CN102640566A

CN102640566A - 用于产生多色光辐射的发光二极管发光装置

Info

Publication number: CN102640566A
Application number: CN2010800549377A
Authority: CN
Inventors: 西蒙娜·卡佩莱托; 弗朗切斯科·马蒂尼; 马泰奥·托斯坎; 洛伦索·罗伯托·特雷维萨内洛
Original assignee: Osram Co Ltd
Current assignee: Osram Co Ltd
Priority date: 2009-12-04
Filing date: 2010-12-01
Publication date: 2012-08-15
Anticipated expiration: 2030-12-01
Also published as: EP2491766B1; EP2491766A1; CN102640566B; WO2011067298A1; US20120314412A1

Abstract

一种诸如LED的发光装置（100），包括光辐射源的多个集合（1,1’;2,2’;3,3’;1，2,3;1’,2’,3’）。每个集合包括要被混合的辐射源（102），以通过包括在集合中的源生成的辐射的相加混合而产生多色光辐射。控制装置（10）允许辐射源的所述集合被选择性地激活，其中可以保持不改变或者选择性地改变装置（100）发出的白光的色温，从而根据所激活的辐射源的集合（1,1’;2,2’;或3,3’;1,2,3;或1’,2’,3’）而在所照亮的物体的色度增强方面产生不同的效果。

Description

用于产生多色光辐射的发光二极管发光装置

技术领域

本描述涉及发光装置。

背景技术

本描述是在特别关注对如下发光装置的可能应用的情况下作出的：其能够生成多色光辐射（例如，“白”光）并且包括要混合的分量辐射的多个源（例如，发光二极管（LED）的集合），以通过所述分量辐射的相加混合来产生多色光辐射。

在一般的发光应用中，发光装置通常借助于称为“相关色温”（此后记为CCT）的参数来描述。该参数提供发出的光辐射的“颜色”的指示。另一方面，用以呈现照亮场景的适当颜色的能力借助于表示为显色指数（此后记为CRI）的参数来描述。该指数取决于装置的发射谱。

具有高CRI的照明装置对于其以“平衡”或“均衡”的方式来呈现颜色的能力来说通常是优选的。然而，对于特定应用，为了获得对给定波长频带（换言之，特定色度分量，诸如例如一些产物的颜色）的增强，可以使用具有低CRI的装置。在后一情况下，这些不是低质量的装置，而是故意针对产生颜色的“不平衡”外观的装置：例如，用于照亮红苹果的辐射中的红色带的主导性使得照亮的苹果呈现出“甚至更红”，而用于照亮绿苹果的辐射中的绿色带的主导性使得照亮的苹果呈现出“甚至更绿”。

当前存在能够生成作为多个辐射源（例如，以各种波长进行发射的LED的集合）产生的多个分量辐射的相加混合的光辐射的发光装置。在这些装置中，可以改变发出的辐射的颜色并且生成在宽频谱中具有可变色度特性的“白”光或有色光。为了实现该结果，使用具有互补色度特性的光辐射源的集合（例如，有色LED），例如，分别在红色带、绿色带以及蓝色带中发光的三种LED，以形成三色RGB系统，其中有时向该三色RGB系统添加另一白色LED装置。通过选择性地改变从各个源发出的分量辐射的强度来获得发出的辐射的颜色变化。

对于具有更一般用途的发光装置，通常优选的是发射具有高CRI值的白辐射的发光装置，因此得到如下辐射：在该辐射中，没有色度分量占主导，并且更重要的是最终发射谱是均匀的以获得尽可能高的CRI值。在期望选择所得到的白辐射的色温（以具有“较温暖的”或“较冷的”白光）的发光装置的情况下，这也适用。另外，在该情况下，定义灯的各个LED的发射频带的分配以及谱的相对组合，以使得CRI最大化，从而准确地在相对于期望实现特定色度分量的增强效果时其移动的方向的相对方向上移动。

相比之下，被设计用于这些其它目的（换言之，特定色度分量的增强：例如，用于照亮红苹果的红色带的主导性）的发光装置作为具有实际上固定的色度特性的发光装置而引人注意。结果，为了增强例如红色带而建立的发光装置一般不可用于例如以色度增强效果来照亮绿色物体：相反，最终效果可以显现为以红色光照亮的绿色物体看起来呈现出完全暗淡的外观，而不是增强其外观。

发明内容

根据之前所述，需要设置如下发光装置：其能够组合上述解决方案的克服了固有缺陷的积极方面，例如，可以现场根据工作中期望增强的色度带而改变发射谱，换言之，使用（如果需要，也可在操作期间）对装置中存在的各种辐射源的控制，而不修改发光装置。

同时，CCT保持恒定，或者提供用于调整白色的附加特征，同时最大化输出强度或应用任意其它控制策略。

本发明的目的是满足上述要求。

根据本发明，通过具有所附权利要求中要求保护的特征的发光装置来实现上述目的。本发明还涉及一种相应方法。

权利要求构成此处关于本发明所提供的技术教导的组成部分。

各个实施例提供了一种多通道发光装置，换言之，包括多个光辐射源的发光装置，其中，可以通过相加混合相同的所得白光（换言之，相同的CCT）来提供频带的多种组合，其中可以根据发光要求而现场选择这样的组合之一。这意味着：

-无论使用的频带的组合（换言之，辐射源的组合）是什么，都可以获得全白照明（CCT），以及

-每次预先选择的频带的各个组合能够针对所期望的发光效果而提供期望的增强效果。

例如：

-频带（换言之，辐射源，例如LED）的给定组合可以提供3000K的CCT，从而突出红色带，以便以增强效果来照亮例如红苹果，以及

-频带的不同组合可以提供等于3000K的相同CCT，但是突出绿色带，以便以增强效果照亮例如绿苹果。

附图说明

现在将仅作为非限制性示例并参照附图来描述本发明，其中：

-图1示出了第一实施例的操作的原理，

-图2是一个实施例的结构的示意电路图，

-图3示出了一个实施例的操作的原理，

-图4示出了一个实施例的结构，

-图5示出了一个实施例的操作的原理，

-图6示出了一个实施例的操作的原理，以及

-图7示出了一个实施例的结构。

具体实施方式

在以下描述中，示出各个具体细节以更好地理解实施例。实施例可在没有一个或多个具体细节的情况下来实现或者可利用其它方法、部件、材料等来实现。在其它情况下，没有详细示出或描述公知的结构、材料或操作模式，以避免模糊实施例的各个方面。

在该描述的范围内引用“实施例”用于表示关于实施例描述的特定配置、结构或特征包括在至少一个实施例内。因此，可能出现在描述中的各个地方的诸如“在一个实施例中”的短语不一定指的是同一实施例。此外，可在一个或多个实施例中以适当的方式组合特定布局、结构或特征。

这里所使用的引用仅是为了方便，因此不限定保护范围或实施例的范围。

色度学的基本原理之一阐述了任意颜色可作为定义三色系统的分量辐射的混合而生成：所谓的“颜色三角形”内的每个点表示可通过以适当的量混合称为原色的三种颜色获得的颜色，其中原色是以使得它们都不能通过其它两种的任意混合来获得的方式选择的。这是作为三色理论的基础的相加混合的准则。

在用于例如在电视机和计算机屏幕上、在照相和视频摄像装置上再现彩色图像并且还用于拍摄彩色图像的RGB系统的情况下，定义三色系统的分量辐射是红色、绿色和蓝色度分量辐射，这也是为这样的色度系统分配命名RGB（红色-绿色-蓝色）的原因。

更一般地，并且对色度学领域的技术人员来说公知的是，在颜色三角形的区域内，每个点表示具有给定色度特性的光辐射，而两种颜色的混合由来自连接表示所混合的颜色的两个点的线段的点表示。因此，连接两个点的线段包括能够通过混合以端点表示的、辐射的适当量的两种颜色而再现的所有颜色。当原色的单位固定时，要混合以获得给定颜色的两种颜色的量与如下线段的长度成反比：该线段连接对应于混合的点与线段的两端。

在颜色三角形的区域内，因而可以应用等同于正常几何形状的几何形状，如通过该几何形状可以看出，连接两个点的线的线段上的中点对应于呈现如下色度特性的辐射：该色度特性相对于与该线段的两端对应的辐射的特性是中间的。以模拟方式，由三个点限定的三角形的重心对应于相对于表示顶点的三个点的色度特性、呈现出“重心”色度特性的辐射。

因此，以下成立：可以定义色度分量的实际无限数量的（相互不同）集合（对、三元组、四元组等），该色度分量的集合能够通过混合在一起而产生相同的所得辐射（例如，“白”辐射或白光）。

图1中的图（对于图3中的图和图6中的图同样成立）指的是所谓的C.I.E.1931系统中的笛卡尔颜色空间（色度图）。

在这样的图中，标记L指示表示谱的各个单色的颜色点的谱线位置，而线SP是称为饱和紫色线的线，换言之，表示可通过混合与谱线L的端点对应的颜色获得的颜色的点的位置。

各个实施例基于如下准则：通过相加混合分量辐射的集合来生成多色光辐射（诸如，例如“白”辐射）。特别地，各个实施例被设计为提供要混合在一起的分量辐射的多个相互不同的集合（对、三元组等），其中可以以选择性方式激活分量辐射的所述集合，换言之，例如，取代另一个系统而激活光辐射源（例如LED）的一个系统。

作为示例，在图1的图中，点W可以是表示具有相等强度的白色的点，其可以通过择一地（完全地）将分量辐射的三个不同的对混合在一起来生成，换言之：

-对应于点1的辐射和对应于点1’的辐射；

-对应于点2的辐射和对应于点2’的辐射；

-对应于点3的辐射和对应于点3’的辐射。

实际上，在所有三种情况下，点W是相对于所混合的分量辐射对应的点的“重心（中心）”。

分量辐射的一对或其它对（1和1’；2和2’；或者3和3’）的选择保持不改变所得到的多色光辐射（换言之，对应于点W的辐射），但是产生对于不同的色度分量的增强效果：被激活以生成混合的分量辐射的源实际上是不同的，具有不同的色度（因此不同的增强）特性。即使附图没有考虑颜色再现，如下事实也是直接明显的：例如，对应于点2、1’和3的辐射/源（非常靠近饱和紫色线SP）对应于彼此完全不同的颜色。

此外，还应理解，之前参照辐射/源的对所描述的准则同样可应用于（考虑到按照三色系统进行推论的习惯，可能以更直观的方式）例如辐射/源的三元组。

因此，仍参照图1中的图，可以注意到，表示具有相等强度的白色的点W还能够通过将两种不同的辐射三元组择一地（完全地）混合在一起来再现：

-由以1、2和3标识的点标识的第一三元组，以及

-由以1’、2’和3’标识的点标识的第二三元组。

如在先前情况下，以上结果是保持不改变对应于“重心”点W的所得到的多色光辐射，但是取决于特定源（1，2,3或1’,2’,3’）而产生对于不同色度分量的增强效果。

尽管出于简单性,假设可以择一地使用彼此（完全）择一的辐射对1和1’或2和2’或3和3’之一或者仍彼此择一的辐射三元组（即，三元组1、2和3或者三元组1’、2’和3’）之一生成辐射W而给出了以上描述，但是不能排除在必要时以不同的强度水平（由于点W的“重心”位置）同时激活所讨论的多个对或两个辐射/源三元组。结果是，保持不改变对应于“重心”点W的所得到的多色光辐射，但是以更高的灵活性产生对于不同色度分量的增强效果。

如果注意到图1中的图上的每个点对应于进而可通过混合（至少）两种不同的辐射而获得的辐射，则对包括多于两个（对）或三个（三元组）的多个辐射/源的辐射/源的集合的可能概括是直接的。

图2涉及与以上考虑的示例对应的发光装置100的可能实现，换言之，确切包括六个辐射源（例如，六个LED）的发光装置1，这六个辐射源分别以1、2、3以及1’、2’和3’来表示，其在被激活时能够发射与图1中的颜色三角形上表示的类似点对应的“有色”辐射。

图2中的示意布局示出了在同一装置或“灯”100内或者在同一反射器（或者能够执行对从各个源发出的辐射的混合的类似结构）102内部，可以安装具有与图1的图中的相关点对应的色度发射特性的辐射源，比如LED 1、2、3、1’、2’、3’。

这基本上与现在由LED灯合并的结构类似，这些LED灯包括可潜在地用于改变所发出的白辐射的色温（CCT）的多个“有色”辐射源。

在各个实施例中，此外，还可以选择性地连接到借助于开关10工作的（传统类型的）供电装置PS：

-第一对LED 1和1’；

-第二对LED 2和2’；或者

-第三对LED 3和3’。

在各个实施例中，另一方面，开关10被配置用于选择性地连接到供电装置PS：

-LED的第一三元组1、2、3；或者

-LED的第二三元组1’、2’、3’。

再次，应记住，装置10还可以以如下方式来配置：必要时以不同的强度水平同时激活所讨论的辐射/源的多个对或两个三元组。

在每种情况下，由于具有相同重心W的色度分量对应于三对LED或LED的两个三元组，因此所得到的白光（换言之，从装置100发出的白光）将对应于相同的CCT。用于实现该结果的处理对应于完全不同的色度分量的组合。

图1和2中所涉及的解决方案因此允许在同一灯100内获得相同的所得白辐射，但是取决于此时借助于开关10激活三对LED（1，1’；或2,2’；或3,3’）或者LED的两个三元组（1,2,3；或1’,2’,3’）中的哪个以及如何激活而具有完全不同的色度增强效果。

图2中的特意示意性的图一般以12标识如下函数（以本身表示）：其被设计为考虑到根据电流、温度和老化的各个辐射源（LED）的特性的变化（减少）并且补偿各个LED的发射特性的漂移现象。执行此以随时间保持灯100的性能，特别是关于与图1中的重心W对应的白辐射的稳定性。

图3中的图发展了已在图1和2中介绍的光辐射源的“冗余性”的概念，提出了如下实施例：应用色度增强的频带的变化效果伴随有所得到的“白”辐射的变化（“调谐”）。

图3中的示例涉及可根据图4所示的一般电路图实现的实施例，其中，在装置或灯100中存在可以借助于开关10’选择性地激活的四对辐射源（例如，LED）：1、1’；2、2’；3、3’以及4、4’。

另外，在该情况下，为了简单性，每个源用图3中的色度图C.I.E.1931中的表示从其发出的辐射的点来标识。每对LED包括两个双重源，该两个双重源以其之间的“重心”位置标识基本上是白色的多色光（对于LED1、1’为W1；对于LED 2、2’为W2；对于LED 3、3’为W3，并且对于LED 4、4’为W4）。

图4的电路图中的开关10’允许以下选择性地连接到供电装置PS：

-辐射源（LED）1和1’

-LED 2和2’

-LED 3和3’，以及

-LED 4和4’。

以此方式，除了获得发射带的各种组合（具有期望的色度增强效果的相应变化）之外，还可以通过使得所得到的“白”辐射的特性对应于例如分别以W1、W2、W3和W4表示的各个不同的重心来修改重心从而修改所得到的“白”辐射的特性。

在该情况下，还可以使得开关10’能够同时将两对或更多对源（例如，LED对1和1’以及LED对2和2’，必要时具有不同的强度水平）连接到供电装置PS。另外，可以改变图3中以点W1、W2、W3和W4标识的整个阴影区域中从装置100发出的辐射的色度特性。

应理解，同样在该情况下，之前参照源对1、1’；2、2’；3、3’以及4、4’所述的内容可应用于三元组、四元组或者一般的更多源的集合。

如果如在图5所示意的、以与图1不同的方式来选择形成对的LED，则与图4中相同的原理可应用于根据图2构造的装置：选择不同颜色的LED，还导致应用色度增强的频带的变化的效果伴随有所得到的“白”辐射的变化（调谐）。因此，与根据图2的装置的唯一差别是根据图5组合的LED的类型。

三对辐射源（例如LED）1、1’；2、2’以及3、3’存在于装置或灯100中，其可借助于开关10选择性地激活（比较图2）。

还在该情况下，为了简单性，每个源以图5的色度图C.I.E.1931中的表示从其发出的辐射的点来标识。每对LED包括两个双重源，该两个双重源对于至少一对、以其之间的“重心”位置标识基本上是白色的多色光（对于LED 1、1’为W1；对于LED 2、2’为W2；并且对于LED 3、3’为W3）。在特殊实施例中，至少一对具有有色的（即，非白色的）重心位置。

图3的电路图中的开关10允许以下选择性地连接到供电装置PS：

-辐射源（LED）1和1’

-LED 2和2’，以及

-LED 3和3’。

以此方式，除了获得发射频带的各种组合（具有期望的色度增强效果的相应变化）之外，还可以通过使得所得到的“白”辐射的特性对应于例如分别以W1、W2和W3表示的各个不同的重心来修改重心，从而修改所得到的“白”辐射的特性。

在该情况下，还可以使得开关10能够同时将两对或更多对源（例如，LED对2和2’以及LED对3和3’，必要时具有不同的强度水平）连接到供电装置PS。另外，可以改变图3中以点W1、W2和W3标识的整个阴影区域中从装置100发出的辐射的色度特性。

图7中的电路图涉及如下实施例：其中，辐射源（例如，六个LED 1、2、3、4、5、6）设置为安装在反射器102内并且经由能够选择性地改变从各个源1、2、3、4、5、6发出的贡献（实际上为辐射强度）的调节装置1000（诸如，例如微控制器）而由装置PS供电。还在该情况下，在源1、2、3、4、5、6内，可在一般将存在光辐射源的多个集合的意义上来设置冗余，其中每个集合（例如，对1和4、2和5或3和6）包括要被混合的光辐射源，以通过相加混合从包括在该集合中的源生成的辐射来产生多色光辐射。

为了简单性，再次假设每个源由图6的色度图C.I.E.1931中的表示从其发出的辐射的点来标识，可以改变在一种“重心空间”WS中所得到的辐射的色度特性。

以此方式，通过除了改变域WS中重心的位置（从而，所得到的辐射的白色的点）之外还改变各个色度分量1、2、3、4、5、6的权重（例如，以连续方式），可以以相应方式改变期望的色度分量的增强效果。

可以由微控制器1000使用专用算法来控制最优组合。

各个实施例在发光装置100的框架内包括辐射源的多个不同的（子）集合的存在，其中每个（子）集合能够通过混合而得到基本上白色的辐射。对特定子集的选择则确定所获得的色度增强特性的变化。在特殊实施例中，另外，子集的至少之一可被设计为能够通过混合而得到有色的（即，非白色的）辐射。

各个实施例允许实现单个灯100，该单个灯100可用于宽范围的应用，特别地，可以获得在选择性可变的色度带中的色度增强效果。顾客的后勤被简化，并且同样，其最终安装被优化，这是因为可以安装具有相同的频带组合的相同灯集合，以便照亮不同的场景。除此之外，借助于快速校准，可以根据用户和/或顾客的感知和/或指示来现场选择最佳频带组合。在其有效的寿命期间，灯可经受频带组合的变化，以便满足不同发光色度特性的要求（例如，要照亮的产品或物品的改变）。作为本发明的另一特征，还可以开发用于自动地确定频带的组合的能力，其中例如可以通过利用能够提供反馈信号的光学传感器对灯L的操作进行闭环控制来执行这样的选择。

无需说，本发明的原理保持不变，但是实现和实施例的细节可相对于仅作为非限制性示例示出的内容而变化甚至是显著变化，而不偏离所附权利要求中所限定的本发明的范围。特别地，关于使用不同于LED的光辐射源（例如OLED或者其它性质的基本上单色光源）的可能性，这可以成立。

Claims

1.一种发光装置（100），包括光辐射源（102），所述光辐射源（102）能够被混合以产生作为由所述源生成的辐射的相加混合的多色光辐射（W;W1,W2,W3,W4;WS），

其特征在于，所述发光装置（100）包括：

-光辐射源的多个集合（1,1’;2,2’;3,3’;1,2,3;1’,2’,3’;1,1’;2,2’;3,3’;4,4’;1,2,3,4,5,6），其中，每个集合包括光辐射源（102），所述光辐射源（102）能够被混合以通过对所述集合中的源生成的辐射的相加混合来产生多色光辐射，以及

-控制装置（10,10’,1000），选择性地激活所述多个集合中的辐射源的集合（1,1’;2,2’;3,3’;1,2,3;1’,2’,3’;1,1’;2,2’;3,3’;4,4’;1,2,3,4,5,6）。

2.根据权利要求1所述的发光装置，其中，所述控制装置（10,10’）被配置用于选择性地、择一地激活所述多个集合中的源的集合（1,1’;2,2’;3,3’;1,2,3;1’,2’,3’;1,1’;2,2’;3,3’;4,4’;1,2,3,4,5,6）。

3.根据权利要求1所述的发光装置，其中，所述控制装置（10,10’）被配置用于同时激活所述多个集合中的辐射源的多个集合（1,1’;2,2’;3,3’;1,2,3;1’,2’,3’;1,1’;2,2’;3,3’;4,4’）。

4.根据前述权利要求中任一项所述的发光装置，其中，所述控制装置（1000）被配置用于选择性地改变所述辐射源（1，2,3,4,5,6）发出的可混合辐射的强度。

5.根据前述权利要求中任一项所述的发光装置，其中，辐射源的所述多个集合包括辐射源的至少一个第一集合（1,2,3;1,2,3,4）和辐射源的至少一个第二集合（1’,2’,3’;1’,2’,3’,4’），其中，所述第一集合（1,2,3;1,2,3,4）中的每个辐射源对应于所述第二集合（1’,2’,3’;1’,2’,3’,4’）中的相应源。

6.根据前述权利要求中任一项所述的发光装置，其中，辐射源的每个所述集合（1,1’;2,2’;3,3’;1,2,3;1’,2’,3’;1,1’;2,2’;3,3’;4,4’;1,2,3,4,5,6）包括与C.I.E.1931系统中的笛卡尔色度图中的、联合定义重心点（W;W1,W2,W3,W4）或重心区域（WS）的点对应的辐射源。

7.根据权利要求6所述的发光装置，其中，所述重心点（W;W1,W2,W3,W4）或所述重心区域（WS）中的至少一个对应于白辐射。

8.根据权利要求6或7所述的发光装置，其中，所述重心点（W;W1,W2,W3,W4）或所述重心区域（WS）都对应于白辐射。

9.根据权利要求6至8中任一项所述的发光装置，其中，所述多个集合中的辐射源的所述集合（1,1’;2,2’;3,3’;1,2,3;1’,2’,3’）定义同一个重心点（W）。

10.根据权利要求6至9中任一项所述的发光装置，其中，所述多个集合中的辐射源的所述集合（1，1’;2,2’;3,3’;4,4’）定义相互不同的各自的重心点（W1,W2,W3,W4）。

11.一种生成作为分量光辐射的相加混合的多色光辐射（W，W1,W2,W3,W4;WS）的方法，

其特征在于，所述方法包括：

-提供所述分量辐射的多个集合（1,1’;2,2’;3,3’;1,2,3;1’,2’,3’;1,1’;2,2’;3,3’;4,4’;1,2,3,4,5,6），其中，每个集合被配置成产生作为所述集合中的所述分量辐射的相加混合的多色光辐射，以及

-选择性地激活（10;10’;1000）所述多个集合中的分量辐射的集合（1,1’;2,2’;3,3’;1,2,3;1’,2’,3’;1,1’;2,2’;3,3’;4,4’;1,2,3,4,5,6）。