專利名稱：舞臺燈光照明系統(tǒng)及l(fā)ed陣列的制作方法
舞臺燈光照明系統(tǒng)及LED陣列技術領域 本發(fā)明涉及照明裝置或其系統(tǒng)的功能特征或零部件，具體來說，尤 其涉及主要用于舞臺燈光照明的照明系統(tǒng)及其電路元件設置。
背景技術：
LED (發(fā)光二極管)光源為綠色無污染的干凈節(jié)能光源，其可達到的 光通量設計指標在逐年提升。目前LED光源主要應用于一些小功率、低端的換色燈產(chǎn)品上。大功率舞臺燈光光源主要采用金鹵放電泡。金鹵放電泡為白色光源，使用壽命較 低，一般為幾百小時到數(shù)千小時不等。因金鹵放電泡的發(fā)光譜為白色連續(xù)光譜，舞臺燈光所 需的不同色彩只能靠彩色濾光片來濾光實現(xiàn)，使得燈光投射出的圖案具有較低的色彩飽和 度，色彩既不鮮艷，也不豐富。若舞臺燈光采用LED光源，則可以省掉所述彩色濾光片，并通過調(diào)節(jié)不同基色LED 的電流來改變光源的顏色，從而利用單色LED較高的色彩飽和度，可使舞臺燈光色彩的表 現(xiàn)自由度大為提高。但目前LED發(fā)熱量大，發(fā)光效率還不夠高，且單個LED芯片不能承受高 功率，因此大功率舞臺燈光的高光通量往往要靠LED陣列來實現(xiàn)。申請?zhí)枮?00720061982. 0的中國專利公開了一種舞臺燈的光源組件，采用一個 LED陣列和大型散熱裝置，可以提供一百瓦的發(fā)光功率，并可通過控制該LED陣列中的不同 色LED的工作來實現(xiàn)色彩調(diào)整。上述現(xiàn)有技術的不足之處在于基于散熱和光通量等性能指標方面的考慮，所述 中國專利公開的光源組件尚不能滿足大功率舞臺燈光的需求。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術問題是針對上述現(xiàn)有技術的不足之處，而提出 一種舞臺燈光照明系統(tǒng)及其組件，盡可能提高光源的輸出功率，同時改善燈光的亮色均勻 性。為解決上述技術問題，本發(fā)明的基本構思為目前LED芯片被廣泛應用于所述LED 陣列中，基于單個LED芯片的發(fā)光面一般呈方形，而舞臺燈光的圖案片為圓形，這樣現(xiàn)有技 術中會損失掉來自LED芯片的部分發(fā)光，因此若將LED芯片發(fā)光源輸出的方形光斑轉換成 圓形光斑，無疑將提高現(xiàn)有帶LED陣列的舞臺燈光照明系統(tǒng)的輸出功率；基于來自一個LED 芯片的準直平行光通過聚焦透鏡后得到的光斑形狀與所述準直平行光束的光斑形狀相同 的認識，若通過改變LED矩陣中各LED芯片相對于基板的旋轉角度，則通過聚焦透鏡后的光 斑形狀將為這些不同角度“旋轉”的方形光斑的疊加，從而表現(xiàn)為圓形，同時所述疊加還將 一定程度上消除LED芯片固有缺陷疊加所帶來的光斑亮度分布不均現(xiàn)象。作為實現(xiàn)本發(fā)明構思的技術方案是，提供一種舞臺燈光照明系統(tǒng)，包括光出射口 和封裝在散熱基板上的LED陣列，尤其是，還包括與所述LED陣列相對應的包括復數(shù)個透鏡 的透鏡陣列，每一所述透鏡對準一 LED以將該LED的輸出光準直成近平行光；還包括一聚焦 透鏡，由所述透鏡陣列輸出的近平行光匯聚成的光束通過該聚焦透鏡聚焦到所述光出射口 上；所述LED陣列包括復數(shù)個LED芯片，這些LED芯片按行和列規(guī)則排布，其中N行LED芯 片是按下列規(guī)律在所述散熱基板上進行排布和封裝的所述N行LED芯片被平均分成左半 部和右半部，其中左半部擺放的各LED芯片按一個方向分別旋轉了一個該LED芯片預定的 角度；右半部各LED芯片的擺放角度相同于左半部中與該LED芯片關于陣列中心點對稱的
4LED芯片的擺放角度；其中N為大于或等于6的自然數(shù)。上述方案中，舞臺燈光照明系統(tǒng)包括兩個所述LED陣列及兩個所述透鏡陣列，還 包括一個合色濾光片；該合色濾光片分別通過透射和反射的方式將來自該兩個透鏡陣列的 兩束近平行光束匯聚成一束，投射往所述聚焦透鏡。所述合色濾光片或者為二向色片，或者 為鍍有分光濾光膜的玻璃片。上述方案中，舞臺燈光照明系統(tǒng)包括三個所述LED陣列及三個所述透鏡陣列，還 包括一個分光合色裝置；該分光合色裝置通過透射或反射的方式將來自三個透鏡陣列的三 束近平行光束匯聚成一束，投射往所述聚焦透鏡。每一所述LED陣列上的各LED芯片均為 一同色LED。上述方案中，所述分光合色裝置為一個X型合色濾光裝置，該X型合色濾光裝置的 三個光入口端分別對準一個對應的所述透鏡陣列。或者所述分光合色裝置包括兩片二向色 片或鍍有分光濾光膜的玻璃片，先用其中一片二向色片或鍍有分光濾光膜的玻璃片來匯聚 所述三束近平行光束中的兩束，再與另一束通過另一片二向色片或鍍有分光濾光膜的玻璃 片來匯聚成一束。上述方案中，所述舞臺燈光照明系統(tǒng)還包括一介于所述聚焦透鏡與光出射口之間 的截頭圓錐棒，該圓錐棒的側面具有光反射作用。所述截頭圓錐棒為側面拋光的實心玻璃 棒，或者為側面鍍有反射膜的空心棒。所述舞臺燈光照明系統(tǒng)還包括設置在所述光出射口 處用來容納圓形圖案片的圖案盤。該圖案片與靠近該截頭圓錐棒的底面之間的距離小于15毫米。作為實現(xiàn)本發(fā)明構思的技術方案還是，提供一種LED陣列，包括封裝在散熱基板 上的復數(shù)個LED芯片，這些LED芯片按行和列規(guī)則排布，尤其是，其中N行LED芯片是按下 列規(guī)律在所述散熱基板上進行排布和封裝的所述N行LED芯片被平均分成左半部和右半 部，其中左半部擺放的各LED芯片按一個方向分別旋轉了一個該LED芯片預定的角度；右半 部各LED芯片的擺放角度相同于左半部中與該LED芯片關于陣列中心點對稱的LED芯片的 擺放角度；其中N為大于或等于6的自然數(shù)。各所述LED芯片為一同色LED芯片。上述方案中，所述左半部的各LED芯片擺放成除首行外的每一行中的LED芯片 都相對于首行LED芯片按所述方向旋轉了一個角度，該角度為90/N的自然數(shù)倍；各行之間 LED芯片的旋轉角度各不相同。上述方案中，所述左半部的各LED芯片擺放成除首個外的每一個LED芯片都相對 于首個LED芯片按所述方向旋轉了一個角度，設M為該左半部的LED芯片數(shù)量，則該角度為 90/M的自然數(shù)倍；各LED芯片的旋轉角度各不相同。上述方案中，所述LED陣列的LED芯片總行數(shù)為N的自然數(shù)倍，以所述N行LED芯 片的排布規(guī)律為單位進行排布和封裝。采用上述各技術方案，將LED陣列的方形輸出光斑轉換成圓形光斑，便于匹配舞 臺燈光的圓形圖案盤，提高了舞臺燈光照明系統(tǒng)對發(fā)光源的光利用率，并有助于改善系統(tǒng) 的亮色均勻性，使大功率光系統(tǒng)結構更為緊湊。
圖1示意了本發(fā)明舞臺燈光照明系統(tǒng)的結構框圖；圖2示意了對圖1的結構改進； 圖3示意了單個LED發(fā)光源在聚焦透鏡后的聚焦光斑；
圖4是本發(fā)明LED陣列的排布示例圖；圖5示意了本發(fā)明舞臺燈光照明系統(tǒng)所獲得的聚焦光斑；圖6示意了不采用圖4所示的LED陣列所獲得的聚焦光斑；圖7示意了圖1或圖2中的分光合色裝置的替換實施例；其中，各附圖標記為1——LED芯片/芯片陣列，2——透鏡陣列，3——分光合色 器/分光合色裝置，4——聚焦透鏡，5——截頭圓錐棒，6——圖案盤。
具體實施方式
下面，結合附圖所示之最佳實施例進一步闡述本發(fā)明。本發(fā)明舞臺燈光照明系統(tǒng)如圖1所示，包括用來承載特定圖案片的圓形圖案盤6 和封裝在散熱基板上的LED陣列1。還包括與所述LED陣列1相對應的透鏡陣列2，該透鏡 陣列2包括復數(shù)個透鏡，每一所述透鏡對準一 LED芯片以將該LED芯片的輸出光準直成近 平行光。為了提高系統(tǒng)光輸出功率，本實施例中系統(tǒng)包括三個LED陣列1及三個透鏡陣列 2，以及一個以X型合色濾光裝置為代表的分光合色裝置3。該X型合色濾光裝置3的三個 光入口端分別對準一個透鏡陣列2，通過透射或反射的方式將來自三個透鏡陣列的三束近 平行光束匯聚成一束。所述X型合色濾光裝置3可以是分光合色棱鏡，也可以是由兩片分 光合色片(例如但不限于二向色片)垂直交叉構成的分光合色片組。因該X型合色濾光裝 置屬于現(xiàn)有技術，不在此贅述。本發(fā)明系統(tǒng)還包括聚焦透鏡4，將由所述近平行光或近平行光束匯聚成的光束聚 焦到所述圖案盤6。現(xiàn)有LED芯片的發(fā)光面一般呈方形。本發(fā)明利用光學模擬軟件驗證發(fā)現(xiàn)將所述 LED芯片置于所述透鏡的焦點處，則穿過該透鏡后，該LED芯片的出射光被準直成近平行 光，該近平行光經(jīng)聚焦透鏡4而投在圖案盤6上的光斑為如圖3所示的方形。若將所述LED 陣列上的復數(shù)個LED芯片以現(xiàn)有技術按行和列規(guī)則排布，則在圖案盤6上得到的光斑將如 圖6所示，為多個(本試驗包括6行6列)方形疊加后的方形。若考慮到各芯片上的一些 固有缺陷(如芯片上的電路)將會被放大成像在圖案盤處，則光能量的如此疊加將造成圖 象暗區(qū)，嚴重的會造成圖像白場偏色。為此，本發(fā)明設計并在系統(tǒng)中采用了的LED陣列若包括N (為大于或等于6的自然 數(shù))行LED芯片，則令各LED芯片在所述散熱基板上進行排布和封裝遵循以下規(guī)律所述N 行LED芯片被平均分成左半部和右半部，其中左半部擺放的各LED芯片按一個方向分別旋 轉了一個該LED芯片預定的角度；右半部各LED芯片的擺放角度相同于左半部中與該LED 芯片關于陣列中心點對稱的LED芯片的擺放角度。圖4示意了上述設計以N = 6為例的一種實施例。在陣列左半部，每一行LED芯片 相對于上一行LED芯片逆時針旋轉了 15度；各行之間的LED芯片旋轉角度各不相同。實際 上可以任意調(diào)整這些行的次序，從而使除首行外的每一行中的LED芯片都相對于首行LED 芯片按預定方向旋轉了一個角度，該角度為90/N的自然數(shù)倍。系統(tǒng)采用所述LED陣列后，各LED芯片出射光通過透鏡和聚焦透鏡后在圖案盤上 的光斑與該LED芯片旋轉方向一致，從而所有LED芯片對應的光斑將在圖案盤上疊加成如 圖5所示的圓形光斑。該圓形光斑消除了上述LED芯片固有缺陷在特定位置反復疊加造成 的圖像暗區(qū)，一定程度上改善了圖象的亮度和色度均勻性。
6
作為上述實施例的替換，本發(fā)明LED陣列中左半部的各LED芯片還可以擺放成除 首個外的每一個LED芯片都相對于首個LED芯片按所述方向旋轉了一個角度，設M為該左 半部的LED芯片數(shù)量，則該角度為90/M的自然數(shù)倍；各LED芯片的旋轉角度各不相同。根 據(jù)本發(fā)明精神，LED陣列中的各LED擺放方式還可以根據(jù)上述兩個實施例進行組合，亦在本 發(fā)明保護范圍內(nèi)，不在此贅述。所述N越大則光斑轉圓的效果越好。鑒于LED陣列規(guī)模的擴大，本發(fā)明LED陣列 中的LED芯片總行數(shù)可以是N的自然數(shù)倍，以上述N行LED芯片的排布規(guī)律為單位重復進 行排布。為使設計簡化，每一所述LED陣列上的各LED芯片最好為一同色LED芯片。本發(fā)明舞臺燈光照明系統(tǒng)在光輸出功率滿足要求的前提下，可以將圖1所示的系 統(tǒng)簡化為僅采用一個本發(fā)明LED陣列及一個透鏡陣列，直接把由所述透鏡陣列輸出的近平 行光射往聚焦透鏡來聚焦到所述圖案盤上?；蚩梢院喕癁椴捎脙蓚€所述LED陣列、兩個透 鏡陣列及一個合色濾光片，該合色濾光片分別通過透射和反射的方式將來自該兩個透鏡陣 列的兩束近平行光束匯聚成一束，投射往所述聚焦透鏡。所述合色濾光片可以是二向色片， 還可以是鍍有分光濾光膜的透光片，例如但不限于玻璃片。在系統(tǒng)結構容許的條件下，圖1中所示的X型合色濾光裝置還可以被兩片二向色 片或鍍有分光濾光膜的玻璃片所替換。如圖7所示，先用其中一片二向色片或鍍有分光濾 光膜的玻璃片來匯聚所述三束近平行光束中的兩束，再與另一束通過另一片二向色片或鍍 有分光濾光膜的玻璃片來匯聚成一束。為了使輸出在本發(fā)明系統(tǒng)圖案盤上的光斑亮度及色度更均勻，本發(fā)明系統(tǒng)還可以 改進成如圖2所示，還包括一介于所述聚焦透鏡4與圖案盤6之間的截頭圓錐棒5，該截頭 圓錐棒5的側面具有光反射作用。光束通過所述聚焦透鏡4聚焦到該截頭圓錐棒6上下 底面中較小的一面，所述上下底面的另一面靠近所述圖案盤6中的圖案片，距離以小于15 毫米為佳。所述截頭圓錐棒5可以是側面拋光的實心玻璃棒，或者是側面鍍有反射膜的空 心棒，使該空心棒的內(nèi)表面光反射率大于60%為佳。光線在足夠短的截頭圓錐棒5內(nèi)反射 2 3次后，由于光線方向被打亂，射在圖案盤6上的光斑將具有極好的亮度均勻性。此外本實施例中，所述截頭圓錐棒5還可以以上下底面中較大的一面朝向所述聚 焦透鏡4，另一面靠近所述圖案盤。因為所述較大的一面不必處于聚焦透鏡4的聚焦面上， 將有利于使系統(tǒng)結構更為緊湊。經(jīng)光學軟件模擬，本發(fā)明LED陣列將提高舞臺燈光照明系統(tǒng)對發(fā)光源的光利用 率，從而比現(xiàn)有技術提高了舞臺燈光照明系統(tǒng)的光輸出功率。
權利要求
一種舞臺燈光照明系統(tǒng)，包括光出射口和封裝在散熱基板上的LED陣列，其特征在于還包括與所述LED陣列相對應的包括復數(shù)個透鏡的透鏡陣列，每一所述透鏡對準一LED以將該LED的輸出光準直成近平行光；還包括一聚焦透鏡，由所述透鏡陣列輸出的近平行光匯聚成的光束通過該聚焦透鏡聚焦到所述光出射口上；所述LED陣列包括復數(shù)個LED芯片，這些LED芯片按行和列規(guī)則排布，其中N行LED芯片是按下列規(guī)律在所述散熱基板上進行排布和封裝的所述N行LED芯片被平均分成左半部和右半部，其中左半部擺放的各LED芯片按一個方向分別旋轉了一個該LED芯片預定的角度；右半部各LED芯片的擺放角度相同于左半部中與該LED芯片關于陣列中心點對稱的LED芯片的擺放角度；其中N為大于或等于6的自然數(shù)。
2.根據(jù)權利要求1所述的舞臺燈光照明系統(tǒng)，其特征在于該舞臺燈光照明系統(tǒng)包括兩個所述LED陣列及兩個所述透鏡陣列，還包括一個合色濾 光片；該合色濾光片分別通過透射和反射的方式將來自該兩個透鏡陣列的兩束近平行光束 匯聚成一束，投射往所述聚焦透鏡。
3.根據(jù)權利要求1所述的舞臺燈光照明系統(tǒng)，其特征在于該舞臺燈光照明系統(tǒng)包括三個所述LED陣列及三個所述透鏡陣列，還包括一個分光合 色裝置；該分光合色裝置通過透射或反射的方式將來自三個透鏡陣列的三束近平行光束匯 聚成一束，投射往所述聚焦透鏡。
4.根據(jù)權利要求3所述的舞臺燈光照明系統(tǒng)，其特征在于所述分光合色裝置為一個X型合色濾光裝置，該X型合色濾光裝置的三個光入口端分 別對準一個對應的所述透鏡陣列。
5.根據(jù)權利要求1 3任一項所述的舞臺燈光照明系統(tǒng)，其特征在于每一所述LED陣列上的各LED芯片均為一同色LED。
6.根據(jù)權利要求1各權利要求所述的舞臺燈光照明系統(tǒng)，其特征在于還包括一介于所述聚焦透鏡與光出射口之間的截頭圓錐棒，該圓錐棒的側面具有光反 射作用。
7.根據(jù)權利要求6所述的舞臺燈光照明系統(tǒng)，其特征在于還包括設置在所述光出射口處用來容納圓形圖案片的的圖案盤，該圖案片與靠近該截 頭圓錐棒的底面之間的距離小于15毫米。
8.根據(jù)權利要求1所述的舞臺燈光照明系統(tǒng)，其特征在于，所述左半部的各LED芯片擺放成除首行外的每一行中的LED芯片都相對于首行LED 芯片按所述方向旋轉了一個角度，該角度為90/N的自然數(shù)倍；各行之間LED芯片的旋轉角 度各不相同；或擺放成所述左半部的各LED芯片擺放成除首個外的每一個LED芯片都相 對于首個LED芯片按所述方向旋轉了一個角度，設M為該左半部的LED芯片數(shù)量，則該角度 為90/M的自然數(shù)倍；各LED芯片的旋轉角度各不相同。
9.一種LED陣列，包括封裝在散熱基板上的復數(shù)個LED芯片，這些LED芯片按行和列規(guī) 則排布；其特征在于，其中N行LED芯片是按下列規(guī)律在所述散熱基板上進行排布和封裝的所述N行LED 芯片被平均分成左半部和右半部，其中左半部擺放的各LED芯片按一個方向分別旋轉了一個該LED芯片預定的角度；右半部各LED芯片的擺放角度相同于左半部中與該LED芯片關 于陣列中心點對稱的LED芯片的擺放角度；其中N為大于或等于6的自然數(shù)。
10.根據(jù)權利要求9所述的LED陣列，其特征在于，所述左半部的各LED芯片擺放成除首行外的每一行中的LED芯片都相對于首行LED 芯片按所述方向旋轉了一個角度，該角度為90/N的自然數(shù)倍；各行之間的LED芯片旋轉角 度各不相同；或擺放成除首個外的每一個LED芯片都相對于首個LED芯片按所述方向旋 轉了一個角度，設M為該左半部的LED芯片數(shù)量，則該角度為90/M的自然數(shù)倍；各LED芯片 的旋轉角度各不相同。
11.根據(jù)權利要求9所述的LED陣列，其特征在于該LED陣列的LED芯片總行數(shù)為N的自然數(shù)倍，以所述N行LED芯片的排布規(guī)律為單 位進行排布和封裝。
全文摘要
一種舞臺燈光照明系統(tǒng)，尤其包括一與所述LED陣列相對應的包括復數(shù)個透鏡的透鏡陣列，以將LED的輸出光準直成近平行光；一聚焦透鏡，將所述近平行光匯聚成的光束聚焦到該照明系統(tǒng)的光出射口；一LED陣列，包括封裝在散熱基板上的復數(shù)個LED，其中N行LED的排布遵循下列規(guī)律該N行LED被平均分成左半部和右半部，其中左半部擺放的各LED芯片按一個方向分別旋轉了一個該LED芯片預定的角度；右半部各LED芯片的擺放角度相同于左半部中與該LED芯片關于陣列中心點對稱的LED芯片的擺放角度。采用本發(fā)明，可將LED陣列的方形輸出光斑轉換成圓形，從而提高了系統(tǒng)的光利用率。
文檔編號F21V5/04GK101907230SQ20091010767
公開日2010年12月8日 申請日期2009年6月5日 優(yōu)先權日2009年6月5日
發(fā)明者張權, 李屹, 胡新兵, 高志軍 申請人:深圳市光峰光電技術有限公司