CN101627253A - 用于提供均匀投影照明的方法和设备 - Google Patents

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Abstract

一种投影照明装置(300)包括设置在公共安装板或者衬底(302)上的多个LED封装(301)(例如包括一个或者多个LED结的板上芯片或者表面安装LED组件)。每个LED封装和相应的准直仪(315)有关。在其上设置有多个LED封装/准直仪对的公共安装板包括在板平面中的参考轴(510)(例如，板的垂直或者水平轴)。一个或者多个LED封装设置在公共安装板上，使得它们相对于参考轴(510)顺时针或者逆时针旋转，从而至少两个LED封装具有不同的旋转。从和多个LED封装有关的各个准直仪投射的光在目标光照场(310)中至少部分地重叠，并且至少两个LED封装的不同旋转促进目标光照场中大致均匀的照明。

Description

用于提供均匀投影照明的方法和设备
技术领域
本发明通常涉及投影照明装置以及在该装置内布置光源和光学结构，以提供大致均匀的投影照明的方法。
背景技术
投影照明装置将光聚集在特定的方向。这些装置已经在各种各样的剧院、电视机、建筑上的和通常的光照应用(例如，高层投影、聚光灯光照、半导体组件、医疗/科学仪表、机场跑道和高层建筑的光照，等等)中使用了很多年。典型地，这些装置包括邻近于凹面反射器安装的白炽灯或者气体放电灯，所述反射器将光反射通过透镜组件，以朝着目标物体在相当长的距离上投射狭窄的光束。
近年来，发光二极管(LED)同样已经应用于一些种类的投影照明装置中。尤其是，单个或者多个LED的表面安装或者板上芯片组件已经在工业中引起了关注，用于在需要和产生狭窄光束(以提供光照的紧聚焦/低几何扩散)组合的高亮度应用中。“板上芯片”(COB)LED组件通常指的是在其中构造一个或者多个LED结的一个或者多个半导体芯片(或者“裸片”)，其中芯片直接安装(例如粘接)到印刷电路板(PCB)上。然后芯片线焊接到PCB上，在这之后可以用一滴环氧树脂或者塑料来覆盖芯片和线连接。一个或者多个这样的LED组件，或者“LED封装”可以再安装到照明装置的公共安装板或者衬底上。
对于含有LED芯片或者裸片的一些狭窄束应用，光学元件可以和LED板上芯片组件一起使用，以促进产生的光聚焦，从而生成狭窄束的准直光。准直光是其射线平行的光，并由此具有平坦的波阵面。用来准直可见光的光学结构(通常称为“准直仪透镜”或者“准直仪”)在本领域是已知的。这些结构捕获由光源发射的光，并使所述光改变方向，以改善它的方向性。一个这样的准直仪是全内反射(“TIR”)准直仪。TIR准直仪包括反射内表面，设置该内表面，以捕获由准直仪对着的光源发射的大部分光。常规TIR准直仪的反射表面典型地是圆锥形的，也就是，来源于抛物线、椭圆或者双曲线的曲线。
参考图1，常规TIR准直仪100收集由LED光源112(其可以包括包含一个或者多个LED结的LED板上芯片组件，或者“LED”封装)发射的光，并引导光，使得它在顶部113出射准直仪。一些光从源112、通过初级光学镜114进入第一腔室116，通过中心位置的透镜118，并经由第二腔室120传播出去。光的剩余部分经由透明表面122或者凸缘124出射，所述透明表面122或者凸缘124用来将准直仪100维持在保持器(未示出)中。没有通过中心透镜的光入射在内侧壁126上，并且当它经过第一腔室中的空气进入准直仪的塑料材料时被折射。其后，它在内反射表面129被反射。当反射光在从准直仪的塑料体传播到环境空气中时，其在透明表面122再次被折射。反射表面是圆锥形的，使得准直仪的横截面外形在反射表面处是抛物线形的，如图1所示。
在图1所示的准直仪中，在反射表面129处的反射通过全内反射发生，这对反射表面的整体形状和横截面外形的曲率设立了约束。由于在准直仪100的折射系数和环境空气的折射系数之间存在差异，所以斯涅尔(Snell)定律适用并限定入射角的临界角，所述入射角由入射光线相对于反射表面的法线形成。也就是，对于超出临界角的入射角，所有的光被反射，而且没有光通过反射表面129或者沿着表面129传输，由此提供全内反射。对于塑料(大约1.59的折射系数)-空气(1的折射系数)界面，临界角大约是39度。因此，反射表面129倾斜，以对大部分光提供大于大约39度的入射角。
理论上，常规准直仪能够在焦点处产生来自理想点源的精确准直光。然而，当这些准直仪用在具有可感知表面区域的光源(例如LED光源)的实际应用中时，光没有完全准直，而是引导到发散的圆锥束中。例如，从常规LED源(例如COB LED组件)输出的光可以在具有大约110度束发散的锥形物(也就是，在光传导方向上对于中心轴的任一侧大约55度)中发射，并且类似于图1所示的准直仪可以使产生的光改变方向进入具有大约10度的发散的更狭窄锥形束中(也就是，对于中心轴的任一侧大约5度)。
在含有LED封装(例如，包括一个或者多个结的COB LED组件)和相应准直仪的一些狭窄束应用中，芯片或者裸片成像的现象可能是有问题的。尤其是，在相对小的准直仪和LED封装一起使用的情况中，LED封装发光部分的一般方形形状或者矩形形状(也就是，在封装中一个或者多个芯片的布置)可能在从准直仪投射的光的远场发光分布图案中生成类似的方形或矩形形状。以这种方式，由于准直，LED封装发光部分的方形或者矩形形状可以在远场中“成像”，这在某些情况中可能导致非预期的发光非均匀性。而且，利用包括产生各个不同光波长的多个结的LED封装(“多色封装”，例如RGGB、BGGA和RGBW)，对狭窄束的光学设计挑战甚至更大，这是由于封装内部的颜色不一致。
发明内容
本发明的不同实施例通常目的在于提出基于LED的投影照明装置，以及在该装置中布置光源和光学器件，以促进目标光照场中均匀光照的方法。
在一个示例实施例中，投影照明装置包括设置在公共安装板或者衬底上的多个LED封装(例如，板上芯片或者表面安装的LED组件，其每一个都包括一个或者多个LED结)，其中，每个封装和对应的准直光学***(“准直仪”)有关。在一个方面，在其上设置有多个LED封装的公共安装板包括在板平面中的参考轴(例如，板的垂直或者水平轴)。一个或者多个LED封装设置在板上，使得它们相对于参考轴顺时针或者逆时针旋转，以便至少两个LED封装具有不同的旋转。从与多个LED封装有关的各个准直仪投射的光在目标光照场中至少部分地重叠，并且至少两个LED封装的不同旋转促进目标光照场中大致均匀的光照。
如以下更详细讨论的，本发明一个实施例涉及一种照明设备，其包括基本上平坦的安装板，所述安装板具有在由安装板限定的第一平面中的第一参考轴和设置在安装板上的多个基于LED的光源。每个光源具有表示光源取向的第二参考轴，对于多个光源中的所有光源，同等地指定每个光源的第二参考轴。多个基于LED的光源设置在安装板上，使得多个光源中的第一光源相对于安装板的第一参考轴的第一取向与多个光源中的至少一个其他光源相对于安装板的第一参考轴的至少一个其他取向是不同的。
本发明另一个实施例涉及一种提供均匀投影照明的方法，方法包括在基本上平坦的安装板上布置多个基于LED的光源，使得多个基于LED的光源中的至少两个基于LED的光源在公共安装板上具有不同的取向。当多个基于LED的光源通电时，其朝向目标光照场投射相应的多个准直光束，光束在目标光照场中至少部分地重叠。
本发明另一个实施例涉及一种投影照明装置，其包含基本上平坦的安装板，所述安装板具有在由安装板限定的第一平面中的第一参考轴，和设置在安装板上的多个LED封装。每个LED封装包含多个LED芯片的板上芯片组件和耦合到板上芯片组件的准直仪。每个LED封装具有表示封装取向的第二参考轴，对于多个封装中的所有封装，同等地指定每个封装的第二参考轴。多个LED封装设置在安装板上，使得每个封装相对于安装板的第一参考轴具有唯一的取向。
为了本发明的公开内容，如这里所使用的，术语“LED”应该理解为包括任何电致发光二极管或者为了响应电信号能够产生辐射的其他种类的载流子注入/结基***。因此，术语LED包括但不局限于为了响应电流而发光的不同的基于半导体的结构、发光聚合物、有机发光二极管(OLED)、电致发光带，等等。
具体地，术语LED指的是所有类型的发光二极管(包括半导体和有机发光二极管)，所述发光二极管可以配置成在红外光谱、紫外光谱和可见光谱的不同部分中(通常包括从大约400纳米到大约700纳米的辐射波长)的一种或者多种中产生辐射。LED的一些实例包括，但不局限于不同种类的红外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(下面进一步讨论)。还应当理解的是，LED可以配置和/或控制成产生具有给定光谱(例如，窄带宽、宽带宽)不同带宽(例如，半峰全宽或者FWHM)的辐射，和在给定的一般颜色类别之内的多种主波长。
例如，配置成产生基本上为白光的LED(例如白色LED)的一种实现可以包括分别发射电致发光的不同光谱的多个裸片，所述光谱混合合并形成基本上为白光。在另一种实现中，白光LED可以和将具有第一光谱的电致发光转化成不同的第二光谱的磷光体材料有关。在这种实现的一个实例中，具有相对短波长和窄带宽光谱的电致发光“抽取”磷光体材料，其再辐射具有略宽光谱的较长波长辐射。
还应当理解的是，术语LED不局限于物理和/或电封装种类的LED。例如，如上面所讨论的，LED可以指的是具有配置成分别发射不同辐射光谱的多个裸片(例如，其可以是或者可以不是单独可控制的)的单发光器件。同样，LED可以和认为是LED整体部分的磷光体有关(例如，一些种类的白色LED)。一般来说，术语LED可以指的是封装LED、非封装LED、表面安装LED、板上芯片LED、T封装安装LED、辐射封装LED、功率封装LED、包括一些种类的罩和/或光学元件(例如，扩散透镜)的LED，等等。
术语“光源”应该理解为指的是多种辐射源中的任何一种或者多种，其包括，但不局限于基于LED的光源(包括如上限定的一个或者多个LED)，白炽源(例如，白热丝灯、卤素灯)、荧光源、磷光体源、高强度放电源(例如，钠蒸汽、汞蒸汽和金属卤化物灯)、激光、其他种类的电致发光源、热发光源(例如，火焰)、非高温发光源(例如汽灯罩、炭弧辐射源)、光致发光源(例如，气体放电源)、使用电子饱和的阴极发光源、电化学发光源、结晶发光源、运动发光源、热电发光源、摩擦发光源、声致冷光源、辐射发光源和发光聚合体。
给定光源可以配置成在可见光谱之内、可见光谱之外或两者的组合中产生电磁辐射。因此，术语“发光”和“辐射”在这里交替使用。另外，光源可以包括作为整体部件的一个或者多个过滤器(例如，颜色过滤器)、透镜或者其他光学部件。而且，应当理解的是，光源可以配置用于多种应用，所述应用包括，但不局限于，指示、显示和/或光照。“光照源”是特别配置成产生具有足够强度、以有效地光照内部或者外部空间的辐射的光源。在该文中，“足够强度”指的是为提供环境光照(也就是，可以被直接感知的光，以及可以是例如在被整体或者部分感知之前，从多个干涉表面的一个或者多个中反射掉的光)，在空间或者环境中产生的可见光谱中的足够辐射功率(在辐射功率或者“光通量”方面，单位“流明”通常用来代表在所有方向中从光源输出的总的光)。
术语“光谱”应该理解为指的是由一个或者多个光源产生的任何一种或者多种辐射频率(波长)。因此，术语“光谱”不仅指的是可见范围内的频率(或者波长)，还指红外线、紫外线和整个电磁光谱的其他区域中的频率(或者波长)。而且，给定光谱可以具有相对狭窄的带宽(例如，具有基本上很少的频率或者波长成分的FWHM)或者相对宽的带宽(具有不同相关强度的几个频率或者波长成分)。应当理解的是，给定光谱可以是混合两种或者多种其他光谱的结果(例如，混合从多个光源分别发射的辐射)。
为了这种公开，术语“颜色”和术语“光谱”交替使用。然而，术语“颜色”通常用来主要指的是由观察者可察觉的辐射特性(虽然这种使用不意味着限制该术语的范围)。因此，术语“不同颜色”暗指具有不同波长成分和/或带宽的多个光谱。还应当理解的是，术语“颜色”可以连同白光和非白光一起使用。
术语“色温”在这里通常连同白光一起使用，尽管这种使用不意味着限制该术语的范围。色温基本上指的是白光的特殊颜色内容或者阴影(例如微红、带蓝色的)。给定辐射样品的色温特征常规地根据黑体辐射体的开尔文(K)度的温度确定，所述黑体辐射体基本上辐射和正被讨论的辐射样品相同的光谱。黑体辐射体温度一般落在从大约700K(典型地认为人眼最初看见的)到超过10000K的范围内；白光通常在大于1500-2000K的色温时是可感知的。
较低的色温通常表示具有更明显红色成分或者“较暖和感觉”的白光，同时较高的色温通常表示具有更明显蓝色成分或者“较凉感觉”的白光。举例来说，火具有大约1800K的色温，常规的白炽灯泡具有大约2848K的色温，早晨的日光具有大约3000K的色温，阴暗的中午天气具有大约1000K的色温。在具有大约3000K色温的白光下观看到的颜色图像具有相对微红色的色调，然而，在具有大约1000K色温的白光下观看到的相同颜色图像具有相对的带蓝色色调。
术语“照明装置”在这里用来指得是在特殊形状因数、组件或者封装中的一个或者多个照明单元的实现或者布置。术语“照明单元”在这里用来指的是包括相同或者不同种类的一个或者多个光源的设备。给定照明单元可能具有多种光源安装布置、密封/壳体布置和形状，和/或电和机械连接结构中的一种。另外，给定照明单元可以任意地和涉及光源操作的其他不同部件(例如，控制电路)有关(例如，包括耦合和/或封装在一起)。“基于LED的照明单元”指的是包括如上所述的、单独的或者和其他非LED光源组合在一起的一个或者多个LED光源的照明单元，。
应当理解的是，前述概念和在下面更具体讨论的附加概念的所有组合都希望作为在这里公开的本发明的主题的一部分。尤其是，在该公开内容最后出现的要求保护的主题的所有组合都希望作为在这里公开的本发明主题的一部分。应当理解的是，这里明确使用的、还可能在引作参考的任何公开中出现的术语应当和在这里公开的特殊概念最一致的意义相符。
附图说明
在图中，类似的附图标记在所有的不同图中通常指代相同的部分。而且，附图没必要按照尺寸画出，相反重点通常放在图示本发明的原理。
图1是常规LED准直仪的横截面图。
图2图示了根据本发明实施例的典型投影照明装置的简化顶视图。
图3图示了根据本发明一个实施例、图2的照明装置的示意性侧视图，其示出了由照明装置光照的目标场。
图4是用于投影照明装置的远场发光分布图案的放大图，以证明芯片或者裸片成像的现象。
图5图示了根据本发明的另一个实施例、应用多色LED封装的投影照明装置。
图6图示了根据本发明的另一个实施例、应用相同颜色LED封装的投影照明装置。
具体实施方式
以下是涉及根据本发明公开内容、用于提供均匀投影照明的方法和设备的不同概念以及本发明实施例的更详细描述。应当理解的是，以上所介绍的以及以下更详细讨论的主题的不同方面可以以多种方法来实现，因为主题不局限于任何特殊实现方式。提供特殊实现和应用的实例主要是为了说明的目的。
图2图示了根据本发明的一个实施例、示例投影照明装置300的简化顶视图。照明装置300包括设置在公共安装板302上的多个光源301。在该实施例的一个方面，每一个光源301可以包括“LED封装”，例如包括在其中构造一个或者多个LED结的一个或者多个半导体芯片(或者裸片)的板上芯片(chip-on-board)LED组件，其中芯片直接安装(例如，粘接)到印刷电路板(PCB)上。在图2的示例装置中，出于说明的目的，每个光源301描述为包括设置在相应六角形形状PCB 307上的一个或者多个基本上矩形的LED芯片303，其中，包含芯片303和PCB 307的每个光源301依次设置到公共安装板302上。
在不同的方面，图2中所示的照明装置300的给定光源301可以包括在单芯片303上形成的单LED结，或者在多芯片303上形成并设置在相同的PCB 307上的多个LED结。例如，在一个方面，包括一个或者多个LED结的给定光源301在通电时基本产生单一的辐射光谱。在其他的实现中，给定光源301可以是“多色LED封装”并包括在通电时产生多个不同辐射光谱的多个LED结(例如多芯片303)。因此，应当理解的是，根据本发明的给定照明装置300可以配置成基本产生单一的辐射光谱(其中，每个光源301基本产生相同的辐射光谱)，或者可以配置成产生多个辐射光谱(其中光源301的一些或者全部都是多色LED封装)。在一个典型实施中，装置300的一个或者多个光源301可以是用于产生单一辐射光谱的
Figure G2007800439337D00081
XR-E LED封装(可以从Durham，North Carolina有限公司买到)。在另一个典型实现中，装置300的一个或者多个光源301可以是OSTAR-Projection LE ATB A2A LED封装，其是配置成产生琥珀色、绿色和蓝色的四个结封装(可以从OSRAM OptaSemiconductors GmbH买到)。另外，尽管图2图示了设置在公共安装板302上的十个光源301，但是需要理解的是，根据本发明不同实施例的照明装置不局限于这一点，因为不同数量的光源可以设置和布置在公共安装板302上，并包括在照明装置300中。
如图2所示，每个光源301可以和类似于图1所示的、包括反射器305和透镜307的准直光学***或者“准直仪”315相关。在一个方面，透镜307可以包括投影透镜***，例如适于捕获光、并在理想方向中引导光的凸透镜。在另一方面，准直仪315可以基于上面结合图1讨论的TIR原理。在图2的绘图中，由于图示的透视，准直仪示为相对于相应的光源稍微偏离中心。图3图示了照明装置300的示意性侧视图，所述照明装置300示出了四个光源301和它们相应的准直仪315。如图3所示，根据一个实施例，布置光源和准直仪，使得照明装置300产生照射在目标光照场310上的辐射高强度狭窄束320，并且从每个准直仪/光源对投射的各个辐射束320A、320B、320C和320D在光照场中基本上基本上重叠，以形成狭窄束320。
在含有LED封装(例如，包括一个或者多个结的COB LED组件)和相应准直仪的某些狭窄束应用中，芯片(chip)或者裸片(die)成像的现象可能是有问题的。尤其是，在相对小的准直仪和LED封装协同使用的情况中，LED封装本身的发光部分(例如一个或者多个芯片)的整体几何形状可能在从准直仪投射的辐射远场发光分布图案中生成类似的外形。图4描绘了该现象的放大图示。典型的照明装置300包括安装在公共安装板302上的六个六边形的光源301；为了下面的描述，假设每个光源的实际发光部分是六边形的形状并耦合到相应的准直仪(图4未示出)，并且光源朝着目标光照场310投射各个辐射束(例如，束320A，320B，320C)(实际上，如上所述，包括一个或者多个芯片的LED封装的发光部分通常是正方形或者矩形)。从每个光源/准直仪对投射的束至少部分地重叠，以形成照射在目标光照场310上的狭窄辐射束320。如图4所示，在一些例子中，照射在目标光照场310上的狭窄辐射束320的远场发光分布图案可以具有类似于光源芯片形状的一般形状；以这种方式，LED封装的发光部分由于准直可以在远场中“成像”，并且在一些情况中可能导致不期望的发光不均匀性。而且，利用包括产生各个不同光波长的多个结的LED封装(“多色封装”，例如RGGB、BGGA和RGBW)，在目标光照场310中可能产生光谱的非均匀性，其中，多色封装的各个不同源光谱聚集在目标光照场的不同区域中(而不是在整个目标光照场混和/混合)。
根据本发明的一个实施例，为了明显地减少以及在一些情况中消除不期望的发光和/或目标光照场310的光谱不均匀性，选择单个光源在公共安装板302上相对彼此的取向，使得在目标光照场中至少部分重叠的它们的各自光投影在目标光照场中产生基本均匀的光照。
再次参考图2，在一个实施例中，为照明装置的公共安装板302选择第一参考轴。例如，如果公共安装板是如图2所示的矩形，可以选择平行于公共安装板一侧的任何线作为第一参考轴。在图2中，第一参考轴510选择为平行于矩形公共安装板302的垂直侧面的“垂直”轴；然而应当理解的是，平行于矩形公共安装板的水平侧面中一个的水平轴可以可替换地作为参考轴。更通常地说，实际上在公共安装板302的平面中的任何线可以作为安装板的参考轴。
另外，指定/选择用于每个光源301的第二参考轴。每个光源的第二参考轴可以根据不同标准中的任何一个来选择，只要对于用在给定照明装置中的所有光源，同等地指定每个光源的光源参考轴，使得当所有光源的参考轴以相同方向排列时，所有光源相对于公共安装板的第一参考轴具有相同的取向。在图2中，用作光源301的每个LED封装的芯片区域具有基本方形或者矩形的形状，并且为了说明，光源轴平行于矩形形状的较长侧面、穿过芯片区域的中心。而且，其他的标准可以用来选择参考轴，以便于表示装置任何给定光源的取向。如图2所示，光源301A具有相应的第二参考轴512A，光源301B具有相应的第二参考轴512B，光源301C具有相应的第二参考轴512C。
根据一个实施例，平行于公共安装板302的第一参考轴510的任何线可以用作装置中任何光源的旋转参考。一旦选择了公共安装板302的第一参考轴，用作光源301的LED封装设置在公共安装板302上，使得至少两个光源相对于第一参考轴的取向是不同的。更具体地，如图2中的实例所示，光源301A旋转，使得它的轴512A相对于平行于第一参考轴510的线510A形成角度514A。类似地，光源301B旋转，使得它的轴512B相对于平行于第一参考轴510的线510B形成角度514B，以及光源301C旋转，使得它的轴512C相对于平行于第一参考轴510的线510C形成角度514C。一般来讲，光源301的任何一个或者多个可以在平行于公共安装板302的平面中、并且相对于平行于第一参考轴510的线以顺时针或者逆时针方式旋转，使得至少两个光源具有不同的旋转/取向(例如，一个光源可以不旋转，也就是0度旋转，同时至少一个其他光源具有非零旋转，或者至少两个光源可以具有各自不同的非零旋转等等)。应当理解的是，可以相对于第一参考轴510测量给定光源的旋转，或者可以测量不同光源之间的旋转。例如在图2的图解中，光源510A和510B之间的总旋转角度由角度514A减去角度514B来确定，然而，光源510B和510A之间的总旋转角度由角度514B减去514C来确定。
在一个实施例中，用作光源301的每个LED封装在照明装置300的公共安装板302上具有唯一的取向/旋转。例如，对于照明装置300中给定数量M的LED封装，任何两个LED封装可以利用在它们的各自轴之间的总旋转角度nA来设置，其中n是从1到M-1的整数，且A是由最大理想旋转跨度Rmax除以M来确定的角度(其中，可以以相同的方向(即，顺时针或者逆时针)测量每个光源相对于第二参考轴510的旋转角度)。
如下面进一步讨论的，在含有多色LED封装的一个典型实现中，最大理想旋转跨度Rmax为360度；换句话说，给定照明装置的总M个封装以均匀的或者由360/M所确定的几乎均匀的增量旋转，以覆盖360度的最大旋转跨度。在含有单色LED封装的另一典型实现中，最大理想旋转跨度Rmax为90度(也就是，M个封装以均匀的或者由90/M所确定的几乎均匀的增量旋转，以覆盖90度的最大旋转跨度)。更通常地来说，最大理想旋转跨度Rmax至少可以部分地基于正被讨论的用于给定装置的LED封装的旋转对称来选择。例如，考虑包括形成基本矩形发光区域的四个不同颜色芯片的多色LED封装。这种封装的旋转对称是360度；也就是，如果在平面中将封装旋转360度，它看上去是相同的(因此对于这种封装的适当Rmax是360度)。在另一个实例中，单色LED封装可以包括形成基本矩形发光区域的四个相同颜色芯片；在该实例中，旋转对称是90度(也就是，如果将封装旋转90度，它看上去相同)，因此适当的Rmax是90度。唯一取向的LED封装可以以不同的图案设置在公共安装板上，只要它们的投影在光照场310中至少部分地重叠，如图3和4所示。
图5图示了根据本发明的一个实施例、应用多色LED封装的投影照明装置400。为了结合各个多色光源的旋转描述上述讨论的概念，在图5中示出了仅仅含有四个多色光源401A、401B、401C和401D的简化实现。应当理解的是，在下面结合图5讨论的概念可以延伸到根据实质上包括任何数量多色光源的本发明的投影发光装置。
参考图5，照明装置400的四个多色光源401A、401B、401C和401D设置在公共安装板402上。用于板402的参考轴表示为轴510。在该实施例的一个方面，光源是多色LED封装，其中，每个LED封装可以包括COB LED组件，所述COB LED组件包括配置成产生四个不同光谱(例如，RGBW)的辐射的至少四个LED结。在另一方面，每个LED封装可以包括四个裸片或者芯片，每个不同的光谱对应一个，使得每个光源的COB LED组件的发光部分具有方形形状。如上所讨论的，一个或者多个其他光源相对于照明装置的一个或者多个其他源没有任何适当旋转时，由于源(芯片或者裸片)成像现象，所以从照明装置投射的狭窄束的远场发光分布外形可能具有“近似方形”的外观。另外，在一些例子中，更明显地，没有对光源进行任何旋转时，如果每个多色LED封装的相同颜色相对于另一个是相同的取向，目标光照场可能遭受光谱的非均匀性。尤其是，如果所有封装基本上具有相同的取向，多色封装的各个不同光源光谱可能在目标光照场的不同区域中聚集(而不是在整个目标照明区域中混和/混合)。
由于图5的四个多色LED封装的360度旋转对称，每个封装以相对于邻近封装90度角度(360/4)设置。更具体地，封装401A具有相对于公共安装板402的参考轴510旋转0度的角度514A的参考轴512A；类似地，封装401B具有相对于参考轴510旋转90度的角度514B的参考轴512B，封装401C具有相对于参考轴510旋转180度的角度514C的参考轴512C，以及封装401D具有相对于参考轴510旋转角度514D的参考轴512D。当各个光源401A、401B、401C和401D投射到目标光照场410时，其图像重叠，使得不同的光谱R(红)、G(绿)、B(蓝)和W(白)投射到光照场中的每个象限，并混合在一起，这改善了目标光照场410中的光谱均匀性。在该典型实施例中，光源成像现象可能仍然导致束图案可能方的外观；然而，光谱的不均匀性得到明显改善。通过应用较大数量的光源使得各个旋转小于90度，除了增加光谱均匀性之外可以明显地减少源成像现象。
上面结合图2-5描述的本发明的概念完全也可以适用于单色多LED封装。例如，图6图示了根据本发明的另一个实施例、应用相同颜色LED封装的投影照明装置600。在一个方面，装置600包括形成用于接收基本圆形的公共安装板602的壳体670，在所述壳体670上设置有多个光源601。在另一方面，壳体670包括按键660，以及公共安装板602包括凹口650，以确定板602在装置中的取向，并为公共安装板602设立参考轴510。在一个典型实现中，每个光源601包括相应的准直仪615，并可能包括单色LED封装，例如，具有基本上方形的封装发光部分的XR-E LED封装(可以从North Carolina，Durham有限公司买到)。由于方形几何形状和单色，所以这种封装的旋转对称是90度。因此，在图6所示的典型实施例中，Rmax可以为90度，并给出应用在装置中的九个光源，角度A是10度，任何两个LED封装利用它们的各自轴之间的总旋转角度nA来设置，其中n是从1到8的整数。
尽管已经描述了几个说明性的实施例，但是要理解的是对于本领域技术人员可以容易地想到不同的改变、变形和改进。这些改变、变形和改进是该公开的一部分，并落在其精神和范围之内。尽管这里展示的一些实例含有功能或者结构元件的特定组合，但是应当理解的是，根据本发明的公开，这些功能和元素可以以其他方式组合，以完成相同或者不同的目的。尤其是，结合一个实施例讨论的动作、元件和特征不意味着排除在其他实施例中的类似或者其他作用之外。因此，上述的描述和附图仅仅举例说明，不意味着限制。

Claims (20)

1.一种照明设备，其包括
基本上平坦的安装板，其具有在由安装板限定的第一平面中的第一参考轴；以及
设置在安装板上的多个基于LED的光源，每个光源具有表示光源取向的第二参考轴，对于多个光源中的所有光源，同等地指定每个光源的第二参考轴，
其中，多个基于LED的光源设置在安装板上，使得多个光源中的第一光源相对于安装板的第一参考轴的第一取向与多个光源中的至少一个其他光源相对于安装板的第一参考轴的至少一个其他取向是不同的。
2.如权利要求1的设备，其中，每个基于LED的光源包含包括多个LED芯片的板上芯片组件的LED封装。
3.如权利要求2的设备，其中，每个基于LED的光源还包含耦合到LED封装的准直仪。
4.如权利要求2的设备，其中，至少第一光源的第一取向至少部分地基于多个LED芯片的至少一个发射光谱。
5.如权利要求4的设备，其中，至少第一光源的第一取向至少部分地基于多个LED芯片的至少一个发射光谱的旋转对称。
6.如权利要求2的装置，其中，多个LED芯片布置在板上芯片组件中，以便于形成具有几何形状的发光区域，以及其中，至少第一光源的第一取向至少部分地基于几何形状的旋转对称。
7.如权利要求1的装置，其中，多个光源的每个光源相对于安装板的第一参考轴具有唯一的取向。
8.一种提供均匀投影照明的方法，方法包含：
在基本上平坦的安装板上布置多个基于LED的光源，使得多个基于LED的光源中的至少两个基于LED的光源在公共安装板上具有不同的取向，其中，当多个基于LED的光源在通电时，其朝向目标光照场投射相应的多个准直光束，光束在目标光照场中至少部分地重叠。
9.如权利要求8的方法，其中：
基本上平坦的安装板具有在由安装板限定的第一平面中的第一参考轴；
每个光源具有表示光源取向的第二参考轴，对于多个光源中的所有光源，同等地指定每个光源的第二参考轴；以及
多个基于LED的光源设置在安装板上，使得多个光源中的第一光源相对于安装板的第一参考轴的第一取向与多个光源中的至少一个其他光源相对于安装板的第一参考轴的至少一个其他取向是不同的。
10.如权利要求9的方法，其中，每个基于LED的光源包含包括多个LED芯片的板上芯片组件的LED封装以及耦合到LED封装的准直仪。
11.如权利要求9的方法，其中，至少第一光源的第一取向至少部分地基于多个LED芯片的至少一个发射光谱。
12.如权利要求11的方法，其中，至少第一光源的第一取向至少部分地基于多个LED芯片的至少一个发射光谱的旋转对称。
13.如权利要求9的方法，其中，多个LED芯片布置在板上芯片组件中，以便于形成具有几何形状的发光区域，以及其中，至少第一光源的第一取向至少部分地基于几何形状的旋转对称。
14.如权利要求9的方法，其中，多个光源中的每个光源相对于安装板的第一参考轴具有唯一的取向。
15.一种投影发光设备，其包括：
基本上平坦的安装板，其具有在由安装板限定的第一平面中的第一参考轴；以及
设置在安装板上的多个LED封装，每个LED封装包含多个LED芯片的板上芯片组件和耦合到板上芯片组件的准直仪，每个LED封装具有表示封装取向的第二参考轴，对于多个封装中的所有封装，同等地指定每个封装的第二参考轴，
其中，多个LED封装设置在安装板上，使得每个封装相对于安装板的第一参考轴具有唯一的取向。
16.如权利要求15的设备，其中，每个封装的唯一取向至少部分地基于多个LED芯片的至少一个发射光谱的旋转对称。
17.如权利要求15的设备，其中，多个LED芯片布置在板上芯片组件中，以便于形成具有几何形状的发光区域，以及其中，每个封装的唯一取向至少部分地基于几何形状的旋转对称。
18.如权利要求15的设备，其中，设置在安装板上的多个LED封装的总数量是M，其中，每个LED封装的旋转对称是Rmax，以及其中，多个封装的任何两个封装之间的旋转角度是nA，其中，A＝Rmax/M，且n是从1到(M-1)的整数。
19.如权利要求18的设备，其中，Rmax等于360度。
20.如权利要求18的设备，其中，Rmax等于90度。
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