动部件的运动和供应给个体LED的功率的脉冲之间的时序定时，使改变由整个照明装置发射的所产生的光的颜色成为可能。来自照明装置中的LED中的一个或多个LED的光的脉冲(pulsing)在光横穿过特定部分时，导致针对对应于该特定部分的颜色如由照明装置发射的光谱中的某些部分的减少。这种脉冲调制也降低了装置的功率消耗。为了补偿这一功率降低，控制单元进一步适于控制被供应给照明装置的总功率，使得降低的功率消耗被补偿，例如为了改变发出的光的颜色，在照明装置中的其中一个LED的脉冲可以通过在该LED照亮其他部分时增加被供应给LED的功率被补偿。
在下面，将参考附图给出本发明的实施例的详细描述。将理解的的是，附图只是用于说明，并不以任何方式限制范围。任何参考方向，诸如“上”或“下”，仅仅是指图所示的方向。
图1示出了根据一个实施例的照明装置1。照明装置1包括多个被定位在承板4上的LED 2a、2b。LED 2a、2b发射具有第一波长，例如可以是蓝色波长(440-490nm)的光L。照明装置1还包括可移动部件3，可移动部件包括多个半透明部分S1-S8，来自LED2a、2b的光L通过多个半透明部分被透射。半透明部分S1-S8中的至少一个半透明部分包括波长转换材料，其适于将来自多个LED 2a、2b的光L的波长转换成具有第二波长的光L’。这样的转换可以由适于吸收由LED 2a、2b所发射的具有第一波长的光并且适于发射第二波长的光的荧光材料获得。可以设想其他的替代品，例如基于滤色器的使用。可移动部件3被定位成使得来自LED2a、2b的光L通过多个半透明部分S1-S8被透射，并且可移动部件3适于被移动使得通过多个半透明部分S1-S8透射的光L被感知为通过半透明部分S1-S8中的每一个半透明部分透射的光的时序混合。根据图1所示的实施例的照明装置1还包括借助于导线6连接至安装到承板4的LED 2a、2b的控制单元5。控制单元5适于控制被供应给单个LED 2a、2b的功率，使得从照明装置1发出的所产生的总光的颜色可以通过可移动部件3和LED 2a、2b的功率控制之间的协调被改变。可移动部件3例如适于被诸如电动机之类的电致动器移动，适于产生可移动部件3的旋转或线性运动。
控制单元5还适于独立于被供应给多个LED中的每一个LED的功率调节被供应给照明装置1的总功率，从而实现被供应给照明装置1的总功率的调节并且使在任何频谱下以全功率操作照明装置1和/或在任何颜色下使照明装置1变暗成为可能。当眼睛将时序闪光结合成无明显闪烁(由于闪光的高频率)的单一颜色时，每个LED将实现相同的光谱含量。由于每个LED实现具有相似的(光谱和角度的)光特性的光，照明装置将具有良好的光束特性和光束内的颜色一致性。当光产生自所有的LED时，它将在一小的表面处产生，即表面中的每个点都会发射相同的光的光谱组成，并且表面将会向所有在光束中捕获光的角度发出相同的光谱光分布。
图2示出了照明装置1的一个实施例，其中，可移动部件3是包括多个半透明部分S1-S8的可旋转盘。可旋转盘3可相对于包括多个采用圆形配置定位的LED 2a-2h的承板4旋转。可旋转盘可借助于连接到盘的电机8旋转，电机借助于自由贯穿承板4的轴7连接至盘。定位在承板上的LED被布置成以时序方式、以使眼睛将源自每个LED的每个系列的闪光结合成无明显闪烁的单一颜色的这样的速度照亮部分S1-S8。可旋转盘3中的部分S1-S8中的至少一些部分包括波长转换材料，使得通过相应材料被透射时，光的波长并由此光的颜色被转换。波长转换材料例如可以包含不同的荧光区域。荧光体是呈现光致发光，使得它们发射不同波长的荧光的材料。荧光体通常是由在诸如玻璃或塑料之类的透明材料的不同空间区域上涂覆的一层或多层荧光体制成的。透明材料的不同空间区域上的涂覆的层可以包括不同的荧光体或不同的荧光体的混合物或其他材料。在一些实施例中，空间区域中的一个或更多个空间区域可以包括由不同于荧光体的材料形成的层。例如，区域中的一个或多个区域可以包括二向色滤光片、吸收滤光片、干涉滤光片或没有颜色修改特性的透明区域。不包含波长转换材料的部分也根本不包含任何材料，或包含不改变通过材料透射的光的波长的透明材料，例如一片玻璃或透明塑料。透明或空的部分发射LED的基本波长(通常蓝色)。
通过覆盖特定LED的荧光体层的蓝光的转换可能导致“角度上变色”问题。LED管芯通常向所有方向发出蓝光，因此，当其以不同角度源于LED时，特定(蓝色)光线的光学距离会以不同的光程横穿荧光体层。结果是，以非垂直角度穿过荧光体层的蓝色光线的光强度低于垂直穿过的光线，从而导致不同的入射角上的光的不同颜色。在部件3中，荧光过滤器可以采用这样的方式设计，使得入射在特定的荧光元件上的所有蓝光均被该荧光元件转换，并且因此微不足道的数量的来自LED的蓝光会通过该特定过滤元件。一个实施例的光谱中的蓝色部分则只可来自穿过部件3中的透明元件(多个透明元件)的LED的蓝色光，并且因此不会在光束内产生任何角度上的颜色差。
根据图2所示实施例的照明装置还包括控制单元5，其适于借助于连接控制单元5和电机8的导线6控制电机并从而控制盘的旋转。控制单元借助于不同的导线6’进一步连接到LED中的每个LED，用于以时序方式与旋转盘3的旋转相关对被供应给LED的功率施以脉冲。通过对被供应给LED的功率施以脉冲，当特定部分正通过特定LED，从而引起来自照明装置1该频率的更少输出时，并且从而改变如从光源发出的所产生的光束的感知颜色时，可以给该特定LED提供更小的脉冲。通过增加通过透明或空的部分的脉冲的脉冲长度，颜色被改变。如果某一波长应在显著比其他波长的时间更长的时间内被施以脉冲，则可能必需改变部分中的一个或多个部分的尺寸，以使盘的速度保持不变。因此一个或多个部分的该尺寸在部件或盘的运动方向上不同。
根据参考图1所公开的实施例，控制单元5进一步适于控制被供应给照明装置1的总功率，使得从照明装置发出的总光可以独立于从照明装置发出的光的所产生的颜色，即独立于被供应给多个LED中的每一个LED的功率被控制。被供应给照明装置的总功率的单独控制使照明装置1能不管颜色以全功率被操作和/或不管颜色被变暗。
根据本文所公开的实施例中的任一实施例，照明装置可包括使照明装置可插入常规灯泡插座的灯插头。
图3示出了一个实施例的CIE1931色度图，其中，可移动部件包括波长转换材料，例如原色坐标在点21处的绿黄色荧光体，原色坐标在点23处的红色荧光体；和代表从LED发出的蓝色的原色坐标在点22处的透明部分。当可移动部件移动时，眼睛会看到通过混合绿黄色荧光体、红色荧光体和通过透明部分透射的来自蓝色LED的光所获得的颜色。所产生的光处于由CIE1931色度图中的点24所代表的白色区域中。由于被供应给LED的功率被施以脉冲，颜色可在具有在原色坐标20、21、23处的角部的色谱中的三角形内被调节。
通过使用控制单元(例如图1和图2所述的控制单元5)控制被供应给照明装置的总功率，在由照明装置发出光的颜色被修改的同时，被供应给照明装置的总功率可以保持不变。
作为一示例，提供根据参考图2描述的实施例的包括8块1瓦特的LED的照明装置，并且从照明装置发出的蓝光的量应被减少。每一次当透明部分处于特定的LED前方时，被供应给该LED的功率可以被施以脉冲，例如在1/8周期时间(即旋转盘(图2中3)完成全循环(360度)以获得期望的白光的时间)期间具有50％的占空因数。被供应给每个LED的功率将因此被朝着(1/8×0.5+7/8×1)＝0.937W减小，并且照明装置的输出在远离图3的CIE1931色度图中颜色点22的方向上被移动。此时，LED将不会被各自驱动至1瓦特的它们的最大标称功率，而相反各自被驱动至只0.937瓦。这然后通过用1/0.937＝1.067的因数增加被供应给所有LED的功率被补偿。因此，用于每个LED的平均功率变成(1/8×0.5+7/8×1)×1.067＝1.000瓦特，并且被供应给照明装置的总功率再次为8瓦特。
图4示出了照明装置的一个实施例，该照明装置包括参照图1公开的照明装置的部件。根据图4的实施例，照明装置进一步包括适于增加通过LED 2a、2b或半透明部分S1-S6的气流A的冷却装置10a'-10b”。根据图4所示的实施例，冷却装置包括安装至可移动部件3的叶片10a'-10b”，使得叶片10a'-10b”的运动增大了气流A。在图4所示的实施例中，可移动部件是借助于轴连接电动机的可旋转盘3。该冷却装置包括采用圆形布置安装至盘3的两组叶片10a'-10a”、10b’-10b”。第一组叶片采用具有比LED2a、2b被定位所采用的圆形布置的直径更大的直径的圆形布置安装，而第二组叶片10b’-10b”采用具有比LED2a、2b被定位所采用的圆形布置的直径更小的直径的圆形布置安装。通过这种安装，当提供冷却时，叶片不阻挡来自LED的光。
图5a、5b示出了与图4的实施例相似的照明装置1的实施例。区别在于，叶片10c、10c”采用垂直于盘3的表面并且与LED被定位所采用的圆形布置的直径重叠的圆形布置安装。当来自LED的光被施以脉冲时，该照明装置1可以被同步，使得叶片不阻挡光线，从而使具有以与LED相同的直径安装的而不所产生的光的叶片成为可能。
包含本发明的基本新颖特征的实施例的详细描述被应用于该实施例，应该理解，对于本领域技术人员来说可以在不脱离本发明的精神的情况下完成所述装置和方法的形式和细节的各种省略、替代和改变。实施例应被视为一般说明的一部分，因此可能以任何方式概括地组合。同时也应该认识到，任何附图标记不应被认为是限制权利要求的范围。
Claims (16)
1.一种照明装置(1)，包括：
多个LED(2a-2h)，
包括多个半透明部分(S1-S8)的可移动部件(3)，其中，所述多个半透明部分(S1-S8)中的至少一个半透明部分包括波长转换材料，所述可移动部件(3)被定位成使得来自所述多个LED(2a-2h)的光通过所述多个半透明部分(S1-S8)被透射，其中所述部件(3)可相对于所述多个LED(2a-2h)移动，使得通过所述多个半透明部分(S1-S8)透射的所述光(L)被感知为通过所述多个半透明部分(S1-S8)中的每个半透明部分透射的光的混合，以及
控制单元(5)，适于通过与所述可移动部件(3)的运动相对应借助以时序方式对被供应给所述多个LED(2a-2h)的功率施以脉冲控制被供应给个体LED(2a-2h)的所述功率来控制从所述混合产生的光的颜色，使得从所述照明装置(1)产生的所述光的颜色是可调节的，
其特征在于，所述控制单元(5)适于独立于被供应给所述多个LED(2a-2h)中的每一个LED的所述功率调节被供应给所述照明装置(1)的总功率。
2.根据权利要求1所述的照明装置(1)，进一步包括适于致动所述可移动部件(3)的电致动器。
3.根据权利要求1和2中的任一项所述的照明装置(1)，其中所述可移动部件(3)包括可旋转部件，所述照明装置进一步包括具有适于旋转所述可旋转部件的电动机的电致动器。
4.根据权利要求1和2中的任一项所述的照明装置(1)，其中所述可移动部件包括被布置成相对于所述多个LED(2a-2h)旋转的盘(3)。
5.根据权利要求1和2中的任一项所述的照明装置(1)，其中所述多个LED(2a-2h)以圆形布置定位。
6.根据权利要求1和2中的任一项所述的照明装置(1)，其中所述波长转换材料是荧光体。
7.根据权利要求1和2中的任一项所述的照明装置(1)，其中所述多个半透明部分(S1-S8)中的至少一个半透明部分是透明部分，所述透明部分被布置成使得通过所述透明部分透射的光的波长保持不变。
8.根据权利要求1和2中的任一项所述的照明装置(1)，其中所述控制单元(5)包括脉冲宽度调制单元。
9.根据权利要求1和2中的任一项所述的照明装置(1)，其中所述控制单元(5)适于控制被供应给所述照明装置(1)的所述总功率，使得在由所述照明装置(1)发出的光的颜色变化时，由所述照明装置(1)消耗的所述总功率变化小于预定值。
10.根据权利要求9所述的照明装置(1)，其中所述预定值为5％。
11.根据权利要求1和2中的任一项所述的照明装置(1)，其中所述控制单元(5)适于通过增加被供应给所述照明装置(1)的所述总功率并且因此保持所述照明装置(1)的相同的总效应来补偿由被供应给所述多个LED(2a-2h)中的至少一个LED的所述功率的脉冲引起的所述总功率的减少。
12.根据权利要求1和2中的任一项所述的照明装置(1)，其中所述可移动部件(3)包括适于增加通过所述多个LED(2a-2h)的气流(A)的冷却装置(10a’-10c”)。
13.根据权利要求1和2中的任一项所述的照明装置(1)，其中所述可移动部件(3)包括适于增加通过所述多个半透明部分(S1-S8)的气流(A)的冷却装置(10a’-10c”)。
14.根据权利要求12所述的照明装置(1)，其中所述冷却装置包括安装至所述可移动部件(3)的叶片。
15.一种用于控制照明装置(1)的方法，所述照明装置(1)包括多个LED(2a-2h)以及包括多个半透明部分(S1-S8)的可移动部件(3)，所述多个半透明部分(S1-S8)被布置成使得来自所述多个LED(2a-2h)的光通过其透射，其中所述多个半透明部分(S1-S8)中的至少一个半透明部分包括波长转换材料，所述方法包括：
通过与所述可移动部件(3)对应借助以时序方式对被供应给所述多个LED(2a-2h)的功率施以脉冲控制被供应给所述多个LED(2a-2h)中的每一个LED的所述功率来控制从所述照明装置(1)发出的光的颜色，其特征在于所述方法进一步包括以下步骤，独立于被供应给所述多个LED(2a-2h)中的每一个LED的所述功率控制被供应给所述照明装置(1)的总功率。
16.根据权利要求15所述的方法，其中控制被供应给所述照明装置(1)的总功率包括通过增加被供应给所述照明装置(1)的所述总功率并且因此保持所述照明装置(1)的功率消耗来补偿由被供应给所述多个LED(2a-2h)中的至少一个LED的所述功率的脉冲引起的所述总功率的减少。
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