專利名稱：具有多組光源的照明系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及具有多組用于發(fā)光的光源的照明系統(tǒng)。
技術(shù)背景最近，在增大發(fā)光二極管(LED)的亮度中取得了很大的進(jìn)步。 結(jié)果，作為例如諸如可調(diào)節(jié)顏色的燈、直視液晶顯示器(LCD)之類 的照明系統(tǒng)中以及前和背投影顯示器中的光源，LED已經(jīng)變得足夠明 亮和廉價(jià)。通過混合不同顏色LED可以產(chǎn)生任意數(shù)目的顏色，例如白色?？?調(diào)節(jié)顏色的照明系統(tǒng) 一 般通過使用大量原色來構(gòu)建，在 一 個(gè)實(shí)例中， 使用三原色紅、綠和藍(lán)。產(chǎn)生的光的顏色由使用的LED以及混合比率 來決定。為了產(chǎn)生"白色"，全部的三種LED必須開啟。使用LED的缺點(diǎn)之一在于它們的帶相對(duì)較窄。因此，若干原色的 組合導(dǎo)致具有大量峰值的光譜，如針對(duì)由紅、綠和藍(lán)產(chǎn)生白光的情況 的圖1所示。這意味著盡管可以利用三種LED產(chǎn)生白色，但是當(dāng)用這 種光照明物體時(shí)，這不必然地產(chǎn)生非常自然的顏色。例如，只反射處 于470-500nm的波長范圍的光的物體用圖1中具有450, 530和650nm 波長峰值的LED照明時(shí)，將導(dǎo)致物體看起來很暗(在極端情況下是黑 的)，而在室外照明的條件下，該物體將具有青色。對(duì)來自照明系統(tǒng)的顏色的正確再現(xiàn)用彩色再現(xiàn)指數(shù)(CRI )來度量。 一般說來，用僅僅三種不同顏色LED制成的燈具有低的彩色再現(xiàn)指數(shù)。LED照明系統(tǒng)的彩色再現(xiàn)指數(shù)可以通過使用更多不同顏色的LED 來提高。在上面的實(shí)例中，增加琥珀色LED會(huì)顯著提高所述彩色再現(xiàn) 指數(shù)。US2005/000219公開了包括四個(gè)不同顏色LED的照明光源，但 是這樣一種照明光源將仍然在光譜分布中提供間隙。進(jìn)一步增加LED 的數(shù)目將提高彩色再現(xiàn)指數(shù)，但是導(dǎo)致發(fā)射光的不完美的混合，致使 物體上的有色陰影得到了照明。有色陰影的這個(gè)問題例如通過使用諸如波導(dǎo)的光混合設(shè)備來解 決。然而，當(dāng)太多不同顏色的LED被耦合到波導(dǎo)中時(shí)，有色帶會(huì)出現(xiàn)在輸出光中，因?yàn)楣獾膬?nèi)部反射可以導(dǎo)致來自LED的光以不同角度離 開所述照明系統(tǒng)。避免這些問題將導(dǎo)致波導(dǎo)復(fù)雜且昂貴的設(shè)計(jì)，或者 用于顏色混合的任何其他技術(shù)。因此存在對(duì)具有提高的CRI的照明系統(tǒng)的需求，該照明系統(tǒng)在提 供在成本、空間和制造方便性方面的進(jìn)一步的改進(jìn)的同時(shí)，實(shí)質(zhì)上克 服了現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)。發(fā)明內(nèi)容通過如權(quán)利要求1中限定的照明系統(tǒng)來滿足上面的需求。從屬權(quán) 利要求限定了根據(jù)本發(fā)明的有益實(shí)施例。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了包括第一子系統(tǒng)的照明系統(tǒng)，所 述子系統(tǒng)包括第一組至少兩個(gè)不同顏色的光源，其中該第一組具有 第一光譜分布；第一光混合設(shè)備，在第一組光源的光發(fā)射的方向設(shè)置 第 一 光混合設(shè)備，并將第 一光混合設(shè)備配置成混合由第 一組光源發(fā)射 的光。所述照明系統(tǒng)還包括第二子系統(tǒng)，所述第二子系統(tǒng)包括第二 組至少兩個(gè)不同顏色的光源，其中第二組具有第二光譜分布；第二光 混合設(shè)備，也在第二組光源的光發(fā)射的方向設(shè)置第二光混合設(shè)備，并 將第二光混合設(shè)備配置成混合由第二組光源發(fā)射的光。第一和第二子 系統(tǒng)設(shè)置成發(fā)射至少一種常見顏色(common color )。此外，選擇所述 光源，以便第一和第二光譜分布互相補(bǔ)充，使得自所述照明系統(tǒng)發(fā)射 的光的彩色再現(xiàn)指數(shù)(CRI)大于自所述子系統(tǒng)每一個(gè)發(fā)射的光的CRI。根據(jù)本發(fā)明，所述照明系統(tǒng)的CRI因而通過使用多個(gè)不同顏色的 光源來增大，所述不同顏色的光源即每個(gè)發(fā)射不同波長的光的光源， 但是不是所有光源都在相同的光混合設(shè)備中混合。因此，避免了與在 一個(gè)光混合設(shè)備中混合太多不同顏色的光源相關(guān)聯(lián)的問題。而是，每 個(gè)光混合設(shè)備只混合來自有限數(shù)目的包括在每組光源中的不同顏色光 源的光，來自兩個(gè)或更多個(gè)這種光混合設(shè)備的光被用作來自照明系統(tǒng) 的輸出。這使得可以在保持每個(gè)光混合設(shè)備中不同顏色光源的數(shù)目最 小的同時(shí)提高彩色再現(xiàn)指數(shù)。所述照明系統(tǒng)當(dāng)然可以包括附加的子系 統(tǒng)。每一個(gè)子系統(tǒng)各自具有不同的色域。表述"設(shè)置成發(fā)射至少一種 常見顏色，，這里應(yīng)該理解為意味著子系統(tǒng)中的每一個(gè)的色域?qū)⒅辽俨?分重疊。子系統(tǒng)發(fā)射的常見顏色優(yōu)選地為白色的色調(diào)(shade)，例如，暖白或冷白，但是當(dāng)然可以是子系統(tǒng)重疊的色域內(nèi)的任{可其他顏色。在一種情況下，選擇第二組中的光源，以便第二光譜分布補(bǔ)償?shù)?一光譜分布中的至少一個(gè)局部最小量。這里不同光譜分布的互相補(bǔ)償 的事實(shí)意味著笫一光譜分布的局部最小量和第二光譜分布的局部最大 量至少部分彼此重疊。自子系統(tǒng)發(fā)射的光的光譜因而組合起來以形成 分布更加均勻的光譜。例如，所述照明系統(tǒng)可以設(shè)置成顏色可變的照明系統(tǒng)。 一組的顏 色選擇為與另一組的顏色稍微不同以提供上面討論的補(bǔ)償。當(dāng)然，并 不需要照明系統(tǒng)中的所有光源都是不同的。即，可以在子系統(tǒng)中的兩 組光源中4吏用例如藍(lán)色的相同顏色。例如，每組可以包才舌三種光源， 例如，紅、纟錄和藍(lán)，〗旦是也可以4吏用兩種或四種光源。優(yōu)選地，選擇 每組的光源以允許產(chǎn)生白光。根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，照明系統(tǒng)的包括第 一 和第二光譜分布的光譜分布對(duì)于至少50°/ 的可見波譜具有大于0.5的相對(duì)強(qiáng)度。所述可 見波譜由波長范圍在大約400納米到大約700納米的波_潛組成。這意 味著應(yīng)該選擇光源，比便可見波譜內(nèi)的至少50°/。的顏色應(yīng)該用至少0.5 的相對(duì)強(qiáng)度來正確再現(xiàn)。在一個(gè)甚至更優(yōu)選的實(shí)施例中，可見波i普內(nèi) 的至少70%的顏色應(yīng)該用至少0.5相對(duì)強(qiáng)度來正確再現(xiàn)。根據(jù)本發(fā)明的照明系統(tǒng)中使用的光混合設(shè)備混合光，以便實(shí)現(xiàn)基 本均勻的空間和角度顏色分布。因?yàn)?，根?jù)本發(fā)明，發(fā)射光到每個(gè)光 混合設(shè)備中的不同顏色的光源的數(shù)目保持為最小，能方便所述光混合 設(shè)備的設(shè)計(jì)和構(gòu)造而沒有上述有色帶的缺點(diǎn)。在一個(gè)實(shí)施例中，所述 光混合設(shè)備包括反射的彩色濾光器；在另一個(gè)實(shí)施例中，所述光混合 設(shè)備包括至少一個(gè)波導(dǎo)。優(yōu)選地，照明系統(tǒng)進(jìn) 一 步包括用于調(diào)節(jié)光源中每 一 個(gè)的強(qiáng)度的裝 置。這提供了照明系統(tǒng)發(fā)射的光的可調(diào)節(jié)性，由此能發(fā)射不同顏色。在一個(gè)實(shí)施例中，所述光源是窄帶光源，能從包括發(fā)光二極管 (LED)、有機(jī)發(fā)光二極管(OLED)、聚合發(fā)光二極管(PLED)、 無機(jī)LED、激光器、冷陰極熒光燈(CCFL)、熱陰極焚光燈(HCFL)、 等離子體燈的組中選擇所述光源。根據(jù)本發(fā)明的照明系統(tǒng)有利地用于 改進(jìn)這樣的窄帶光源組合的彩色再現(xiàn)指數(shù)。包括窄帶光源的照明系統(tǒng) 的優(yōu)點(diǎn)在于它能產(chǎn)生飽和的顏色。本發(fā)明有益地用作例如，但不限于，背光系統(tǒng)中的部件。另外， 根據(jù)本發(fā)明的照明系統(tǒng)可以和顯示設(shè)備中的顯示器 一 起^f吏用。當(dāng)研究了所附的權(quán)利要求書和下面的描述時(shí)，本發(fā)明其他的特征 和優(yōu)點(diǎn)將變得清楚明白。本領(lǐng)域技術(shù)人員意識(shí)到可以組合本發(fā)明的不 同特征以產(chǎn)生不同于下面描述的實(shí)施例的實(shí)施例。


以下將參考表示本發(fā)明當(dāng)前優(yōu)選實(shí)施例的附圖更加詳細(xì)地描述本 發(fā)明的這些和其他方面。圖l是表示了根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的三種不同LED光源的光譜分布的曲線圖。圖2說明了根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的照明系統(tǒng)，具有兩組光源和 用作為光混合設(shè)備的波導(dǎo)。圖3說明了根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的照明系統(tǒng)，具有兩組光源和 用作為光混合設(shè)備的彩色濾光器。圖4是表示了圖3中兩組LED光源的光譜分布的實(shí)例的曲線圖。圖5是表示了來自圖4的兩組LED光源的色點(diǎn)的CIE色空間色度圖。
具體實(shí)施方式
在圖2中，表示了根據(jù)本發(fā)明當(dāng)前優(yōu)選實(shí)施例的照明系統(tǒng)IOO,例 如平的透明燈。第一組光源101和第二組光源102耦合到第一波導(dǎo)103 和第二波導(dǎo)104(—組光源和一個(gè)光混合設(shè)備一起形成子系統(tǒng))，所述 波導(dǎo)用作為光混合設(shè)備并設(shè)置成將光從光源傳輸?shù)奖徽彰鞯奈矬w。該 波導(dǎo)可以由諸如玻璃或聚甲基丙烯酸曱酯(PMMA)之類的透明材料 構(gòu)建。為了解決上述有色帶的問題，根據(jù)本發(fā)明的照明系統(tǒng)使用有限 數(shù)目(例如，但不限于，兩個(gè)、三個(gè)或四個(gè))的、耦合到每個(gè)波導(dǎo)103、 104的不同顏色的光源。在圖2中所示的典型系統(tǒng)中，第一組101包括 分別具有475、 530和650的峰值波長的藍(lán)色、綠色和紅色LED,第二 組102包括分別具有450、 500和600的峰值波長的紫色、藍(lán)/綠色和橙 色LED。因此，在改進(jìn)彩色再現(xiàn)指數(shù)的同時(shí)可以保持光束質(zhì)量。這個(gè) 典型的照明系統(tǒng)使用每種顏色的兩個(gè)光源，但是每種顏色的光源的目可以根據(jù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和構(gòu)造而變化，例如可以使用每種顏色的一個(gè)光源。圖3說明了根據(jù)本發(fā)明的照明系統(tǒng)200的另 一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例。照明 系統(tǒng)200包括耦合到第 一光混合設(shè)備203和第二光混合i殳備204的第一 組201光源和第二組202光源。第一組201光源和第一光混合設(shè)備203 一起形成了第 一子系統(tǒng)205,而第二組202光源和第二光混合設(shè)備204 一起形成了第二子系統(tǒng)206。在這個(gè)實(shí)施例中，光混合設(shè)備包括二向色 彩色濾光器，F(xiàn)rF6。 二向色彩色濾光器是只通過或反射某些波長的光 的光學(xué)設(shè)備。隨著不同顏色的光源數(shù)目的增加，所述濾光器變得更加 昂貴且難以制造，即，從兩個(gè)不同顏色的光源變到三個(gè)不同顏色的光 源要求用帶反射濾光器代替階躍濾光器，而制造反射階躍濾光器比制 造帶反射濾光器要容易得多，如果帶反射濾光器需要具有很清晰的邊 沿尤其如此。而且，隨著更多的不同顏色，彩色濾波器的側(cè)面需要更 陵。在LED用作光源的情況下，光源光譜的尾部將開始重疊，由此使 得不可能使用這種方法正確地混合顏色。因此，本實(shí)施例使用耦合到 每個(gè)光混合設(shè)備的有限數(shù)目的不同顏色光源。第一組201包括分別具 有475、 530和650的峰值波長的兩個(gè)藍(lán)色L。兩個(gè)綠色L2和兩個(gè)紅 色U的LED,第二組202包括分別具有450、 500和600的峰值波長 的兩個(gè)紫色L4、兩個(gè)藍(lán)/綠色Ls和兩個(gè)橙色U的LED。如圖3中說明 的照明系統(tǒng)當(dāng)然能在每個(gè)子組中包括每種顏色的多于兩個(gè)的光源(如 虛線所示)。在圖4中表示了來自圖3的兩組LED光的光譜分布。如可在曲線 圖中所見，第二組202光源L4 -L6的光譜分布補(bǔ)償?shù)谝唤M201光源L, 丄3的光譜分布，使得照明系統(tǒng)的組合波譜形成分布更加均勻的波譜。 例如，這里來自第二組202中的藍(lán)/綠L5 LED的峰值補(bǔ)償了來自第 一組 201中藍(lán)色Li和綠色L2LED的峰值之間的最小值。根據(jù)本發(fā)明這個(gè)實(shí) 施例的照明系統(tǒng)具有在可見波譜(400-700nm)內(nèi)的光譜分布，該光譜 分布對(duì)于至少50%的可見波譜具有大于0.5的相對(duì)強(qiáng)度。通過在根據(jù)本 發(fā)明的照明系統(tǒng)中使用具有至少三種不同顏色的光源的至少兩個(gè)子系 統(tǒng)，能實(shí)現(xiàn)至少為80的彩色再現(xiàn)指數(shù)。典型的冷白色熒光燈的標(biāo)準(zhǔn)值 為65。圖5是表示了來自圖3的LED光源F廣F6的兩組201、 202的色點(diǎn)的CIE (國際照明委員會(huì))色空間色度圖。外部的馬鞍(horseshoe) 形曲線300對(duì)應(yīng)可見波-譜的顏色(單色光的色點(diǎn))。兩個(gè)內(nèi)部三角曲 線301和302分別對(duì)應(yīng)第一 205子系統(tǒng)和第二 206子系統(tǒng)(帶有LED 組)，三角曲線301和302的外部端點(diǎn)涉及第 一和第二子系統(tǒng)205 、 206 中的LED的峰值波長。在該圖中心的點(diǎn)303代表白色點(diǎn)。如在該圖中 可見，子系統(tǒng)205、 206這兩者可以通過同時(shí)開啟子系統(tǒng)每一個(gè)中的所 有三種LED來生成白光。本領(lǐng)域技術(shù)人員意識(shí)到本發(fā)明決不限于上面描述的優(yōu)選實(shí)施例。 相反，在所附權(quán)利要求書的范圍內(nèi)，許多修改和變化都是可以的。例 如，通過引入附加的子系統(tǒng)，其中選擇光源以甚至進(jìn)一步補(bǔ)償波譜中 的局部最小值，便可以實(shí)現(xiàn)90及以上的彩色再現(xiàn)指數(shù)。此外，本發(fā)明 有益地用在通用目的照明系統(tǒng)中，例如用在點(diǎn)光系統(tǒng)中。
權(quán)利要求
1. 一種照明系統(tǒng)(100， 200),包括 -第一子系統(tǒng)(205)，包括-第一組至少兩個(gè)不同顏色的光源(L,-L3),所述第一組 具有第一光譜分布；-第一光混合設(shè)備(103, 203),在所述第一組光源(I^-L3) 的光發(fā)射的方向設(shè)置第一光混合設(shè)備(103， 203 ),并將第一光混合 設(shè)備(103, 203)配置成混合由第一組光源(Li-L3)發(fā)射的光； -第二子系統(tǒng)(206),包括-第二組至少兩個(gè)不同顏色的光源(L4-L6)，所述第二組 具有第二光譜分布；以及-第二光混合設(shè)備(104, 204),在所述第二組光源(L4-LJ 的光發(fā)射的方向設(shè)置第二光混合設(shè)備(104, 204 ),并將第二光混合 設(shè)備(104, 204)配置成混合由第二組光源(L4-L6)發(fā)射的光；其中所述第 一組子系統(tǒng)和所述第二組子系統(tǒng)設(shè)置成發(fā)射至少 一種 常見顏色，以及其中選擇所述光源(LrU),以便所述第一光譜分布和所述第二 光譜分布互相補(bǔ)充，使得自所述照明系統(tǒng)(100， 200)發(fā)射的光的彩 色再現(xiàn)指數(shù)(CRI)大于自所述子系統(tǒng)(205, 206)每一個(gè)發(fā)射的光的 CRL
2. 根據(jù)權(quán)利要求1的照明系統(tǒng)(100， 200),其中選擇所述第二 組(102， 202)中的至少兩個(gè)光源(L4-L6)，以便所述笫二光譜分布 補(bǔ)償所述第一光譜分布中的至少一個(gè)局部最小量。
3. 根據(jù)前面任何一項(xiàng)權(quán)利要求的照明系統(tǒng)(100, 200),其中所 述照明系統(tǒng)(100, 200)是顏色可變的照明系統(tǒng)。
4. 根據(jù)前面任何一項(xiàng)權(quán)利要求的照明系統(tǒng)(100, 200),其中所 述照明系統(tǒng)(100, 200)的包括所述第一和第二光譜分布的光譜分布 對(duì)于至少50%的可見波譜具有大于0.5的相對(duì)強(qiáng)度。
5. 根據(jù)前面任何一項(xiàng)權(quán)利要求的照明系統(tǒng)(100, 200),其中所 述照明系統(tǒng)(100, 200)的所述光i普分布對(duì)于至少70%的可見波-潛具 有大于0.5的相對(duì)強(qiáng)度。
6. 才艮據(jù)前面任何一項(xiàng)權(quán)利要求的照明系統(tǒng)(100, 200),其中所述光混合i殳備(103， 104， 203, 204)混合光，以^更實(shí)現(xiàn)基本均勻的 空間和角度顏色分布。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6的照明系統(tǒng)(200)，其中所述光混合設(shè)備包括 反射的彩色濾光器(FHF6)。
8. 根據(jù)權(quán)利要求6的照明系統(tǒng)(100)，其中所述光混合設(shè)備包括 至少一個(gè)波導(dǎo)(103， 104)。
9. 根據(jù)前面任何一項(xiàng)權(quán)利要求的照明系統(tǒng)(100， 200)進(jìn)一步包 括用于調(diào)節(jié)所述光源的每一個(gè)的強(qiáng)度的裝置。
10. 根據(jù)前面任何一項(xiàng)權(quán)利要求的照明系統(tǒng)(100， 200),其中所 述光源(L,-L6)是從包括LED、 OLED、 PLED、無機(jī)LED、激光器、 CCFL、 HCFL、等離子體燈的組中選擇的窄帶光源。
11. 一種背光系統(tǒng)，包括根據(jù)權(quán)利要求1到10中任何一項(xiàng)的照明 系統(tǒng)(100, 200)。
12. —種顯示設(shè)備，包括顯示器和根據(jù)權(quán)利要求1到10中任何一 項(xiàng)的照明系統(tǒng)(100, 200)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種照明系統(tǒng)(200)，包括第一子系統(tǒng)(205)，第一子系統(tǒng)(205)包括第一組(201)至少兩個(gè)不同顏色的光源和第一光混合設(shè)備(203)，其中所述第一組(201)具有第一光譜分布，在所述第一組光源的光發(fā)射的方向設(shè)置第一光混合設(shè)備(203)并將第一光混合設(shè)備(203)配置成混合由第一組光源發(fā)射的光。所述照明系統(tǒng)還包括第二子系統(tǒng)(206)，第二子系統(tǒng)(206)包括第二組(202)至少兩個(gè)光源和第二光混合設(shè)備(204)，其中所述第二組(202)具有第二光譜分布，在所述第二組光源的光發(fā)射的方向設(shè)置第二光混合設(shè)備(204)并將第二光混合設(shè)備(204)配置成混合由第二組光源發(fā)射的光。選擇所述光源，以便所述第一光譜分布和所述第二光譜分布互相補(bǔ)充，使得自所述照明系統(tǒng)(200)發(fā)射的光的彩色再現(xiàn)指數(shù)(CRI)大于自所述子系統(tǒng)每一個(gè)發(fā)射的光的CRI。此外，所述第一組(205)子系統(tǒng)和所述第二組(206)子系統(tǒng)設(shè)置成發(fā)射至少一種常見顏色，例如白色的色調(diào)。
文檔編號(hào)F21V9/10GK101313171SQ200680043725
公開日2008年11月26日 申請(qǐng)日期2006年11月20日 優(yōu)先權(quán)日2005年11月22日
發(fā)明者M·C·J·M·維森伯格, R·P·范格科姆 申請(qǐng)人:皇家飛利浦電子股份有限公司