專利名稱：把兩種led顏色描繪成單一的、集總的led顏色的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于產(chǎn)生白光的發(fā)光二極管(LED)照明系統(tǒng)和一種用于控制用來提供白光的三組或多組LED的方法。

背景技術(shù)：
顏色可調(diào)發(fā)光二極管(LED)光源的當(dāng)前問題是顏色色再現(xiàn)特性。為了獲得足夠大的色域，光源通常包括三種顏色的LED紅色、綠色和藍色。美國專利NO.6411046對此進行了介紹，其中通過如下步驟來控制LED的光輸出和顏色在不同的溫度下測量每個LED光源的色坐標(biāo)；存儲作為溫度的函數(shù)的色坐標(biāo)表達式；推導(dǎo)出作為溫度的函數(shù)的色坐標(biāo)方程式；在線計算色坐標(biāo)和流明輸出部分(fractions)；基于計算出的色坐標(biāo)和流明輸出部分控制LED的光輸出和顏色。然而，對計算能力(calculation power)的要求會增加照明系統(tǒng)的成本。另外，三色系統(tǒng)的顏色再現(xiàn)特性可能不令人滿意。應(yīng)當(dāng)注意，設(shè)計照明系統(tǒng)時顏色再現(xiàn)指數(shù)只能通過選取LED的波長進行優(yōu)化。這可以通過使用更多的顏色來克服。然而，對計算能力的需求于是會提高甚至更多，成本也因而會提高甚至更多。因此，需要一種改進的LED照明系統(tǒng)和控制這種LED照明系統(tǒng)的改進的方法。
發(fā)明概述 根據(jù)以上所述內(nèi)容，本發(fā)明的一個目的是解決或者至少緩解以上討論的問題。具體地，目的是在復(fù)雜性方面改善對顏色再現(xiàn)的優(yōu)化。
本發(fā)明基于這樣的理解顏色再現(xiàn)的控制中的復(fù)雜性可以通過聯(lián)合驅(qū)動不同顏色的LED來降低，以及即使在LED溫度變化的情況下如何實施這一點以獲得滿意的彩色再現(xiàn)和控制特性。
根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供了一種用于產(chǎn)生白光的發(fā)光二極管(LED)照明系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括被設(shè)置成發(fā)出具有第一波長范圍和第一組特征的光的第一組LED；被設(shè)置成發(fā)出具有第二波長范圍和第二組特征的光的第二組LED；被設(shè)置成發(fā)出具有第三波長范圍和第三組特征的光的第三組LED；和被設(shè)置成驅(qū)動所述LED組的驅(qū)動電路。該驅(qū)動電路包括用于確定期望的光強和顏色的參數(shù)的輸入；用于對于所述LED組的LED溫度的信號的輸入；用于根據(jù)對于每個所述LED組的所述參數(shù)、信號和特征組來為所述LED組確定驅(qū)動電流的模型；和用于向所述LED組提供所述確定的電流的電流驅(qū)動器。該系統(tǒng)的特征在于，所述第三組LED包含具有第一波長子范圍和第一組特征的第一LED子組以及具有第二波長子范圍和第二組特征的第二LED子組，其中所述第三波長范圍是所述第一和第二波長子范圍的集總波長范圍，并且所述第三組特征是所述第一和第二組特征的函數(shù)。
這樣的優(yōu)點是改進了顏色再現(xiàn)，而沒有增加控制的復(fù)雜性。通過采用超過三種顏色，在選擇了待生成的顏色后，顏色再現(xiàn)指數(shù)可以得到最優(yōu)化。
所述特征組可以包含光輸出的溫度相關(guān)性、波長的溫度相關(guān)性或光輸出的電流相關(guān)性，或它們的任意組合。
發(fā)光二極管的第一和第二子組在電氣上串聯(lián)。
這樣的優(yōu)點是為兩組LED提供了相等的電流。
該照明系統(tǒng)可以進一步包含用于為所述LED組的LED溫度提供所述信號的溫度傳感器，其中所述溫度傳感器被安置在置于所述LED組處的散熱器中。
對應(yīng)每組LED的所述模型可包含LED溫度的通量函數(shù)，該通量函數(shù)是LED溫度和參考溫度的差商的指數(shù)函數(shù)，所述模型還包含根據(jù)每組LED的特征的關(guān)于溫度參數(shù)的通量相關(guān)性。對于每組LED的所述模型可包含取決于LED溫度和參考溫度之差的LED溫度的波長函數(shù)，以及根據(jù)每組LED的特征的關(guān)于溫度參數(shù)的波長相關(guān)性。
根據(jù)本發(fā)明的第二方面，提供了一種用于控制三組LED以產(chǎn)生白光的方法，所述三組LED中的每組都被設(shè)置成發(fā)出具有一個波長范圍和具有一組特征的光，該方法包括以下步驟確定期望的光強和顏色；確定所述LED組的LED溫度；根據(jù)所述期望的光強、顏色和所述LED溫度來為每組LED確定對于每個所述LED組的驅(qū)動電流；為所述LED組提供所述驅(qū)動電流。該方法的特征在于，至少一個所述LED組包含具有第一波長子范圍和第一組特征的第一LED子組以及具有第二波長子范圍和第二組特征的第二LED子組，其中所述LED組的波長范圍是所述第一和第二波長子范圍的集總波長范圍，并且所述LED組的特征組是所述第一和第二組特征的函數(shù)。
為每組LED確定對于每個所述LED組的驅(qū)動電流的所述步驟可以使用對于每組LED的模型，該模型包含取決于LED溫度和參考溫度之差的LED溫度的波長函數(shù)，以及根據(jù)每組LED的特征的關(guān)于溫度參數(shù)的波長相關(guān)性。
所述LED組可以包含一個或更多的LED。
LED溫度是指LED工作于此的溫度。物理上，是指結(jié)溫；實用并可測量地，是靠近結(jié)的介質(zhì)的溫度，介質(zhì)例如LED的密封艙(capsule)或位于LED的散熱器。
參考溫度是指一個標(biāo)稱溫度，例如LED的特性在該溫度下被指定。
一般地，權(quán)利要求中使用的全部術(shù)語都應(yīng)當(dāng)按照它們在本技術(shù)領(lǐng)域中的通常意義來理解，除非本文中有另外的明確的說明。所有“一/一個/這個元素、設(shè)備、元件、裝置、步驟等”的說法都應(yīng)當(dāng)從廣義上理解為指的是所述元素、設(shè)備、元件、裝置、步驟等的至少一個實例，除非有另外的明確的說明。本文公開的任何方法的步驟都不必按照公開的精確的順序去執(zhí)行，除非有明確的說明。
根據(jù)下面詳細(xì)的記載、根據(jù)所附的從屬權(quán)利要求以及根據(jù)附圖，本發(fā)明的其它目的、特征及優(yōu)點將是顯而易見的。
附圖簡述 參考附圖并且通過下面的本發(fā)明優(yōu)選實施例的說明性和非限制性的詳細(xì)描述，將能更好地理解本發(fā)明的上述以及其它目的、特征和優(yōu)點，附圖中相同的參考標(biāo)記將用來表示相似的元件，其中

圖1表示根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的照明系統(tǒng)； 圖2是根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的驅(qū)動電路的功能性描述； 圖3表示根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的照明系統(tǒng)； 圖4表示根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的照明系統(tǒng)； 圖5表示根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的照明系統(tǒng)；及 圖6是說明根據(jù)本發(fā)明的一個實施例用于控制LED的方法的流程圖。
優(yōu)選實施例詳述 圖1表示根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的照明系統(tǒng)100，它包含LED組102，103，104；驅(qū)動電路106；和用于期望的光參數(shù)(比如強度和顏色)的輸入108。LED組102，103，104的每一組被設(shè)置成發(fā)出具有一個波長范圍的光，并且和一組特征關(guān)聯(lián)。這些特征可以是光輸出的溫度相關(guān)性、波長的溫度相關(guān)性和/或光輸出的電流相關(guān)性。驅(qū)動電路106被設(shè)置成例如通過向每組LED 102，103，104提供確定的驅(qū)動電流來驅(qū)動LED組102，103，104。驅(qū)動電流可以通過一個模型來確定，其中模型的輸入是由輸入108提供的期望的光參數(shù)，LED組102，103，104的特征和LED組102，103，104的確定的結(jié)溫。LED的溫度，即和結(jié)溫相關(guān)的溫度，通過分別測量例如LED組的散熱器的溫度來確定。本實施例中的控制機制應(yīng)該被視為一個例子，本領(lǐng)域里公知的其它控制機制同等可行。系統(tǒng)100具有的特征將參考圖3，4和5進一步描述。
圖2是圖1驅(qū)動電路106的一個實施例的功能性描述。驅(qū)動電路106包含模型200，用于存儲LED組特征的存儲器202，期望的光參數(shù)的輸入204，LED溫度輸入206和電流驅(qū)動器208。向模型200提供特征、光參數(shù)和確定的LED溫度，模型200向電流驅(qū)動器208提供對應(yīng)每個LED組的確定的電流水平，電流驅(qū)動器208向LED組(未示出)提供電流。驅(qū)動電路106具有的特征將參考圖3，4和5進一步描述。
圖3示意性地表示了根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的照明系統(tǒng)300。照明系統(tǒng)300包含被設(shè)置成提供三個驅(qū)動信號的驅(qū)動電路302。應(yīng)當(dāng)注意，為了清楚的目的，用于確定驅(qū)動信號的部件的說明已被省略，該部件參考圖1和2在上面被描述。第一驅(qū)動信號被設(shè)置成驅(qū)動這里被描繪為單個LED 304的第一組發(fā)光二極管(LEDs)，這些LED被設(shè)置成發(fā)出具有第一波長范圍的光。來自驅(qū)動電路302的第二驅(qū)動信號被設(shè)置成驅(qū)動第二組LED，所述第二組LED包含這里被描繪為單個LED 306的第一LED子組，這些LED被設(shè)置成發(fā)出具有第一波長子范圍的光，并且與第一組特征關(guān)聯(lián)，所述第二組LED還包含這里被描繪為單個LED 308的第二LED子組，這些LED被設(shè)置成發(fā)出具有第二波長子范圍的光，并且與第二組特征關(guān)聯(lián)。盡管第二組LED包含具有不同波長范圍和不同特征的兩個LED子組，但是第二組LED被當(dāng)作單一的LED組對待。因此，第二組LED被指定一個波長范圍，該波長范圍是第一和第二波長子范圍的集總波長范圍。相似地，第二組LED被指定的特征是第一和第二特征組的函數(shù)。第一和第二LED子組306，308可以在電氣上串聯(lián)連接。第三驅(qū)動信號被設(shè)置成驅(qū)動這里被描繪為單個LED 310的第三組LED，這些LED被設(shè)置成發(fā)出具有第三波長范圍的光。通過控制這三個驅(qū)動信號，這些LED組以不同顏色發(fā)光，以便提供具有期望的白光的總的光輸出。另外，通過對這三個驅(qū)動信號的控制，總的光輸出的顏色和強度可以得到控制。
LED組可以包括一個或更多個的LED。可以選擇每組里L(fēng)ED的數(shù)目以最優(yōu)化各種波長之間的平衡，從而能夠?qū)崿F(xiàn)對給白光提供期望的顏色和強度進行合理的控制。
第一波長范圍的光可以是綠色的，即其中心波長在520nm到550nm范圍內(nèi)的某處。第三波長范圍的光可以是藍色的，即其中心波長在450nm到490nm范圍內(nèi)的某處。第一和第二波長子范圍可以分別是紅色和琥珀色，即中心波長分別在610nm到645nm范圍和580nm到600nm范圍內(nèi)的某處。由于LED的性質(zhì)，中心波長周圍的波長也會出現(xiàn)。另外，中心波長取決于LED的結(jié)溫。
以上波長僅為例子，其它波長和波長范圍也可以在本發(fā)明的范圍內(nèi)。
除了參考波長范圍、參考光輸出、參考溫度等外，LED的特征可以來自例如LED的數(shù)據(jù)表、波長和光輸出的溫度相關(guān)性。依據(jù)經(jīng)驗，發(fā)現(xiàn)光輸出(通量)可以從例如下式得到 (方程1) 其中T0是特征變量。另外，峰值波長的移位可以通過以經(jīng)驗發(fā)現(xiàn)的關(guān)系式來描述，例如 λp≈λp0+β(Tj-Tref)(方程2) 其中β是特征性質(zhì)。對于不同顏色的LED，特征值不同，可以通過示范性的表1看出。
表1 特征的不同意味著弄不清紅色和琥珀色LED的組合能否看成單個的集總LED。早前使用這四種顏色對顏色反饋系統(tǒng)的試驗表明，在只考慮單個溫度下的光學(xué)特性時，溫度特性的差異太大，不能僅僅將紅色和琥珀色LED集總為單一的自由度。組合的LED可以模型化成具有和普通LED相似的輻射模式和特性的集總LED。通過仿真，確定了組合的紅色和琥珀色LED在x和y兩坐標(biāo)上的輻射模式和其通量輸出。表2表示了仿真的一個例子。
表2 根據(jù)表2的仿真結(jié)果，6個琥珀色和2個紅色LED的組合產(chǎn)生了非常好的顏色再現(xiàn)特性和容易的驅(qū)動、顏色反饋及顏色可調(diào)性。容易是因為只有三個自由度，它們通過選擇一個期望的色點來明確地確定。應(yīng)當(dāng)注意，類似的集總LED也能針對紅色和琥珀色LED的不同組合，或者針對顏色的不同組合(例如藍色和青色，藍色和綠色，或綠色和青色LED)來定義。
在一個替換實施例中，可能期望為被聯(lián)合驅(qū)動的組提供相等的電壓。圖4表示了根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的照明系統(tǒng)400。照明系統(tǒng)400包含被設(shè)置成提供三個驅(qū)動信號的驅(qū)動電路402。應(yīng)當(dāng)注意，為了清楚的目的，用于確定這些驅(qū)動信號的部件的說明已被省略，這些部件參考圖1和2在上面被描述。第一驅(qū)動信號被設(shè)置成驅(qū)動這里被描繪為單個LED 404的第一組LED，這些LED被設(shè)置成發(fā)出具有第一波長范圍的光。來自驅(qū)動電路402的第二驅(qū)動信號被設(shè)置成驅(qū)動第二組LED，該組LED包含這里被描繪為單個LED 406且被設(shè)置成發(fā)出具有第一波長子范圍的光的第一LED子組和這里被描繪為單個LED408且被設(shè)置成發(fā)出具有第二波長子范圍的光的第二LED子組。盡管第二組LED包含具有不同波長范圍和不同特征的兩組LED，但是第二組LED被當(dāng)作單個LED組對待。因此，第二組LED被指定了一個波長范圍，該波長范圍是第一和第二波長子范圍的集總波長范圍。類似地，第二組LED被指定的特征是第一和第二特征子組的函數(shù)。第一和第二LED子組可以在電氣上并聯(lián)連接以便為兩個LED子組406，408提供相等的電壓。
圖5表示了根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的照明系統(tǒng)500，其中只提供了兩個驅(qū)動信號。照明系統(tǒng)500包含被設(shè)置成提供兩個驅(qū)動信號的驅(qū)動電路502。第一驅(qū)動信號被設(shè)置成驅(qū)動這里被描繪為單個LED 504的第一組發(fā)光二極管(LED)，這些LED被設(shè)置成發(fā)出具有第一波長的光。來自驅(qū)動電路502的第二驅(qū)動信號被設(shè)置成驅(qū)動第二組LED，該組LED包含這里被描繪為單個LED 506且被設(shè)置成發(fā)出具有第一波長子范圍的光的第一子組LED，和這里被描繪為單個LED 508且被設(shè)置成發(fā)出具有第二波長子范圍的光的第二子組LED。盡管第二組LED包含具有不同波長范圍和不同特征的兩組LED，但是第二組LED被當(dāng)作單個LED組對待。因此，第二組LED被指定了一個波長范圍，該波長范圍是第一和第二波長子范圍的集總波長范圍。類似地，第二組LED被指定的特征是第一和第二組特征的函數(shù)。第一和第二LED子組可以在電氣上串聯(lián)連接以便為兩個組506，508提供相等的電流。
LED組和子組可以包含一個或更多的LED。可以選擇每個組和子組里L(fēng)ED的數(shù)目和波長以最優(yōu)化各種波長之間的平衡，從而能夠?qū)崿F(xiàn)對給白光提供期望的色溫范圍和顏色再現(xiàn)指數(shù)、顏色和強度進行控制。每種顏色的LED的數(shù)目和它們的波長應(yīng)該進行最優(yōu)化，以在一個期望的色溫范圍、顏色范圍和光強范圍內(nèi)得到確定的顏色再現(xiàn)。
第一波長的光可以是紅色的，即其中心波長在610nm到645nm范圍內(nèi)的某處。第一和第二LED子組的顏色可以分別是藍色和綠色，即中心波長分別在450nm和490nm范圍和520nm到550nm范圍內(nèi)的某處。
本發(fā)明的以上實施例建議聯(lián)合驅(qū)動多于一個的LED子組，以方便對產(chǎn)生的白光的色溫進行控制。給出的建議有將四色系統(tǒng)簡化成三個自由度和將三色系統(tǒng)簡化成二個自由度。然而，本發(fā)明可以用于實施具有任意顏色數(shù)量和具有減少了的控制自由度的數(shù)目的系統(tǒng)。因此，照明系統(tǒng)可以包含兩個或更多的與以上描述類似的集總LED組。
圖6是說明根據(jù)本發(fā)明的一個實施例用于控制多組LED的方法的流程圖。在第一確定步驟600中，確定期望的光強、顏色再現(xiàn)指數(shù)和色溫。在第二確定步驟602中，確定LED的溫度，優(yōu)選地，確定結(jié)溫，例如通過測量LED的散熱器的溫度，依據(jù)散熱器的溫度確定LED的結(jié)溫。在第三確定步驟604中，依據(jù)期望的光強、顏色再現(xiàn)指數(shù)、色溫和LED溫度來確定對應(yīng)每個LED組的驅(qū)動電流。在電流提供步驟606中，為每個LED組提供驅(qū)動電流。另外，本方法包含根據(jù)以上參考圖3，4和5所描述內(nèi)容的特征。
根據(jù)描述的本發(fā)明的實施例的方法包含許多步驟。出于本領(lǐng)域的實時限制，這些步驟可以以任何順序連續(xù)地或并行地進行。
上面主要參考一些實施例對本發(fā)明進行了描述。然而，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員容易理解的是，除了以上公開的實施例，其它實施例也一樣可以在本發(fā)明的范圍內(nèi)，該范圍在所附專利權(quán)利要求中限定。
權(quán)利要求
1.一種發(fā)光二極管(LED)照明系統(tǒng)100，用來產(chǎn)生白光，該系統(tǒng)(100)包含
被設(shè)置成發(fā)出具有第一波長范圍和第一組特征的光的第一組LED(102，304，404)；
被設(shè)置成發(fā)出具有第二波長范圍和第二組特征的光的第二組LED(103，310)；
被設(shè)置成發(fā)出具有第三波長范圍和第三組特征的光的第三組LED(104)；及
被設(shè)置成驅(qū)動所述LED組(102，103，104)的驅(qū)動電路(106)該驅(qū)動電路(106)包含
用于確定期望的光強度和顏色的參數(shù)的輸入(108，204)；
用于對于LED組的LED溫度的信號的輸入；
用于依據(jù)對于每個所述LED組(102，103，104)的所述參數(shù)、信號和特征組為所述LED組確定驅(qū)動電流的模型(200)；及
用于向所述LED組(102，103，104，304，404，310)提供所述確定的電流的電流驅(qū)動器(208)，其特征在于
所述第三組LED(104)包含具有第一波長子范圍和第一組特征的第一LED子組(306，406)，以及具有第二波長子范圍和第二組特征的第二LED子組(308，408)，其中所述第三波長范圍是所述第一和第二波長子范圍的集總波長范圍，并且所述第三組特征是所述第一和第二組特征的函數(shù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的照明系統(tǒng)，其中所述特征組包含光輸出的溫度相關(guān)性、波長的溫度相關(guān)性或光輸出的電流相關(guān)性，或它們的任意組合。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2的任一項的照明系統(tǒng)，其中所述第一波長范圍是從450nm到490nm，所述第二波長范圍是從520nm到550nm，所述第三波長范圍是從580nm到645nm，其中所述第三波長是從580nm到600nm的第一子范圍和從610nm到645nm的第二子范圍的集總波長范圍。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2的任一項的照明系統(tǒng)，其中所述第一波長范圍是從610nm到645nm，所述第二波長范圍是從580nm到600nm，所述第三波長范圍是從450nm到550nm，其中所述第三波長是從450nm到490nm的第一子范圍和從520nm到550nm的第二子范圍的集總波長范圍。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4的任一項的照明系統(tǒng)，其中所述第一和第二發(fā)光二極管子組(306，308)串聯(lián)電連接。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5的任一項的照明系統(tǒng)，進一步包含用于為所述LED組的LED溫度提供所述信號的溫度傳感器，其中所述溫度傳感器被安置在置于所述LED組處的散熱器中。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至6的任一項的照明系統(tǒng)，其中對于每組LED的所述模型包含取決于LED溫度和參考溫度之差的LED溫度的波長函數(shù)，和根據(jù)每組LED的特征的關(guān)于溫度參數(shù)的波長相關(guān)性。
8.一種用于控制三組LED以便提供白光的方法，所述三組LED的每組都被設(shè)置成發(fā)出具有一個波長范圍和具有一組特征的光，該方法包括以下步驟
確定期望的光強和顏色；
確定這些LED組的LED溫度；
根據(jù)所述期望的光強、顏色和所述LED溫度來為每組LED確定對于所述LED組的每一個的驅(qū)動電流；及
為所述LED組提供所述驅(qū)動電流，該方法的特征在于
至少一個所述LED組包含具有第一波長子范圍和第一組特征的第一LED子組，以及具有第二波長子范圍和第二組特征的第二LED子組，其中所述LED組的波長范圍是所述第一和第二波長子范圍的集總波長范圍，并且所述LED組的特征組是所述第一和第二組特征的函數(shù)。
9.根據(jù)權(quán)利要求9或10的方法，其中為每組LED確定對于所述LED組的每一個的驅(qū)動電流的所述步驟使用對于每組LED的模型，該模型包含取決于LED溫度和參考溫度之差的LED溫度的波長函數(shù)，和根據(jù)每組LED的特征的關(guān)于溫度參數(shù)的波長相關(guān)性。
全文摘要
公開了一種用于產(chǎn)生白光的發(fā)光二極管(LED)照明系統(tǒng)。該系統(tǒng)包含被設(shè)置成發(fā)出具有不同波長范圍的光并且和不同的特征組關(guān)聯(lián)的LED組以及被設(shè)置成驅(qū)動這些LED的驅(qū)動電路。該驅(qū)動電路包含用于期望的光強、顏色再現(xiàn)指數(shù)和色溫的輸入；用于對于LED溫度的信號的輸入；用于根據(jù)對于每個所述LED組的所述參數(shù)、信號和特征來為所述LED組確定驅(qū)動電流的模型；和用于LED的電流驅(qū)動器。至少一個所述LED組包含具有第一波長子范圍和第一組特征的第一LED子組，以及具有第二波長子范圍和第二組特征的第二LED子組。所述LED組的集總波長范圍是所述第一和第二波長子范圍的一個范圍，并且所述LED組的特征組是所述第一和第二組特征的函數(shù)。也公開了一種用于控制這些LED組的方法。
文檔編號H05B33/08GK101185375SQ200680018430
公開日2008年5月21日 申請日期2006年5月11日 優(yōu)先權(quán)日2005年5月25日
發(fā)明者P·H·F·杜倫伯格, J·P·M·安塞姆斯, C·G·A·霍倫 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司