CN114651529A - 布置为发射跟随颜色空间中的普朗克轨迹的特定发射光的基于发光二极管led的照明设备 - Google Patents

Abstract

基于发光二极管LED的照明设备被布置为发射跟随颜色空间中的普朗克轨迹的特定发射光，该基于LED的照明设备包括：第一LED通道，包括多个LED，其中第一LED通道被调谐为发射具有颜色空间中的第一色度的光；第二LED通道，包括多个LED，其中第二LED通道被调谐为发射具有颜色空间中的第二色度的光；控制器，用于激活第一和第二LED通道，使得基于LED的照明设备发射具有颜色空间中的第一与第二色度之间的颜色的光，其中基于LED的照明设备还包括连接在至少两个LED通道之间的第三LED通道，其中第三LED通道包括一个或多个LED，并且其中第三LED通道被调谐为发射具有颜色空间中的第三色度的光，其中当第一通道被致动时，第三LED通道致使第二LED通道的至少一个LED被激活，由此确保发射光跟随颜色空间中第一与第二色度之间的颜色空间中的普朗克轨迹。

Description

布置为发射跟随颜色空间中的普朗克轨迹的特定发射光的基 于发光二极管LED的照明设备

技术领域

本公开涉及一种被布置用于发射特定颜色光的基于发光二极管LED的照明设备，其中光的颜色可以使用两个颜色设置点来设置，并且其中那些颜色设置点之间的颜色曲线跟随普朗克轨迹。

背景技术

已经开发了利用发光二极管LED的照明设备，用于各种照明应用。由于LED灯的长寿命和高能效，现在LED灯也被设计用于替代传统的荧光灯，即用于改型应用。对于这样的应用，改型的LED灯通常适于装配到待改型的相应灯固定装置的插座中。此外，由于灯的维护通常由用户进行，所以改型的LED灯理想地应当易于与任何类型的合适固定装置一起操作，而不需要对该固定装置重新布线。

本公开涉及多通道(特别是双通道)的基于LED的照明设备。每个通道可以包括能够发射特定颜色的光的多个LED。例如，可以引导第一通道发射红色发射光。可以引导第二通道发射绿色发射光，并且可以引导第三通道发射蓝色发射光。

在这样的照明设备中，可以使用固定电压源来向每个通道中的LED供电。通过每个通道的电流可以在工厂中通过调谐与特定通道的LED串联放置的电阻器来设置。这样的方法的缺点中的一个缺点涉及几种干扰因素，诸如电源的电压变化、线缆长度(即阻抗)、通道之间的相互作用，该相互作用可能导致目标通量和色点的误差。

另一选项是使用电流源来向每个通道中的LED供电。控制器可以以特定比率来激活LED通道，以确保特定发射光被发射。

更具体地，通常，存在用于控制多个开关的控制器，其中每个开关被布置为启用特定LED通道。例如，第一开关可以启用红色通道，第二开关可以启用绿色通道，第三开关可以启用蓝色通道等。可以向开关提供具有特定占空比的脉宽调制PWM信号。应当选择PWM信号的频率，使得其超过人眼的刷新速率。这将防止用户看到任何闪烁。通过控制占空比，可以控制每个通道对发射的光的总量的贡献，并且因此还控制由基于LED的照明设备发射的光的颜色。

在目前的双通道基于LED的照明设备中，通过改变两个通道之间的电流比率来调谐色点。例如，一个通道可以具有被布置为发射具有2700K的色温的光的LED，并且另一通道可以具有被布置为发射具有6500K的色温的光的LED。

上述双通道基于LED的照明设备的缺点之一在于：基于LED的照明设备的发射光的色点可以沿着颜色空间中的直线被调谐。这可能导致颜色感知问题，因为颜色可能例如看起来泛红。

发明内容

实现一种被布置用于发射跟随颜色空间中的普朗克轨迹的特定发射光的基于发光二极管LED的照明设备将是有利的。

在第一方面，提供了一种被布置用于发射跟随颜色空间中的普朗克轨迹的特定发射光的基于发光二极管LED的照明设备。该基于LED的照明设备包括：

-第一LED通道，包括至少一个LED，其中第一LED通道被调谐为发射具有颜色空间中的第一色度的光；

-第二LED通道，包括至少一个LED，其中第二LED通道被调谐为发射具有颜色空间中的第二色度的光；

-控制器，用于激活第一LED通道和第二LED通道，使得基于LED的照明设备发射具有颜色空间中的第一色度与第二色度之间的颜色的光；

其中基于LED的照明设备还包括：

-连接在第一LED通道的输入端与第二LED通道的输入端之间的第三LED通道，其中第三LED通道包括至少一个LED，并且其中第三LED通道被调谐为发射具有颜色空间中的第三色度的光，其中当第一通道被致动时，第三LED通道致使第二LED通道的至少一个LED被激活。

因此，光可以用颜色空间的颜色中的色点(x1,y1)来表征。

根据本公开，普朗克轨迹或黑体轨迹是当黑体温度改变时白炽黑体的颜色将在特定色度空间中占据的路径或轨迹。它从低温处的深红色经过橙色、黄白色、白色，并且最后到非常高温处的青白色。

本发明人已经发现，当所发射的光跟随颜色空间中的普朗克轨迹时，用户可以感知到自然颜色过渡。在现有技术中，两个LED通道之间的颜色过渡被展示为两个LED通道的设置点之间的颜色空间中的直线。这可能被感知为不期望的。

根据本公开，颜色空间可以被视为三维空间。即，颜色可以由三个数的集合指定，例如CIE坐标X、Y和Z，或诸如色调、色彩度和亮度的其他值，其指定特定均匀视觉刺激的颜色和明亮度。

色度是投影到二维空间上的颜色，该二维空间忽略明亮度。例如，标准CIE XYZ颜色空间直接投影到由被称为x和y的两个色度坐标指定的对应色度空间，从而构成CIE色度图。

根据本公开，色度是颜色的质量的客观规范，而不管其亮度如何。色度可以由两个独立的参数组成，例如被指定为色调和色彩度，其中后者可替代地被称为饱和度、彩度(chroma)、强度或激发纯度。这一数量的参数得自大多数人类的视觉的三色视觉，其被颜色科学中的大多数模型所采用。

根据上述内容，本发明人洞察到，控制器应当能够以这样的方式控制通道，使得由基于LED的照明设备发射的颜色跟随颜色空间中的普朗克轨迹。

注意，本公开利用LED的正向电压-电流特性，以用于引入非线性。下面在这里更详细地、更好地解释这个概念。

还应注意，利用本公开的概念，得到的颜色空间中的线可能不精确地跟随普朗克轨迹，但是与常规直线相比，可以更好地匹配普朗克轨迹。

在一个示例中，第二LED通道的正向电压和第三LED通道的正向电压之和等于第一LED通道的正向电压。这提供了对三个LED通道之间的电流分布的最优控制。

在一个示例中，第一LED通道包括多个LED，并且其中第二LED通道包括多个LED，并且第三LED通道在第一端部处连接在第一LED通道的多个LED之间，并且在与第一端部相对的第二端部处连接在第二LED通道的多个LED之间。

上述示例的目的之一是当激活第一LED通道时引入非线性。流过第一LED通道的电流也将经由第三LED通道流过第二LED通道的一部分。因此，可以将LED电流分成两个电流。第一电流可以通过流过存在于第一LED通道中的LED的剩余部分而继续在第一LED通道中流动，并且第二流可以经由第三LED通道流向第二LED通道，并且可以经由存在于第二LED通道中的一个或多个LED而流动。

在另外的示例中，第一通道中的利用其阳极侧连接到第三LED通道的第一端部的串联级联的LED的数量，等于第三LED通道中的串联连接的LED的数量加上第二LED通道中的利用其阳极侧连接到第三LED通道的第二端部的串联连接的LED的数量。

发现，确保第一电流流过的LED的总数等于第二电流流过的LED的总数可以是有益的。

在另外的示例中：

-第一LED通道包括五个初始LED，其后是十个后续LED；

-第二LED通道包括五个初始LED，其后是五个后续LED，

-第三LED通道包括五个LED，其中第三LED通道的第一端部连接在第一LED通道的初始LED与后续LED之间，并且其中第三LED通道的第二端部连接在第二LED通道的初始LED与后续LED之间。

上述示例是基于LED的照明设备的实际实现方式。

控制器可以例如激活第二LED通道。在这种情况下，电流将流过第二LED通道的五个初始LED，其后流过五个后续LED。

例如，控制器还可以激活第一LED通道。在这种情况下，电流将流过第一LED通道的五个初始LED。然后，电流将流过第一LED通道的五个后续LED，或流经第三LED通道的LED和第二通道的五个后续LED，或其组合。这还取决于流过第二LED通道的电流的量。

这被最好地解释如下。特定LED上的电压还取决于流过该LED的电流。因此，本公开利用如下概念：LED的正向电压还取决于流过对应LED的电流。

在通过第二LED通道的电流相对较大的情况下，将没有电流流过第三LED通道。这将意味着：由于第二LED通道中的后续LED的正向电压的总和，在第三LED通道的第二端部处的电压被提升。然后，第三LED通道中的LED上的电压可能不足以使那些LED允许电流流动。

因此，上述内容涉及本公开的引入的非线性。换句话说，给定第一LED通道与第二LED通道之间的特定总电流比率，电流将从第一LED通道经由第三LED通道流到第二LED通道。

在另一示例中，第一色度的色温低于第二色度的色温。

在又一示例中，照明设备具有两个LED通道。

在再一示例中，第一LED通道被布置为发射具有2700k的温度的光，并且其中第二LED通道被布置为发射具有6500K的温度的光。

注意，控制器可以是以下中的任何项：基于脉宽调制PWM的控制器或线性操作的控制器。基于PWM的控制器意味着控制器可以控制存在于通道中的开关，以用于使用PWM控制信号来激活对应通道。这将意味着特定LED通道是开启的或关闭的。线性操作的控制器可以通过提供通过对应LED通道的线性控制器电流来控制每个LED通道。如此，通过LED通道的电流的量可以不是固定的，而是可以取决于控制器的设置而变化。

本发明的这些和其他方面将从下文描述的实施例变得显而易见，并参考下文描述的实施例得到阐述。

附图说明

图1示出了根据现有技术的具有两个LED通道的基于发光二极管LED的照明设备；

图2示出了根据本公开的具有两个LED通道的基于LED的照明设备；

图3示出了根据本公开的具有两个LED通道的另外的基于LED的照明设备；

图4示出了图示普朗克轨迹的概念的色度图；

图5示出了图示根据本公开的通量比率与电流比率的曲线图的一个示例。

具体实施方式

图1示出了根据现有技术的具有两个LED通道的基于发光二极管LED的照明设备1。

基于LED的照明设备1包括被配备用于驱动两个不同通道2、3的驱动器。第一LED通道2可以被布置用于发射具有2700K的温度的颜色，该颜色也被称为暖白色。第二LED通道可以被布置用于发射具有6500K的温度的颜色，该颜色也被称为日光白色。通过组合这两个通道，可以获得暖白色与日光白色之间的颜色。

基于LED的照明设备1具有单个返回线路，如用附图标记4所指示的。该返回线路用于源自第一LED通道2和第二LED通道3的任何电流。

图2示出了根据本公开的具有两个LED通道的基于LED的照明设备11。

基于LED的照明设备11具有两个通道，如用词语“通道1”和“通道2”所指示的。第一通道12可以具有至少一个LED并且被调谐用于发射具有第一色度的光。第二通道13可以具有至少一个LED并且被调谐用于发射具有第二色度的光。基于发光二极管LED的照明设备11被布置用于发射跟随颜色空间中的普朗克轨迹的特定发射光。更具体地，第一通道12可以被布置用于发射具有2700K的温度的颜色，并且第二通道13可以被布置用于发射具有6500K的温度的颜色。基于LED的照明设备11包括连接在第一LED通道12的输入端与第二LED通道13的输入端之间的第三LED通道14。第三LED通道14具有至少一个LED，该至少一个LED被调谐为发射具有所述颜色空间中的第三色度的光。当第一通道被致动时，第三LED分支14通道致使第二LED通道13的至少一个LED被激活。第三LED通道14可以发射具有红色的光，以在基于LED的照明设备11的总光输出中创建更暖的效果。

本文的基于LED的照明设备11被布置用于发射跟随颜色空间中的普朗克轨迹的特定发射光。

在物理学和颜色科学中，普朗克轨迹或黑体轨迹是当黑体温度改变时白炽黑体的颜色将在特定颜色空间(即色度空间)中占据的路径或轨迹。它从低温处的深红色经过橙色、黄白色、白色，并且最后到非常高温处的青白色。

根据本公开，颜色空间是三维空间。即，特定颜色可以由三个数的集合指定，例如CIE坐标X、Y和Z，或诸如色调、色彩度和亮度的其他值。

本公开不限于组成这三个数的方式。

色度是投影到二维空间中的颜色，该二维空间忽略明亮度。例如，标准CIE XYZ颜色空间直接投影到由被称为x和y的两个色度坐标指定的对应色度空间，从而形成图4中示出的熟悉的色度图。

普朗克轨迹(当黑体温度改变时黑体的颜色占据的路径)通常被示出在该标准色度空间中，其关于图4更详细地解释。优选地，第二LED通道的正向电压和第三LED通道的正向电压之和等于第一LED通道的正向电压。

在图3中，描述了根据本发明的具有两个LED通道的另外的基于LED的照明设备11。第一LED通道12包括多个初始LED，其后是多个后续LED。在该特定示例中，示出了五个初始LED，如用附图标记“#5”所指示的，并且示出了十个后续LED，如用附图标记“#10”所指示的。

初始LED和后续LED可以是相同类型的。也就是说，每个LED可以被布置为发射具有2700K的温度的颜色。

第二LED通道13包括多个初始LED，其后是多个后续LED。在该特定示例中，示出了十个初始LED，如用附图标记“#10”所指示的，并且示出了五个后续LED，如用附图标记“#5”所指示的。

基于LED的照明设备11包括连接在至少两个LED通道之间的第三LED通道14，其中第三LED通道14包括一个或多个LED，并且其中第三LED通道14被调谐为发射具有颜色空间中的第三色度的光，其中当第一通道12被致动时，第三LED通道14致使第二LED通道13的至少一个LED被激活，由此确保所发射的光跟随颜色空间中的第一色度与第二色度之间的颜色空间中的普朗克轨迹。

在该特定情况下，第三LED通道14包括如用附图标记“#5”所指示的五个LED，其中第三LED通道14的第一端部连接在第一LED通道12的初始LED与后续LED之间，并且其中第三LED通道14的第二端部连接在第二LED通道13的初始LED与后续LED之间。

图4示出了图示普朗克轨迹的概念的色度图51。

这里，附图标记51指示与第二LED通道13相关联的色度图中的点，并且附图标记52指示与第一LED通道12相关联的色度图中的点。在如关于图1所描述的现有技术的情况下，LED通道可以被组合，使得由基于LED的照明设备发射的颜色跟随两个点51、52之间的直线54。

根据本公开的基于LED的照明设备被布置为跟随两个点51、52之间的普朗克轨迹，如用附图标记53所指示的。

图5示出了图示根据本公开的通量比率与电流比率的曲线图61的一个示例。

附图标记62指示源自第二LED通道13的通量的比率，附图标记63指示源自第一LED通道12的通量的比率，并且附图标记64指示源自第三LED通道14的通量的比率。

如该图中所示出的，第三LED通道14仅在一旦第一LED通道12与第二LED通道13之间的某个电流比率出现时才开始起作用。即，如果少量的电流流过第一LED通道12，那么那种量的电流可能不会流过第三LED通道14。这被解释如下。

流过第二LED通道13的大量电流导致第三LED通道14的阴极侧处的电势由于第二LED通道13的后续LED的正向电压而增加。这将导致第三LED通道14上的电压太低而不能使第三LED通道14中的LED开始传导的效果。

一旦通过第一LED通道12与第二LED通道13的电流之间的比率达到某个阈值，第三LED通道14中的LED就将开始传导电流。这在水平轴中的大约35％的标记处示出。在这种情况下，第三LED通道14的电压刚好超过阈值电压，使得第三LED通道14中的LED开始传导电流。被注入到第一LED通道12中的电流然后在通过第三LED通道14的电流与通过存在于第一LED通道12中的后续LED的电流之间被拆分。这在图中由以下来示出：在水平轴中的大约35％处存在于源自第一LED通道12的通量中的点头(nod)。

因此，上文指示了通过第一LED通道12的电流不会立即自身拆分，使得电流流过第三LED通道14。第三LED通道14仅在一旦获得在第一LED通道12与第二LED通道13之间的某个电流比率时才开始起作用。即，当通过第一LED通道12的电流与通过第二LED通道13的电流之间的比率高于预定阈值时，第三LED通道14开始传导电流。这导致期望的非线性，因为这导致颜色以更接近的方式跟随普朗克轨迹。

通过研究附图、公开内容和所附权利要求，本领域技术人员在实践所要求保护的本发明时可以理解和实现所公开的实施例的其他变型。在权利要求书中，词语“包括”不排除其他元件或步骤，并且不定冠词“一”或“一个”不排除多个。单个处理器或其他单元可以实现权利要求中记载的几个项的功能。在相互不同的从属权利要求中记载某些措施的仅有事实并不表示不能有利地使用这些措施的组合。计算机程序可以存储/分布在适当的介质上，诸如与其他硬件一起被供应或作为其他硬件的一部分被供应的光存储介质或固态介质，但是计算机程序也可以以其他形式分布，例如经由因特网或其他有线或无线电信系统。权利要求中的任何附图标记不应被解释为限制其范围。

Claims (10)

1.一种基于发光二极管LED的照明设备(11)，所述基于LED的照明设备被布置用于发射跟随颜色空间中的普朗克轨迹的特定发射光，其中所述基于LED的照明设备(11)包括：

-第一LED通道(12)，包括至少一个LED，其中所述第一LED通道(12)被调谐为发射具有所述颜色空间中的第一色度的光；

-第二LED通道(13)，包括至少一个LED，其中所述第二LED通道(13)被调谐为发射具有所述颜色空间中的第二色度的光；

-控制器，用于激活所述第一LED通道(12)和所述第二LED通道(13)，使得所述基于LED的照明设备(11)发射具有所述颜色空间中的所述第一色度与所述第二色度之间的颜色的光；

其中所述基于LED的照明设备(11)还包括：

-第三LED通道(14)，连接在所述第一LED通道(12)的输入端与所述第二LED通道(13)的输入端之间，其中所述第三LED通道(14)包括至少一个LED，并且其中所述第三LED通道(14)被调谐为发射具有所述颜色空间中的第三色度的光，其中当所述第一通道(12)被致动时，所述第三LED通道(14)致使所述第二LED通道(13)的所述至少一个LED被激活。

2.根据权利要求1所述的基于LED的照明设备，其中所述第二LED通道的正向电压和所述第三LED通道的正向电压之和等于所述第一LED通道的正向电压。

3.根据权利要求1或2所述的基于LED的照明设备，其中所述第一LED通道包括多个LED，并且其中所述第二LED通道包括多个LED，并且其中所述第三LED电路在第一端部处连接在所述第一LED通道的所述多个LED之间，并且在与所述第一端部相对的第二端部处连接在所述第二LED通道的所述多个LED之间。

4.根据权利要求3所述的基于LED的照明设备，其中所述第一通道中的利用其阳极侧连接到所述第三LED通道的所述第一端部的串联级联的LED的数量，等于所述第三LED通道中的串联连接的LED的数量加上所述第二LED通道中的利用其阳极侧连接到所述第三LED通道的所述第二端部的串联连接的LED的数量。

5.根据权利要求4所述的基于LED的照明设备，其中：

-所述第一LED通道包括五个初始LED，其后是十个后续LED；

-所述第二LED通道包括五个初始LED，其后是五个后续LED，

-所述第三LED通道包括五个LED，其中所述第三LED通道的所述第一端部连接在所述第一LED通道的所述初始LED与所述后续LED之间，并且其中所述第三LED通道的所述第二端部连接在所述第二LED通道的所述初始LED与所述后续LED之间。

6.根据前述权利要求中的任一项所述的基于LED的照明设备，其中所述第一色度的色温低于所述第二色度的色温。

7.根据前述权利要求中的任一项所述的基于LED的照明设备，其中所述照明设备具有两个LED通道。

8.根据前述权利要求中的任一项所述的基于LED的照明设备，其中所述第一LED通道被布置为发射具有2700K的温度的光，并且其中所述第二LED通道被布置为发射具有6500K的温度的光。

9.根据前述权利要求中的任一项所述的基于LED的照明设备，其中所述控制器是以下中的任何项：

-基于脉宽调制PWM的控制器，或

-线性操作的控制器。

10.根据权利要求9所述的基于LED的照明设备，其中所述控制器被布置为向所述第一LED通道提供第一电流并且向所述第二通道提供第二电流。

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