DE60219504T2 - Led steuerungsgerät - Google Patents

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DE60219504T2
DE60219504T2 DE60219504T DE60219504T DE60219504T2 DE 60219504 T2 DE60219504 T2 DE 60219504T2 DE 60219504 T DE60219504 T DE 60219504T DE 60219504 T DE60219504 T DE 60219504T DE 60219504 T2 DE60219504 T2 DE 60219504T2
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green
red
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photodiode
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Frank J. Schuurmans
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Koninklijke Philips Electronics NV
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    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05BELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B45/00Circuit arrangements for operating light-emitting diodes [LED]
    • H05B45/20Controlling the colour of the light
    • H05B45/22Controlling the colour of the light using optical feedback
    • GPHYSICS
    • G09EDUCATION; CRYPTOGRAPHY; DISPLAY; ADVERTISING; SEALS
    • G09GARRANGEMENTS OR CIRCUITS FOR CONTROL OF INDICATING DEVICES USING STATIC MEANS TO PRESENT VARIABLE INFORMATION
    • G09G3/00Control arrangements or circuits, of interest only in connection with visual indicators other than cathode-ray tubes
    • G09G3/20Control arrangements or circuits, of interest only in connection with visual indicators other than cathode-ray tubes for presentation of an assembly of a number of characters, e.g. a page, by composing the assembly by combination of individual elements arranged in a matrix no fixed position being assigned to or needed to be assigned to the individual characters or partial characters
    • G09G3/34Control arrangements or circuits, of interest only in connection with visual indicators other than cathode-ray tubes for presentation of an assembly of a number of characters, e.g. a page, by composing the assembly by combination of individual elements arranged in a matrix no fixed position being assigned to or needed to be assigned to the individual characters or partial characters by control of light from an independent source
    • G09G3/3406Control of illumination source
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10STECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10S362/00Illumination
    • Y10S362/80Light emitting diode

Description

  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf LED-Leuchten auf RGB-Basis, und im Besonderen auf eine Vorrichtung zur Steuerung einer LED-Leuchte auf RGB-Basis, wobei die LED-Leuchte entsprechend gemessener Wellenlängendifferenzen zwischen den von den Wellenlängen tatsächlich abgegebenen Leistungen und einer gewünschten Wellenlänge jeder LED so eingestellt wird, dass die LED-Leuchte eine gewünschte Farb- und Beleuchtungsstärke erzeugt.
  • Wie vom Stand der Technik her bekannt, erzeugen Leuchten auf der Basis einer roten, grünen und blauen (RGB) Licht emittierenden Diode (LED) verschiedene Lichtfarben, welche, wenn richtig kombiniert, weißes Licht erzeugen. Leuchten auf RGB-LED-Basis werden bei Anwendungen, wie z.B. LCD-Hintergrundbeleuchtung, Beleuchtung für kommerzielle Tiefkühltruhen und Weißlichtbeleuchtung, in großem Umfang eingesetzt. Beleuchtung durch Leuchten auf LED-Basis bringen schwierige Probleme mit sich, da die optischen Charakteristiken einzelner RGB-LEDs mit Temperatur, Vorwärtsstrom und Alterung variieren. Zudem variieren die Charakteristiken der einzelnen LEDs bei dem gleichen LED-Herstellungsverfahren von Serie zu Serie und von Hersteller zu Hersteller signifikant. Daher kann die Qualität des von LED-Leuchten auf RGB-Basis erzeugten Lichts signifikant variieren, und die gewünschte Farbe und die erforderliche Beleuchtungsstärke des weißen Lichts können ohne ein geeignetes Rückkopplungssystem nicht erreicht werden.
  • Bei einem bekannten System zur Steuerung einer weißen RGB-LED-Leuchte wird ein Lumenrückkopplungs-Temperatur-Feedforward-Steuersystem verwendet, welches eine weiße LED-Leuchte so steuert, dass ein konstantes Farblicht mit einer festen Lichtausbeute vorgesehen wird. Das Temperatur-Feedforward-Steuersystem sieht eine Kompensation bei Schwankungen der Farbtemperatur vor und liefert die Referenzlumina. Das Lumenrückkopplungs-Steuersystem stellt sämtliche RGB-LED-Lumina auf die Referenzlumina ein. Bei dieser Art Steuersystem ist bei Temperaturänderungen die Charakterisierung jeder LED-Art erforderlich, was eine kostenaufwändige, herstellerseitige Eichung notwendig macht. Zudem ist es bei diesem Steuersystem ebenfalls erforderlich, dass die LEDs zu Lichtmessungen kurz abgeschaltet werden. Das Abschalten der LED-Lichtquellen bewirkt ein Flimmern der Lichtquelle. Daher müssen die Stromversorgungen eine relativ schnelle Ansprechzeit haben. Darüber hinaus ist ein PWM-(Pulsbreitenmodulation)-Steuerungsverfahren erforderlich, um die LED-Schwankungen bei Vorwärtsstrom zu beheben. Mit der PWM-Steuerung wird die Durchführung kompliziert, und zudem werden die LEDs nicht bis zu ihrer vollen Kapazität genutzt.
  • Bei einem weiteren bekannten System nach dem Stand der Technik werden die Rückkopplungsfarbwerte (x,y,L) des Ausgangsmischlichts der LED-Leuchte auf RGB-Basis mit für das gewünschte Licht typischen Farbwerten verglichen und die Vorwärtsströme der LED-Leuchte so eingestellt, dass die Farbwertdifferenz auf Null reduziert wird. Die Systemsteuerung weist eine Rückkopplungseinheit mit Photodioden, welche die Rückkopplungsfarbwerte der LED-Leuchte erzeugen, sowie eine Steuereinheit zur Ermittlung einer Differenz zwischen den Rückkopplungsfarbwerten und den gewünschten Referenzfarbwerten auf. Das System erzeugt Steuerspannungen, welche die Vorwärtsströme der LED-Leuchte so einstellen, dass die Farbwertdifferenz auf Null reduziert wird.
  • Die Farbwerte im Vergleich können entweder dem Farbwertsystem CIE 1931 oder einem neuen, kolorimetrischen RGB-System entsprechen. In beiden Fällen ermittelt die Steuerung der Leuchte die Referenzfarbwerte. Somit weist das von der LED-Leuchte erzeugte Licht im Dauerbetriebszustand, in welchem sich die Rückkopplungsfarbwerte aus den gewünschten Referenzfarbwerten ergeben, die gewünschte Zieltemperatur und Lichtausbeute auf, welche, ohne Rücksicht auf Schwankungen der Sperrschichttemperatur, des Vorwärtsstroms und Alterung der LEDs, auf die Zielwerte eingestellt werden.
  • Die Effektivität und Genauigkeit dieser Verfahren nach dem Stand der Technik sind von deren Fähigkeit, sowohl die CIE-Chromatizitätskoordinaten als auch die Lichtstärke L des weißen Farbpunkts zu ermitteln, abhängig. Es besteht auf diesem Gebiet die Notwendigkeit, ein System sowie ein Verfahren zur Steuerung von LED-Leuchten auf RGB-Basis vorzusehen, welches nicht von der Ermittlung der CIE-Chromatizitätskoordinaten sowie der Lichtstärke L des weißen Farbpunkts abhängig ist.
  • Der Erfindung liegt als Aufgabe zugrunde, die Nachteile der bekannten Systeme und Verfahren zur Steuerung einer LED-Leuchte auf RGB-Basis zu beheben.
  • Gemäß zwei Formen der vorliegenden Erfindung wird ein LED-Leuchten-Steuersystem und Verfahren mit roten, grünen und blauen (RGB) Licht emittierenden Dio den (LEDs), welche zur Erzeugung eines Farbmischlichts von Vorwärtsströmen gesteuert werden, realisiert durch:
    Messen eines Ausgangssignals einer gefilterten Photodiode für jede der roten, grünen und blauen LEDs der LED-Leuchte;
    Messen eines Ausgangssignals einer ungefilterten Photodiode für jede der roten, grünen und blauen LEDs der LED-Leuchte;
    Berechnen eines Verhältnisses der Ausgangssignale der Photodioden durch Dividieren des Ausgangssignals der gefilterten Photodiode durch das Ausgangssignal der ungefilterten Photodiode für jede der roten, grünen und blauen LEDs;
    Anwenden des Verhältnisses der Ausgangssignale der Photodioden zur Ermittlung der Chromatizitätskoordinaten für jede der roten, grünen und blauen LEDs; sowie
    Einstellen der Vorwärtsströme für jede der roten, grünen und blauen LEDs zur Erzeugung eines gewünschten Farblichts.
  • Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im Folgenden näher beschrieben. Es zeigen:
  • 1 – ein Schemaschaltbild einer LED-Leuchte auf RGB-Basis mit der Messeinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung; sowie
  • 2 – ein Ablaufdiagramm zur Darstellung des Steuerverfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung.
  • RGB-LEDs können eingesetzt werden, um weißes Licht zu erzeugen. Dieses ist nicht neu. Das gleiche Prinzip wird bei Leuchtstofflampen-Beleuchtung und Fernsehgeräten angewandt, welche beide auf Leuchtstoffemission statt auf Beleuchtung von LEDs basieren. Auf dem Gebiet der Farbmesstechnik werden Farben durch Chromatizitätskoordinaten, bei welchen die am häufigsten verwendeten die CIE (Commission Internationale de l'Eclairage) 1931 (x,y,L) Chromatizitätskoordinaten sind, quantitativ bestimmt. Hier definiert die Kombination aus x und y die Farbe und L die Helligkeit, d.h. Leuchtstärke, des Lichts. Dieses System basiert auf der Ansprechempfindlichkeit des Auges des durchschnittlichen Betrachters und gilt als der international anerkannte Standard.
  • Die gleich bleibende Erzeugung von weißem Licht guter Qualität basiert in erster Linie auf der Herstellung von Lampen mit nahezu identischen Chromatizitätskoordinaten. Mit anderen Worten: es ist für einen Lampenhersteller wichtig, dass jede Lampe einer bestimmten Art für den Benutzer/Betrachter visuell identisch ist. Bei der Leuchtstofflampe wird dieses durch Mischen der verschiedenen, farbigen Leuchtstoffpulver in entspre chenden Verhältnissen erreicht. Dieses ist ein einfacher Vorgang, mit dem nahezu identische Leuchtstofflampen vorgesehen werden. Bei der Herstellung von RGB-LED-Leuchten ist dieses nicht so einfach. In erster Linie wäre es so, dass zuerst einmal herausgefunden werden müsste, welches die geeigneten Steuerströme der einzelnen RGB-LEDs sein müssen, um das gewünschte Farblicht (Weißpunkt) zu erreichen. Dieses würde dann zutreffen, wenn sämtliche LEDs einer bestimmten Farbe identisch sind. Jedoch ist dieses nicht der Fall. Bei der Herstellung von LEDs sind signifikante Unterschiede der physikalischen Eigenschaften und Leistung jeder LED unvermeidbar. Zum Beispiel kann die Effektivität verschiedener grüner LEDs aus einer Fertigungsserie signifikant, zuweilen um mindestens einen Faktor Zwei, variieren. Die Verwendung solcher LEDs ohne Berücksichtigung der Variabilität der Leistung würde auf Grund der großen Schwankung des Weißpunktes (von purpur-weißem Licht zu grün-weißem Licht) zwischen den verschiedenen Lampen, in denen dieses LEDs eingesetzt werden, zu einer nicht gleich bleibenden Produktleistung führen. Dieses Problem muss gelöst werden.
  • Eine allgemein verbreitete Lösung dieses Problems wird durch Gruppierung von LEDs erreicht. Das heißt, Messen der relevanten, physikalischen Eigenschaften jeder LED, Kennzeichnen derselben und Herstellen von Produkten mit ausgewählten LED-Kombinationen. Neben der Tatsache, dass dieses Verfahren ein logistischer Alptraum ist (d.h. es ist sehr kostspielig), werden mit dieser Lösungsmethode nicht sämtliche Probleme gelöst. Nach Herstellung der Lampe verändern sich die Eigenschaften von LEDs (dieses wird als Alterung von LEDs bezeichnet), was nach einiger Zeit zur Veränderung des Farbpunkts führt. Die einzige Möglichkeit, vom Zeitpunkt der Herstellung über die Nutzdauer der Lampe einen gleich bleibenden Farbpunkt sicherzustellen, ist, den Farbpunkt während der gesamten Lebensdauer der Lampe ständig zu messen und die Steuerströme (oder Pulsbreitenmodulations-Tastverhältnisse) entsprechend einzustellen, um den gewünschten Weißpunkt zu erreichen und aufrechtzuerhalten. Die vorliegende Erfindung offenbart ein Verfahren zur Messung und Steuerung des Farbpunkts einer RGB-LED-Leuchte unter Verwendung von Signalen von gefilterten und ungefilterten Photodioden.
  • Wenden wir uns nun 1 der Zeichnung zu, in welcher die Vorrichtung zum Messen des Farbpunkts einer weißen RGB-LED-Leuchte unter Verwendung von drei randgefilterten Photodioden in Kombination mit einer ungefilterten Photodiode dargestellt ist. Das System umfasst eine weiße LED-Leuchte 10, eine Rückkopplungseinheit 20 sowie eine Steuereinheit 30. Als exemplarisches Ausführungsbeispiel ist hier eine weiße LED- Leuchte 10 beschrieben, wobei es sich jedoch von selbst versteht, dass die vorliegende Erfindung ebenfalls auf jede andere Farb-LED-Leuchte anwendbar ist.
  • Die weiße LED-Leuchte 10 weist rote, grüne und blaue (RGB) LED-Lichtquellen 11R, 11G und 11B, eine optische Baugruppe und Wärmeableitvorrichtung 12 sowie eine Stromversorgung 13 mit drei unabhängigen, roten, grünen und blauen Treibern 14R, 14G und 14B auf. Jede LED-Lichtquelle besteht aus mehreren LEDs mit gleichen elektrischen und optischen Charakteristiken, welche ordnungsgemäß in Reihe und parallel geschaltet sind, um eine Lichtquelle, wie vom Stand der Technik her bekannt, vorzusehen. Die LEDs sind auf der Wärmeableitvorrichtung angebracht, wobei deren Anordnung in der Wärmeableitvorrichtung dem Einsatz der weißen LED-Leuchte 10, wie z.B. Hintergrundbeleuchtung und Weißlichtbeleuchtung für Tiefkühltruhen, unterworfen ist. Je nach Verwendung wird die richtige Optik eingesetzt, um die Lichtoptik der RGB-LED-Lichtquellen 11R, 11G, 11B zur Erzeugung des weißen Lichts zu mischen.
  • Die LED-Lichtquellen 11R, 11G, 11B werden von einer Energieversorgung 13 gesteuert, welche drei unabhängige Treiber 14R, 14G, 14B für die RGB-LED-Lichtquellen umfasst. Die Energieversorgung und Treiber für die LED-Lichtquellen basieren auf geeigneten AC/DC-, DC/DC-Stromrichtertopologien. Die RGB-LED-Treiber empfangen LED-Vorwärtsstrom-Referenzsignale in Form der Steuerspannungen VCR-REF, VCG-REF und VCB-REF von der Steuereinheit 30 und führen den RGB-LED-Lichtquellen die erforderlichen Steuerspannungen und/oder Vorwärtsströme zu. Die LED-Treiber umfassen eine Stromrückkopplung und geeignete Stromsteuerungssysteme, durch welche die LED-Vorwärtsströme aus ihren Referenzen folgen. Hier stellen die Steuerspannungen VCR-REF, VCG-REF und VCV-REF die den Stromsteuerungssystemen zugeführten Referenzen für die jeweiligen Vorwärtsströme dar, welche die LED-Lichtquellen steuern.
  • In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel umfasst die Rückkopplungseinheit 20 drei gefilterte Photodioden 21R, 21G, 21B sowie eine ungefilterte Photodiode 22. Die Rückkopplungseinheit weist die erforderliche Verstärker- und Signalumwandlungsschaltung auf, um die Ausgangssignale der gefilterten und ungefilterten Photodioden in ein elektrisches Signal umzuwandeln, welches von der Steuereinheit 30 verwendet werden kann. Die gefilterten und ungefilterten Photodioden werden an einer geeigneten Stelle innerhalb der optischen Baueinheit 12 so angebracht, dass die Photodioden genügend Mischlicht von den LED-Lichtquellen 11R, 11G, 11B empfangen. Daher sind die entsprechenden Photoströme höher als die Rauschpegel und können von einem Rauschen (anderem Licht) unter schieden werden. Die Photodioden sind ebenfalls so abgeschirmt, dass Streu- und Umgebungslicht von den Photodioden nicht gemessen werden. Die Details der Positionierung der Photodioden sind für die Anwendung spezifisch. Die Verstärker- und Signalumwandlungsschaltung wandeln die Photoströme in Spannungssignale mit richtigen Verstärkungen um.
  • Die Steuereinheit 30 umfasst eine Benutzeroberfläche 31, einen Referenzgenerator 32 und einen Steuerfunktionsschaltkreis 33 zur Durchführung von Steuerfunktionen. Die Steuereinheit 30 kann entweder in analoger oder digitaler Form ausgeführt sein. In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist die Steuereinheit in digitaler Form unter Verwendung eines Mikroprozessors und/oder Mikrocontrollers ausgeführt. Die Benutzeroberfläche 31 erhält den gewünschten, weißen Farbpunkt und die Lichtausbeute des von dem Benutzer gewünschten Lichts und wandelt diese Eingaben in entsprechende elektrische Signale um, welche dem Referenzgenerator 32 zugeführt werden, der die elektrischen Signale Chromatizitätskoordinaten des gewünschten, weißen Farblichts zuordnet. Die Chromatizitätskoordinaten werden der Steuereinheit 33 zusammen mit den Rückkopplungssignalen von der Rückkopplungseinheit 20, wie unten erläutert, zugeführt.
  • Die Steuereinheit 30 umfasst die erforderliche Steuerfunktionseinheit 33, um das von der weißen LED-Leuchte 10 erzeugte Licht zu ermitteln und zu steuern. Das Ausgangssignal der Benutzeroberfläche 31, welches die gewünschte Farbe und Lichtausbeute für das weiße Licht vorsieht, wird dem Referenzgenerator 32 zugeführt, welcher, auf Grund der Eingabesignale des Benutzers, die erforderlichen Chromatizitätskoordinaten, die der Steuerfunktionseinheit 33 zugeführt werden, ableitet. Die Rückkopplungssignale für die Steuerfunktionseinheit 33 werden von dem Ausgangssignal der Rückkopplungseinheit 20 abgeleitet. Die Rückkopplungssignale werden der Steuerfunktionseinheit zugeführt, welche eine Differenz zwischen den Chromatizitätskoordinaten der RGB-LEDs der weißen LED-Leuchte (auf Grund der Ausgangssignale der Photodioden) und den Chromatizitätskoordinaten des von dem Referenzgenerator vorgesehenen, gewünschten Farblichts ermittelt. Die Steuereinheit gibt die erforderlichen Steuerspannungen VCR-REF, VCG-REF, VCB-REF für die Stromversorgung 13 und LED-Treiber 14R, 14G und 14B auf Grund der Analyse der Rückkopplungssignale (unten erläutert) ab, wodurch wiederum der Vorwärtsstrom der LED-Lichtquellen geändert wird, um das gewünschte Farblicht vorzusehen. Die Rückkopplung wird vorzugsweise über die Brenndauer der Leuchte fortgeführt, um einen gleich bleibenden Farbpunkt während der Brenndauer der Leuchte vorzusehen.
  • Es wird nun das Verfahren zur Steuerung einer LED-Leuchte mit von Vorwärtsstrom gesteuerten, roten, grünen und blauen (RGB) Licht emittierenden Dioden (LEDs) zur Erzeugung eines Farblichts beschrieben. Es sei erwähnt, dass anfänglich dem Referenzgenerator die Chromatizitätskoordinaten für mehrere gewünschte Farbpunkte zugeführt werden müssen, so dass, wenn ein Benutzer ein gewünschtes Farblicht eingibt, die entsprechenden Koordinaten der Steuerfunktionseinheit geliefert werden können. Darüber hinaus muss eine Verweistabelle für jede rote, grüne und blaue LED der in der Leuchte verwendeten Art gespeichert werden, vorzugsweise in einem in die Steuereinheit integrierten Speicher, um die von der Rückkopplungseinheit 20 vorgesehenen, gemessenen Rückkopplungssignale zur Auswertung der Chromatizitätskoordinaten für die in der Leuchte verwendeten, roten, grünen und blauen LEDs zuzuordnen.
  • In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel wird für jeden LED-Typ eine Verweistabelle erzeugt (das heißt, eine Verweistabelle für die rote LED, eine Verweistabelle für die grüne LED und eine Verweistabelle für die blaue LED). Die Verweistabelle wird durch Messen des Ausgangssignals (F) einer randgefilterten Photodiode und des Ausgangssignals (A) einer ungefilterten Photodiode für jede LED-Gruppe erzeugt. Zudem werden ebenfalls die Chromatizitätskoordinaten x und y sowie die Lichtausbeute E, welche die Charakteristiken der LED definieren, gemessen. Die Lichtausbeute wird durch Dividieren der gemessenen Leuchtstärke (mit Hilfe eines Spektrometers) durch das Ausgangssignal der ungefilterten Photodiode (d.h., E=L/A) erhalten. Auf Grund der Messungen für mehrere LEDs wird eine Relation zwischen dem Verhältnis (F/A) des Ausgangssignals (F) der gefilterten Photodiode zu dem Ausgangssignal (A) der ungefilterten Photodiode, den Chromatizitätskoordinaten x und y und der Lichtausbeute E ermittelt.
  • Nach Erzeugen der Verweistabellen werden diese zum Zugriff durch die Steuerfunktionsschaltung 33 in dem Speicher gespeichert. Sollten die Verweistabellen zuvor bei Herstellung der LEDs erzeugt worden sein, können die Informationen in den Systemspeicher übertragen werden.
  • In 2 ist das Verfahren zur Steuerung einer LED-Leuchte dargestellt. Das Verfahren umfasst das Messen der Ausgangssignale der gefilterten und ungefilterten Photodiode nach Betreiben der weißen LED-Leuchte (Schritt 100). Wie zuvor erwähnt, werden in dem bevorzugten Ausführungsbeispiel drei getrennte, gefilterte Photodioden verwendet. Eine gefilterte Photodiode 21R misst das Ausgangssignal der roten LEDs, eine gefilterte Photodiode 21G misst das Ausgangssignal der grünen LEDs, und eine gefilterte Photodiode 21B misst das Ausgangssignal der blauen LEDs. Die Vorrichtung umfasst ebenfalls eine ungefilterte Photodiode, welche eingesetzt wird, um das ungefilterte Ausgangssignal der roten, grünen und blauen LEDs zu messen. Die von der ungefilterten Photodiode vorgenommene Messung des Ausgangssignals der roten, grünen und blauen LEDs wird in dem bevorzugten Ausführungsbeispiel mit einer einzigen Photodiode durch wechselweise erfolgendes Abschalten von zwei der drei LEDs durchgeführt, so dass lediglich das Ausgangssignal der momentan betriebenen LED gemessen wird. Das heißt, zu der von der ungefilterten Photodiode vorgenommenen Messung des Ausgangssignals für die rote LED werden die grüne und blaue LED kurzzeitig abgeschaltet, zu der von der ungefilterten Photodiode vorgenommenen Messung des Ausgangssignals für die grüne LED werden die rote und blaue LED abgeschaltet, und zu der von der ungefilterten Photodiode vorgenommenen Messung des Ausgangssignals für die blaue LED werden die rote und grüne LED abgeschaltet.
  • Die Ausgangssignale der gefilterten (F) und ungefilterten (A) Photodiode werden der Steuerfunktionsschaltung 33 zugeführt, welche ein Verhältnis (F/A) der Ausgangssignale der Photodioden durch Dividieren des Ausgangssignals der gefilterten Photodiode durch das Ausgangssignal (A) der ungefilterten Photodiode für jede der roten, grünen und blauen LEDs (Schritt 105) ermittelt. Das Verhältnis der Ausgangssignale der Photodioden für jede rote, grüne und blaue LED wird dann mit den in der Steuerfunktionsschaltung gespeicherten, jeweiligen roten, grünen und blauen Verweistabellen verglichen (Schritt 110). Die Chromatizitätskoordinaten (XLUT, YLUT) und die Lichtausbeute (ELUT) für die roten, grünen und blauen LEDs werden über die Verweistabelle und auf Grund des Verhältnisses der Ausgangssignale der Photodioden erhalten.
  • Danach wird der beste Schätzwert für den tatsächlichen Farbpunkt (x,y und L) der roten, grünen und blauen LEDs der Leuchte erhalten (Schritt 115). Der beste Schätzwert für die Chromatizitätskoordinaten x und y entspricht den Koordinaten x und y aus der entsprechenden Verweistabelle. Die Leuchtstärke jeder der roten, grünen und blauen LEDs wird durch Multiplizieren der Lichtausbeute (ELUT) mit dem von der Rückkopplungseinheit 20 erhaltenen, gemessenen Ausgangssignal der ungefilterten Photodiode (A) berechnet. Der Schätzwert des Farbpunkts der weißen LED-Leuchte wird dann verglichen, um zu sehen, ob sich dieser von der von dem Benutzer über die Benutzeroberfläche 31 hinsichtlich des gewünschten Farbpunkts vorgenommenen Eingabe unterscheidet (Schritt 120). Sollte ein Unterschied bestehen, wird das Ausgangssignal jeder LED auf der Basis des bes ten Schätzwertes des gegenwärtigen Farbpunkts für die roten, grünen und blauen LEDs der weißen LED-Leuchte modifiziert, um den gewünschten weißen Farbpunkt (den von dem Benutzer über die Benutzeroberfläche 31 vorgesehenen Farbpunkt) zu erzeugen (Schritt 125). Das heißt, die Steuereinheit erzeugt auf Grund der geschätzten Farbpunkte die Steuerspannungen und Vorwärtsströme (unter Verwendung normaler Farbmischung), welche den LED-Treibern zur Modifizierung des Ausgangssignals der roten, grünen und blauen LEDs zugeführt werden, um das von dem Benutzer gewünschte, weiße Licht vorzusehen.
  • Die vorliegende Erfindung ist insofern von Vorteil, als das Verfahren keine herstellerseitige Eichung erforderlich macht, um die temperaturbezogene Charakteristik der LEDs vorzusehen. Zudem werden die Abweichungen der LEDs, welche von Serie zu Serie bestanden, behoben, was infolge der Verwendung einer LED in einer Serie zu einer signifikanten Kostenreduzierung führen kann.
  • Obgleich hier unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung beispielhafte Ausführungsformen beschrieben wurden, können von Personen mit durchschnittlichem Fachwissen Modifikationen vorgenommen werden, ohne dabei von dem Anwendungsbereich oder Erfindungsgedanken abzuweichen. Zum Beispiel könnte an Stelle von drei gefilterten Photodioden und einer ungefilterten Photodiode eine Photodiode mit einer rotierenden Farbscheibe verwendet werden, um die erforderlichen Ausgangssignale der gefilterten und ungefilterten Photodiode zu erzeugen. Darüber hinaus könnten an Stelle einer ungefilterten Photodiode drei getrennte, ungefilterte Photodioden, jeweils den RGB-LEDs entsprechend, eingesetzt werden.
  • 1
  • WHITE LED LUMINARY
    WEISSE LED-LEUCHTE
    RED, GREEN & BLUE LED LIGHT SOURCES
    ROTE, GRÜNE & BLAUE LED-LICHTQUELLEN
    POWER SUPPLY
    STROMVERSORGUNG
    RED LED DRIVER
    ROTER LED-TREIBER
    GREEN LED DRIVER
    GRÜNER LED-TREIBER
    BLUE LED DRIVER
    BLAUER LED-TREIBER
    AC MAINS
    WECHSELSTROMNETZ
    FEEDBACK UNIT
    RÜCKKOPPLUNGSEINHEIT
    THREE PHOTODIODES WITH FILTER 21
    DREI PHOTODIODEN MIT FILTER 21
    AMPLIFIER & SIGNAL CONVERSION
    VERSTÄRKER & SIGNALUMWANDLUNG
    CONTROL VOLTAGES TO POWER SUPPLY
    STEUERSPANNUNGEN FÜR STROMVERSORGUNG
    CONTROL FUNCTION CIRCUIT
    STEUERFUNKTIONSSCHALTKREIS
    FEEDBACK SIGNALS
    RÜCKKOPPLUNGSSIGNALE
    REFERENCE (TARGET)
    REFERENZ (ZIEL)
    REFERENCE GENERATOR
    REFERENZGENERATOR
    USER INPUT
    BENUTZEREINGABE
  • 2
  • 100
    MESSEN VON AUSGANGSSIGNALEN (F, A) DER GEFILTERTEN UND UNGEFILTERTEN PHOTODIODE FÜR JEDE RGB-LED (FR, FG, FB) UND (AR, AG, AB)
    105
    BERECHNUNG F/A FÜR JEDE RGB LED (F/A) R, G, B
    110
    VERGLEICH F/A FÜR JEDE RGB-LED MIT IHRER ENTSPRECHENDEN LUT (LUTR, LUTG, LUTB)
    115
    ERMITTELN DES BESTEN SCHÄTZWERTES FÜR DEN FARBPUNKT (X, Y, L) R, G, B
    120
    VERGLEICH DES BESTEN SCHÄTZWERTES FÜR DEN FARBPUNKT MIT DEM FARBPUNKT DES GEWÜNSCHTEN LICHTES
    125
    MODIFIZIEREN DER STEUERSPANNUNG UND DES STEUERSTROMS ZUR ÄNDERUNG DES AUSGANGSSIGNALS DER RGB-LEDs, UM DEM GEWÜNSCHTEN LICHT ZU ENTSPRECHEN

Claims (14)

  1. LED-Leuchten-Steuersystem (10) mit roten, grünen und blauen (RGB), Licht emittierenden Dioden (LEDs) (11R, 11G, 11B), welche zur Erzeugung eines Farbmischlichts von Vorwärtsströmen gesteuert werden, welches aufweist: eine Rückkopplungseinheit (20) zur Erzeugung von Rückkopplungswerten, welche für das von der LED-Leuchte (10) erzeugte Farbmischlicht kennzeichnend sind, wobei die Rückkopplungswerte Ausgangssignalen einer Photodiode (21, 22) entsprechen, sowie eine mit der Rückkopplungseinheit (20) funktionsfähig verbundene Steuereinheit (30) zur Ermittlung einer Differenz zwischen den Rückkopplungswerten und für ein gewünschtes Farbmischlicht typischen Referenzwerten, wobei die Steuereinheit zumindest Steuerspannungen oder Vorwärtsströme entsprechend der Differenz einstellt, dadurch gekennzeichnet, dass die Rückkopplungseinheit eine erste, zweite und dritte gefilterte Photodiode (Rp, Gp, Bp), welche ein Ausgangssignal (F) der ersten, zweiten bzw. dritten Photodiode (Rp, Gp, Bp) erzeugen können, sowie eine ungefilterte Photodiode (22) aufweist, welche ein Ausgangssignal (A) für jede rote, grüne und blaue LED (11R, 11G, 11B) erzeugen kann, und die Steuereinheit (30) ein Verhältnis (F/A) der Ausgangssignale der Photodioden durch Dividieren des Ausgangssignals der gefilterten Photodiode für die roten, grünen und blauen LEDs durch das Ausgangssignal der ungefilterten Photodiode für die roten, grünen und blauen LEDs berechnen kann, um das Verhältnis (F/A) der Ausgangssignale der Photodioden zur Ermittlung von Chromatizitätskoordinaten für jede rote, grüne und blaue LED zu nutzen und die Vorwärtsströme für jede rote, grüne und blaue LED zur Erzeugung des gewünschten Farbmischlichts zu verwenden.
  2. LED-Leuchten-Steuersystem nach Anspruch 1, wobei die Steuereinheit die Chromatizitätskoordinaten für jede rote, grüne und blaue LED durch Zugriff auf eine Verweistabelle (LUT), welche eine Relation zwischen dem Verhältnis (F/A) der Ausgangssig nale der Photodioden und den Chromatizitätskoordinaten für jede rote, grüne und blaue LED enthält, ermitteln kann.
  3. LED-Leuchten-Steuersystem nach Anspruch 1 oder 2, wobei jede gefilterte Photodiode (21) einer randgefilterten Photodiode mit einem optischen Farbglasfilter, welches lange Lichtwellenlängen überträgt und kurze Lichtwellenlängen absorbiert, und einem, um eine Grenzwellenlänge zentrierten, kleinen Wellenlängenübergangsbereich entspricht.
  4. LED-Leuchten-Steuersystem nach Anspruch 3, wobei Grenzwellenlängen für jede der gefilterten Photodioden für die roten, grünen und blauen LEDs 610nm, 530nm bzw. 470nm betragen.
  5. LED-Leuchten-Steuersystem nach Anspruch 1, wobei die Rückkopplungseinheit weiterhin eine Verstärker- und Signalumwandlungsschaltung aufweist, um Ausgangsphotoströme der Photodiode in Spannungssignale umzuwandeln.
  6. LED-Leuchten-Steuersystem nach Anspruch 1, wobei die Rückkopplungseinheit weiterhin Mittel aufweist, um der Steuereinheit die Rückkopplungswerte zuzuführen.
  7. LED-Leuchten-Steuersystem nach Anspruch 1, welches weiterhin eine mit der Steuereinheit (30) funktionsfähig verbundene Benutzeroberfläche (31) zum Auswählen des gewünschten Farbmischlichts durch den Benutzer aufweist.
  8. LED-Leuchten-Steuersystem nach Anspruch 7, welches weiterhin einen mit der Steuereinheit funktionsfähig verbundenen Speicher (32) aufweist, um die für das gewünschte Farbmischlicht typischen Referenzwerte der Steuereinheit zu speichern und abzugeben.
  9. LED-Leuchten-Steuersystem nach Anspruch 1, wobei die Referenzwerte Chromatizitätskoordinaten des Farbwertsystems CIE 1931 entsprechen.
  10. LED-Leuchten-Steuersystem nach Anspruch 1, wobei die Referenzwerte Chromatizitätskoordinaten eines neuen, kolorimetrischen RGB-Systems entsprechen.
  11. LED-Leuchten-Steuersystem nach Anspruch 1, welches weiterhin einen mit der Steuereinheit funktionsfähig verbundenen Spannungsgenerator (33) aufweist, welcher eine Steuerspannung entsprechend der Differenz zwischen den Rückkopplungswerten und den Referenzwerten erzeugt, wobei die Steuereinheit die Steuerspannung an LED-Treiber (14R, 14G, 14B) für jede der roten, grünen und blauen LEDs (11R, 11G, 11B) der LED-Leuchte (10) anlegt, um Vorwärtsströme für jede der roten, grünen und blauen LEDs zur Erzeugung des gewünschten Farblichts einzustellen.
  12. LED-Leuchten-Steuersystem nach Anspruch 1, welches weiterhin einen mit der Steuereinheit funktionsfähig verbundenen Speicher (32) aufweist, um mehrere gewünschte Farbmischlichter, die ein Benutzer auswählen kann, zu speichern.
  13. Verfahren zur Steuerung einer LED-Leuchte mit roten, grünen und blauen (RGB) Licht emittierenden Dioden (LEDs) (11R, 11G, 11B), welche zur Erzeugung eines Farbmischlichts von Vorwärtsströmen gesteuert werden, wobei das Verfahren vorsieht: Messen (Schritt 100) eines Ausgangssignals (F) einer gefilterten Photodiode für jede der roten, grünen und blauen LEDs, Messen (Schritt 100) eines Ausgangssignals (A) einer ungefilterten Photodiode für jede der roten, grünen und blauen LEDs der LED-Leuchte, Berechnen (Schritt 105) eines Verhältnisses (F/A) der Ausgangssignale der Photodioden durch Dividieren des Ausgangssignals der gefilterten Photodiode durch das Ausgangssignal der ungefilterten Photodiode für jede der roten, grünen und blauen LEDs; Anwenden (Schritt 115) des Verhältnisses der Ausgangssignale der Photodioden zur Ermittlung der Chromatizitätskoordinaten für jede der roten, grünen und blauen LEDs; sowie Einstellen (Schritt 125) der Vorwärtsströme für jede der roten, grünen und blauen LEDs zur Erzeugung eines gewünschten Farblichts.
  14. Verfahren nach Anspruch 13, wobei die Chromatizitätskoordinaten für jede der roten, grünen und blauen LEDs durch Zugriff (Schritt 115) auf eine Verweistabelle (LUT), die eine Relation zwischen dem Verhältnis (F/A) der Ausgangssignale der Photodioden und den Chromatizitätskoordinaten für jede der roten, grünen und blauen LEDs enthält, ermittelt werden.
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