TW201305491A - 具有高通量密度發光二極體陣列之基於發光二極體之照明單元 - Google Patents

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Nadezhda Piskun
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Abstract

本發明之方法及設備係關於一種具有一高通量密度LED陣列(70)之基於LED之照明單元。該基於LED之照明單元可包含各種光譜之一LED(70)陣列且該等LED可經配置以佔據通常由該LED陣列之最外延伸區界定之區域之一相當大百分比。可視情況以某些參數使各種色彩LED互混以自該等LED提供所要之色彩混合。可視情況將該基於LED之照明單元實施於一照明器具(諸如，一娛樂照明器具)中。

Description

具有高通量密度發光二極體陣列之基於發光二極體之照明單元
本發明大體而言係針對一種基於LED之照明單元。更特定而言，本文中所揭示之各種發明性方法及設備係關於一種具有包含各種色彩之複數個LED之一高通量密度LED陣列的基於LED之照明單元。
數位照明技術(亦即，基於諸如發光二極體(LED)等半導體光源之發光)提供對傳統螢光燈、HID及白熾燈之一可行替代方案。LED之功能性優點及益處包含高能量轉換與光學效率、耐久性、較低操作成本及諸多其他優點及益處。LED技術方面之最新進展已提供了在諸多應用中達成各種照明效應之高效且穩健之全光譜照明源。某些包含此等源之器具以一照明模組為特徵，該照明模組包含能夠產生不同色彩(例如，紅色、綠色及藍色)之一或多個LED以及用於獨立地控制該等LED之輸出以產生各種色彩及變色照明效應之一處理器，舉例而言，如第6,016,038號及第6,211,626號美國專利中所詳細論述，該等美國專利以引用方式併入本文中。
已知利用非LED光源之娛樂照明器具，例如白熾燈。舉例而言，一受歡迎舞臺照明器具係SOURCE FOUR，其可自威斯康星州、米德爾頓之Electronic Theatre Controls(ETC)購得。SOURCE FOUR利用一HID燈作為一光源或一專屬鹵素HPL燈。來自SOURCE FOUR或類似器具之典型 光學系統損失可在(舉例而言)初始燈流明之40%至60%之範圍。此外，此等器具中所利用之燈之額定壽命可僅係大約1000個小時。因此，燈需要頻繁更換以自照明器具維持一所要照明輸出。
此外，為自SOURCE FOUR或類似習用器具達成任何色彩效應，通常需要利用凝膠。由於凝膠之透射係數，凝膠顯著地切斷一相關聯器具之光輸出。此外，由於所利用白熾燈所導致之極端熱，凝膠往往隨著時間變成褐色或燒毀。因此，凝膠減小一器具之光輸出且需要頻繁更換來自該器具維持一所要照明位準及/或色彩。
已提出在娛樂照明器具中使用一LED光源代替白熾光源。此等器具中之LED光源試圖複製白熾源之光輸出且按需要可與凝膠組合利用。然而，利用一LED光源之此類娛樂照明器具遭受一或多個缺點。舉例而言，該等LED照明器具可不能自LED光源獲得一所要密度及/或色彩。此外，舉例而言，當與圖案片或其他效應一起利用時，LED光源可不能產生一所要整齊硬邊緣。而是，LED光源經常導致不可接受位準之色散或色差。
因此，此項技術中需要提供一種基於LED之照明單元，該基於LED之照明單元提供滿意之強度及/或色彩效能及/或當與圖案片或其他效應一起利用時提供一滿意之硬邊緣且可視情況用於娛樂照明器具中。
本發明係針對用於具有包含各種色彩之複數個LED之一 高通量密度LED陣列之一基於LED之照明單元之發明性方法及設備。舉例而言，一基於LED之照明單元可包含各種光譜之一視情況高亮度LED陣列且該等LED可經配置以佔據通常由該LED陣列之最外延伸區界定之區域之一相當大百分比。可視情況以某些參數使該等各種色彩LED互混以自該等LED提供所要色彩混合。該基於LED之照明單元可視情況包含提供在該LED陣列之全體周圍之一單個反射器。視情況，該單個反射器可無漫射器或其他光更改透鏡。該基於LED之照明單元可實施於一照明器具中，諸如一娛樂照明器具。
通常，在一個態樣中，提供一基於LED之照明單元，其包含具有一高密度LED連接墊陣列之一電路板。該等LED連接墊中之每一者電連接至該電路板之複數個個別通道中之一單個個別通道。該電路板進一步包含複數個經填充通孔。該等通孔中之至少某些通孔延伸於該等LED連接墊中之一單個LED連接墊之一部分與複數個內部導電跡線中之一者之間，該複數個內部導電跡線每一者電耦合至該等個別通道中之一單個個別通道。複數個表面安裝LED每一者耦合至該等LED連接墊中之一單個LED連接墊。該等LED係為至少5種不同光譜。該等光譜中之一單個光譜之該等LED中之每一者電連接至該等通道中之一單個通道且具有與該等光譜中之至少另外兩者相差至少20奈米之一峰值波長。該等LED放置在其內之一區域之至少70%由該等LED佔據。該區域通常由與該等LED之最外延伸區一致之一形 狀界定。
在某些實施例中，該等LED放置在其內之該區域之至少80%由該等LED佔據。在某些實施例中，該電路板包含一金屬核心。
此外，可提供至少7種不同之該等光譜。在某些實施例中，該等光譜包含一第一非白色光譜。複數個該等LED係為該第一非白色光譜，且該第一非白色光譜之該等LED中之每一者僅由該等光譜之一唯一光譜之該等LED接界。
在其他實施例中，複數個該等LED係為一非白色光譜。該非白色光譜之該等LED之一大部分僅由該等光譜之一唯一光譜之該等LED接界。在又其他實施例中，複數個該等LED係為一非白色光譜，且該非白色光譜之該等LED中之每一者僅由該等光譜中之一唯一光譜之LED接界。
該等LED可配置成至少一個實質上線性行。
在某些實施例中，該照明單元包含環繞所有該等LED之一單個反射器。在彼等實施例之某些版本中，該反射器包含無漫射器之一空心內部。
通常，在另一態樣中，提供一基於LED之照明單元，其具有一高密度LED連接墊陣列之一電路板。該等LED連接墊中之每一者電連接至該電路板之複數個個別通道中之一單個個別通道。包含複數個表面安裝LED，且每一者耦合至該等LED連接墊中之一單個LED連接墊。一單個反射器環繞所有該等LED。該等LED係為至少5種不同光譜。該等光譜中之一單個光譜之該等LED中之每一者電連接至該等 通道中之一單個通道且具有與該等光譜中之至少另外一者相差至少20奈米之一峰值波長。該等LED放置在其內之一區域之至少70%由該等LED佔據。該區域通常係由與該等LED之最外延伸區一致之一形狀界定。
在某些實施例中，該等LED放置在其內之該區域之至少80%由該等LED佔據。可提供至少8種不同之該等光譜。
在某些實施例中，該反射器係一喇叭型反射器且視情況包含無漫射器之一空心內部。
在某些實施例中，該照明單元進一步包含與該電路板熱連接之一熱耗散結構。該熱耗散結構視情況包含毗鄰該電路板之一散熱片及自該散熱片延伸至複數個冷卻鰭片中之複數個散熱管。在彼等實施例之某些版本中，該照明單元進一步包含一支撐結構，該支撐結構支撐該電路板且與該等冷卻鰭片及該散熱片中之至少一者直接接觸。
通常，在另一態樣中，提供一娛樂照明器具，其包含具有一高密度LED連接墊陣列之一電路板。該等LED連接墊中之每一者電連接至該電路板之複數個個別通道中之一單個個別通道。包含複數個表面安裝LED，且每一者耦合至該等LED連接墊中之一單個LED連接墊。該照明單元還包含一單個反射器，該單個反射器具有環繞所有該等LED之一底座及在該底座遠端之一頂部。該頂部界定一反射器光輸出開口。一殼體環繞該電路板、該等LED及該單個反射器。該殼體界定與該反射器光輸出開口光學連通之一殼體光輸出開口。該等LED係為至少三種不同光譜。該等光譜 中之一單個光譜之該等LED中之每一者電連接至該等通道中之一單個通道且具有與該等光譜中之至少另外一者相差至少20奈米之一峰值波長。該反射器在該底座與該反射器光輸出開口之間無漫射器。
在某些實施例中，該娛樂照明器具在該反射器光輸出開口與該殼體光輸出開口之間無漫射器。
如本文中出於本發明之目的所使用，應將術語「LED」理解為包含任何電致發光二極體或能夠回應於一電信號而產生輻射之其他類型之基於載子注入/接面的系統。因此，術語LED包含(但不限於)回應於電流而發光之各種基於半導體之結構、發光聚合物、有機發光二極體(OLED)、電致發光條等等。特定而言，術語LED指代可經組態以產生在紅外線光譜、紫外線光譜及可見光譜(一般包含自大約400奈米至大約700奈米之輻射波長)之各個部分中之一或多者中之輻射之所有類型之發光二極體(包含半導體及有機發光二極體)。LED之某些實例包含(但不限於)各種類型之紅外線LED、紫外線LED、紅色LED、藍色LED、綠色LED、黃色LED、琥珀色LED、橙色LED及白色LED(下文進一步論述)。亦應瞭解，LED可經組態及/或經控制以產生具有一給定光譜(例如，窄頻寬、寬頻寬)之各種頻寬(例如，半峰全寬或FWHM)及一給定通用色彩分類內之各種各樣主波長之輻射。
舉例而言，經組態以基本上產生白色光之一LED(例如，一白色LED)之一項實施方案可包含若干個晶粒，該等 晶粒分別發射不同電致發光光譜，該等光譜以組合方式混合以基本上形成白色光。在另一實施方案中，一白色光LED可與一磷光體材料相關聯，該磷光體材料將具有一第一光譜之電致發光轉換成一不同第二光譜。在此實施方案之一項實例中，具有一相對短波長及窄頻寬光譜之電致發光「抽吸」該磷光體材料，而該磷光體材料又輻射具有一稍微較寬光譜之較長波長輻射。
亦應理解，術語LED並不限定一LED之實體及/或電封裝類型。舉例而言，如上文所論述，一LED可指代具有經組態以分別發射不同輻射光譜之多個晶粒(例如，其可係或可不係可個別控制的)之一單個發光裝置。此外，一LED可與被認為係該LED(例如，某些類型之白色LED)之一組成部分之一磷光體相關聯。一般而言，術語LED可指代經封裝LED、未經封裝LED、表面安裝LED、板上晶片LED、T封裝安裝LED、徑向封裝LED、功率封裝LED，包含某一類型之外罩及/或光學元件(例如，一漫射透鏡)之LED等。
術語「光源」應理解為指代各種輻射源中之任何一或多者，其包含(但不限於)：基於LED之源(包含如上文所定義之一或多個LED)、白熾源(例如，鎢絲燈、鹵素燈)、螢光源、磷光源、高強度放電源(例如，鈉氣燈、汞氣燈及金屬鹵素燈)、雷射、其他類型之電致發光源、焦發光源(例如，火焰)、燭發光源(例如，汽燈紗罩、碳弧輻射源)、光致發光源(例如，氣體放電源)、使用電子飽合之陰極發光源、電流發光源、晶體發光源、顯像管發光源(kine- luminescent source)、熱發光源、摩擦發光源、聲發光源、輻射發光源及發光聚合物。
一給定光源可經組態以產生在可見光譜內、可見光譜外或兩者之一組合內之電磁輻射。因此，本文中可互換地使用術語「光」及「輻射」。另外，一光源可包含一或多個濾光器(例如，濾色器)、透鏡或其他光學組件作為一組成組件。此外，應理解，光源可經組態以用於各種應用，包含(但不限於)指示、顯示及/或照明。一「照明源」係經特定組態以產生具有一充足強度以有效地照明一內部或外部空間之輻射之一光源。在此上下文中，「充足強度」指代於空間或環境中產生之在可見光譜中之充足輻射功率(就輻射功率或「光通量」而言，通常採用單位「流明」來表示來自一光源之所有方向之總光輸出)以提供周圍照明(亦即，可間接感知之光及(舉例而言)在被完全或部分感知之前可被各種各樣介入表面中之一或多者反射掉之光)。
術語「光譜」應理解為指代由一或多個光源產生之輻射之任何一或多個頻率(或波長)。因此，術語「光譜」不僅指代在可見範圍中之頻率(或波長)而且指代在紅外線、紫外線及整個電磁光譜之其他區域中之頻率(或波長)。此外，一給定光譜可具有一相對窄頻寬(例如，基本上具有幾個頻率或波長分量之一FWHM)或一相對寬頻寬(具有各種相對強度之若干頻率或波長分量)。亦應瞭解一給定光譜可係兩個或兩個以上其他光譜之一混合之結果(例如，混合分別自多個光源發射之輻射)。
出於本發明之目的，與術語「光譜」互換使用術語「色彩」。然而，術語「色彩」通常用於主要指代一觀察者可感知之輻射之一性質(但此類使用並不意欲限制此術語之範疇)。因此，術語「不同色彩」含蓄地指代具有不同波長分量及/或頻寬之多個光譜。亦應瞭解，可連同白色光及非白色光兩者一起使用術語「色彩」。
通常，在本文中連同白色光一起使用術語「色彩溫度」，但此類使用並不意欲限制此術語之範疇。色彩溫度基本上指代白色光之一特定色彩含量或濃淡(例如，微紅的、微藍的)。一給定輻射樣本之色彩溫度按慣例係根據輻射與正被討論之輻射樣本基本上相同之光譜之一黑體輻射體之以開氏度(K)計之溫度來表徵。黑體輻射體色彩溫度通常屬於自大約700度K(通常認為係肉眼最先可見之色彩溫度)至10,000度K以上之一範圍內；白色光通常係在高於1500至2000度K之色彩溫度下被感知。
本文中使用術語「照明器具」來指代呈一特定外觀尺寸、總成或封裝之一或多個照明單元之一實施或配置。本文中使用術語「照明單元」來指代包含一或多個相同或不同類型光源之一設備。一給定照明單元可具有用於光源之各種各樣安裝配置、封殼/殼體配置及形狀及/或電及機械連接組態中之任一者。另外，一給定照明單元可視情況而與各種與(該等)光源操作相關之其他組件(例如，控制電路)相關聯(例如，包含、耦合至及/或其封裝在一起)。一「基於LED之照明單元」指代包含如上文所論述之一或多 個基於LED之光源(其係單獨或與其他非基於LED之光源組合)之一照明單元。一「多通道」照明單元指代包含經組態以分別產生不同輻射光譜之至少兩個光源之一基於LED或非基於LED之照明單元，其中每一不同光源光譜可稱作多通道照明單元之一「通道」。
本文中使用術語「控制器」大體闡述與一或多個光源之操作相關之各種設備。可以各種方式來實施一控制器(例如，諸如藉助專用硬體)以執行本文中所論述之各種功能。一「處理器」係一控制器之一項實例，其採用可使用軟體(例如，微碼)來程式化以執行本文中所論述之各種功能之一或多個微處理器。可在採用或不採用一處理器之情形下來實施一控制器，且亦可將一控制器實施為用以執行某些功能之專用硬體與用以執行其他功能之一處理器(例如，一或多個經程式化微處理及相關聯電路)之一組合。在本發明之各種實施例中可採用之控制器組件之實例包含(但不限於)：習用微處理器、特殊應用積體電路(ASIC)及場可程式化閘陣列(FPGA)。
應瞭解，前述概念與下文更詳細論述之額外概念之所有組合(假定此等概念並不互相矛盾)係作為本文中所揭示之發明性標的物之一部分而被涵蓋。特定而言，出現於本發明結尾處之所主張標的物之所有組合係作為本文中所揭示之發明性標的物之一部分而被涵蓋。亦應瞭解，亦可出現於以引用方式併入之任何揭示內容中之本文中所明確採用之術語應被賦予與本文中所揭示之特定概念最為一致之意 義。
在圖式中，相似之參考字元一般指代所有不同視圖中之相同部件。此外，圖式未必按比例繪製，而重點一般在於圖解說明本發明之原理。
已知利用非LED光源之娛樂照明器具，例如白熾燈。然而，此等照明器具遭受光學系統輸出降格及/或一短燈壽命。因此，此等照明照明器具之燈需要頻繁更換來自器具維持一所要照明位準。此外，為自此等照明器具達成任何色彩效應，需要利用凝膠。凝膠顯著地切斷光輸出且隨著時間變成褐色或燒毀。因此，凝膠減小一器具之光輸出且需要頻繁更換來自該器具維持一所要照明位準及/或色彩。
已提出在娛樂照明器具中使用一LED光源代替白熾光源。然而，利用一LED光源之此等娛樂照明器具遭受一或多個缺點。舉例而言，LED照明器具可不能自LED光源獲得一所要強度及/或色彩，及/或不能在與圖案片或其他效應一起使用時產生一所要整齊硬邊緣。
因此，申請人已認識到且瞭解到此項技術中需要提供一種基於LED之照明單元，該基於LED之照明單元提供滿意之強度及/或色彩效能及/或當與圖案片或其他效應一起利用時提供一滿意之硬邊緣且可視情況用於娛樂照明器具中。
更一般而言，申請人已認識到且瞭解到提供一種具有包 含各種色彩之複數個LED之一高通量密度LED陣列的基於LED之照明單元將係有益的。
鑒於前文內容，本發明之各種實施例及實施方案係針對關於一基於LED之照明單元及具有一基於LED之照明單元之一照明器具之方法及設備。
在以下詳細說明中，出於解釋而非限制之目的，闡述揭示特定細節之代表性實施例以提供對所主張發明之一透徹理解。然而，已得到本發明之益處之熟習此項技術者將顯而易見背離本文中所揭示之特定細節之根據本發明教示之其他實施例仍在隨附申請專利範圍之範疇內。此外，可省略對眾所周知之設備及方法之說明以便不使對代表性實施例之說明模糊。此等方法及設備明顯地在所主張發明之範疇內。舉例而言，本文中所揭示之設備及方法之各種實施例特別適於在娛樂照明器具中使用。因此，出於說明性目的，本發明可連同此一照明器具一起論述所主張發明。然而，本發明涵蓋不背離所主張發明之範疇或精神之其他組態、應用及實施方案。
參考圖1及圖2，在一項實施例中，可在一舞臺照明器具10中實施一基於LED之照明單元。圖1圖解說明舞臺照明器具10之不具有舞臺照明器具10之外部殼體25之一分解透視圖。圖2圖解說明舞臺照明器具10之一透視圖，其中僅展示外部殼體25之一部分以藉此更佳地圖解說明舞臺照明器具10之某些組件。外部殼體25之缺失部分可係外部殼體25之所繪示部分之一實質鏡像且可視情況利用螺釘3或其 他扣件耦合至外部殼體25之所繪示部分。
舞臺照明器具10包含具有彼此呈大體平行關係之一第一壁22及對置第二壁23之一支撐結構20。一第三壁24延伸於第一壁22與第二壁23之間並連接第一壁22及第二壁23。第三壁24大體垂直於第一壁22及第二壁23且包含穿過該第三壁而提供之一開口21。開口21接納相對於散熱片32之連接區域33a及33b凸出之散熱片32之一部分。散熱片32接納於開口21中且視情況完全延伸穿過開口21。在替代實施例中，開口21可達成對散熱片32之接近，但不接納散熱片32之一部分於其中。連接區域33a及33b各自含有與穿過第三壁24之各別扣件開口對準之複數個扣件。該等扣件開口可接納諸如彈簧負載扣件5等扣件從中穿過以達成尤其散熱片32至支撐結構20之耦合。
散熱片32在其一背部表面上包含三個散熱管凹部，散熱管凹部中之每一者接納散熱管34a至34c中之各別一者之一部分。散熱片32可由一熱吸收材料及/或金屬合金製造，諸如鋁、銅及/或其合金。在某些實施例中，視情況，散熱管34a至34c可係動力冷卻散熱管。散熱管34a至34c自散熱片32向後延伸穿過複數個冷卻鰭片36且與冷卻鰭片36熱連接。散熱管34a至34c收集並耗散來自散熱片32之熱且進一步將所收集熱分散至冷卻鰭片36。
特定參考圖2，其圖解說明冷卻鰭片36之周長之一部分緊密接近支撐結構20之第一壁22及/或第二壁23及/或與其接觸。冷卻鰭片36與第一壁22及第二壁23熱接觸且進一步 將經由散熱片32收集之熱分散至支撐結構20。此外，連接區域33a及33b緊密接近支撐結構20之第三壁24及/或與其解除。連接區域33a及33b與第三壁24熱接觸且進一步將經由散熱片32收集之熱分散至支撐結構20。一開口27係提供於殼體25之後部處且使得能夠將空氣傳遞至殼體25之後部分中及從殼體25之後部分傳遞出空氣，支撐結構20及冷卻鰭片36裝納在該後部分處以進一步輔助冷卻。視情況，可跨越開口27之全部或部分提供一或多個風扇以促進至殼體25中及/或離開殼體25之空氣流動。
將一電路板50放置在散熱片32頂部上且與其熱接觸。視情況，可在電路板50與散熱片32之間提供熱膏、熱墊或其他熱介面。電路板50可尤其利用延伸穿過穿過電路板50及第三壁24之扣件開口之一或多個扣件來耦合至支撐結構20。電路板50在其上包含有包含各種色彩之複數個高亮度LED之一高通量密度LED陣列70。
將一單個喇叭形反射器40放置在LED陣列70周圍及其上方。反射器40包含一反射器底座44，該反射器底座環繞LED陣列且朝向一反射器頂部46向上且向外外傾。反射器40包含複數個內部外傾面。一反射器支撐凸緣42自反射器底座44徑向延伸且抵靠接觸電路板50。反射器支撐凸緣42包含從中穿過之複數個扣件開口，扣件開口可接納扣件(諸如，彈簧負載扣件5)從中穿過以將反射器40附接至電路板50及/或支撐件20。反射器頂部46由殼體25之一凸緣環繞，該凸緣自殼體25之一圍罩向內延伸。殼體25之圍罩通 常界定殼體25之一光輸出開口26。
所繪示反射器係一非對稱喇叭形反射器40且與一對稱LED陣列70組合利用。在某些替代實施例中，一對稱喇叭形反射器可與一非對稱LED陣列70組合利用。在其他實施例中，可視情況不利用反射器或利用非喇叭型反射器。在所繪示照明器具中，在LED陣列70與殼體25之光輸出開口26之間不存在漫射器或其他光更改透鏡。在替代實施例中，可視情況，沿著光學路徑添加一漫射器。舉例而言，可視情況跨越反射器頂部46添加一漫射器。在某些實施例中，反射器40及殼體25可不具有實質上干涉LED陣列70之光輸出之光更改透鏡。在某些彼等實施例中，反射器40及/或殼體25可視情況提供有一保護性非光更改透鏡。
參考圖3，其圖解說明圖1之基於LED之照明單元之LED陣列70及電路板50之一部分的一平面圖。所繪示LED陣列70包含15個LED行。為便於說明LED陣列70，在圖3中將該等行稱為行A至O。所繪示LED陣列70包含12個LED列。為便於說明LED陣列70，將該等LED列標記為列701至712。為簡化，在圖3中僅用一引線及一元件符號特定提及三個LED：LED 705-L、707-M及710-F。然而，應理解，在此詳細說明中可由對應於其他個別LED所位於之列及行的一元件符號來識別該LED(以列-行格式)。舉例而言，LED 705-L在列705、行L中。在所繪示實施例中，每一LED列之間的間隙係大約0.2 mm且每一LED行之間的間隙係大約0.22 mm。儘管在圖3中繪示線性且對稱配置之LED，但已 得到本發明之益處之熟習此項技術者將認識到在替代實施例中，可利用非線性及/或非對稱配置。
圖3中所繪示之LED中之每一者之一部分提供有一特定標記(或沒有標記)以大體識別LED發射哪種光譜。在圖3中提供一圖表以輔助識別哪種標記與哪種一般光譜對應。被標記之LED之部分(或在白色LED之情況下對應未標記之小方形)通常表示LED之發光基板，但未必按比例。環繞小方形之矩形未標記部分通常表示整個LED封裝之佔用面積。
圖3中所例示之LED之各種光譜之混合及/或LED之密度可限制色差之效應且在照明器具10與圖案片或其他效應一起利用時提供一滿意之硬邊緣。在所繪示實施例中，LED中沒有單個LED(除白色LED之外)係提供於發射相同光譜之光之一LED之一個列或行內。換言之，在所繪示實施例中，至少一唯一色彩之一個LED分離每一非白色LED與一類似色彩之LED。舉例而言，LED 707-M發射綠色光且兩個LED提供於LED 707-M與至其之最靠近綠色LED(LED 707-J及710-M)之間。
在所繪示實施例中，提供總共150個LED。提供52個白色LED，28個深紅色LED、21個紅色LED、21個琥珀色LED、14個綠色LED、7個藍色LED及7個寶藍色LED。儘管在本文中繪示且闡述特定數目個LED，但得到本發明之益處之熟習此項技術者將認識到且瞭解到在替代實施例中，可提供更多或更少之LED。舉例而言，在某些實施例中，在實質上相同面積中可提供159個LED。此外，舉例 而言，在某些實施例中，可按比例增加或減少LED之數目以適應各種光學窗及練習曲(etude)以達成所要及/或最佳系統效能(視情況，將諸如(舉例而言)照明效率、波束品質及/或波束角度等一或多個因素考量在內)。
此外，儘管繪示基於光譜之一特定LED分佈，但得到本發明之益處之熟習此項技術者將認識到且瞭解到在替代實施例中，可提供不同特定分佈以達成所要光輸出特性。舉例而言，LED之色彩及波長光譜並不限於圖3中已圖解說明之色彩及波長光譜。舉例而言，可利用多於或少於所繪示之LED色彩之LED色彩(視情況，與圖3中所圖解說明之一或多個色彩組合)。在某些實施例中，可與一控制器組合提供一EEPROM且該EEPROM可儲存分檔與校準資料。控制器可能夠基於至器具之傳入資料序列及分檔與校準資料來控制LED。此外，在某些實施例中，另外或另一選擇為，可與LED組合提供一熱及/或光學感測器，以自一或多個LED量測溫度(例如，在PCB上之一或多個位置處之溫度)及/或光學輸出。可將來自熱及/或光學感測器之資料饋送至一控制器以用於校準及控制照明單元之整體色點。舉例而言，控制器可個別地控制一或多個LED以達成一所要色彩點。與分檔與校準資料及/或一或多個感測器組合利用一控制器可尤其允許在安裝複數個器具當中之器具與器具匹配。在某些實施例中，LED中之每一者可以大約以下電流來驅動且在60攝氏度下產生大約以下流明：白色：0.5安培及90.14流明；藍色：0.5安培及11.89流明；綠色： 0.5安培及66.9流明；琥珀色：0.35安培及12.97流明；紅色：0.5安培及34.63流明。
在所繪示實施例中，LED係超緊湊高亮度表面安裝LED，諸如(舉例而言)通常用於一相機閃光燈或其他消費型裝置之LED。在某些實施例中，LED可包含(但不限於)CERAMOS LED及/或OSLON LED，此兩者皆可自加利福尼亞、桑尼維爾之OSRAM Opto Semiconductors公司購得。CERAMOS LED可視情況提供大約27%之一封裝面積利用(晶片面積/基板面積)。在所繪示實施例中，LED配置在具有大約29 mm之一直徑之一圓內。在某些實施例中，反射器40之反射器底座44之內部可具有大約29 mm之一直徑(大約660.52 mm2)且LED陣列70可配置在一區域內以使得其完全裝配在反射器底座44之內部。在此等實施例之版本中，LED中之每一者具有大約3.55 mm2之一佔用面積。因此，在彼等版本中，LED配置在其內之空間之大約80.5%實際上用於LED放置。換言之，由反射器底座44之內周邊及/或大體與最外LED之邊界一致之一形狀界定之區域之大約80.5%被LED之實際晶片佔據且該區域之大約19.5%係曝露電路板。亦利用CERAMOS LED之此等版本中之LED之磊晶或光學窗面積利用(晶片面積/窗面積)係大約22%(27%封裝面積利用乘以80.5%)。
在某些實施例中，LED陣列50可經組態以包含配置在大約701 mm2之一面積內之159個LED。在此等實施例中，LED可具有大約3.55 mm2之一佔用面積且利用由與LED之 最外延伸區一致之一形狀界定之空間之大約80.5%。LED陣列50達成為娛樂照明器具(諸如，聚光照明器具)中之光輸出提供LED之滿意光混合之一光學窗面積利用。LED之所繪示表面安裝組態可藉由達成一使用者及/或機器對LED正下方之墊之接近而使得能夠在回流銲之後對LED進行返工。在某些實施例中，可利用經封裝LED，以使得可接受較大LED變化形式(例如，具有變化色彩/通量之LED)並按接收次序將其組裝在電路板50上。在彼等實施例之某些版本中，可利用LED之分檔軟體及/或主動溫度調整來達成所要光輸出特性。在某些實施例中，可用基於細間距球柵陣列返工站之特殊工具及/或程序對LED進行返工。
現在參考圖4A及圖4B，額外詳細地繪示電路板50。所繪示電路板50係具有兩個導電層之一金屬核心印刷電路板。在替代實施例中，可視情況提供更多層。此等層可達成額外LED之連接及/或可提供更高效熱效能。在圖4A中圖解說明電路板50之內部導電層55且在圖4B中圖解說明電路板50之頂部導電層60。應瞭解可在金屬核心與內部導電層55之間及內部導電層55與頂部導電層60之間提供一介電層。此外，可將阻銲劑及/或銲劑添加在頂部導電層60之頂部部分上。
圖4A圖解說明內部導電層55之一平面圖且圖4B圖解說明頂部導電層60之一平面圖。圖4A及圖4B係類似大小且且層55與60之間的互連可藉由將兩個圖重疊及/或透過一逐側比較來辨識。內部導電層55包含複數個跡線57(通常 指示為線)，每一跡線延伸於通孔59(通常指示為圓)之間且與通孔電連接。為清晰起見，僅圖解說明某些跡線57及通孔59。通孔59中之每一者與上部層60之一部分電連接且熱連接。在某些實施例中，通孔59可係大約3密耳至8密耳。通孔59可視情況經填充以防止頂部導電層60上方之銲劑墊下面之空隙，藉此防止LED之連接墊下面之空隙。可利用機械及/或雷射鑽孔及/或其他切割來形成通孔59。可藉由穿過上部導電層60與內部導電層55之間的介電層且視情況，穿過上部導電層60雷射切割一孔來形成通孔59。可視情況藉助電鍍及/或環氧樹脂來填充通孔59。可視情況在電路板50之一或多個介電層中利用一混合電介質設計。一混合電介質設計係其中與傳統標準2層MCPCB設計相比，可利用較薄電介質、具有較佳熱阻之電介質及/或各種各樣之相容電介質之設計。
上部層60包含8個單獨電輸入通道61A至61G，每一通道包含至少一個正性與中性連接墊對。輸入通道61A包含8個單獨連接墊對，輸入通道61B包含4個單獨連接墊對，輸入通道61C包含三個單獨連接墊對，輸入通道61E包含兩個單獨連接墊對且輸入通道61F及61G各自包含一個連接墊對。該等連接墊對中之每一者係與複數個LED座架62電連通，每一LED座架具有一正性連接墊62a及一中性連接墊62b。為清晰起見，僅標記某些正性連接墊62a及中性連接墊62b。在某些實施例中，LED座架62亦可視情況包含一單獨熱墊(視情況在正性連接墊62a與中性連接墊62b之間)。 此一熱墊可在附接一LED時與LED之一散熱片介接，且可與一或多個導電層之非供電部分熱連接以幫助消耗汲取至熱墊之熱。輸入通道61A至61G中之每一者可透過與跡線64之電連接及/或透過與一對通孔59及延伸於其間之跡線57之電連接而與複數個LED座架62電連接。
通道61A至61G中之每一者對應於一單個LED光譜且當板50組裝有LED時每一通道與一單個LED光譜之LED電連通。特定而言，通道61A對應於白色LED，通道61B對應於深紅色LED，通道61C對應於紅色LED，通道61D對應於琥珀色LED，通道61E對應於綠色LED，通道61F對應於藍色LED，且通道61G對應於寶藍色LED。當然，可利用其他通道組態。通道61A至61G中之每一者可電耦合到一LED驅動器或其他電源。可選擇性地將通道61A至61G中之每一者中之連接墊對中之一或多者供電至一所要位準以自照明器具10提供所要色彩輸出。舉例而言，可不給一或多個連接墊對供電或以一減小之電壓給一或多個連接墊對供電(例如，透過變更脈寬調變)以提供所要色彩輸出。電路板50之複數個通道及LED陣列70中提供之複數個色彩之LED使得照明器具10之色彩輸出能夠被拉至大範圍之色彩輸出內之一所要色彩輸出。
一或多個控制器可視情況實施於電路板50上及/或實施於電路板50之電子上游(例如，與外部驅動器組合)以控制個別通道61A至61G中之每一者之電力狀態及/或強度(或一通道之個別連接墊對)。控制器可與通道61A至61G介接以 自舞臺照明器具達成所要光輸出以自其達成一廣泛色彩輸出中之任何所要光輸出，而不必使用凝膠。
雖然本文中已闡述並圖解說明瞭數個發明性實施例，但熟習此項技術者將易於預想用於執行該功能及/或獲得結果及/或本文所闡述之優點中之一或多者之各種其他構件及/或結構，且此等變化形式及/或修改形式中之每一者皆被認為係在本文中所闡述之發明性實施例之範疇內。更一般而言，熟習此項技術者將易於瞭解，本文中所闡述之所有參數、尺寸、材料及組態意味著具有實例性且實際參數、尺寸、材料及/或組態將取決於使用發明性教示之具體應用或若干應用。熟習此項技術者僅使用常規實驗即可認識或能夠確定本文中所闡述之具體發明性實施例之諸多等效內容。因此，應理解，前述實施例僅係以實例方式呈現，且在隨附申請專利範圍及其等效內容之範疇內，可以不同於所具體闡述及所主張之方式來實踐發明性實施例。本發明之發明性實施例係針對本文中所闡述之每一個別特徵、系統、物品、材料、成套工具及/或方法。另外，若此等特徵、系統、物品、材料、成套工具及/或方法並不相互矛盾，則兩個或兩個以上此等特徵、系統、物品、材料、工具及/或方法之任一組合包含於本發明之發明性範疇內。
本文中所界定及使用之所有定義應理解為控制在辭典定義、以引用方式併入之文檔中之定義及/或所界定術語之普遍意義以內。
本文中在說明書中及申請專利範圍中所使用之不定冠詞「一(a)」及「一(an)」應理解為意指「至少一個」，除非明確指示相反情形。
本文中在說明書中及申請專利範圍中所使用之片語「及/或」應理解為意指如此結合之元件中之「任一者或兩者」，亦即，在某些情形中以結合方式呈現且在其他情形中以分離方式呈現之元件。應以相同方式解釋以「及/或」列出之多個元件，亦即，如此結合之元件中之「一或多者」。可視情況而存在除由「及/或」從句具體識別之元件以外的其他元件，無論與具體識別之彼等元件相關還是不相關。因此，作為一非限定性實例，當結合諸如「包括」之開放式結尾用語使用時，對「A及/或B」之一引用可在一項實施例中僅指代A(視情況包含除B以外之元件)；在另一實施例中，僅指代B(視情況包含除A以外之元件)；在又一實施例中，指代A及B兩者(視情況包含其他元件)；等等。
如本文中在說明書中及申請專利範圍中所使用，參考一或多個元件之一列表之片語「至少一者」應理解為意指自該元件列表中之該等元件中之任何一或多者選擇之至少一個元件，但未必包含該元件列表內所具體列出之每一元件中之至少一者，且不排除該元件列表中之元件之任一組合。此定義亦允許可視情況而存在除片語「至少一個」指代之該元件列表內具體識別之元件以外之元件，無論與具體識別之彼等元件相關還是不相關。
亦應理解，除非明確指示相反情形，否則在本文中所主張之包含一個以上步驟或動作之任何方法中，該方法之步驟或動作次序未必受限於引述該方法之步驟或動作之次序。
申請專利範圍中出現在括號之間的任何元件符號或其他字元僅係處於方便之目的而提供且並不意欲以任何方式限制申請專利範圍。
在申請專利範圍中以及在以上說明書中，所有過渡片語(諸如「包括」、「包含」、「攜載」、「具有」、「含有」、「涉及」、「固持」、「由......構成」等等)應理解為開放式結尾，亦即，意指包含但不限於。僅過渡片語「由......組成」及「基本上由......組成」應分別係封閉式或半封閉式過渡片語。
3‧‧‧螺釘
5‧‧‧彈簧負載扣件
10‧‧‧舞臺照明器具/照明器具
20‧‧‧支撐結構
21‧‧‧開口
22‧‧‧第一壁
23‧‧‧第二壁
24‧‧‧第三壁
25‧‧‧外部殼體/殼體
26‧‧‧光輸出開口
27‧‧‧開口
32‧‧‧散熱片
33a‧‧‧連接區域
33b‧‧‧連接區域
34a‧‧‧散熱管
34b‧‧‧散熱管
34c‧‧‧散熱管
36‧‧‧冷卻鰭片
40‧‧‧反射器
42‧‧‧反射器支撐凸緣
44‧‧‧反射器底座
46‧‧‧反射器頂部
50‧‧‧電路板/發光二極體陣列
57‧‧‧跡線
59‧‧‧通孔
60‧‧‧頂部導電層/上部層
61A‧‧‧輸入通道
61B‧‧‧輸入通道
61C‧‧‧輸入通道
61D‧‧‧輸入通道
61E‧‧‧輸入通道
61F‧‧‧輸入通道
61G‧‧‧輸入通道
62‧‧‧發光二極體座架
62a‧‧‧正性連接墊
62b‧‧‧中性連接墊
64‧‧‧跡線
70‧‧‧發光二極體陣列
705L‧‧‧發光二極體
707M‧‧‧發光二極體
710F‧‧‧發光二極體
圖1圖解說明具有帶有一高通量密度LED陣列之一基於LED之照明單元之一舞臺照明器具之一實施例之一分解透視圖；舞臺照明器具之外部殼體未圖解說明中圖1中。
圖2圖解說明圖1之舞臺照明器具之一透視圖；移除舞臺照明器具之外部殼體之一部分以更佳地展示舞臺照明器具之某些組件。
圖3圖解說明圖1基於LED之照明單元之實施例之LED及電路板之一平面圖。
圖4A圖解說明圖3之電路板之一內部導電層之一平面圖。
圖4B圖解說明圖3之電路板之一頂部導電層之一平面圖。
5‧‧‧彈簧負載扣件
10‧‧‧舞臺照明器具/照明器具
20‧‧‧支撐結構
21‧‧‧開口
22‧‧‧第一壁
23‧‧‧第二壁
24‧‧‧第三壁
32‧‧‧散熱片
33a‧‧‧連接區域
33b‧‧‧連接區域
34a‧‧‧散熱管
34b‧‧‧散熱管
34c‧‧‧散熱管
36‧‧‧冷卻鰭片
40‧‧‧反射器
42‧‧‧反射器支撐凸緣
44‧‧‧反射器底座
46‧‧‧反射器頂部
50‧‧‧電路板/發光二極體陣列
70‧‧‧發光二極體陣列

Claims (20)

  1. 一種基於LED之照明單元，其包括：一電路板(50)，其具有一高密度LED連接墊(62)陣列，該等LED連接墊(62)中之每一者電連接至該電路板(50)之複數個個別通道(61A至61G)中之一單個通道；該電路板(50)進一步包含複數個經填充通孔(59)，該等通孔(59)中之至少某些通孔(59)延伸於該等LED連接墊(62)中之一單個通道之一部分與複數個內部導電跡線中之一者之間，該複數個內部導電跡線每一者電耦合至該等個別通道(61A至61G)中之一單個通道；複數個表面安裝LED(70)，其每一者耦合至該等LED連接墊(62)中之一單個LED連接墊；其中該等LED(70)係為至少5種不同光譜，該等光譜中之一單個光譜之該等LED(70)中之每一者電連接至該等通道(61A至61G)中之一單個通道且具有與該等光譜中之至少另外兩者相差至少20奈米之一峰值波長；其中該等LED(70)放置在其內之一區域之至少70%由該等LED(70)佔據，該區域係由與該等LED(70)之最外延伸區一致之一形狀界定。
  2. 如請求項1之基於LED之照明單元，其中該等LED(70)放置在其內之該區域之至少80%由該等LED(70)佔據。
  3. 如請求項1之基於LED之照明單元，其中該電路板(50)包含一金屬核心。
  4. 如請求項1之基於LED之照明單元，其中提供至少7種不 同之該等光譜。
  5. 如請求項1之基於LED之照明單元，其中該等光譜包含一第一非白色光譜，其中複數個該等LED(70)係為該第一非白色光譜，且其中該第一非白色光譜之該等LED(70)中之每一者僅由該等光譜中之一唯一光譜之該等LED(70)接界。
  6. 如請求項1之基於LED之照明單元，其中複數個該等LED(70)係一非白色光譜，且其中該非白色光譜之該等LED(70)之大部分僅由該等光譜中之唯一一者之該等LED(70)接界。
  7. 如請求項1之基於LED之照明單元，其中複數個該等LED(70)係為一非白色光譜，且其中該非白色光譜之該等LED(70)中之每一者僅由該等光譜中之一唯一光譜之該等LED(70)接界。
  8. 如請求項1之基於LED之照明單元，其中該等LED(70)配置成至少一個實質上線性列。
  9. 如請求項1之基於LED之照明單元，其進一步包括環繞所有該等LED(70)之一單個反射器(40)。
  10. 如請求項9之基於LED之照明單元，其中該反射器(40)包含無漫射器之一空心內部。
  11. 一種基於LED之照明單元，其包括：一電路板(50)，其具有一高密度LED連接墊(62)陣列，該等LED連接墊(62)中之每一者電連接至該電路板(50)之複數個個別通道(61A至61G)中之一單個通道； 複數個表面安裝LED(70)，其每一者耦合至該等LED連接墊(62)中之一單個LED連接墊；及一單個反射器(40)，其環繞所有該等LED(70)；其中該等LED(70)係為至少5種不同光譜，該等光譜中之一單個光譜之該等LED(70)中之每一者電連接至該等通道(61A至61G)中之一單個通道且具有與該等光譜中之至少另外一者相差至少20奈米之一峰值波長；其中該等LED(70)放置在其內之一區域之至少70%由該等LED(70)佔據，該區域係由與該等LED(70)之最外延伸區一致之一形狀界定。
  12. 如請求項11之基於LED之照明單元，其中該等LED放置在其內之該區域之至少80%由該等LED(70)佔據。
  13. 如請求項11之基於LED之照明單元，其中提供至少8種不同之該等光譜。
  14. 如請求項13之基於LED之照明單元，其中複數個該等LED(70)係為一非白色光譜，且其中該非白色光譜之該等LED(70)之大部分僅由該等光譜中之一唯一光譜之該等LED(70)接界。
  15. 如請求項11之基於LED之照明單元，其中該反射器(40)係一喇叭型反射器。
  16. 如請求項11之基於LED之照明單元，其中該反射器(40)包含無漫射器之一空心內部。
  17. 如請求項11之基於LED之照明單元，其進一步包括與該電路板(50)熱連接之一熱耗散結構；該熱耗散結構包含 毗鄰該電路板(50)之一散熱片(32)及自該散熱片延伸至複數個冷卻鰭片(36)中之複數個散熱管(34a至34c)。
  18. 如請求項17之基於LED之照明單元，其進一步包括一支撐結構(20)，該支撐結構(20)支撐該電路板(50)且與該等冷卻鰭片及該散熱片中之至少一者直接接觸。
  19. 一種娛樂照明器具，其包括：一電路板(50)，其具有一高密度LED連接墊(62)陣列，該等LED連接墊(62)中之每一者電連接至該電路板(50)之複數個個別通道(61A至61G)中之一單個通道；複數個表面安裝LED(70)，其每一者耦合至該等LED連接墊(62)中之一單個LED連接墊；一單個反射器(40)，其具有環繞所有該等LED(70)之一底座及在該底座遠端之一頂部，該頂部界定一反射器光輸出開口；一殼體，其環繞該電路板(50)、該等LED(70)及該單個反射器(40)，該殼體界定與該反射器(40)光輸出開口光學連通之一殼體光輸出開口；其中該等LED(70)係為至少三種不同光譜，該等光譜中之一單個光譜之該等LED(70)中之每一者電連接至該等通道(61A至61G)中之一單個通道且具有與該等光譜中之至少另外一者相差至少20奈米之一峰值波長；且其中該反射器(40)在該底座與該反射器光輸出開口之間無漫射器。
  20. 如請求項19之娛樂照明器具，其中該娛樂照明器具在該 反射器(40)光輸出開口與該殼體光輸出開口之間無漫射器。
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