CN111163556A - 一种实现任意色彩led光源的配光方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种实现任意色彩LED光源的配光方法，其特征在于：该方法通过不同色彩的LED芯片发出光线的混合得到，并采用色坐标表示光源色彩，依据光谱特性与色坐标和各色彩光参比的对应关系，得到目标色坐标下的各色彩光参比，同时建立混光前、后各色彩光参或光谱的对应关系，对各色彩光参值进行修正，并依据各色彩混光前的光参或光谱与电流的对应关系，得到指定总光参和色坐标下各元LED芯片的驱动电流，通过电源输出得到目标色彩LED光源。该方法简单方便，可实现任意色彩LED光源的配制，光源的配光精度高，可适用和满足任何场景的照明需求。
Description
技术领域
本发明涉及一种实现任意色彩LED光源的配光方法，属于半导体照明领域。
背景技术
LED作为一种新型照明光源，有着优异的节能环保性，且具有低成本、长寿命等特点而被广泛研究与应用。近年来，随着人们对光品质要求的不断提高，以及不同应用场景对光源选择的多样性需求，未来需要更多色彩或性能的光源来满足日益增长的照明应用。
现有主流LED照明光源主要以LED蓝光(B)芯片激发黄色荧光粉制备而成，激发产生的红光(R)和绿光(G)与剩余的蓝光混合得到某一色温的白光，方法简单且成本低。但是，现有LED照明光源的色温固定，且主要集中在白光色温段的区间或单色彩照明，对于其它任意色彩的光源由于受发光方式的限制而非常匮乏，因此对需特定色彩照明的场景，现有光源已无法满足。
因此，为了得到任意色彩光源，有研究通过短波长芯片激发红、绿、蓝、黄等荧光粉的方法实现，但该方法得到的光源光效较低，且无法精确得到所需目标色彩的光源，光源色差大。另外有研究通过红、绿、蓝芯片混光得到任意色彩光源，类似LED显示屏那样实现，但LED显示屏原理是通过源色彩信息读取与转化并传输处理实现映射，并无法精确指定某一色彩而得到，且需要配套设备和软件，实现难度较大。
同时，我们知道光源光谱与其它光学参数相互对应。但当不同色彩或波长的光线混合时，受光线之间的相互吸收或转化，混合前、后各自的光谱或光参会出现一定的偏移，且不同色彩的趋势迥异，因此对精确的混合配光来说，现技术均未有有效的解决方法。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供了一种实现任意色彩LED光源的配光方法，该方法通过不同色彩的LED芯片发出光线的混合得到，并采用色坐标表示光源色彩，依据光谱特性与色坐标和各色彩光参比的对应关系，得到目标色坐标下的各色彩光参比，同时建立混光前、后各色彩光参或光谱的对应关系，对各色彩光参值进行修正，并依据各色彩混光前的光参或光谱与电流的对应关系，得到指定总光参和色坐标下各元LED芯片的驱动电流，通过电源输出得到目标色彩LED光源，即可实现任意色彩LED光源的配制。
为了实现上述目的，本发明的技术方案为：LED光源包含红(R)绿(G)蓝(B)LED发光芯片，目标色彩的LED光源通过各芯片发出光线的混合得到，并通过色坐标表示光源色彩，配光方法如下：
a.分别测试RGB芯片在任一电流下的光谱特性CR、CG、CB，叠加三者光谱曲线得到相加光谱∑C，由相加光谱∑C确立相应的色坐标(x，y)与相加后RGB光参贡献比pR∶pG∶pb，以CR、CG、CB为基准，建立色坐标(x，y)与光谱特性和相加后RGB光参贡献比的对应关系库，
(x，y)→∑C＝CR+CG+CB→pR∶pG∶pb
定义目标光源的光参总和为Q，因此可得相加后RGB各光参贡献值PR′、PG′、PB′，
PR′＝Q*pR/(pR+pG+pb)
PG′＝Q*pG/(pR+pG+pb)
PB′＝Q*pB/(pR+pG+pb)
b.建立RGB单独测试时的光参PR、PG、PB与三者相加后各光参贡献值PR′、PG′、PB′的对应关系，得到修正方程，
PR＝κRPR′
PG＝κGPR′
PB＝κBPR′
c.分别测试RGB芯片光参PR、PG、PB与不同电流I的对应关系，建立方程，
PR＝κR′IR
PG＝κG′IG
PB＝κB′IB
d.联立以上对应关系或方程，即可得到指定总光参Q和色坐标(x，y)下各元LED芯片的驱动电流数据，通过电源输出配制目标色彩LED光源。
IR＝κR*Q*pR/[κR′(pR+pG+pb)]
IG＝κG*Q*pG/[κG′(pR+pG+pb)]
IB＝κB*Q*pB/[κB′(pR+pG+pb)]
进一步的，LED光源包含的发光芯片种类至少包含两种以上，每种发光芯片的数量≥1。
进一步的，LED光源的结构可为COB、SMD、LAMP、CSP、Mini等任意类型。
进一步的，光谱特性为波长与光辐射强度的对应曲线，光参种类可为光通量、光辐射功率、光强等参数中的一种。
进一步的，各参数与另一参数的对应关系或方程建立依据于理论计算或实验而得，其中实验通过多组对比分析建立相互影响的曲线方程。
进一步的，G单独测试时光参PG与其它色彩相加后光参贡献值PG′相同。
进一步的，R和B单独测试时光参和其与其它色彩相加后光参贡献值的对应关系建立通过不同大小的R、G对B的影响，和不同大小的G、B对R的影响分析总结而得。
进一步的，LED光源的驱动方式可通过多个分立电源单独控制一种LED芯片，也可使用单电源对LED光源的各种类LED芯片串电阻实现，其中各种类LED芯片之间相互并联。
有益效果：通过以上技术方案可达效果如下：
(1)通过该方法可实现任意色彩LED光源的配制，应用场景广泛。
(2)该方法实现方式简单，且通过修正方程，光源的配光精度高。
(3)该方法采用多元色LED芯片混光实现，无需荧光粉，光效高。
(4)该方法有效解决照明光源的精准配色问题，为现有照明技术发展提供参考思路。
附图说明
图1是本发明的实现任意色彩LED光源的配光方法的步骤图。
图2是本发明RGB芯片相加光谱与同时点亮时的实际光谱的对比图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例，进一步阐明本发明，应理解这些实施例仅用于说明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请附权利要求所限定的范围。
实施例
本实施例采用RGB三基色芯片作为实现任意色彩LED光源的配光基础，以光通量φ作为配光的光参指标，指定光源结构为COB类型，RGB芯片各自单独驱动，每种LED芯片之间可串联或并联连接，当指定任一目标色彩光源的光通总量为Q和色坐标为(x，y)时，可通过如下方法对RGB芯片进行驱动得到所需光源，如图1所示：
(1)分别测试RGB芯片在任一电流下的光谱特性CR、CG、CB，叠加三者光谱曲线得到相加光谱∑C，由相加光谱∑C确立相应的色坐标(x，y)与相加后RGB光参贡献比pR∶pG∶pb，以CR、CG、CB为基准，建立色坐标(x，y)与光谱特性和相加后RGB光参贡献比的对应关系库，
(x，y)→∑C＝CR+CG+CB→pR∶pG∶pb
定义目标光源的光参总和为Q，因此可得相加后RGB各光参贡献值PR′、PG′、PB′，
PR′＝Q*pR/(pR+pG+pb)
PG′＝Q*pG/(pR+pG+pb)
PB′＝Q*pB/(pR+pG+pb)
(2)建立RGB单独测试时的光参PR、PG、PB与三者相加后各光参贡献值PR′、PG′、PB′的对应关系，得到修正方程，
PR＝κRPR′
PG＝κGPR′
PB＝κBPR′
(3)分别测试RGB芯片光参PR、PG、PB与不同电流I的对应关系，建立方程，
PR＝κR′IR
PG＝κG′IG
PB＝κB′IB
(4)联立以上对应关系或方程，即可得到RGB芯片的驱动电流，
IR＝κR*Q*pR/[κR′(pR+pG+pb)]
IG＝κG*Q*pG/[κG′(pR+pG+pb)]
IB＝κB*Q*pB/[κB′(pR+pG+pb)]
其中，在以上方法实现过程中，RGB芯片各自的光谱特性CR、CG、CB叠加后得到相加光谱∑C与RGB芯片同时点亮的实际混合光谱∑C′存在不对等关系，也就是不同色彩混合后的吸收或转化现象，如图2所示，由此可见，不同色彩混合后，R光谱减弱、G基本不变、B增大，因此要想得到目标光谱，在混光前，需要增大R、G不变、减小B才可实现，所以需要对RGB混合光谱或光参进行修正，修正时可通过不同大小的R、G对B的影响，和不同大小的G、B对R的影响进行，获得对应关系，后通过各自所需的光参贡献值进行对应的系数修正。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
Claims (8)
1.一种实现任意色彩LED光源的配光方法，其特征在于：LED光源包含红(R)绿(G)蓝(B)LED发光芯片，目标色彩的LED光源通过各芯片发出光线的混合得到，并通过色坐标表示光源色彩，配光方法如下：
a.分别测试RGB芯片在任一电流下的光谱特性CR、CG、CB，叠加三者光谱曲线得到相加光谱∑C，由相加光谱∑C确立相应的色坐标(x，y)与相加后RGB光参贡献比pR∶pG∶pb，以CR、CG、CB为基准，建立色坐标(x，y)与光谱特性和相加后RGB光参贡献比的对应关系库，
(x，y)→∑C＝CR+CG+CB→pR∶pG∶pb
定义目标光源的光参总和为Q，因此可得相加后RGB各光参贡献值PR′、PG′、PB′，
PR′＝Q*pR/(pR+pG+pb)
PG′＝Q*pG/(pR+pG+pb)
PB′＝Q*pB/(pR+pG+pb)
b.建立RGB单独测试时的光参PR、PG、PB与三者相加后各光参贡献值PR′、PG′、PB′的对应关系，得到修正方程，
PR＝κRPR′
PG＝κGPR′
PB＝κBPR′
c.分别测试RGB芯片光参PR、PG、PB与不同电流I的对应关系，建立方程，
PR＝κR′IR
PG＝κG′IG
PB＝κB′IB
d.联立以上对应关系或方程，即可得到指定总光参Q和色坐标(x，y)下各元LED芯片的驱动电流数据，通过电源输出配制目标色彩LED光源。
IR＝κR*Q*pR/[κR′(pR+pG+pb)]
IG＝κG*Q*pG/[κG′(pR+pG+pb)]
IB＝κB*Q*pB/[κB′(pR+pG+pb)]
2.根据权利要求1所述的一种实现任意色彩LED光源的配光方法，其特征在于：LED光源包含的发光芯片种类至少包含两种以上，每种发光芯片的数量≥1。
3.根据权利要求1所述的一种实现任意色彩LED光源的配光方法，其特征在于：LED光源的结构可为COB、SMD、LAMP、CSP、Mini等任意类型。
4.根据权利要求1所述的一种实现任意色彩LED光源的配光方法，其特征在于：光谱特性为波长与光辐射强度的对应曲线，光参种类可为光通量、光辐射功率、光强等参数中的一种。
5.根据权利要求1所述的一种实现任意色彩LED光源的配光方法，其特征在于：各参数与另一参数的对应关系或方程建立依据于理论计算或实验而得，其中实验通过多组对比分析建立曲线方程。
6.根据权利要求1所述的一种实现任意色彩LED光源的配光方法，其特征在于：G单独测试时光参PG与其它色彩相加后光参贡献值PG′相同。
7.根据权利要求1或5所述的一种实现任意色彩LED光源的配光方法，其特征在于：R和B单独测试时光参和其与其它色彩相加后光参贡献值的对应关系建立通过不同大小的R、G对B的影响，和不同大小的G、B对R的影响分析总结而得。
8.根据以上任一权利要求所述的一种实现任意色彩LED光源的配光方法，其特征在于：LED光源的驱动方式可通过多个分立电源单独控制一种LED芯片，也可使用单电源对LED光源的各种类LED芯片串电阻实现，其中各种类LED芯片之间相互并联。
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