CN101161035A - Led组件、以及制造该led组件的方法 - Google Patents

Abstract

一种用于存储测得的单独LED组件内部的光输出的制造方法，以及一种通过所述方法实现的LED组件。所述方法使用制造测试系统以保持LED光组件距谱输出测量工具受控的距离和角度。对于每一基色LED测量用于所述制造的组件的谱坐标、正向电压和环境测量结果。将所述测量结果记录到所述LED组件内部的存储设备。其后，可以在所述LED组件的使用中利用这些存储的测量结果，以由所述LED组件来提供对光学输出的准确和精确的控制。

Description

LED组件、以及制造该LED组件的方法

技术领域

本发明涉及LED(发光二极管)组件以及制造该LED组件的方法，具体地说，该方法适用于解决LED组件中的不同LED之间的色彩差异的问题。

背景技术

传统光源通常是白炽光或气体放电。每一种都有优点和缺点。虽然传统白炽灯制造不昂贵，但其具有两个缺点。第一，传统照明的输入能量的大部分被浪费在热或红外(不可见)光；仅少量输入能量被转换为可见光。第二，白炽灯的寿命有限，当出现故障时，是灾难性的。传统荧光灯具有较长的寿命，但具有在温度范围内性能的明显变化。在某些较冷的温度，荧光灯根本不运行。卤素光源相对于白炽光源在效率和寿命方面有轻微改进，而成本少量增加。

传统光源可以通过滤波产生确切的色彩。滤波处理发出白光并移除除了所需的特定色彩的光之外的所有光，因此进一步降低了光源的效率。传统光还从光源起向各个方向散播，当目的是对小型物体进行照明时，这可能是不利的。最后，传统光在亮度和输入电流之间具有非线性关系。这种非线性使得难以容易地让光源暗淡。

因为LED的明显较长的寿命、较高的效率以及引导光的能力，所以它克服了传统照明的许多缺点。典型白炽光源的故障间平均时间(MTBF)在10,000小时的量级。LED的MTBF在1-10百万小时的量级。典型地，对于白炽光，仅5％的输入能量被转换为可见光。相似地，对于LED，大约15％的输入能量被转换为可见光。光学输出的流明数除以输入能量的瓦特数的比率是评价效率的另一方式。传统照明为大约17流明/瓦特，而基于(白)光源的LED为大约35流明/瓦特。效率改进等同于降低功耗或对相似施加功率的更高光输入。通常，单独的LED产生低级别的光学输出，这对于作为光源来使用是不够的。将多个LED组合为组件或阵列使得该阵列是可靠的并且是对传统光源的节省成本替代。

当被设计和制造组件中的LED的阵列时，可以按并行、串行或它们的组合而互联。此外，组件中的LED可以是单一基色或多个不同色彩。通过将若干不同色彩组合到一个组件中，可以由光引擎来显示宽范围的指定色彩。因为LED光引擎组件的减少电使用、改进维护成本以及允许动态的定制色彩投射的性能，所以它获得广泛的使用。

LED组件在安防市场也快速替代了照明灯。安防应用可以包括交通灯、塔上的安全灯标、铁路交叉口的告警灯、紧急出口照明、飞机跑道照明，以及许多其它应用。在这些应用中，LED光源获得普及的原因在于：(1)LED的增加的可靠性，以及(2)降低的成本以及修复和维护功能的难度。

当前，基于LED的光引擎在全世界数十万个地方运行于安防应用中。

LED照明的益处还在于建筑和影院应用。这种益处不仅在于能够产生确切和可重复的光以变化情绪和情感，而且还在于能够动态地通过大量光源产生这些色彩的能力。这种实践以多种形式用于多年来的影院照明，最近在对所需求的数字色彩中取得极大改进。对于建筑来说，由于建筑应用中的影院级设施的使用麻烦而导致色彩的实际使用仍旧非常有限。LED照明的前途在于能够以更多有用的形式因素并对于影院和建筑应用两者实时地实现动态色彩。

典型的LED组件包括安装到系统中的多个LED，典型地，所有LED都是单一基色。技术在进步，出现了基于两个、三个、四个或更多基色的LED的组合来产生宽谱色彩的新的需求。正在开发的许多组件包括若干红色LED、若干绿色LED和若干蓝色LED。因为单个LED无法提供用于光引擎的充足的光，所以对于每一色彩需要若干LED。需要不同的LED色彩，从而可以组合不同的色彩以取得宽谱的定制照明效果。

图1示出通用LED组件10。LED组件10包括LED光源11，光源11依次包括由标号——R(红色)、G(绿色)和B(蓝色)——表示的不同色彩的单个LED 12。LED组件11包括LED 12和用于驱动LED的支撑和关联电路。该关联电路和支撑包括：电子支持器或印制电路板(未示出)，其机械地承载LED 12，并提供对LED 12、电源13的电输入，以将输入功率转换为LED 12可用的形式；控制电子装置14，对LED 12适当地进行打开和关闭，对电子信号执行算法以及与较大照明系统中的其它设备进行通信；以及透镜或散光器(未示出)，修改来自若干小的点光源的光外观，以使其看起来让人舒服并对于产品可运作。

然而，LED组件确实具有以下由发明人意识到的缺点。制造时光和电输出特性的变化相当大。因为LED的该制造变化，所以难以实现目标输出色彩。光学输出随着产品寿命而变化；例如，输出强度随时间而恶化。主波长非常依赖于温度。并且，强度随温度增加而下降。

进一步地，对于LED，不同的半导体化合物用于产生不同的色彩。每一化合物将相对于温度以不同速率变化并且长期恶化。这使得RGB(红色、绿色、蓝色)LED的阵列的色彩稳定性很难。

LED光学输出随着输入电流成比例变化这个事实通常是LED的优点；当将LED组件用作对白炽灯的直接替代时，它变成了缺点。这是因为控制系统补偿白炽灯的非线性，并且当使用替代的LED组件，该控制系统产生无意义的输出。

照明控制系统或控制台解决以有限数量的可能色彩规定实现有限数量的光学输出，并可能需要笨重的硬件来实现大型照明系统。

LED的温度变化可能由于两个原因而出现。一个原因在于外部环境。LED光源可以被安装在受控的温度环境中，其示例可以是家庭或办公楼。或者，它们可以被安装在非受控的环境中，在该环境中，温度变化处于人们可居住的范围内或超过该范围。温度变化的第二个原因在于特定系统内的热消散的功效。光学输出特性与管芯温度有关。管芯温度与外部环境有关，但也与从管芯到外界的整个路径的热阻有关。

主波长(以λ_d表示)和光学强度表现出可以计量的随温度变化的变化。在足够的温度变化的情况下，人眼可以识别出主波长的变化。在某些波长(接近于琥珀色)处，2-3纳米的变化是人眼可识别的；在其它波长(接近于红色)，在人眼可以区分色彩转变之前，需要20-25纳米的变化。强度随温度的变化也是可识别的。温度增加60℃可以减少近似于50％的输出。

本领域的当前状况部分地解决了一些问题。通过将LED排序和分档(binning)到相似光特性的分组中来解决LED光学输出的制造变化。已经在用于阵列的控制软件和硬件中模拟了白炽光的光学响应，见美国专利6,683,419。还可以对LED的初始功率输出进行过驱动，这使得在较长时间段期间产生可接受的功率输出。

然而，本领域的当前状况没有解决以下问题。指定色彩的确切色彩生成仍然不可实现。因为一个分档内的LED光特性的大变化，所以LED的分档总是不足以产生对于所有环境而言的精确色彩。温度变化影响了LED输出波长并且对强度没有补偿。

发明内容

因此，本发明的一个目的在于提供一种新颖的LED组件和新颖的制造LED组件的方法，所述LED组件可以高效并一致地提供LED组件的期望的色彩输出。

本发明的更具体的目的在于提供一种新颖的LED组件和新颖的制造LED组件的方法，所述LED组件可以补偿LED组件内的各个LED组件的色彩变化。

本发明通过驱动第一色彩的全部LED并测量所驱动的LED的光学输出的信息来制造LED组件，以实现上述和其它目的。所述信息可以包括第一色彩的LED的色彩信息和正向电压。其后，测量环境条件。进一步地，在LED组件中，存储测得的环境条件和测得的LED的光学输出的光学信息。其后，对LED组件中的每一色彩的LED重复上述操作。

通过执行上述处理，实现了包括多组不同色彩的LED的LED组件。进一步地，LED组件内的控制电子装置通过至少在所述一个测得的环境条件下使用每一LED的所存储的测得光学信息来控制对所述多个LED的驱动。所述LED组件还使用补偿算法来基于所存储的LED的信息和检测到的当前环境条件来控制对所述多个LED的驱动，并使用色彩混合算法以基于LED的所存储的测得信息和所输入的期望色彩输出来控制对所述多个LED的驱动。

附图说明

通过结合附图参照以下详细描述，将容易获得本发明的更完整的理解及其许多附带优点，并且这些理解和优点变得更容易理解，其中：

图1是示出通用背景技术LED光组件；

图2说明关于CIE色度表的LED色彩规定；

图3a和图3b示出针对LED组件的未补偿光学输出的处理；

图4示出在根据本发明的制造LED组件的方法中构造的执行的处理流程；

图5示出在制造本发明的LED的方法中使用的制造设施的简化图示；

图6a和图6b示出用于实现对本发明的LED组件的补偿光学输出的处理的概述；

图7示出本发明第一实施例的LED光引擎组件；以及

图8示出在制造根据本发明的LED组件时执行的处理的更通用的操作。

具体实施方式

现在参照附图详细描述本发明的特点，其中，在多个附图中，相同标号表示相同或对应的部分。

可以使用CIE色彩坐标系来指定色彩输出。也可以使用用于指定色彩的其它适当方案。CIE是“The Commission Internationale del’Eclairage”的缩写，是一个国际标准开发小组，其首先在1931年写成的标准中描述了量化色彩的方式。CIE色彩坐标系是一种被接受的用于测量谱分布的标准，并使用x坐标、y坐标和Y’坐标来定义色彩。CIE色彩坐标系是独立于设备的描述色彩的方式，因此也被描述为用于定义色彩的通用坐标系，如图2所示。图2示出具有CIE色彩舌(tongue)的CIE色度表。CIE色彩舌示出标准色彩的x、y和Y’坐标。x坐标和y坐标被归一化，并以0至1的标度来表示。x坐标和y坐标两者都是无单位的，并指定色彩。Y’指定强度，并且也被归一化为无单位的数。

图2示出典型的红色LED、绿色LED和蓝色LED的色彩输出。通过对表示红色、绿色和蓝色的坐标进行交互连接来创建一个三角形。该三角形中的CIE坐标表示可用于显示的色彩的范围。该三角形之外的点不能利用给定光源来显示。该三角形的中心点是红光源、绿光源和蓝光源的最大组合的CIE坐标，理论上是白色。

生产LED的制造处理不一致并且产生具有大输出变化范围的LED。对于红色、绿色和蓝色的这种变化范围分别被图形化地示出为由椭圆(16)、(17)和(18)的范围。图2还标识处目标白色(15)，并示出附加的椭圆(19)，其表示对于红色(16)、绿色(17)和蓝色(18)三种色彩的光源的组合所显示的白色的范围。

图2示出在没有对LED的多个具有变化性的源进行补偿的情况下所显示色彩的白色范围(19)。各个LED的这种变化性包括在LED寿命期间的输出强度恶化、主波长随温度的变化、输出强度随温度的变化、制造处理中的变化性等。

图3a是用于从红色LED、绿色LED和蓝色LED的输出产生白光的简化的或未补偿的处理。图3所示的处理包括三个同时进行的步骤S61、S62和S63，在这些步骤中分别生成全红色LED的最大输出、全绿色LED的最大输出和全蓝色LED的最大输出。通过在这些步骤中驱动红色LED、绿色LED和蓝色LED中的每一个达到它们的最大输出，在步骤S64中，生成红色LED、绿色LED和蓝色LED的最大输出，从而给出理论白光源。也就是说，最大化地混合红色LED、绿色LED和蓝色LED应该提供白光。然而，因为各个LED的色彩输出之间的差异，所以这样的系统的缺陷在于，红色LED、绿色LED和蓝色LED的色彩输出的变化可能不会产生纯白色输出。在图2的CIE色度表中以(19)示出来自图3a的处理的输出的变化性，该变化性足以产生与理论白色的可测量差异。人眼可能可以辨别这种差异。图3a的另外处理没有补偿LED变化性并可能产生不精确的白色。除了不准确之外，结果还是不一致的。

图3b是产生定制色彩的类似的简化或未补偿处理。在图3b的处理中，初始地，以图3a的步骤S61、S62、S63中的红色LED、绿色LED和蓝色LED的最大输出分别驱动它们中的每一个。其后，对这些输出中的每一个进行缩放来产生期望的色彩。更具体地说，步骤S71调整红色LED的驱动参数，以获得期望的红色光学输出，步骤S72调整绿色LED的驱动参数，以获得期望的绿色光学输出，步骤S73调整蓝色LED的驱动参数，以实现期望的蓝色光学输出。步骤S71、S72和S73中的每一步可以通过修改驱动参数，例如对于相应红色LED、绿色LED和蓝色LED输出中的每一个的占空比和驱动电流，来实现所期望的缩放。理想地，组合后的输出是期望的定制色彩。遗憾的是，这种过分简单的处理还可能产生不可接受的结果。由多个因素引起的这三种输入激励中每一个的LED变化性可能产生对目标色彩的不准确和不一致的表示。

单一色彩LED光引擎组件已经生产多年。与单一色彩LED的制造相关联的变化性以及该单一色彩LED主要实施于的安防市场的精确需求已经挑战LED组件商生产用于整个系统的准确输出色彩。LED制造商通过将LED在装运之前预先排序或将LED分档到较小的变化性范围内来帮助组件商。该较小范围的LED输入激励在产生目标输出色彩方面有助于组件商。因为甚至所述分档(bin)也具有相当大的性能变化范围，所以可接受的色彩呈现仍然是要解决的任务。

分档操作可能很快变得复杂。使用仅具有琥珀色LED的组件作为示例。琥珀色LED来自根据五个通量值(flux value)排序的制造商，所述五个通量值可以利用标记V、W、X、Y和Z来标识。每一通量分档的变化可以是±15％或更多。主波长可以变化±2.5nm，并且可以被分成被标记为1、2、3、4和5的五个分档。基于变化±5％的正向电压(V_f)和所标记的a、b、c、d和e来创建五个附加的分档。所有这种排序的结果在于，琥珀色LED到达被排序为5*5*5或125个可能分档位置的组件商。琥珀色LED的分档可以被标记为W4e；W指定其通量范围，4指定其主波长，e指定其正向电压。

可以使用来自琥珀色LED的不同分档的LED的配方(recipe)来制造LED组件。每一配方包含对于LED光引擎组件设计的电子支持器内的每一LED位置的可接受的一个分档代码或多个分档代码。在制造之前，可接受的配方被涉及为对于用户所需光学参数而言可接受的输出。使用光学性能计算来确定可接受的配方，所述可接受的配方被通过实验来验证。在组件中有大量LED以及分档内的光学输出的大变化的情况下，即使具有配方，也变得愈加难以确保整个组件的光学输出对用户是可接受的。

通常，对每一产品，存在多个可接受的配方。具有多个配方允许组件商灵活地以若干不同的方式构建组件，以考虑到LED的不同分档的存货变化。然而，即使在对于每一产品设计具有多个可接受的配方的情况下，大量生产中的分档内容的存货管理可能对组件商也是挑战。反之，有时，难于利用现有的分档量的库存找出可接受的LED分档的配方。

上述示例使用仅具有一个色彩LED的简单LED组件。当设计涉及若干不同色彩的LED并且配方涉及从多个不同基色的分档中取出LED时，配方的复杂性在多倍地增加。实际上，多色彩LED光引擎组件已略微成功。单一色彩的精度问题想叠加产生更大问题；最后的结果可能是不可接受的色彩呈现。总之，分档允许可接受的单一色彩LED光引擎组件的量产。然而，用于单一色彩组件的分档缺乏制造的灵活性，并且可能产生可接受的范围之外的光学输出。分档难于或者不可能用以管理多色彩LED组件，并且所得到的产品通常不可接受。

本发明的处理通过以下方式来解决这样的缺陷：在制造时测量每一唯一的单独LED光引擎组件的基线(baseline)光学性能以量化输出的精确色彩和强度，如以下进一步详细讨论的。其后，色彩的基线测量的量化值被存储在LED组件内，并且可用于系统以对输入参数进行补偿，从而在系统的寿命期间产生精确和可重复的输出。

本发明人开发了图4所示的处理，其使用图5的测试系统40。在组装所有LED以及其它控制电子装置之后但在制造设备货运之前，执行图4的处理。

在该处理中，每一单独LED组件100在处理开始时被装载到制造测试系统40上(见图5)，步骤S111(见图4)。测试系统40包括：支持器42，用于将LED组件100限制为距光学测量设备45固定距离d。壳体44对光进行引导，并防止杂散光进入光学测量设备45。

测试系统40还包括控制电子装置。所述控制电子装置在定制的接口箱41和定制的计算机或工作站46的内部电路之间被划分。测试系统40的控制电子装置包括：用于测量当前温度的测量设备、用于控制LED的控制设备、用于测量电压的测量设备以及用于将数据写入LED组件的存储器的设备，其可以容纳在接口箱41、工作站46中或在LED组件100内部的控制电子装置上。

在将LED组件100装载到测试系统40之后，该处理指示控制电路驱动所有红色LED且仅是红色LED，步骤S112。用于该处理的控制电路可以在LED组件100的内部或测试系统控制器工作站46的内部。其后，在步骤S113利用光学测量设备45来测量全红色输出，该光学测量设备45例如可以包括分光光度计。在步骤S113，测量用于全红色输出的CIE坐标和在全红色的正向电压。步骤S114与步骤S112相似，除了由控制电路仅驱动所有绿色LED之外。在步骤S115，由光学测量设备45测量用于全绿色输出的CIE坐标以及用于全绿色的正向电压。步骤S116也与步骤S112相似，除了由控制电路仅驱动所有蓝色LED之外。步骤S117测量全蓝色光学输出以及全蓝色正向电压。如果以100％最大输入条件来驱动所有红色LED、绿色LED和蓝色LED，则可以最容易实现步骤S112、S114和S116。然而，因为LED通量输出在数学上与其输入电流有关，所以可以与较低输入成比例地实现处理。优选地在系统已经达到稳定状态之后进行所有光学测量。或者，可以使用变化脉宽来驱动LED，并且可以据此外推稳定状态输出性能。可以利用如下所述的合适的色彩坐标系来实现步骤S113、S115和S117。

其后，在步骤S118，使用温度测量设备47来测量温度。对环境数据进行测量以表明导致测得的LED输出的环境条件。例如，LED输出将基于温度而变化，所以对于在步骤S113、S115和S117中测得的红色LED、绿色LED和蓝色LED的光学输出，获知测量时的温度是相关的。其后，在补偿算法24中使用步骤S118的环境测量，以控制LED的驱动，如以下参照图6所讨论的。该算法调解由于强度和主波长随温度的变化而导致的光学输出变化。可以通过以下讨论的补偿算法24来校正远离基线环境的未来变化。

其后，在步骤S119，所有测得的信息被存储在LED组件100的内部。通过使用CIE值(x，y，Y)，正向电压V_f以及温度T，通过以下描述的变量来表示所存储的信息，

(x_r，y_r，Y_r′)V_fr，(x_g，y_g，Y_g′)V_fg，(x_b，y_b，Y_b′)V_fb，T

如所描述的，可以在步骤S119中写入所有存储的信息，替换的，可以在步骤S113、S115和S117中获得存储的信息之后立即将它们写入LED组件的存储器设备。图4中的虚线示出这种替换。

可以在步骤S119中将关于“所制造的”唯一光引擎的性能的附加信息存储在系统内部，例如，该附加信息可能是测量的日期和时间或产品序列号。还可以在系统外部执行这些初始测量的存储。可以在组件的修复或重新运作时使用LED组件外部的副本数据，或对产品变化性的统计分析使用所述副本数据。通过在步骤S120从测试系统100卸载LED组件100并使用LED光引擎组件100，完成该处理。

通过上述处理，本发明表征并记录制造时LED组件的特定光学输出信息，以记录LED组件的基线色彩输出，该特定光学输出信息其后在生成图6和图7的LED组件中的补偿光学输出的整个处理中使用。通过进行该处理，可以使得所显示色彩的精确基线对于色彩优化算法可用。

图6a、图6b和图7示出本发明的LED组件，其存储图4的处理所生成的数据，并使用所述数据来生成适当色彩的增强的期望光学输出。在本发明中，图7示出LED组件100的结构，LED组件100包括LED灯101中的LED 105和电源103，图6a和图6b示出该LED组件100中执行的控制操作。

如图7所示，本发明的LED组件100与图1的背景技术中的LED组件相似，除了本发明的LED组件100包括增强的控制电子装置104之外，该控制电子装置104包括环境传感器106和存储器109。存储器109存储在图4的步骤S119中提到的数据。

存在可以在系统中存储信息的很多方式，但一个特征在于，“所制造的”输出信息在光引擎的整个寿命期间仍然可用于优化算法。内部存储信息的方法可以是多个存储器设备中的任意一个。只读存储器(ROM)、可编程只读存储器(PROM)、可擦除可编程只读存储器(EPROM)、EEPROM(电可擦除可编程只读存储器)、闪速EPROM等可以用作存储器109。

图7中的控制电子装置104执行图6a、图6b中所示的操作，下面进行进一步的详细讨论。

如图6a所示的本发明的LED组件100的整个控制操作的第一实施例使用形成LED灯101的红色LED、绿色LED和蓝色LED的所存储的基线光输出数据结合所存储的环境数据，基于测得的这些光的输出并且基于测得的环境值执行补偿，并输出期望的光输出。

在操作中，在处理21-23中检索用于全红色响应、全绿色响应和全蓝色响应的存储值。这些值与在图4的步骤S119中存储的值对应。可以通过补偿和色彩混合算法来使用处理21-23中检索的信息，以允许实现定制色彩生成。

更具体地说，从处理21-23检索到的存储值被提供给处理24，处理24运行补偿算法以基于检索到的存储值来预测当前环境条件下的输出。其后，来自补偿算法24的输出被提供给色彩混合算法25。色彩混合算法25从处理30接收期望的光输出作为输入。由此，色彩混合算法25接收对期望的光输出的指示，并可以修改色彩混合操作以实现所述期望的光输出。其后，色彩混合算法25在处理31-33中控制用于红色LED、绿色LED和蓝色LED的参数的驱动，以在处理34中输出期望的规定的光。

补偿算法24和色彩混合算法25是控制算法，用于实现期望的色彩输出，并且利用电子电路被硬件编程或利用LED光引擎组件100的控制电子装置104内部的定制软件而被软件编程。色彩混合算法25在处理31-33中调整每一LED的占空比(D)和其它参数，有效地修改每一基色的百分比以定制色彩显示。可以使用任意数量的控制技术来调整占空比，所述控制技术包括脉冲频率调制、脉冲位置调制、幅度调制、相移调制和脉宽调制(见Color Kinetics的美国专利6,016,038)。

与在处理21、22和23中检索所存储的光学参数相组合来操作补偿算法24和色彩混合算法25解决了LED光引擎组件的许多性能问题。补偿算法24可以应用于解决光学输出的温度变化。类似地，可以在补偿算法24中以算法方式来克服LED的寿命恶化。也就是说，补偿算法24可以考虑当前环境条件，LED的老化等，并且可以对这样的当前条件补偿LED的光输出。例如，LED的光输出随温度而下降。因此，如果LED组件100的当前温度高于当测试LED时的温度(即高于图4的步骤S119中存储的温度)，则补偿算法24可以进行控制以增加每一LED的驱动功率，以补偿因增加的温度而导致的减少的强度。类似地，补偿算法24可以影响LED的年龄，并随着LED 105的年龄增加LED 105的驱动电流(I)。补偿算法24可以基于其它环境条件(例如湿度)以及其它所需因素来执行其它补偿。

进一步地，可以由色彩混合算法25的适当应用来解决配方和分档的困难。因为精确获知的起始点，所以补偿算法24和色彩混合算法25可以提供对经补偿光的呈现处理的计算。在本发明的处理中完成该操作。

以下是可以在本发明中实现的针对色彩混合算法25的特定非限定性示例。

色彩混合算法25开始于针对显示所指定的目标色彩。

目标色彩坐标：(x_t，y_t，Y’_t)                              (151)

用于全红色、全绿色和全蓝色的谱输入的CIE色度坐标(x，y，Y’)对于该算法也是已知的，见图4中的步骤S113、步骤115、S117。

测得的：(x_r，y_r，Y’_r)、(x_g，y_g，Y’_g)、(x_b，y_b，Y’_b)    (152)

期望的输出是用于目标色彩的显示的全红色LED、全绿色LED和全蓝色LED的占空比和驱动电流。

找出(D’_rt，D’_gt，D’_bt)和I                              (153)

以下是用于色彩混合算法25的非限定性实现的推导和细节。

首先，因为如下定义等式，所以对任意色彩，无需给定z。

x+y+z＝1                                                  (154)

z＝1-x-y

计算用于全红色、全绿色和全蓝色的输出强度与y坐标之间的关系的线性比例常数(加权因子)。

m_r＝(Y_r’/y_r)                                             (155)

m_g＝(Y_g’/y_g)

m_b＝(Y_b’/y_b)

该比例常数用于计算全红色、全绿色和全蓝色的组合(理想地是真实的白色)的CIE坐标。

$x_w=\frac{x_r{m}_r+x_g{m}_g+x_b{m}_b}{m_r+m_g+m_b}$

$y_w=\frac{y_r{m}_r+y_g{m}_g+y_b{m}_b}{m_r+m_g+m_b}---\left(156\right)$

Y_w′＝Y_r′+Y_g′+Y_b′

CIE坐标被转换为三色激励值。三色激励值是用于描述未归一化的色彩的相似坐标系。由以下等式(157)来定义这两个坐标系之间的关系。

Y＝Y′x＝X/(X+Y+Z)y＝Y/(X+Y+Z)z＝Z/(X+Y+Z)    (157)

可以从上面的等式(154)和(157)快速推导出以下通用等式。

$\frac{X}{Y}=\frac{x}{y}$ $\frac{Z}{Y}=\frac{z}{y}$ $\frac{Z}{Y}=\frac{(1-x-y)}{y}---\left(158\right)$

上述通用公式(158)创建用于全红色、全绿色和全蓝色的三色激励值X、Y和Z的特定等式，所得白色如等式(159)所示。重要的是，注意，这种白色可能不一定显现为白色。其成为真实白色的程度将取决于这3种激励色彩围绕白色的中心坐标(0.333，0.333，0.333)的均匀平衡的程度。

$X_r=\frac{x_r{Y}_r^{\′}}{y_r}$ Y_r＝Y_r′ $Z_r=\frac{(1-x_r-y_r)Y_r^{\′}}{y_r}$

$X_g=\frac{x_g{Y}_g^{\′}}{y_g}$ Y_g＝Y_g′ $Z_g=\frac{(1-x_g-y_g)Y_g^{\′}}{y_g}---\left(159\right)$

$X_b=\frac{x_b{Y}_b^{\′}}{y_b}$ Y_b＝Y_b′ $Z_b=\frac{(1-x_b-y_b)Y_b^{\′}}{y_b}$

$X_w=\frac{x_w{Y}_w^{\′}}{y_w}$ Y_w＝Y_w′ $Z_w=\frac{(1-x_w-y_w)Y_w^{\′}}{y_w}$

相同的等式可以用于将目标色彩的给定CIE值(x_t，y_t，Y’_t)如下所示地转换为三色激励值(X_t，Y_t，Z_t)。

$X_t=\frac{x_t{Y}_t^{\′}}{y_t}$ Y_t＝Y_t′ $Z_t=\frac{(1-x_t-y_t)Y_t^{\′}}{y_t}---\left(160\right)$

变换矩阵M需要缩放因子(S_r，S_g，S_b)，并且如下所示地从等式(160)的右手边的已知值来计算缩放因子(S_r，S_g，S_b)。

$\left[\begin{array}{ccc}{S}_r& S_g& S_b\end{array}\right]=\left[\begin{array}{ccc}{X}_w& Y_w& Z_w\end{array}\right]{\left[\begin{array}{ccc}{X}_r& Y_r& Z_r\\ X_g& Y_g& Z_g\\ X_b& Y_b& Z_b\end{array}\right]}^{-1}---\left(161\right)$

$\left[M\right]=\left[\begin{array}{ccc}{S}_r{X}_r& S_r{Y}_r& S_r{Z}_r\\ S_g{X}_g& S_g{Y}_g& S_g{Z}_g\\ S_b{X}_b& S_b{Y}_b& S_b{Z}_b\end{array}\right]---\left(162\right)$

目标色彩的[R_tG_tB_t]是目标色彩中的红色、绿色和蓝色的量，并且如果如下所述地使用RGB规定系统，则可以用于描述色彩。

[R_tG_tB_t]＝[X_tY_tZ_t][M]^-1    (163)

如下计算每一色彩的占空比D。为了便于实现，总是将对于全红色、全绿色或全蓝色的三个占空比中的一个定义为100％。对另外两个占空比进行缩放，以保持相似的RGB特性。

$D_{r_t}=R_t/\max (R_t,G_t,B_t)$ $D_{g_t}=G_t/\max (R_t,G_t,B_t)$ $D_{b_t}=B_t/\max (R_t,G_t,B_t)---\left(164\right)$

当[S_r，S_g，S_b]＝[1.0，1.0，1.0]时，情况进一步简化，当设计需求声明全红色、全绿色和全蓝色的组合不必是纯白色时，情况是相关的。

c＝x_b(y_g-y_r)+x_g(y_r-y_b)+x_r(y_b-y_g)

$R_t=-\frac{y_r[x_b(y_t-y_g)+x_t(y_g-y_b)+x_g(y_b-y_t)]}{y_t\·Y_r^{\′}\·c}$

$G_t=\frac{y_g[x_b(y_t-y_r)+x_t(y_r-y_b)+x_r(y_b-y_t)]}{y_t\·Y_g^{\′}\·c}$

$B_t=\frac{y_b[x_t(y_g-y_r)+x_g(y_r-y_t)+x_r(y_t-y_g)]}{y_t\·Y_b^{\′}\·c}$

$D_{r_t}=R_t/\max (R_t,G_t,B_t)$ $D_{g_t}=G_t/\max (R_t,G_t,B_t)$ $D_{b_t}=B_t/\max (R_t,G_t,B_t)$

当前等式仅与色彩的生成有关，而与色彩的强度无关。目标色彩强度由Y’_t来表示。如下计算对强度的调整：

$Y_{\mathrm{total}}^{\′}=Y_r^{\′}+Y_g^{\′}+Y_b^{\′}$

I_ref是由LED制造商指定的驱动电流，并且用于制造测试处理，以生成用于图6的处理21、22、23的存储值。

情况1：如果Y’_total≥Y’_t，则应用以下等式。占空比被缩小到适合于考虑强度。

$D_{r_t}^{\′}=\frac{Y_t^{\′}}{Y_{\mathrm{total}}^{\′}}{D}_{r_t}$

$D_{g_t}^{\′}=\frac{Y_t^{\′}}{Y_{\mathrm{total}}^{\′}}{D}_{g_t}$

$D_{b_t}^{\′}=\frac{Y_t^{\′}}{Y_{\mathrm{total}}^{\′}}{D}_{b_t}$

I＝I_tested

情况2：如果Y’_total＜Y’_t，则应用以下等式。驱动电流被放大到适用于容纳附加的所需亮度。

$D_{r_t}^{\′}=D_{r_t}$

$D_{g_t}^{\′}=D_{g_t}$

$D_{b_t}^{\′}=D_{b_t}$

$I=\frac{Y_t^{\′}}{Y_{\mathrm{total}}^{\′}}{I}_{\mathrm{tested}}$

使用占空比(D’_rt，D’_gt，D’_bt，)和驱动电流I来对情况1和情况2两者显示目标色彩。

图6b示出图6a的实施例的修改，其可以应用于包括红色LED、蓝色LED、绿色LED和琥珀色LED的不同色彩LED的设备。也就是说，系统可以包括红色、蓝色、绿色和琥珀色四种色彩，而不是使系统仅具有红色、蓝色和绿色三种色彩。在这些情况下，图3a、图3b和图4中所示的操作还将针对琥珀色LED执行与针对红色LED、绿色LED和蓝色LED相似的操作。结果，存储在存储器中的测得的光学值还将包括琥珀色LED的数据，因此，在图6b中，执行处理26中的检索所有琥珀色响应的附加操作，其后，在处理34中，还与红色LED、绿色LED和蓝色LED相似地调整琥珀色LED的占空比和其它参数。

本发明不限于具有四种色彩的这样的实施例，可以任意期望的组合使用任意数量和色彩。

现在使用先前示例组件来讨论本发明。假定先前组件包括若干红色LED、若干绿色LED和若干蓝色LED。此外，为了便于解释，来自所有红色LED的组合输出应该被称为全红色输出。如果仅存在一个红色LED，则该红色LED的输出和全红色将是等同的。类似地，所有绿色LED的显示应该被称为全绿色，所有蓝色LED的应该被称为全蓝色。

本发明的处理使得能够生成色彩输出的精确已知开始点或基线，并且将所述已知开始点内部地存储在系统内。特定LED组件的光输出初始地被存储在适当存储器设备上的组件内部。在后面的任意时间点，可以由适当的补偿算法24和适当的色彩混合算法25使用这个初始点，以产生期望的色彩匹配。

本发明的处理涉及通过图4的处理将特定光输出描述存储在LED光引擎组件内部，其后将它用于定制色彩呈现。其后，在LED组件100的操作中，在图6的经补偿光处理的处理21、22和23中检索所存储的数据。通过进行该操作，可以使得所显示的色彩的精确基线对于补偿算法24和色彩混合算法25可用。图4的处理S113、S115和S117生成全红色、全绿色和全蓝色的CIE坐标，图6的处理21、22和23使用全红色、全绿色和全蓝色的CIE坐标。

用于存储初始光学性能信息的所分配的存储器109可以是专用的单个组件。或者，可以将该信息与其它系统信息组合，并且将其添加到已经驻留在系统中的存储组件。例如，可以将所存储的本发明的制造处理的输出添加到控制系统的固件，并将其存储在与固件相同的物理设备上。

可以使用CIE色彩坐标系来发送图4的处理中的色彩规定。存在作为独立设备的其它通用色彩坐标系，其还可以用于量化光源。LabModel使用光(L)，(a)沿着绿色到黄色谱的坐标，以及(b)沿着蓝色到黄色谱的坐标。Munsell色彩系统使用色调(H)、值(V)和色度(C)三个坐标。本发明不排除使用这些通用色彩坐标系中任意一种，但认为CIE系统在表达精确色彩方面是最有效的。

如果使用了另一坐标系，则所测量和存储的值不一定是下面列出的变量。

(x_r，y_r，Y_r′)V_fr，(x_g，y_g，Y_g′)V_fg，(x_b，y_b，Y_b′)V_bb，T

在原理上，它们是描述色彩的类似值，但处于新的坐标系中。例如，对于Lab Model，它们最有可能是

(L_r，a_r，b_r)V_fr，(L_g，a_g，b_b)V_fg，(L_b，a_b，b_b)V_bb，T

而对于Munsell系统，它们可能是

(H_r，V_r，C_r)V_fr，(H_g，V_g，C_g)V_fg，(H_b，V_b，C_b)V_bb，T

存在基于红色、绿色和蓝色三种色彩的多种不同的色彩坐标系标准。标准RGB色彩空间的示例包括ISO RGB、sRGB、ROM RGB、Adobe RGB、Apple RGB以及视频RGB空间(NTSC、EBU、ITU-RBT.709)。但这些标准都不是通用的，因为不同应用(扫描仪、数码相机、监视器、打印机)的需求不同，所以它们可能不会是通用的RGB标准。还存在基于一定比例的青色、洋红色、黄色和黑色的CMYK色彩标准。CMYK标准与RGB标准一样缺乏通用性。这些标准中的任意一种可以用于本发明的色彩描述，但因为CIE色彩坐标系的更普遍的被接受，所以它可以是优选的实现。

上述参照图4的处理示出获得用于具有多达3种色彩的系统的数据，图6b示出用于具有多达4种色彩的系统的应用。并不要求系统仅包括这些色彩，而是可以并入任意数量的色彩。图8示出可以在本发明中执行的更通用的处理，其本质上实现了与图4的处理相同的结果，但其可以应用于具有不同环境条件的与所期望的同样多的色彩。

图8的更通用的处理具有与图4的处理相同的目标。步骤S131通过将LED光引擎组件100装载到测试系统40中来开始通用处理。步骤S132是“外部循环”迭代函数的开始，所述迭代函数被设计为量化针对多个环境的相关基线光学属性。如果仅一个环境是如上特定示例中的基线，则环境数量为1，仅执行一次迭代循环。所述环境可以受到控制，如在热量和湿度测试室中，或所述环境不受控制，如制造时的LED管芯温度。有关的环境变量可以是温度、湿度、系统“工作时间(on time)”、海拔或任意其它环境条件。步骤S133使用环境传感器(例如温度传感器47)来量化有关的环境条件。步骤S134开始于用于每一基色的“内部循环”迭代函数。在特定示例中，基色的数量是3或4(红色、绿色、蓝色以及可选地琥珀色)，并且执行三次或四次迭代循环。

步骤S135驱动单一基色的所有LED。通常，以100％输入电流来驱动所有LED并进行测量。输入的其它值可以利用在后续执行的算法中应用的线性、对数、或其它适当的缩放。在步骤S136，对所测试的基色和环境条件的组合，来测量和量化光输出和正向电压。步骤S137将步骤S136的测量值记录到存储器109。在步骤S137中存储到存储器的操作可以在进行每一测量之后进行或集中地在进行了所有测量之后进行。步骤S138的“内部循环”迭代函数对每一基色重复该处理。步骤S139的“外部循环”迭代函数对每一环境条件重复该处理。每一环境条件例如可以是室温的温度值、热温度值以及冷温度值。只要能够量化所有基色和环境，就可以切换“内部循环”和“外部循环”。步骤S140通过从测试系统40移除LED光引擎组件来结束处理。在步骤S130的结束时，内部存储器109目前包括特定LED光引擎组件的基线光学性能。

通过包括控制电子装置内部的唯一LED光引擎组件的基线光学性能，可以在LED组件的制造、运作以及光学输出的质量方面进行改进。参照图7，每一LED光引擎组件在存储器109中具有在已知环境条件下的其安装的LED 105的光学输出的开始点。在没有由本发明的处理21、22、23、26所生成的存储值的情况下，对于补偿算法24和色彩混合算法25的开始点，将需要假定的值，例如一组LED的平均光学输出。使用生成的一组所存储的值的结果明显地改进了处理，原因如下：可以通过使用该唯一LED组件的已知开始点并应用色彩混合算法来呈现无限数量的目标输出色彩；因为以光学色彩性能的已知起始点来开始色彩混合算法，因此改进了所呈现色彩的准确性；因为可以从已知起始点来应用对在产品寿命期间的强度恶化的补偿，所以改进了目标色彩的可重复性；因为可以从已知起始点来应用考虑了随温度的波长变化和强度变化的补偿，所以色彩呈现更为可重复；因为LED光引擎组件可以执行算法来补偿单独LED的制造变化，所以可以减少或消除配方和分档。

最终结果是LED光引擎组件能够精确地和重复地呈现更多色彩，同时改进了成本和可制造性。

显然，在上述教导的启示下，可以对本发明进行多种其它修改和变化。因此，应该理解，可以在所附权利要求的范围内而不是如在此所具体描述的内容那样来实践本发明。

Claims (20)

1.一种用于制造发光二极管(LED)组件的方法，所述LED组件包括多个色彩的LED，所述方法包括：

(a)驱动第一色彩的所有LED，并测量所驱动的LED的光学输出信息；

(b)测量第一环境条件；

(c)在所述LED组件中的存储器中存储测得的第一环境条件和测得的光学输出信息；以及

(d)对于所述多个色彩中的每一个色彩的LED，重复驱动步骤(a)和测量步骤(b)和存储步骤(c)。

2.如权利要求1所述的方法，其中，所述LED组件包括红色LED、蓝色LED和绿色LED。

3.如权利要求1所述的方法，其中，所述LED组件包括红色LED、蓝色LED、绿色LED和琥珀色LED。

4.如权利要求1所述的方法，其中，所述第一环境条件是温度。

5.如权利要求1所述的方法，进一步包括：

(e)对于第二环境条件，重复步骤(a)至(d)中的每一个。

6.如权利要求5所述的方法，其中，所述LED组件包括红色LED、蓝色LED和绿色LED。

7.如权利要求1所述的方法，其中，所述测得的光学输出包括每一色彩的LED的CIE色彩信息和正向电压。

8.一种发光二极管(LED)组件，包括：

(a)多个色彩的多组LED，每一组LED包括所述多个色彩中的仅一个特定色彩的LED；

(b)控制电子装置，被配置为控制对所述多个LED的驱动，所述控制电子装置包括：存储器，用于存储在至少一个测得的环境条件下的每一组LED的测得的光学输出信息。

9.如权利要求8所述的LED组件，进一步包括：

(c)补偿算法，被配置为基于所存储的测得的光学输出信息以及所检测的当前环境条件来控制所述多个LED的驱动；以及

(d)色彩混合算法，被配置为基于所存储的测得的光学输出信息以及输入的期望色彩输出来控制所述多个LED的驱动。

10.如权利要求8所述的LED组件，其中，所述多组LED包括红色LED、蓝色LED和绿色LED。

11.如权利要求8所述的LED组件，其中，所述多组LED包括红色LED、蓝色LED、绿色LED和琥珀色LED。

12.如权利要求8所述的LED组件，其中，所述至少一个环境条件是温度。

13.如权利要求8所述的LED组件，其中，对于每一组LED的测得的光学输出处于多个测得的环境条件下。

14.如权利要求8所述的LED组件，其中，所述控制电子装置进一步包括：至少一个环境传感器，用于测量所述至少一个环境条件的当前值。

15.如权利要求8所述的方法，其中，所述测得的光学输出包括每一个色彩的LED的CIE色彩信息和正向电压。

16.如权利要求8所述的LED组件，其中，所述控制电子装置包括多个环境传感器，用于测量所述多个环境条件的当前值。

17.如权利要求16所述的LED组件，其中，所述多组LED包括红色LED、蓝色LED和绿色LED。

18.如权利要求9所述的方法，其中，所述测得的光学输出包括每一个色彩的LED的CIE色彩信息和正向电压。

19.如权利要求9所述的LED组件，其中，所述至少一个环境条件是温度。

20.如权利要求9所述的LED组件，其中，所述测得的光学输出包括每一个色彩的LED的CIE色彩信息和正向电压。

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