CN102428755B - 用于调整色度坐标的方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于调整发光装置的色度坐标的方法，该发光装置包括至少一个磷转换发光二极管和至少一个单色发光二极管。其中调整用于至少一个磷转换发光二极管的电流；其中调整用于至少一个磷转换发光二极管的脉宽调制；和其中调整用于至少一个单色发光二极管的电流或者脉宽调制。此外，还提出了一种相应的装置。

Description

用于调整色度坐标的方法和装置

技术领域

本发明涉及用于调整色度坐标的一种方法以及一种装置。此外，还提出一种具有这种装置的灯或发光装置。

背景技术

对于发光装置来说有利的是，即能够高效地产生一种光，该光的色度坐标位于普朗克曲线(Planckscher Kurvenzug)上或接近于该曲线，并且该光的色温优选地在2000K到4000K之间，或者在根据IEC 60081的标准色度坐标上。为此，可特别使用发光二极管(LEDs)。其目的在于，达到较高的色彩真实度，或者在较宽的范围内实现几乎恒定的色真度。

特别地，在Cx-Cy-色彩图谱中的特定区域中，在普朗克曲线上方可使用磷转换发光二极管。为了达到普朗克曲线上的色度坐标，还可使用红色发光二极管。由此可达到较高的色彩真实度指数Ra(8)＞90。

该技术背景下的发光装置有一个问题，即所使用的发光二极管的亮度和色度坐标会随温度的改变而变化。单个发光二极管也会有老化的问题，以致于随着时间的推移，由发光装置所产生的色觉也会变化。对于发光装置来说，温度范围通常为20℃(如在接通发光装置时)到热振荡状态下的100℃。

目前已知的一种发光装置具有红色发光二极管，并且其中通过传感器测量红色发光二极管的亮度。调整流经发光二极管的电流或者脉宽调制(PWM)时，应使发光装置的总色度坐标保持近似恒定。

而其缺点在于，由于温度升高(一般而言升高+0.07nm/K)且红色LED的主波长会推移，由此导致色度坐标改变。这会导致总色度坐标相对于原始色度坐标移动大约三个麦克亚当(MacAdams)阈值单位(SWE)。就这方面而言，使用者能识别出色度坐标随着温度变化而改变。

发明内容

本发明的目的在于，避免上述缺点，特别是给出一种有效的可能性，使发光装置的色度坐标(尽可能地)保持恒定。

该目的根据独立权利要求所述的特征来实现。由从属权利要求中得出本发明的改进方案。

为了实现该目的，在此提出一种用于调整发光装置的色度坐标的方法，该发光装置包括至少一个磷转换发光二极管和至少一个单色发光二极管，

-其中调整用于至少一个磷转换发光二极管的电流；

-其中调整用于至少一个磷转换发光二极管的脉宽调制；

-其中调整用于至少一个单色发光二极管的电流或者脉宽调制。

发光二极管还可相应地指任意的半导体发光元件。

在此，所使用的LED颜色的数量等于待调整和/或待控制的光学技术参数、例如亮度、CIE-坐标(Cx，Cy)或者三色刺激坐标(X，Y，Z)的数量再减去一。通过这种方式实现的调整或控制，不仅仅单独地通过单个颜色的亮度来实现。有利地，也通过提到的单个类型发光二极管的电流和脉宽调制的所述的组合进行控制或调整。

在此，脉宽调制的调整特别意味着，能调整在每个时间间隔内用于控制相应的LED的占空比(激活/未激活)。举例来说，50％的脉宽调制意味着在预定的时间间隔内，发光二极管的接通状态为50％激活，50％未激活。

例如，磷转换LED具有波长转换的发光材料，例如基于石榴石、如YAG:Ce。这种LED可以发射例如淡黄色光、淡绿色光、淡青绿色光或者淡红色光。

一种改进方案是，根据额定色度坐标、特别是根据接近额定色度坐标的阈值来调整色度坐标。

因此，在达到接近额定色度坐标的阈值时，可以进行色度坐标的修正。可以这样选择阈值，即在达到该阈值时，人眼(几乎)察觉不到色度坐标的变化。

另一种改进方案是，借助于至少一个传感器来确定实际值。其中测定在实际值和额定色度坐标之间的偏差，并且相应地这样调整色度坐标，以达到额定色度坐标。

在这种情况下，可以精确调整额定色度坐标，或者允许其有预设的不精确度。例如可以确定位于麦克亚当椭圆内的、带有预设数量的麦克亚当阈值单位的额定色度坐标。

特别地，一个改进方案是，至少一个传感器包括一个温度传感器和/或一个光学传感器。

另一个改进方案是，根据下列标准测定实际值：

-根据CIE CxCy-色彩空间，

-根据CIE uv-色彩空间，

-根据CIE u′v′-色彩空间，和/或

-根据三色刺激XYZ空间。

特别地，还可以预设任意的色彩空间。

进一步的改进方案为，为了调整色度坐标，将实际值转换为下列控制参数：

-用于至少一个磷转换发光二极管的电流；

-用于至少一个磷转换发光二极管的脉宽调制；

-用于至少一个单色发光二极管的电流。

也可以为了调整色度坐标，将实际值转换为下列控制参数：

-用于至少一个磷转换发光二极管的电流；

-用于至少一个磷转换发光二极管的脉宽调制；

-用于至少一个单色发光二极管的脉宽调制。

这样实现了从实际值的色彩空间到根据所描述的控制参数所确定的目标色彩空间的转换。

在一个附加的改进方案的范畴下，借助于查找表进行对色彩空间的调整。

以此可以估计目标色彩空间的控制参数的测量，或者可以根据实际值在没有特别计算或者转换的情况下，根据预存数值的结构测定控制参数。

接下来的改进方案是，磷转换发光二极管发射的光的颜色为下列颜色中的至少一种：

-白色光，

-紫色光，

-淡绿色光，

-淡红色光。

一个设计方案是，单色发光二极管为红色发光二极管。

前述目的也通过一种用于调整灯或者发光装置的色度坐标的装置来实现，该灯或者发光装置包括至少一个磷转换发光二极管和至少一个单色发光二极管，

-该灯或者发光装置具有控制单元，该控制单元通过至少一个传感器来探测发光二极管的亮度和/或温度并这样控制驱动器：

-能调整用于至少一个磷转换发光二极管的电流；

-能调整用于至少一个磷转换发光二极管的脉宽调制；

-能调整用于至少一个单色发光二极管的电流或者脉宽调制。

一个设计方案是，控制单元包括微控制器或者处理器。

前述目的也通过一种包括在此处所描述的装置的发光装置来实现。

附图说明

下面借助附图显示并说明本发明的实施例。

图中示出：

图1以示意图方式示出一种装置，用于具有两个磷转换LED和一个单色LED的发光装置；

图2是示意流程图，具有用于调整发光装置的色度坐标的步骤；

图3A是用于清晰地显示作为对于红色LED的温度的函数的相对光通量的图表；

图3B是用于清晰地显示在对于红色LED的温度范围内主波长的变化的图表；

图4A是带有根据流经白色LED的电流的色度坐标推移的图表；

图4B是带有根据对于白色LED的温度的色度坐标推移的图表；

图5是带有大约在椭圆中心位置上的额定色度坐标的图表，其中还说明了用于调整至该额定色度坐标的步骤。

具体实施方式

此处介绍的案例允许在灯或者发光装置包括多个发光二极管时调整一个(几乎)恒定的色度坐标并(尽可能地)保持住。

此处要说明的是，发光二极管也可以包括各种半导体光源。

所提出的发光装置包括至少一个单色的(例如红色或者淡红色的)LED以及至少一个“白色的”LED。白色的LED指的是磷转换LED。此处要注意的是，磷转换LED不仅仅局限于发射“白色”光。更确切地说，也存在允许发射例如紫光，淡绿色光或者淡红色光的磷。

提出了下列调整和/或控制的可能性：

(a)单色LED(红色)的PWM，和白色LED的电流调整以及白色LED的PWM；

(b)单色LED(红色)的电流调整，和白色LED的电流调整以及白色LED的PWM。

因此为磷转换LED(此处也称为“白色”LED)进行电流调整和脉宽调制，而为单色LED进行电流调整或者脉宽调制。

因此充分利用了这一点，即磷转换LED通过电流实现色度坐标的推移，而进行脉宽调制时无法以此实现色度坐标推移。

在上述案例(a)和(b)中各有三个引起在(三维)色彩空间内的线性独立的变化的独立的控制参数和调整参数。以此可以(在测量精度和调整精度的范畴中)控制或调整色度坐标和亮度。

借助于这三个控制参数或调整参数，可以对发光装置的亮度和色度坐标进行跟踪，而不设置其它LED或者无需附加的调整投入。

图1以示意图方式显示用于发光装置110的装置。

发光装置110包括一个发光元件109，该发光元件具有可能为多级的混合光学元件101，102，一个红色的LED 104和两个白色LED 103，105。传感器106布置在发光元件109上。传感器106可以是光学传感器和/或温度传感器。传感器106与微控制器107相连接，该微控制器根据借助于传感器106探测到的信号来控制LED驱动器108。LED103到105分别与LED驱动器108相连接。

LED驱动器108包括用于带有电流调节器或者PWM调节器的红色LED104的电源。LED驱动器108还包括用于带有电流调节器和PWM调节器的白色LED103，105的电源。

此处要注意的是，多个(也可以是不同的)传感器可以设置在发光装置110内和/或发光装置110外的不同位置上。

发光装置110的色度坐标的调整例如可以通过对通过传感器106探测到的值的改变而实现。这种改变包括将偏差矢量(Cx，Cy，亮度)转换为控制参数(PWM红色，电流白色以及PWM白色)的变化矢量的坐标系。微控制器107例如通过每个控制参数内的PID-调节来将总色度坐标和亮度调整至额定值。与额定值的偏差例如可以是明显小于1SWE，并且因此可以将其保持为人眼看不到的状态。

图2是示意流程图，具有用于调整发光装置的色度坐标的步骤。

在步骤201中，发光二极管被施加了预定的电流或PWM值。其用于在真正的调整开始前进行预调整。

在步骤202中，对

-发光装置的总色度坐标，或者

-LED的亮度和温度，或者

-仅仅是温度

进行测量。总色度坐标符合IST(实际)-状态。在之前提过的两个选项中，会根据测得的亮度或测定的温度来计算总色度坐标。

在接下来的步骤203中，在IST-状态与额定色度坐标和/或额定亮度之间进行比较。在步骤204中确定在额定值(额定色度坐标和/或额定亮度)的方向上的改变。在此对下列控制参数

-红色LED的亮度(电流和PWM-值)，

-用于白色LED的电流，

-用于白色LED的PWM-值

进行计算。

最后，在步骤205中进行控制参数的修改，并以此修改发光装置的色度坐标变化。

该调整可以在特定的时间点(例如每n分钟重复一次)自动进行。也可以在变化的一定范围内的开始进行调整；这样的话，由传感器确定的变化可能是调整的原因。此处可以进行阈值的比较，并且例如在达到或者超过额定值时，可以开始进行调整。

图3A示出作为对于红色LED的温度的函数的相对光通量φv/φ_v(25℃)。图3B示出主波长λ在对于红色LED的温度方面的变化。

显示出，即红色LED一方面在温度上升时失去亮度，大约为：

主波长λ随着温度的变化而同时变化，公式为

$\frac{\mathrm{d\λ}}{\mathrm{dT}}=+0.07\mathrm{nm}/K.$

在CIE1931坐标系中大约应该为

$\frac{\mathrm{dCx}}{\mathrm{dT}}=1.390\·{10}^{-4}/K$ 以及

$\frac{\mathrm{dCy}}{\mathrm{dT}}=-1.384\·{10}^{-4}/K.$

可以通过PWM的占空比来调整红色LED的亮度。可替换地也可以选择提高流经红色LED的电流，由此产生借助电流实现的光通量的非线性改变。在这两种情况下(改变流经红色LED的电流或者改变PWM值)，都不会在主波长以及红色LED的色度坐标方面有明显的变化。

接下来可以以亮度的PWM调整为例进行说明：

$\frac{d{\mathrm{\Φ}}_V}{\mathrm{dPWM}}={\mathrm{\Φ}}_V(\mathrm{PWM}=100\%).$

白色LED同样显示亮度和色度坐标的变化(参见图4A和图4B)。

图4A的结果是白色LED在20℃到100℃的温度范围内实现了色度坐标推移，大约为：

Φv＝Φv(25℃)·(-0.2％/K)·T；

$\frac{\mathrm{dCx}}{\mathrm{dT}}=\frac{\mathrm{dCy}}{\mathrm{dT}}=-1.25\·{10}^{-5}/K.$

对超白LED有效的为例如如下的推移：

ΔCx＝0.0015每100mA

ΔCy＝0.00375每100mA

对应于红色LED，下面的公式同样对于白色LED有效：

$\frac{d{\mathrm{\Φ}}_V}{\mathrm{dPWM}}={\mathrm{\Φ}}_V(\mathrm{PWM}=100\%).$

可以按如下方式，借助电流改变所使用白色LED的亮度：

$\frac{d{\mathrm{\Φ}}_V}{\mathrm{dI}}=\mathrm{\Φvo}\·a\·\frac{1}{I+{\mathrm{Is}}^{\′}}$

以及a＝1.53，和I_s＝0.38A

可以根据例如CIE1931的坐标系，将色彩空间描述为Φv-Cx-Cy。也可以选择使用三色刺激(X，Y，Z)空间。

优化的调整方式是，总色度坐标的矢量变化：

${\mathrm{\Σ}}_i\frac{d{\mathrm{Cx}}_i}{\mathrm{dT}},{\mathrm{\Σ}}_i\frac{{\mathrm{dCy}}_i}{\mathrm{dT}},{\mathrm{\Σ}}_i\frac{d{\mathrm{\Φ}}_{\mathrm{Vi}}}{\mathrm{dT}}$

通过矢量变化

被消除或者几乎消除。

可替换地，也可选择借助查找表进行控制，以实现修改。

图5示出带有大约位于椭圆501中心的额定色度坐标502的图表。椭圆501对应于例如2700K的色温。该色温位于普朗克曲线上，并且具有3SWE的直径。普通人眼不会察觉到在椭圆501内的变化(或者不会将其当做干扰)。

发光二极管的控制方式(对应于图1的示例：两个白色LED和一个红色LED)如下：

-白色LED：I_最大＝700mA；60％PWM；

-红色LED：恒定为350mA。

如果温度升高，而没有修改

发光装置的色度坐标会朝着箭头503的方向移动至色度坐标504。

现在可以将红色LED的亮度升高至145％(对应于从约170％到约600mA的电流提高)，以此实现在箭头505的方向上，朝向色度坐标506的修改

现在通过将白色LED的电流减小至350mA，并且将用于白色LED的PWM提高到100％来实现修改

由此，色度坐标在箭头507的方向上，移动至额定色度坐标502。

缩写目录

Cx    CIE 1931色彩空间内的x坐标

Cy    CIE 1931色彩空间内的y坐标

LED   发光二极管

PWM   脉宽调制

SWE   麦克亚当(MacAdams)阈值单位

参考标号表

101  光学元件

102  光学元件

103  白色LED

104  红色LED

105  白色LED

106  传感器(光学传感器或者温度传感器)

107  微控制器

108  LED驱动器

109  发光元件

110  发光装置

201至205  用于调整发光装置的色度坐标的方法步骤

501  椭圆

502  额定色度坐标

503  箭头

504  色度坐标

505  箭头

506  色度坐标

507  箭头

Claims (16)

1.一种用于调整发光装置(110)的色度坐标的方法，所述发光装置包括至少一个磷转换发光二极管(103，105)和至少一个单色发光二极管(104)，

-其中调整用于所述至少一个磷转换发光二极管(103，105)的电流；

-其中调整用于所述至少一个磷转换发光二极管(103，105)的脉宽调制；

-其中调整用于所述至少一个单色发光二极管(104)的电流或者脉宽调制；

-其中根据额定色度坐标来调整所述色度坐标；

-其中根据接近所述额定色度坐标的阈值来调整所述色度坐标；

-其中借助于至少一个传感器来确定实际值，其中测定在所述实际值和所述额定色度坐标之间的偏差，并且相应地这样调整所述色度坐标，以达到所述额定色度坐标。

2.根据权利要求1所述的方法，其中所述至少一个传感器包括一个温度传感器和/或一个光学传感器。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其中根据下列标准测定所述实际值：

-根据CIE CxCy-色彩空间，

-根据CIE uv-色彩空间，

-根据CIE u′v′-色彩空间，和/或

-根据三色刺激XYZ空间。

4.根据权利要求1或2所述的方法，其中为了调整所述色度坐标，将所述实际值转换为下列控制参数：

-用于所述至少一个磷转换发光二极管的电流；

-用于所述至少一个磷转换发光二极管的脉宽调制；

-用于所述至少一个单色发光二极管的电流。

5.根据权利要求3所述的方法，其中为了调整所述色度坐标，将所述实际值转换为下列控制参数：

-用于所述至少一个磷转换发光二极管的电流；

-用于所述至少一个磷转换发光二极管的脉宽调制；

-用于所述至少一个单色发光二极管的电流。

6.根据权利要求1或2所述的方法，其中为了调整所述色度坐标，将所述实际值转换为下列控制参数：

-用于所述至少一个磷转换发光二极管的电流；

-用于所述至少一个磷转换发光二极管的脉宽调制；

-用于所述至少一个单色发光二极管的脉宽调制。

7.根据权利要求5所述的方法，其中为了调整所述色度坐标，将所述实际值转换为下列控制参数：

-用于所述至少一个磷转换发光二极管的电流；

-用于所述至少一个磷转换发光二极管的脉宽调制；

-用于所述至少一个单色发光二极管的脉宽调制。

8.根据权利要求1或2所述的方法，其中借助于查找表进行对所述色度坐标的调整。

9.根据权利要求7所述的方法，其中借助于查找表进行对所述色度坐标的调整。

10.根据权利要求1或2所述的方法，其中所述磷转换发光二极管发射的光的颜色为下列颜色中的至少一种：

-白色光，

-紫色光，

-淡绿色光，

-淡红色光。

11.根据权利要求9所述的方法，其中所述磷转换发光二极管发射的光的颜色为下列颜色中的至少一种：

-白色光，

-紫色光，

-淡绿色光，

-淡红色光。

12.根据权利要求1或2所述的方法，其中所述单色发光二极管为红色发光二极管。

13.根据权利要求11所述的方法，其中所述单色发光二极管为红色发光二极管。

14.一种用于调整发光装置(110)的色度坐标的装置，所述发光装置包括至少一个磷转换发光二极管(103，105)和至少一个单色发光二极管(104)，

-所述发光装置具有控制单元(107)，所述控制单元通过至少一个传感器(106)来探测所述发光二极管(103，104，105)的亮度和/或温度并这样控制驱动器(108)：

-能调整用于所述至少一个磷转换发光二极管(103，105)的电流；

-能调整用于所述至少一个磷转换发光二极管(103，105)的脉宽调制；

-能调整用于所述至少一个单色发光二极管(104)的电流或者脉宽调制；

-其中根据额定色度坐标来调整所述色度坐标；

-其中根据接近所述额定色度坐标的阈值来调整所述色度坐标；

-其中借助于至少一个传感器来确定实际值，其中测定在所述实际值和所述额定色度坐标之间的偏差，并且相应地这样调整所述色度坐标，以达到所述额定色度坐标。

15.根据权利要求14所述的装置，其中所述控制单元包括微控制器或者处理器。

16.一种发光装置，包括根据权利要求14或15所述的装置。