[发明专利]LED阵列光束控制灯具

说明书

技术领域

本发明总体上涉及一种用于当在光束产生灯具中使用时驱动LED阵列的系统和方法。更特别地，本发明涉及一种用于驱动这种灯具的阵列以生成图像或光图案的系统和方法。本发明还涉及防止溢射光以及控制LED阵列的光束角。此外，本发明涉及一种用于最大化LED的光输出而同时维持LED处于或低于它们的最佳工作温度并且维持LED阵列或多个LED阵列间的一致性的系统和方法。

背景技术

高功率LED通常在例如建筑照明行业(在商店中、在办公室和企业中)以及娱乐行业(在剧院、电视演播室、音乐会、主题公园、夜总会和其他场所中)的灯具中使用。在这些应用中，LED阵列被频繁地用于向观众展现图像。通常，在投射大型图像时，会将图像划分成多份，然后将这些份传送到阵列的各部分。这些图像的传输可能会需要较大的带宽。在这些应用中，LED也被频繁用于投射光束。

在这些应用中，通常需要在不超过LED的工作温度的情况下获取LED的最大可能光输出。LED的温度敏感性较高，在过高温度下运行LED不仅会减小LED的输出，还会缩短LED的寿命。在这些应用中，也经常期望来自多个LED阵列的图像、一个或多个光束的显现保持一致的亮度。

本领域所公知的是，在LED系统中包括温度传感器来测量LED的温度，并且使用该信息来控制工作电流和电压，从而使得LED总是工作在安全的工作参数内。然而，临界温度是LED半导体芯片自身的温度，而这一温度的探测器通常被置于测量LED封装或者散热部件的温度，而不是直接测量芯片的温度。为了对此进行补偿，许多制造商在工作参数中包括了安全带或死空间以确保温度不会升得过高。这安全带意味着LED永远不会达到最大可能亮度。

考虑一组LED的总功率和热消耗而非每个单独LED的功率和热消耗也是公知的。例如，如果灯具具有安装在单个电路板或者散热部件上的红色、绿色和蓝色LED，那么在仅红色LED点亮的情况下这些红色LED有可能比在所有这三组红色、绿色和蓝色均同时点亮的情况下以更高的功率运行。

这些LED阵列灯具还被用于投射彩色光束。对于颜色控制，通常是使用不同颜色的LED阵列。例如，常用配置是使用红色、绿色和蓝色LED的混合。这一配置允许用户通过混合适当等级的这三种颜色来创建他们所期望的颜色。例如，点亮红色和绿色LED而同时保持蓝色熄灭的结果是表现出黄色的输出。类似地，红色和蓝色的结果将品红色，蓝色和绿色的结果将是青色。通过由颜色进行LED合理控制，用户可以在由阵列中使用的LED颜色所限定的色域内得到他们期望的任何颜色。也可以使用三种颜色以外的颜色。例如，公知的是，将琥珀色或白色LED添加到红色、绿色和蓝色能够增强颜色的混合并且提高可用的色域。

在灯具的阵列中可以布置不同颜色的LED，其中在每个LED之间存在物理隔离，并且，这种隔离与芯片尺寸和针对每种颜色的放置的差异结合在一起，可能影响单个颜色的传播并且导致出现令人反感的溢射光和组合后的混合颜色输出光束的彩色镶边现象(color fringing)。常用的是在每个LED前使用透镜或者其他光学设备来控制输出光束的形状和角度；然而这些光学设备通常永久附着到灯具，需要工具和熟练工来更换，并且此外可能必须对每个LED或者单个像素单独地更换。若能够不使用工具而同时简单且快速地更换整个阵列的这些光学设备将会是十分有益的。

因而需要一种价格便宜的LED驱动系统，该LED驱动系统能够最大化灯具中的所连接LED的输出而同时使得在LED阵列灯具的阵列中亮度一致。还需要一种用于实现在灯具阵列中显示图像或者光图案的系统和方法，该显示受传统相对低的带宽控制协议的控制。

还需要一种用于LED阵列灯具的光束控制系统，该系统能够被快速和简单地更换，并且能够提供溢射光减低和光束角控制方面的改进。

附图说明

为了更完整地理解本发明及其有益效果，现结合附图进行下面的描述，在附图中类似的参考编号指示类似的特征，其中：

图1示出了LED阵列多参数自动灯具；

图2示出了图1中的多参数自动灯具实施方式的示例LED阵列；

图3示出了LED的温度与时间的示例图；

图4示出了LED的温度与功率的示例图；

图5示出了本发明的一种实施方式，其显示了主要软件组件；

图6示出了一种自动灯具阵列，每个自动灯具具有LED阵列，其中所述灯具以线性排列被布置；

图7示出了以二维阵列布置的自动灯具阵列，其中每个灯具包括LED阵列以便显示图像或光图案；