專利名稱：白色led燈的顏色控制的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種方法和系統(tǒng)，其用于將優(yōu)選以CIE比例(CIE scale) 給出的三數(shù)值顏色空間信號(hào)轉(zhuǎn)化成n原色空間信號(hào)，n為大于等于4的 整數(shù)。這種方式提供包含彩色發(fā)光二極管陣列的白色光源的顏色控制。
背景技術(shù)：
期望LED (發(fā)光二極管)白色光源對(duì)通常的照明市場(chǎng)具有主要的影 響。基于附加顏色混合的白色LED燈相比于基于熒光轉(zhuǎn)換的白色LED 燈具有明顯的優(yōu)點(diǎn)更高的發(fā)光功效和更高的發(fā)光效率，通常量化為較 高CRI (彩色再現(xiàn)指數(shù))的更好的彩色再現(xiàn)性能，可調(diào)節(jié)的顏色溫度， 產(chǎn)生可變顏色光的可能性。這些LED燈必須被優(yōu)化以找出通常量化為大發(fā)光功效或大的發(fā)光 效率的大系統(tǒng)效率與通常量化為大CRI的良好彩色再現(xiàn)性能之間的最 大可能的折衷。在此情況下產(chǎn)生高質(zhì)量白光的可能性對(duì)于基于附加顏色 混合的任何白色LED燈具有最大的重要性。表示為流明/瓦的發(fā)光功效 是燈發(fā)出的總光通量和燈發(fā)射的總光能之間的比值。也表示為流明/瓦的 發(fā)光效率是燈發(fā)出的總光通量和燈的總功率輸入之間的比值。發(fā)光效率 等于發(fā)光功效乘以電功率轉(zhuǎn)換成光功率的效率。根據(jù)本發(fā)明的燈的高發(fā) 光效率意指以較低的功耗獲得特定量的光。最終目標(biāo)在于高的發(fā)光效 率?？墒?，量化電功率轉(zhuǎn)換成光功率的效率是冗長(zhǎng)的并且對(duì)其以近似方 式考慮是必要和足夠的。CRI是CIE (國(guó)際照明委員會(huì))比例，其用于 相比于相同顏色溫度的參考源表示光源的彩色再現(xiàn)準(zhǔn)確度，并且是8個(gè) 標(biāo)準(zhǔn)顏色的平均，Ra8。根據(jù)1到100比例的表示，IOO數(shù)值表示沒有失 真。低CRI等級(jí)表示目標(biāo)的顏色根據(jù)特定光源呈現(xiàn)失真?；旌先N以上 的顏色需要達(dá)到大于大約80的彩色再現(xiàn)指數(shù)。特別對(duì)于白色LED燈， 良好彩色再現(xiàn)性能的其他定量特性是可能的并可同樣良好地運(yùn)用。公知的顏色控制算法限于混合兩種或三種顏色或者不能優(yōu)化發(fā)光 效率和/或CRI。在US5，851,063中4皮露了 一種用于混合四個(gè)LED光的方 法，其通過每個(gè)LED波長(zhǎng)的適當(dāng)選擇來獲得至少Ra8>85的CRI。上述
方法對(duì)于例如物體的適當(dāng)照明是有用的。可是，由于LED波長(zhǎng)的大的制 造范圍，使得它們很難實(shí)際應(yīng)用。在US2002/0097000中，披露了一種 利用三原色的照明系統(tǒng)，其用于為L(zhǎng)ED光源提供功率來產(chǎn)生所需顏色。 提供流明輸出的估算以及利用存儲(chǔ)表格產(chǎn)生所需光的色度坐標(biāo)。從使用 至少四種原色的WO01/95544中可以獲知顏色的擴(kuò)展色域顯示。產(chǎn)生圖 表或曲線，其包括顯示器中使用的原色并另外包括一種或多種中間點(diǎn)， 其允許三數(shù)值顏色空間信號(hào)轉(zhuǎn)化成原色空間信號(hào)?？墒?，這對(duì)于照明是不充足的，因?yàn)槌构饩哂兴桀伾鴺?biāo)和亮 度外，同時(shí)具有良好的彩色再現(xiàn)和高發(fā)光效率是同樣重要的。發(fā)明內(nèi)容因此，本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種用于混合四種或更多種顏色光 以產(chǎn)生具有良好彩色再現(xiàn)性能和高發(fā)光效率的光的算法。根據(jù)本發(fā)明的用于將優(yōu)選以CIE比例給出的三數(shù)值顏色空間信號(hào)轉(zhuǎn) 化成n (n為大于等于4的整數(shù))原色空間信號(hào)的方法，使用以二維空 間表示的色度圖，其中二維表示三數(shù)值顏色空間的第 一數(shù)值和第二數(shù) 值，色度圖包括分別對(duì)應(yīng)一種原色的n點(diǎn)Pi至Pn。所述方法包括在色度圖上繪制至少一個(gè)點(diǎn)P0,點(diǎn)Po表示一種顏色并處于具有角 點(diǎn)Pi至Pn的多邊形內(nèi)，在色度圖上繪制n三角形區(qū)域，每個(gè)三角形區(qū) 域具有作為其角點(diǎn)的點(diǎn)Po和從點(diǎn)Pi至Pn中選出的兩個(gè)相鄰點(diǎn)，在色度 圖上繪制三數(shù)值顏色空間信號(hào)作為點(diǎn)Px,確定點(diǎn)Px位于哪一個(gè)三角形內(nèi)，所述三角形由點(diǎn)Po和點(diǎn)Pi至Pn中的兩個(gè)點(diǎn)所形成，利用形成三角形的三種顏色產(chǎn)生附加線性組合，通過表示顏色Po對(duì)n原色空間信號(hào)的 作用以及通過兩個(gè)其他點(diǎn)的顏色對(duì)n原色空間信號(hào)的作用解決附加線'性 組合，關(guān)于存儲(chǔ)數(shù)據(jù)中的最大CRI和最大發(fā)光效率選擇PQ的優(yōu)化線性 組合，將對(duì)Po的優(yōu)化線性組合的所有作用以及兩種其他點(diǎn)顏色對(duì)n原色 空間信號(hào)的作用與常數(shù)因子相乘，以產(chǎn)生表示三數(shù)值顏色空間的笫三數(shù) 值的確定亮度，通過表示點(diǎn)Pi至Pn的顏色的乘后作用顯示所得到的Px 優(yōu)化線性組合。雖然在混合三種顏色時(shí)最多89的CRI是切實(shí)可行的，但是混合四 種顏色對(duì)于85和98之間的CRI數(shù)值是非常有效的，這符合常規(guī)照明的 大多數(shù)需求。混合五種顏色僅產(chǎn)生略大的CRI數(shù)值。因此，混合四種顏
色，即n= 4,是最適合產(chǎn)生白光的。根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，產(chǎn)生白光的不同顏色LED的強(qiáng)度設(shè)置 以及大CRI被預(yù)先計(jì)算并存儲(chǔ)在查詢表中，所述白光具有大發(fā)光效率的 黑體線上或其附近的色度坐標(biāo)。這通過下述方法予以實(shí)現(xiàn)，即這些強(qiáng)度 可借助例如插入法對(duì)于任何顏色溫度或相關(guān)顏色溫度重新獲得。對(duì)于按 照這種方法能混合的顏色數(shù)量實(shí)際上沒有限制，因?yàn)榭梢噪x線執(zhí)行這些 計(jì)算。為了產(chǎn)生具有其他色度坐標(biāo)的光，選擇表示黑體線上或其附近的 輔助顏色的一個(gè)點(diǎn)和兩種原色，以形成包含所需顏色的CIE色度圖中的 三角形。隨后對(duì)該三角形使用用于混合三種顏色公知的算法。通過利用 兩種輔助顏色和一種原色或三種輔助顏色而不是一種輔助顏色和兩種 原色，能夠修改用于將三數(shù)值顏色空間信號(hào)轉(zhuǎn)化成n原色空間信號(hào)的方 法。關(guān)于白色LED燈規(guī)定CIE色度圖中的顏色坐標(biāo)x和y以及要產(chǎn)生 的光的亮度。如果混合三種顏色并固定其波長(zhǎng)(或顏色坐標(biāo))，則其強(qiáng) 度隨后清楚地被確定并可根據(jù)坐標(biāo)x和y與要產(chǎn)生光的亮度立即計(jì)算出。利用混合四種或更多顏色的算法，至少一種輔助顏色的強(qiáng)度用作用 于構(gòu)建顏色控制算法的參數(shù)。通過混合原始LED色的光獲得具有預(yù)定顏 色點(diǎn)的輔助顏色。LED顏色點(diǎn)形成包含輔助顏色的顏色點(diǎn)的多邊形。根 據(jù)輔助顏色點(diǎn)的顏色坐標(biāo)與對(duì)于產(chǎn)生具有良好彩色再現(xiàn)性能和高發(fā)光 效率的光的需求，明確地確定關(guān)于LED顏色點(diǎn)的顏色相對(duì)強(qiáng)度。這些絕 對(duì)強(qiáng)度與輔助顏色點(diǎn)的顏色強(qiáng)度成比例。輔助顏色點(diǎn)的選擇基于最后想 要產(chǎn)生的光的顏色點(diǎn)。被產(chǎn)生來混合可獲得的原色光的每種顏色在輔助 顏色和兩種原色形成的一個(gè)三角形內(nèi)具有色度坐標(biāo)。隨后對(duì)該三角形使 用用于混合三種顏色的公知算法。實(shí)施實(shí)時(shí)算法要求一些計(jì)算工作量。這借助數(shù)字信號(hào)處理器和微控 制器是切實(shí)可行的?？墒?，根據(jù)實(shí)際考慮，優(yōu)選使用具有較低計(jì)算功率 和更多存儲(chǔ)器的處理器來代替。這包含進(jìn)行一些離線計(jì)算并將其結(jié)果存 儲(chǔ)在查詢表中。至今為止已知的算法不是很好地適于上述程序。如果要 混合多于三種的顏色，則上述算法產(chǎn)生的計(jì)算工作量是不實(shí)際的。根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)，用于將優(yōu)選以CIE比例給出的三數(shù)值顏色空間 信號(hào)轉(zhuǎn)化成n (n為大于等于4的整數(shù))原色空間信號(hào)，使用以二維空間表示的色度圖，其中二維表示三數(shù)值顏色空間的第 一數(shù)值和第二數(shù)值，色度圖包括分別對(duì)應(yīng)一種原色的n點(diǎn)P!至Pn，所述系統(tǒng)包括用于存儲(chǔ)關(guān)于原色光的至少一個(gè)附加線性組合的CRI和發(fā)光效率 數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)裝置，所述原色光具有顏色點(diǎn)Pi至Pn，關(guān)于色度圖上 至少一個(gè)點(diǎn)P。產(chǎn)生具有顏色點(diǎn)P。的光，點(diǎn)P。表示一種顏色并處于角點(diǎn)P!至Pn的多邊形內(nèi)，用于確定表示三數(shù)值顏色空間信號(hào)的點(diǎn)Px位于哪 一個(gè)三角形內(nèi)的控制器，三角形由點(diǎn)Po和Pi至Pn中的兩個(gè)點(diǎn)所形成并產(chǎn)生顏色Po對(duì)n原色空間信號(hào)的作用以及兩個(gè)其他點(diǎn)顏色對(duì)n原色空間 信號(hào)的作用的附加線性組合，利用來自數(shù)據(jù)存儲(chǔ)裝置的存儲(chǔ)數(shù)據(jù)關(guān)于最 大CRI和最大發(fā)光效率選擇P。優(yōu)化線性組合的控制器。作為示例討論了本發(fā)明的實(shí)施例以及通過附圖描述本發(fā)明的實(shí)施例。

圖1表示根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的用于轉(zhuǎn)換光源數(shù)據(jù)以計(jì)算原色作 用級(jí)的色度繪圖。優(yōu)選通過規(guī)定顏色溫度選擇黑體線處或其附近的點(diǎn)P0。產(chǎn)生具有該顏色光的純色P2、 P3、 P4和P5的強(qiáng)度以及已經(jīng)被預(yù) 算出并存儲(chǔ)在查詢表中的大發(fā)光功效和大CRI被重新得到，如果必要可以插入。P:表示綠色LED, P2表示黃色LED, P3代表紅色LED, P4代 表藍(lán)色LED以及Ps表示青色LED。如果一個(gè)LED不具有產(chǎn)生所需光的 功率，例如由于熱原因或電流限制，則可使用相同顏色的幾個(gè)LED?，F(xiàn) 在一個(gè)應(yīng)用的算法的目的是確定LED Pl5 ……，P5的亮度值 Yl5 ......,Y5,以產(chǎn)生具有顏色點(diǎn)Px和具備良好發(fā)光效率和CRI的亮度Yx的光，其中Yx = Y!+Y2+Y3+Y4+Y5。將LED的亮度值Y"……,Y5與 常數(shù)因子相乘以產(chǎn)生與相同因子相乘的混合光的亮度Yx,根據(jù)用以調(diào)節(jié) LED亮度的方法，不影響顏色點(diǎn)Px,不影響CRI并且不影響或僅略微影 響發(fā)光效率。如果純色P!、 P2、 P3、 P4和Ps的色度坐標(biāo)，例如由于溫度變化移動(dòng)， 也使用這些預(yù)算值。這產(chǎn)生具有不在黑體線上但接近黑體線的色度坐標(biāo) 的顏色。這種偏離所引起的誤差很小。算法確保任何所需光的色度坐標(biāo) 是正確的。在彩色再現(xiàn)指數(shù)和發(fā)光效率中僅存在小的差值。被產(chǎn)生來混 合可獲得的純色光的每種顏色具有色度坐標(biāo)，所述色度坐標(biāo)位于輔助顏 色和兩種純色所形成的 一 個(gè)三角形內(nèi)。對(duì)該三角形使用公知的用于混合 三種顏色的算法。
圖2說明了與圖l相同的色度繪圖，但取代于黑體線處或接近其的 點(diǎn)Px或點(diǎn)Po,示出了黑體線本身作為虛線。圖3示出了具有通過原色的一定線性組合Q獲得的CRI值和發(fā)光功 效([lm/W])的圖表，所述原色都產(chǎn)生表征為其顏色坐標(biāo)和亮度的相同 顏色。更感興趣的線性組合是那些對(duì)應(yīng)黑點(diǎn)的組合，其位于所有點(diǎn)的區(qū) 域的邊界線上，即其對(duì)應(yīng)不存在與較大CRI和較大發(fā)光功效二者的其他 組合的情況下的最佳值。根據(jù)將是最大值的這些數(shù)值的任一個(gè)的重要 性，黑點(diǎn)中的Qo， Q!和Q2是適當(dāng)選擇的實(shí)例，最大CRI情況中的Qo 具有較高的重要性，最大發(fā)光功效情況中的Q2具有較高的重要性，以 及二者之間折衷情況中的Q!是要尋求的。圖4說明了與圖1相同的色度繪圖，其示出了多于一個(gè)點(diǎn)Po開始的 本發(fā)明的實(shí)施例。圖1中所示需要控制形成具有顏色點(diǎn)Px的光的點(diǎn)Po位于連接Si和S2的線上。點(diǎn)S,、 S2、 S3、 S4位于黑體線上或接近黑體線。借助預(yù)先計(jì) 算出并關(guān)于S!、 S2、 S3和S4存儲(chǔ)的強(qiáng)度的插入獲得LED關(guān)于Po的強(qiáng)度。圖5說明了與圖1相同的色度繪圖，示出了使用多個(gè)S!、S2、S3.......S5取代一個(gè)點(diǎn)Po的本發(fā)明的實(shí)施例?？尚纬傻拿糠N顏色位于一個(gè)三角形內(nèi)。例如，Px位于三角形S2P2P3 內(nèi)。具有這些三種顏色的光按照已經(jīng)概述的進(jìn)行混合，以便獲得具有顏 色Px和所需強(qiáng)度的光。預(yù)先計(jì)算LED的強(qiáng)度并關(guān)于S" S2、 S3.......Ss存儲(chǔ)。
權(quán)利要求
1.一種用于利用以二維空間表示的色度圖將優(yōu)選以CIE比例給出的三數(shù)值顏色空間信號(hào)轉(zhuǎn)化成n原色空間信號(hào)的方法，n為大于等于4的整數(shù)，其中二維表示三數(shù)值顏色空間的第一數(shù)值和第二數(shù)值，色度圖包括分別對(duì)應(yīng)一種原色的n點(diǎn)P1至Pn，所述方法包括在色度圖上繪制至少一個(gè)點(diǎn)P0，點(diǎn)P0表示一種顏色并處于具有角點(diǎn)P1至Pn的多邊形內(nèi)，在色度圖上繪制n三角形區(qū)域，每個(gè)三角形區(qū)域具有作為其角點(diǎn)的點(diǎn)P0和從點(diǎn)P1至Pn中選出的兩個(gè)相鄰點(diǎn)，在色度圖上繪制三數(shù)值顏色空間信號(hào)作為點(diǎn)Px，確定點(diǎn)Px位于哪一個(gè)三角形內(nèi)，所述三角形由點(diǎn)P0和點(diǎn)P1至Pn中的兩個(gè)點(diǎn)所形成，利用形成三角形的三種顏色產(chǎn)生附加線性組合，通過表示顏色P0對(duì)n原色空間信號(hào)的作用以及通過兩個(gè)其他點(diǎn)的顏色對(duì)n原色空間信號(hào)的作用解決附加線性組合，關(guān)于存儲(chǔ)數(shù)據(jù)中的最大CRI和最大發(fā)光效率選擇P0的優(yōu)化線性組合，將對(duì)P0的優(yōu)化線性組合的所有作用以及兩種其他點(diǎn)顏色對(duì)n原色空間信號(hào)的作用與常數(shù)因子相乘，以產(chǎn)生表示三數(shù)值顏色空間的第三數(shù)值的確定亮度，通過表示點(diǎn)P1至Pn顏色的相乘后的作用顯示所得到的Px優(yōu)化線性組合。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中至少一個(gè)點(diǎn)Po選自黑體線或 其附近。
3. —種系統(tǒng)，其用于利用以二維空間表示的色度圖將優(yōu)選以CIE 比例給出的三數(shù)值顏色空間信號(hào)轉(zhuǎn)化成n原色空間信號(hào)，n為大于等于4 的整數(shù)，其中二維表示三數(shù)值顏色空間的第一數(shù)值和第二數(shù)值，色度圖 包括分別對(duì)應(yīng)一種原色的n點(diǎn)P!至Pn,該裝置包括用于存儲(chǔ)關(guān)于原色光的至少一個(gè)附加線性組合的CRI和發(fā)光效率 數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)裝置，所述原色光具有顏色點(diǎn)P!至Pn,關(guān)于色度圖上至少一個(gè)點(diǎn)Po產(chǎn)生具有顏色點(diǎn)Po的光，點(diǎn)Po表示一種顏色并處于角點(diǎn)Pi至Pn的多邊形內(nèi),用于確定表示三數(shù)值顏色空間信號(hào)的點(diǎn)Px位于哪一個(gè)三角形內(nèi)的控制器，三角形由點(diǎn)Po和Pi至Pn中的兩個(gè)點(diǎn)所形成并產(chǎn)生顏色P0對(duì)n 原色空間信號(hào)的作用以及兩個(gè)其他點(diǎn)顏色對(duì)n原色空間信號(hào)的作用的附 加線性組合，利用來自數(shù)據(jù)存儲(chǔ)裝置的存儲(chǔ)數(shù)據(jù)關(guān)于最大CRI和最大發(fā)光效率 選擇P。優(yōu)化線性組合的控制器。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種方法和系統(tǒng)，其用于將優(yōu)選以CIE比例給出的三數(shù)值顏色空間信號(hào)轉(zhuǎn)化成n原色空間信號(hào)，n為大于等于4的整數(shù)。這種方式提供關(guān)于最大CRI和最大發(fā)光效率的包含彩色發(fā)光二極管陣列的白色光源的顏色控制。一種利用以二維空間表示的色度圖轉(zhuǎn)化三數(shù)值顏色空間信號(hào)的方法，其中二維表示三數(shù)值顏色空間的第一數(shù)值和第二數(shù)值，色度圖包括分別對(duì)應(yīng)一種原色的n點(diǎn)P₁至P_n，所述方法包括在色度圖上繪制至少一個(gè)點(diǎn)P₀，點(diǎn)P₀表示一種顏色并處于具有角點(diǎn)P₁至P_n的多邊形內(nèi)，在色度圖上繪制n三角形區(qū)域，每個(gè)三角形區(qū)域具有作為其角點(diǎn)的點(diǎn)P₀和從點(diǎn)P₁至P_n中選出的兩個(gè)相鄰點(diǎn)，在色度圖上繪制三數(shù)值顏色空間信號(hào)作為點(diǎn)P_x，確定點(diǎn)P_x位于哪一個(gè)三角形內(nèi)，所述三角形由點(diǎn)P₀和點(diǎn)P₁至P_n中的兩個(gè)點(diǎn)所形成，利用形成三角形的三種顏色產(chǎn)生附加線性組合，通過表示顏色P₀對(duì)n原色空間信號(hào)的作用以及通過表示兩個(gè)其他點(diǎn)的顏色對(duì)n原色空間信號(hào)的作用解決附加線性組合，關(guān)于存儲(chǔ)數(shù)據(jù)中的最大CRI和最大發(fā)光效率選擇P₀的優(yōu)化線性組合，將對(duì)P₀的優(yōu)化線性組合的所有作用以及兩種其他點(diǎn)顏色對(duì)n原色空間信號(hào)的作用與常數(shù)因子相乘，以產(chǎn)生表示三數(shù)值顏色空間的第三數(shù)值的確定亮度，通過表示點(diǎn)P₁至P_n顏色的相乘后的作用顯示所得到的P_x優(yōu)化線性組合。
文檔編號(hào)H05B33/08GK101161034SQ200680012118
公開日2008年4月9日 申請(qǐng)日期2006年4月11日 優(yōu)先權(quán)日2005年4月14日
發(fā)明者B·阿克曼 申請(qǐng)人:皇家飛利浦電子股份有限公司