固态照明单元和设备的制作方法

1.本实用新型涉及固态发光体照明技术领域，尤其涉及一种矩阵式发光二极管(led) 照明设备。


背景技术：

2.发光二极管由于其发光效率高、性能稳定、热量小、使用寿命长，被广泛应用在照明领域。但是因发光二极管发射的光线是发散的，所以其光线照射距离不远、有效照射面积内的照射强度不高，因此，将发光二极管制作成聚光灯或射灯，尚存在不少技术问题。另外，针对一些大型活动与项目，需要在短时间内安装和拆卸灯光设备，而且不同的应用场景对灯光的照射面积和模式会有不同的要求。


技术实现要素：

3.为了克服上述的现有技术中发光二极管光线照射距离不远、有效照射面积内的照射强度不高的技术问题，以及满足上述的在短时间内安装和拆卸灯光设备，因应不同的场景提供不同的灯光照射面积和模式的要求，本实用新型提供可以灵活组合，方便安装和拆卸发光二极管灯光设备。
4.根据本实用新型的一个方面，提供了一种可与一个或多个相邻照明单元通信的固态照明单元。一种通过以矩阵式布置多个所述固态照明单元而组成的固态照明设备。所述固态照明单元包括：壳体；前盖板，其设置在壳体的前侧；布置在电路板上的多个光源；控制面板,其设置在壳体的背面；驱动模块，其电连接到所述多个光源；一个或多个单元间通信模块，每个单元间通信模块位于所述固态照明单元的对应侧并且配置为与在对应侧连接到所述照明单元的对应相邻照明单元的单元间通信模块进行通信；其中每个单元间通信模块包括：存在检测器，其用于检测所述对应相邻照明单元的存在；存在指示器，其用于向所述对应相邻照明单元指示照明单元的存在；光收发器，其用于与所述对应相邻照明单元中的对应光收发器进行通信；微处理器，其与所述驱动模块和一个或多个单元间通信模块电连接，并配置为控制每个所述单元间通信模块以使得：当对应的存在检测器检测对应相邻照明单元的存在，所述单元间通信模块被启动；当对应的存在检测器未检测到对应相邻照明单元的存在时，所述单元间通信模块被停用；以及控制通信模块，其与微处理器和控制面板电连接并配置为：接收来自控制面板的控制信号；将所述控制信号解码为控制命令；并将所述控制命令传送到所述微处理器；以及其中，所述微处理器还配置为：接收来自所述控制通信模块的所述控制命令；并将所述控制命令传送至一或多个已启动的光收发器，以将所述控制命令转发至一或多个相邻照明单元。
附图说明
5.图1a、1b和1c分别示出了根据本实用新型实施例的可与相邻照明单元通信的固态照明单元的前透视图、后透视图和分解图；
6.图2a示出了根据本实用新型一个实施例固态照明单元的框图；
7.图2b示出了根据本实用新型另一个实施例的固态照明单元的框图；
8.图3a示出了由多个图2a的固态照明单元组成的固态照明设备；
9.图3b示出了由多个图2b的固态照明单元组成的固态照明设备；
10.图4示出了根据本实用新型一些实施例的两个相邻的固态照明单元如何互相通信的示意图；
11.图5a-5b示出了根据本实用新型一些实施例的两个相邻的固态照明单元如何机械连接的示意图；
12.图6-7示出了根据本实用新型一些实施例的板状连接器的结构；
13.图8-17示出了根据本实用新型一些实施例在前盖板上附接了不同的光学零件以组合成不同规格和功能的照明单元；
14.图18-19示出了根据本实用新型一些实施例在前盖板上如何通过磁体与铁片的耦合附接或拆卸不同的光学零件的示意图；
15.图20a-20c示出了根据本实用新型一些实施例安装了可拆卸支撑件的固态照明单元；
16.图21a-21b示出了可拆卸支撑件的结构图；
17.图22a-22b示出了如何把支撑件安装到固态照明单元的示意图；
18.图23a-23b示出了根据本实用新型一些实施例安装了销座的固态照明单元；
19.图24a-24b示出了根据本实用新型另一些实施例安装了销座的固态照明单元。
具体实施方式
20.下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细说明。
21.图1a、1b和1c分别示出了根据本实用新型的一些实施例的可与相邻照明单元通信的固态照明单元的前透视图、后透视图和分解图。
22.图2a示出了根据本实用新型的一个实施例的固态照明单元1a的框图。参考图1a-1c 和2a，固态照明单元1a可包括：壳体11、前盖板12、驱动模块13、单元间通信模块14a
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14b、微处理器15、控制通信模块16、控制面板17和多个光源18。前盖板12设置在壳体11 的前侧。壳体11的材料可以是任何适合注塑成型的塑料。壳体11和前盖板12结合的位置可以密封圈进行密封。壳体11的上下侧可分别布置了附件靴112。附件靴112包括用于接收附件连接件的滑槽1121和用于锁定该附件连接件的弹簧张紧器1122。
23.驱动模块13、单元间通信模块14a-14b、微处理器15、控制通信模块16和多个光源 18布置在金属电路板21上。控制面板17设置在壳体11的背面。
24.多个光源18可排列为二维阵列，位于阵列的四个角落的光源18a-18d以45
°
倾斜放置，从而让整个光源阵列的光强分布更加均匀。每个光源18可以由多个不同波长的发光二极管组成，以最小化各个不同波长色峰的影响，生成均匀的可见色谱。例如，每个光源18 可以由5种不同颜色的发光二极管芯片组装而成。所述5种不同颜色的发光二极管芯片可包括红色led、绿色led、荧光绿色led、蓝色led和荧光琥珀色led。
25.固态照明单元1a还可包括设置在前盖板12和电路板21之间的反射板19。反射板19 具有平面191和从平面191突出的多个窗192，分别对应多个光源18的位置。每个窗的四周分
别具有斜反射面193，从窗192的边缘延伸至平面191，用于反射扩散多个光源18发出的光。
26.固态照明单元1a还可包括内置的散热器22，通过散热胶与金属电路板21以粘合在一起。散热器22的材料可以是任何导热系数高的金属或合金，例如铝。壳体11的侧面可以包括多个通风孔114，配合散热器22的散热片引脚，更有效地发挥散热功能。固态照明单元 1a还可包括磁铁113，设置于壳体11背面中心的位置，以容许固态照明单元1a方便地附接到(磁性)金属表面。
27.驱动模块13电连接到多个光源18。单元间通信模块14a-14b分别位于固态照明单元 1a的相对侧a和b，配置为与在其对应侧连接到照明单元的对应相邻照明单元的单元间通信模块进行通信。
28.单元间通信模块14a-14b可分别包括存在检测器141a-141b，用于检测对应的相邻照明单元的存在。单元间通信模块14a-14b还可分别包括存在指示器142a-142b，用于向对应相邻照明单元指示照明单元的存在。
29.单元间通信模块14a-14b还可分别包括光收发器143a-143b，用于与对应相邻照明单元中的对应光收发器进行通信。光收发器143a包括发射器1431a和接收器1432a。光收发器 143b包括发射器1431b和接收器1432b。
30.微处理器15与驱动模块16和单元间通信模块14a-14b电连接并配置为分别控制单元间通信模块14a-14b以使得：当每个单元间通信模块对应的存在检测器检测到对应相邻照明单元的存在时，单元间通信模块被启动；当每个单元间通信模块对应的存在检测器未检测到对应相邻照明单元的存在时，单元间通信模块被停用。如此，可以避免单元间通信模块在照明单元1a单独使用或在该单元间通信模块的对应侧没有连接相邻照明单元的时候发出信号，对其它附近的照明单元造成干扰。
31.控制通信模块16与微处理器15电连接并配置为：接收控制信号；将控制信号解码为控制命令；并将控制命令传送到微处理器15。控制通信模块16配置为与控制面板17电连以及接收来自控制面板的控制信号。控制通信模块16还可包括无线通信模块用于接收外来的无线控制信号；以及有线通信模块用于接收外来的有线控制信号。无线控制信号可来自外置的控制器，例如专用的遥控器或是安装了专用应用程式的智能设备。无线通信模块可配置为支持各种通信技术，例如蓝牙(bluetooth)、wifi和zigbee
…
等等。有线通信模块可配置为通过数字复用(dmx)数据线或叠加了dmx数据信号的电源线接收有线控制信号。
32.微处理器15还配置为：接收来自控制通信模块16的控制命令；并将控制命令传送至已启动的光收发器，以将控制命令转发至对应的相邻照明单元。
33.照明单元1a可以由内置的电池供电或由外置的电源供电。照明单元1a还可包括电插座，方便连接电源提供持续供电或为内置的电池充电。电插座也可配合专用的充电支架或外壳使用，在单元1a进行充电时防止短路和反极性电源连接。照明单元1a还可以通过叠加了dmx数据信号的电源线和其它照明单元以菊花链形式连接在一起，组成一个单一的照明单元来操作控制。
34.图2b示出了根据本实用新型的另一个实施例的固态照明单元1b的框图。参考图1a
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1c和2b，固态照明单元1b和固态照明单元1a相似。固态照明单元1b和固态照明单元1a的不同之处在于固态照明单元1b包括四个单元间通信模块14a-14d,分别位于固态照明单元1b 的四侧a-d，配置为与在其对应侧连接到照明单元的对应相邻照明单元的单元间通信
模块进行通信。
35.单元间通信模块14a-14d可分别包括存在检测器141a-141d，用于检测对应的相邻照明单元的存在。单元间通信模块14a-14d还可分别包括存在指示器142a-142d，用于向对应相邻照明单元指示照明单元的存在。
36.单元间通信模块14a-14d还可分别包括光收发器143a-143d，用于与对应相邻照明单元中的对应光收发器进行通信。光收发器143a包括发射器1431a和接收器1432a。光收发器 143b包括发射器1431b和接收器1432b。光收发器143c包括发射器1431c和接收器1432c。光收发器143d包括发射器1431d和接收器1432d。
37.在一些实施例中，存在指示器142a-142d可以是磁体，存在检测器141a-141d可以是霍尔效应传感器。光收发器143a-143d可以是任何适合在短距离的自由空间内进行光信号交换的收发器。在一些实施例中，光收发器143a-143d可以是红外线收发器。在一些实施例中，光收发器143a-143d可以基于通用异步收发器(uart)的通信协议与对应相邻照明单元中的对应光收发器进行通信。
38.图3a示出了由多个固态照明单元1ai组成的固态照明设备3a的示意,i＝1，
…
,m， m为正整数。多个固态照明单元1ai并列布置以形成一维阵列。每个固态照明单元1ai可通过两个单元间通信模块分别与两个相邻固态照明单元通信。例如，单元1ai可通过单元间通信模块分别与单元1a
i-1
和单元1a
i+1
进行通信。如此，用户可以通过任何一个固态照明单元1a 的控制面板来操控其它并列的固态照明单元。或者，用户可以通过遥控器或智能设备与任何一个固态照明单元的控制通信模块16连接通信来操控多个固态照明单元1ai。
39.固态照明设备3a中的多个固态照明单元1ai可作为单一的照明单元来操作控制并配置为在同步模式或连锁效应模式下工作。在同步模式下，多个固态照明单元1ai同步地响应用户输入的指令。在连锁效应模式下，多个固态照明单元1ai配置为依次地响应用户输入的指令从而达到一些动态灯光或动画效果。多个固态照明单元1ai在连锁效应模式下工作时，每个固态照明单元中的控制通信模块被配置依次地为该照明单元设置dmx地址。
40.图3b示出了由多个固态照明单元1b
i,j
组成的固态照明设备3b的示意图，i＝1，
…
, m，j＝1，
…
，n，n和m为正整数。多个固态照明单元1b
i,j
并列布置以形成二维阵列。每个固态照明单元1b
i,j
可通过四个单元间通信模块分别与四个相邻固态照明单元通信。例如，单元 1b
i,j
可通过单元间通信模块分别与单元1b
i-1,j
、单元1b
i+1,j
、单元1b
i,j-1
和单元1b
i,j+1
进行通信。如此，用户可以通过任何一个固态照明单元的控制面板来操控其它并列的固态照明单元。或者，用户可以通过与任何一个固态照明单元的控制通信模块16连通的智能设备来操控多个固态照明单元1b
i,j
。
41.固态照明设备3b中的多个固态照明单元1b
i,j
可作为单一的照明单元来操作控制并配置为在同步模式或连锁效应模式下工作。在同步模式下，多个固态照明单元1b
i,j
同步地响应用户输入的指令。在连锁效应模式下，多个固态照明单元1b
i,j
配置为依次地响应用户输入的指令从而达到一些动态灯光或动画效果。多个固态照明单元1b
i,j
在连锁效应模式下工作时，每个固态照明单元中的控制通信模块被配置依次地为该照明单元设置dmx地址。
42.图4示出了两个相邻的固态照明单元1和2如何互相通信的示意图。如图4所示，当照明单元2从照明单元1的a侧接近照明单元1时，照明单元1的a侧的存在检测器141a 会感应到照明单元2的b侧上的存在指示器242b所发出的信号，从而探测到照明单元2的存在。当
存在检测器141a探测到相邻照明单元2的存在之后，照明单元1的a侧上的光收发器143a被微处理器15启动以和相邻照明单元2的b侧上的光收发器243b进行通信。更确切地说，发射器1431a被启动以发射信号到接收器2432b；接收器1432a被启动以接收发射器2431b所发出的信号。
43.另一方面，照明单元2的b侧的存在检测器241b会感应到照明单元1的a侧上的存在指示器142b所发出的信号，从而探测到相邻照明单元1的存在。当存在检测器241b探测到照明单元1的存在之后，照明单元2的b侧上的光收发器243b被照明单元2的微处理器启动以和照明单元1的a侧上的光收发器143a进行通信。更确切地说，发射器2431b被启动以发射信号到接收器1432a；接收器2432b被启动以接收发射器1431a所发出的信号。
44.在存在指示器142a-142d是磁体，存在检测器141a-141d是霍尔效应传感器的情况下，当相邻照明单元2从照明单元1的a侧接近照明单元1时，照明单元1的a侧的霍尔效应传感器会感应到相邻照明单元2的b侧上的磁体所引起的磁场变化，从而探测到相邻照明单元2的存在。另一方面，当相邻照明单元1从照明单元2的b侧接近照明单元2时，照明单元2的b侧的霍尔效应传感器会感应到相邻照明单元1的a侧上的磁体所引起的磁场变化，从而探测到相邻照明单元1的存在。
45.图5a和5b示出了根据本实用新型一些实施例的两个相邻的固态照明单元1和2如何机械连接的示意图。参考图5a，固态照明单元1的壳体11可包括凹槽115和凸块116，分别与固态照明单元2的壳体上对应的凸块和凹槽(未示出)配合，以防止固态照明单元1 和2在组合后相互的移位。参考图5b，任何两个相邻的固态照明单元1和2可通过板状连接器50机械连接。
46.参考图6-7,板状连接器50可包括顶丝51和52、框架53和互连件54。顶丝51和52 分别位于框架53的沿轴线z的两端，互连件54沿着与轴线z正交的轴线y从框架53的中心部分横向突出。互连件54具有块状部件543和沿轴线z与块状部件543相对的块状部件 544。互连件54还具有限定在第一侧的凹槽541和限定在与第一侧相对的第二侧的凹槽542, 两者都沿着轴线y延伸穿通互连件54并处于块状部件543和544之间。相应地，当固态照明单元1和2通过板状连接器50机械连接时，互连件54的块状部件543、544分别插入到相邻照明单元1和2的附件靴112的滑槽1121中，并分别由照明单元1和2的附件靴112的弹簧张紧器1122锁定。顶丝51和52可分别用来施加压力到照明单元1和2的背面，从而让照明单元1和2沿轴线y互相对准。框架53还可包括螺纹孔531、532、533和534，用于固定其它的附件。
47.图8-17示出了根据本实用新型的一些实施例在前盖板上附接了不同的光学零件以组合成不同规格和功能的照明单元。
48.参考图8和9，固态照明单元1还可包括凝胶架80。凝胶架80可拆卸地附接在前盖板12上，用于容纳一个或多个彩色滤光片。
49.参考图10和11，固态照明单元1可包括漫射片100。漫射片100可拆卸地附接在前盖板12上并且被配置为散射从所述多个固态光源输出的光。
50.参考图12-13，固态照明单元1可包括凝胶架80、漫射片100和蛋箱格栅调节器120。凝胶架80可拆卸地附接在前盖板12上，用于容纳一个或多个彩色滤光片。漫射片100可拆卸地附接在所述凝胶架80上并且被配置为散射从所述多个固态光源输出的光。蛋箱格栅调节器120可拆卸地附接在所述漫射片100上，用于阻挡被所述漫射片100散射的离轴光。蛋箱格
栅调节器120可以有不同的格栅尺寸。
51.参考图14-15，固态照明单元1可包括增强器140。增强器140可拆卸地附接在前盖板12上，用于增强来自所述多个固态光源的光输出。增强器140可以具有不同的厚度以配合不同的要求。
52.参考图16-17，固态照明单元1还可包括增强器140和蛋箱格栅调节器120。增强器 140可拆卸地附接在在前盖板12上，用于增强来自所述多个固态光源的光输出。蛋箱格栅调节器120可拆卸地附接在增强器140上，用于阻挡离轴光。蛋箱格栅调节器120可以有不同的格栅尺寸。
53.参考图18-19，前盖板12可通过磁体与铁片的耦合，附接或拆卸不同的光学零件(例如凝胶架、漫射片、蛋箱格栅调节器、增强器)，以组合成不同规格和功能的照明单元。如图18所示，前盖板12可包括分别处于四个角的磁体1801，凝胶架可包括分别处于四个角的铁片1802。磁体的形状与铁片的形状吻合，磁体的位置与铁片的位置匹配。如此，可以很方便地把凝胶架附接在前盖板12上或者把凝胶架从前盖板12上拆卸下来。如图19所示，漫射片可包括分别处于四个角的磁体1901，蛋箱格栅调节器可包括分别与磁体对应的处于四个角的铁片1902。如此，可以很方便地把蛋箱格栅调节器附接在漫射片上或者把蛋箱格栅调节器从漫射片上拆卸下来。
54.参考图20a-20c，固态照明单元1还可以包括固定在壳体11上的可拆卸支撑件200。支撑件200可容许固态照明单元1沿水平轴x或垂直轴z旋转，以调节照射的方向。
55.参考图21a和21b，支撑件200可包括：主体201、连接件202、固定元件203、第一支架和第二支架204a、204b。连接件202通过螺钉2081a和2081b、轴承2082a和2082b 铰接至主体201，用于将支撑件200连接至壳体并容许固态照明单元通过支撑件200沿水平轴x旋转以调节照射的方向。固定元件203通过螺钉207a和207b固定在主体201上。固定元件203具有开口2032允许使用电线或电缆扎带把固态照明单元进行固定。第一支架204a 和第二支架204b分别通过螺钉205a和205b可旋转地固定在主体201上，用于容许固态照明单元1通过支撑件200站立在平台上以及沿垂直轴z旋转。
56.参考图22a和22b，连接件202的形状设置为与固态照明单元1的壳体11侧面的附件靴112相匹配。当支撑件200被安装到固态照明单元1的壳体11上时，连接件202可紧密地插入壳体11上的附件靴112。
57.在一些实施例中，如图23a-24b所示，固态照明单元1还可以包括固定在支撑件200 上的销座230以容许固态照明单元1与其他标准的照明设备一起使用。如图23a和23b所示，销座230可以安装在支撑件200的主体201上。换句话说，销座230可以通过支撑件200连接到壳体11的背面。如图24a和24b所示，销座230可以安装在支撑件200的连接件202 上。换句话说，销座230可以通过支撑件200连接到壳体的侧面。
58.选择和描述实施例是为了最好地解释本实用新型的原理及其实际应用，由此使得所属领域的其它技术人员能够理解本实用新型的各种实施例以及适合于所预期的特定用途的各种修改。虽然本文中公开的设备已参考特定结构、形状、材料、物质组成和关系等等加以描述，但这些描述和说明并非限制性的。可进行修改以将特定情形适用于本公开的目标、精神和范围。所有此类修改都预期在所附权利要求书的范围内。