[发明专利]固态发光装置、固态发光光源、照明装置及其控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及固态照明领域，特别是涉及基于固态照明的舞台照明及其控制方法。

背景技术

在现有固态照明技术中，多色固态发光器件同时使用以得到不同颜色、不同亮度的混合发光或单色发光的方法已经得到普遍应用。例如，在灯具中使用红色、绿色、蓝色三组LED(Light Emitting Diode)，通过控制三组LED的驱动电流来分别控制其强度，可以控制灯具最终发射的光线的颜色和亮度。

一个现有的LED灯具的光学结构示意图如图1所示。其中，LED阵列101发出的光经过透镜阵列102准直后入射于聚焦透镜103，经过聚焦透镜103聚焦后入射于一个光阑或图案盘104表面，经过该光阑或图案盘104过滤产生特定的外形或图案后，经过投射镜头105投射发光。

控制LED发光强度的方法分为两类。第一类是使用脉冲驱动LED的方式，通过控制脉冲的脉宽、占空比等参数来控制LED的亮度；这类方法具有调制方便、准确的优点，但存在一个问题：对于需要摄像的照明领域(例如舞台照明)，摄像机及其播放设备(例如电视)都具有特定的刷新频率，例如在我国该频率为60赫兹，在国外则可能为50赫兹。如果LED调制脉冲的频率不够高，则LED的亮度变化将会与摄像的刷新频率发生“拍频”现象，即在摄像及其播放设备中看到灯光的闪烁。当然，提高LED调制频率是可以解决这个问题的，但是此时该驱动电路的结构就比较复杂且成本高昂。

控制LED发光强度的第二类方法是使用直流驱动LED的方式，例如通过控制LED的驱动电压或电流来控制LED的强度。由于LED是直流点亮的，因此不存在上述的“拍频”问题，但这种方法的问题在于：LED具有驱动的阈值，当驱动电流或电压低于这个阈值则LED不发光，而当驱动电流或电压达到这个阈值时LED立刻发光，即在阈值附近LED的控制存在突变的特性，不是连续变化的。另一方面，LED的工作阈值也不是固定不变的，而是可能随着温度等外界条件而变化的。因此当需要LED工作于很低的亮度状态时，有可能由于使LED工作于驱动阈值附近而不稳定，进而发生低亮度下的闪烁和突变现象。可以理解，单独一种颜色在低亮度下的闪烁和突变，会引起灯具发射的混合光的颜色的闪烁和突变，而人眼对于颜色的变化是非常敏感的，这严重影响了LED灯具的使用性能。

例如，如图1所示的灯具的LED阵列中，所有的LED都是串联的并以恒流驱动的方式控制的，因此可以通过改变LED阵列的驱动电流来改变灯具的发光亮度。一般来说，灯具的亮度控制为多级的灰阶控制，如256级灰阶，表示其亮度范围为0至255。亮度为255时灯具为最亮状态，此时LED阵列的驱动电流为最大，假设这个最大电流值为1A。当希望灯具出射的亮度灰阶为0时，只要关闭LED阵列使其不发光即可，而当希望灯具出射的亮度灰阶为1时，此时必须控制LED阵列的驱动电流，使得LED阵列的亮度达到1A下驱动时的1/255，其电流可能是10mA。LED的驱动阈值电流与很多因素有关，例如生产工艺、厂商品牌、封装方法等等，一般来说在5mA至50mA不等。在这种情况下，10mA的驱动电流可能造成该LED阵列的驱动不稳定，即有些LED可以点亮有些则不能，或者有时能点亮而有时不能。另一方面，当希望灯具出射的亮度灰阶增大时，LED阵列的驱动电流也将增大，在某一个灰阶时，随着LED的发光控制归于正常，灯具的发光在这个灰阶可能发生突然变亮的现象。

因此，需要一种固态发光装置和相应的控制方法，解决低亮度下的工作不稳定的问题。

发明内容

本发明解决的主要技术问题是提出一种固态发光装置、固态发光光源、照明装置及其控制方法，同时解决了与摄像刷新频率发生“拍频”现象的问题和低亮度工作下的不稳定的问题。

本发明提出一种发光亮度可调的固态发光装置，包括固态发光芯片组，该固态发光芯片组包括至少两颗固态发光芯片，该固态发光芯片组包括可以独立驱动的至少两个芯片分组，第一分组和第二分组。还包括控制装置，用于接收外部的亮度控制信号，并根据该亮度控制信号采用直流驱动的方式驱动固态发光芯片组发光；当亮度控制信号所代表的灰阶值处于第一灰阶范围时，控制装置只驱动第一分组处于点亮状态，并通过控制第一分组的驱动电压或驱动电流使固态发光装置的发光亮度达到亮度控制信号所代表的灰阶值，同时使第二分组处于关闭状态。其中第一灰阶范围的最低灰阶值等于整个灰阶范围的最低灰阶值，最高灰阶值不大于整个灰阶范围的最高灰阶值的一半。

其中，第一分组的固态发光芯片的数量不多于固态发光芯片组的固态发光芯片总数的一半。