CN101292573A

CN101292573A - 彩色照明***

Info

Publication number: CN101292573A
Application number: CNA2006800389719A
Authority: CN
Inventors: V·舒尔茨; E·J·梅杰
Original assignee: Koninklijke Philips Electronics NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 2005-10-19
Filing date: 2006-10-09
Publication date: 2008-10-22
Also published as: WO2007046026A1; DE602006019760D1; EP1941785B1; US7709774B2; TW200731861A; ATE496515T1; JP2009513011A; KR20080070659A; EP1941785A1; US20080290250A1

Abstract

本发明涉及一种彩色照明设备，它包括：至少一个固定到共用的基板(3)上的至少一个发光光源(1a、1b、1c)，每个发光光源(1a、1b、1c)包括至少一个发光二极管(LED)(1a、1b、1c)，每个发光光源(1a、1b、1c)包括一个光传感器(2a、2b、2c)，光传感器只检测相关光源(1a、1b、1c)的光输出，每个发光光源(1a、1b、1c)都连接到一个模拟控制电路(4a、4b、4c)，模拟控制电路分别根据由相关的光传感器(2a、2b、2c)检测的光输出控制每个发光光源(1a、1b、1c)的驱动，同时每个控制电路(4a、4b、4c)都包括与相关的光传感器(2a、2b、2c)相连的比较器(5a、5b、5c)。

Description

彩色照明***

技术领域

本发明涉及一种彩色照明设备，它包括固定到一个共用的基板上的多个发光光源，其中每个发光光源包括至少一个发光二极管(LED)。

背景技术

众所周知，不同颜色的发光二极管用于构成一个照明设备，这个照明设备能产生很宽范围的颜色。这些发光二极管在表示颜色的CIE xy彩色空间中确定一个区域，通过这些发光二极管(如红色(R)、绿色(G)、和蓝色(B))的加权线性组合可以实现这种颜色。在未来的高功率发光二极管中，消耗的功率将引起管芯的温度增加，使温度接近200℃。发光二极管的发射光谱在这个温度以不可接受方式的移动。一个缺点是，这个移动能够被人的眼睛注意到。

众所周知，红色和绿色发光二极管是在管芯顶部加上一个磷光体-陶瓷层由蓝色发光二极管制成。尽管如此，强度仍旧是温度、电流、和寿命的函数。公知的是，红绿蓝传感器可用于控制彩色点。这种做法的一个明显的缺点是，红绿蓝传感器现在仍旧是昂贵的，并且还有温度依赖性的缺点。因此，具有彩色点控制***的已知彩色照明设备的根本问题之一是，用于彩色检测的传感器必须符合CIE彩色匹配函数。在市场上可以得到几种声称接近CIE彩色匹配函数的红绿蓝传感器，但是它们当中没有一种能够足够接近CIE彩色匹配函数而用来完成彩色控制任务。而且，大多数这样的红绿蓝传感器在温度升高后性能下降。具有彩色点控制***的彩色照明设备的另一个缺点是，光谱的不灵敏程度必须与温度无关，但对于常规的光电二极管，情况不是这样。总之，这些传感器特别针对例如高达到85℃的温度范围，但是这个温度范围相对于前边提到过的温度还有一些距离。

此外，众所周知，彩色照明设备包括带有脉冲宽度调制(PWM)的控制电路，它控制彩色照明设备的每个单个的二极管的光输出或颜色。缺点之一在于，带有脉冲宽度调制的所说彩色点控制***需要非常精确的、复杂的和昂贵的部件。如果使用不足最大亮度的100％(通常就是这种情况)，脉冲宽度调制控制的多种颜色的照明设备将在效率极低的点驱动发光二极管，这是不利的。在某些情况下，由于高频电流分量(是精确脉冲宽度调制所需要的)的存在，有可能发生与环境的电磁相互作用。

US2002/0130326A1描述了一种照明设备，它包括：多个发光二极管，发光二极管安排成至少两维分布的形式；透明的树脂层，它以集成的形式覆盖多个发光二极管；光检测单元，它使用检测来自多个发光二极管的发光强度的光传感器；电源电路单元，它根据来自光检测单元的检测输出控制多个发光二极管的驱动，其中的光传感器的数目小于发光二极管的数目，并且光传感器检测发光二极管发出的并且通过透明树脂层传播的光的强度。利用相互不同的定时来开启不同颜色的发光二极管。因此，光传感器只能按照顺序检测每种颜色的光强度。

发明内容

本发明的目的是消除上述缺点。具体来说，本发明的一个目的是提供一种具有廉价且简单的配置的照明设备，所述配置具有用于稳定彩色点的装置，这样，即使每个发光二极管都具有不同的发光特性，也可以获得预先确定的光输出状态。

这个目的是通过本发明的权利要求1教导的彩色照明设备实现的。在从属权利要求中定义了本发明的优选实施例。

因此，提供一种彩色照明设备，彩色照明设备包括至少一个固定到共用的基板上的发光光源，每个发光光源包括至少一个发光二极管(LED)，每个发光光源包括一个光传感器，光传感器只检测相关光源的光输出，每个发光光源都连接到一个模拟控制电路，模拟控制电路分别根据由相关的光传感器检测的光输出控制每个发光光源的驱动，而每个控制电路都包括与相关的光传感器相连的比较器。本发明的一个根本的优点是，控制多种彩色照明设备的颜色的控制电路包括一个纯模拟的装置。优选地，彩色照明设备包括：发射峰值波长范围为420-470纳米的蓝光的发光光源、发射峰值波长范围为590-630纳米的红光的发光光源、发射峰值波长范围为510-550纳米的绿光的发光光源。可替换地，发光光源还发射不可见光，可以是紫外光。光源可以只包括产生确定颜色的光的单个二极管。可替换地，光源还可以包括多个发光二极管，它们共同产生一定颜色的光，这种光从所说照明设备发出来。肯定地，每个发光二极管都可以发出具有各自峰值波长的光。这就是说，每个光源都可以包括一组发光二极管，其中的每个发光二极管都发射具有不同颜色的光。在照明过程期间，离开光源的光输出的颜色是来自发光二极管的所有单光成分的混合。按照本发明的优选实施例，设备由n个的多个发光光源组成，其中每个发光光源分别由单个驱动器线路驱动。例如，发光光源可以由小型的例如GaN发光二极管或宽带发射体如磷转换(phosphor-converted)发光二极管的混合体构成。在照明过程期间，模拟控制电路同步地控制控制所有的发光光源，以便可以在长时间内保持来自照明设备的光输出恒定不变。

每个发光光源都包括一个单独的光传感器，用于检测所说光源的光输出。在彩色照明设备中对于每个单个的光传感器进行安排，以使相关的光传感器只测量这个光源所发出的光。于是，可以获得有关每个单个光源的实际光输出的高质量信息。按照本发明，控制电路包括模拟的两点式控制***。每个光传感器检测包含相关光源的实际光输出信息的光信号。优选地，将这个信号放大，并将其转化为一个模拟比较器的输入，在这里将其与一个参考信号进行比较。如果光信号小于参考信号，控制电路提供高输出信号；如果光信号大于参考信号，控制电路提供低输出信号。如果所说信号的两个值几乎相等，也可以提供低输出信号。优选地，高输出信号和低输出信号是存储在彩色照明设备中的固定值，它们可以增大或者减小发光光源的驱动信号。与基于脉冲宽度调制的彩色控制相比，所述的两点式控制的配置很容易，效率更高。而且，控制过程不会产生光输出的闪烁，因为在本发明中，为了调节颜色的目的，通过光源的电流的变化速度非常低。本发明适合于同时使用例如磷转换发光二极管和窄带发光二极管(GaN、A1GaAs等)。与用于光输出控制的脉冲宽度调制相比，本发明的多色照明设备需要短的电流上升时间。

在一个优选实施例中，比较器是一个模拟施密特触发器。优选地，施密特触发器当它的输入电压电平升高到超过某个参考电压时改变它的输出状态。但当输入电压电平又下降时，触发器的输出不会自动地切换回来，除非与第二个较低的参考电压阈值相交。阈值电压的这个差导致一个滞后。有益地，这个滞后可以抑制噪声，否则当输入接近阈值电压时，噪声可能会导致两个输出状态之间快速的来回切换。另外，可以针对低通滤波器来调节这个滞后，低通滤波器用于保证不会出现低于400赫兹的频率。

在另一个优选实施例中，控制电路包括连接到比较器的驱动器，其中将驱动器的输出引向与每个光源连接的低通滤波器。因为流过相应的光源的电流发生变化，所以根据比较器的输出信号是高还是低来改变驱动信号，借此可防止光输出的变化。于是，可以使设备的光输出长时间地保持不变。按照本发明的一个优选实施例，驱动器是一个放大器或者是一个开关。优选地，施密特触发器可在高输出信号和低输出信号之间跳跃，驱动器输出信号由低通滤波器滤波，低通滤波器平滑到每个光源的驱动信号。

可替换地，在靠近或邻近光源的基板上安排光传感器。光传感器还可以定位在光源和基板之间。在这种情况下，将光源安排在光传感器上。在另一个优选实施例中，基板安排在光传感器和光源之间。这就是说，将光传感器固定到没有定位光源的基板的相对的一侧。在基板内，在光源和光传感器之间可以形成一个波导，以便互连这两个部件。在本发明的一个可能的实施例中，可以在基板当中嵌入光传感器和/或光源。另外，基板的芯可以由金属制成，以便可以有效地扩散和消耗掉由每个发光二极管产生的热量。可替换地，基板可以由环氧树脂制成，或者可以是由混合有氧化铝的环氧树脂制成的复合基板。

在本发明的一个优选实施例中，光传感器包括一个对于相关光源的颜色敏感的滤光片。所述滤光片可以是光学滤光片。为了防止对于光源的光输出产生错误的校正，光传感器只检测对应光源的光输出，并且，对于其它颜色是不灵敏的。因此不会产生重叠的区域。优选地，具有滤光片的每个光传感器在感兴趣的波长范围对于所用的颜色具有恒定的灵敏度。对于窄带发射体，滤光片的响应在一个很小的波长范围上可以是不变的。对于磷转换发光二极管，滤光片的响应可以有一个非常窄的带，而在滤光的光传感器的峰值灵敏度的波长范围内，所述磷转换发光二极管有一个平滑的响应。优选地，滤光片允许波长范围与由相应光源发出的波长范围对应的光通过，以便为处理相应发光颜色的光传感器提供对某个光源的一个特定的灵敏度。按照本发明，构造所述滤光片，使得它们的光谱透射率被调节成适应于与对应的相关光源的光的对应颜色的峰值波长一致的光。

在彩色照明设备的一个优选实施例中，滤光片包括例如是放在光传感器上的至少一个层。光传感器可以是一个硅的光电二极管，在其顶部有电介质层，从而可以实现滤光的光电二极管所需的光谱灵敏度。在另一个优选实施例中，滤光片包括多个导电层。可替换地，通过使用在每个光传感器的顶部具有不同的响应的窄带滤光片可以实现不变的响应，例如使用法布里-珀罗滤光片。

本发明还涉及控制彩色照明设备的光输出的方法，所说彩色照明设备具有至少一个固定到共用基板上的发光光源，每个发光光源包括至少一个发光二极管，每个发光光源包括一个光传感器，光传感器只检测相关的发光光源的光输出，每个发光光源都连接到一个模拟控制电路，模拟控制电路根据由相关的光传感器检测的光输出单独地控制每个发光光源的驱动，每个控制电路都包括与相关的光传感器连接的一个比较器，所说用于颜色控制的方法包括如下步骤：首先，检测光信号，所说光信号包括有关单个光源的实际光输出的信息。在此之后，将光信号引向控制电路，在这里比较器比较光信号与参考信号，如果光信号小于参考信号，控制电路提供高输出信号，高输出信号将增大用于发光光源的驱动信号。如果光信号大于参考信号，控制电路提供低输出信号，低输出信号将减小用于发光光源的驱动信号。

优选地，控制电路包括与比较器连接的一个驱动器，其中将驱动器的输出引向与光源连接的一个低通滤波器，低输出信号的值为0。如果光信号大于参考信号，低输出信号的值为0。因此，驱动器不引导信号，结果，用于光源的驱动信号减小。有益地，低通滤波器的截止频率至少为10千赫兹，这是为低速控制电路产生的。这个频率确定了光源的最大上升时间。如果用户需要更高的上升时间，可以简单地增加这个截止频率。优选地，低通滤波器和比较器的组合不允许出现低于400赫兹的频率。

对于每个光源，可以连续地和/或同时地实现控制过程的上述步骤。肯定的是，在照明设备操作期间，可以周期性地进行所说步骤。有益地，将所测的光信号存储在彩色控制器的一个存储器内，所说的彩色控制器包括用于运行某个算法的CPU，以便计算例如每个光源的亮度。

优选地，光信号和参考信号是电压信号或电流信号。例如，施密特触发器比较光传感器的输出电压信号与参考电压信号。如果光电压信号小于参考电压信号，将施密特触发器的输出电压切换到高输出电压信号。如果光电压信号大于参考电压信号，施密特触发器的输出电压信号切换到低输出电压。

上述的彩色照明设备及方法可用在各种不同的***中，其中有：汽车***、家用照明***、用于显示器的背光照明***、环境照明***、用于照相机的闪光灯(具有可调的颜色)或商店照明***。

上述的部件、以及要求保护的部件和按照本发明在所述实施例中将要使用的部件，在它们的大小、形状、材料选择和技术构思方面，都没有任何特殊的例外，因此可以不加限制地应用在相关领域中已知的选择标准。

在从属权利要求和相关附图的下面描述中公开了本发明的附加细节、特征和优点，附图仅是以示例的方式给出的，附图表示的是按照本发明的照明设备的一个优选实施例。

具体实施方式

图1是按照本发明的一个实施例的彩色照明设备的高度示意的视图。彩色照明设备包括相互之间有一定距离的多个发光光源1a、1b、1c。在所示的实施例中，每个光源1a、1b、1c由单个发光二极管1a、1b、1c组成，即，发光二极管1a、1b、1c就是光源1a、1b、1c本身。

可替换地，每个光源1a、1b、1c可以包括一组发光二极管，这种情况在图中没有明显表示出来。将每个发光二极管1a、1b、1c安装在一个基板3上，基板3构成一个散热器。每个发光二极管1a、1b、1c包括一个相邻的光传感器2a、2b、2c，光传感器2a、2b、2c也固定到基板3上。每个发光二极管1a、1b、1c连接到单个模拟控制电路4a、4b、4c上，所说的模拟控制电路包括比较器5a、5b、5c，驱动器6a、6b、6c，和低通滤波器7a、7b、7c。在所示的实施例中，比较器5a、5b、5c是模拟施密特触发器，所说的施密特触发器经过相关的放大器12a、12b、12c连接到相关的光传感器2a、2b、2c。将参考信号连接到彩色控制器接口10，接口10将用户输入11转化为参考信号。控制电路4a、4b、4c并联连接，用于根据由相关光传感器2a、2b、2c检测的光输出分别控制每个发光二极管1a、1b、1c的驱动。每个光传感器2a、2b、2c包括一个匹配的滤光片8a、8b、8c。在所示的实施例中，发光二极管1a发射红光，发光二极管1b发射绿光，发光二极管1c发射蓝光。可以肯定，彩色照明设备可以包含的颜色多于以上所述的颜色，经过模拟控制电路4a、4b、4c分别单独控制所说的这些颜色。所有的电路4a、4b、4c在电学上是等同的，因此下面只描述红色电路线路4a。

在彩色照明设备的照明过程，光传感器2a检测相关的红色光源1a的光输出。为了得到有关二极管1a的光输出的正确信息，光传感器2a包括所说的滤光片8a，滤光片8a只传输发光二极管1a发射的光的波长。这就是说，滤光的光传感器2a对于其它的颜色是不灵敏的。测量到的光信号是光传感器2a的一个电压信号，经过放大器12a将这个信号引向比较器5a。在所述的实施例中，比较器5a是一个施密特触发器5a，它比较光传感器2a的电压信号与参考电压信号。如果光电压信号小于参考电压信号，控制电路4a提供高输出信号，高输出信号使发光二极管1a的驱动信号增大。如果光电压信号基本上等于或者大于参考电压信号，控制电路4a提供低输出信号，这个低输出信号使发光二极管1a的驱动信号减小。因此，施密特触发器5a的输出在两个电压值之间跳跃。

施密特触发器5a的输出连接到放大器6a。将放大器6a的输出加到低通滤波器7a，低通滤波器7a与发光二极管1a直接连接。在所示的实施例中，低通滤波器7a的截止频率是10千赫兹。所述的具有为每个发光二极管1a、1b、1c安排的控制电路4a、4b、4c的照明设备允许为所说照明设备的每种颜色进行独立的和并行的光输出检测。针对每个发光二极管1a、1b、1c的模拟电路4a、4b、4c的使用提供了一种廉价的和容易实行的配置，其中的光传感器2a、2b、2c的光信号用作反馈信号。复杂的部件，例如模拟数字变换器和带有软件的数字信号处理器，对于多照明(multi-lighting)设备的所述模拟彩色点的稳定并不是必要的。

按照这个实施例，高输出电压信号约为5伏。这引起发光二极管1a的驱动电流的增大。如果光电压信号大于参考电压信号，则控制电路4a提供低即0输出电压信号，这使发光二极管1a的驱动电流减小。这就意味着，放大器不会将电流传送到低通滤波器7a。

发光二极管1a、1b、1c和光传感器2a、2b、2c由光学元件9覆盖，光学元件9由透明材料制成。

附图标记列表

1a光源，发光二极管，LED

1b光源，发光二极管，LED

1c光源，发光二极管，LED

2a光传感器

2b光传感器

2c光传感器

3基板

4a模拟控制电路

4b模拟控制电路

4c模拟控制电路

5a比较器，施密特触发器

5b比较器，施密特触发器

5c比较器，施密特触发器

6a驱动器，放大器

6b驱动器，放大器

6c驱动器，放大器

7a低通滤波器

7b低通滤波器

7c低通滤波器

8a光学滤光片

8b光学滤光片

8c光学滤光片

9光学元件

10彩色管理单元

11用户输入

12a放大器

12b放大器

12c放大器

Claims

1、一种彩色照明设备，包括：

-至少一个固定到共用的基板(3)上的发光光源(1a、1b、1c)，

-每个发光光源(1a、1b、1c)包括至少一个发光二极管(LED)(1a、1b、1c)，

-每个发光光源(1a、1b、1c)包括一个光传感器(2a、2b、2c)，光传感器只检测相关的光源(1a、1b、1c)的光输出，以及

-每个发光光源(1a、1b、1c)都连接到一个模拟控制电路(4a、4b、4c)，模拟控制电路分别根据由相关的光传感器(2a、2b、2c)检测的光输出控制每个发光光源(1a、1b、1c)的驱动，

-每个控制电路(4a、4b、4c)都包括与相关的光传感器(2a、2b、2c)相连的比较器(5a、5b、5c)。

2、根据权利要求1所述的彩色照明设备，其特征在于：比较器(5a、5b、5c)是一个模拟施密特触发器(5a、5b、5c)。

3、根据权利要求1或2所述的彩色照明设备，其特征在于：控制电路(4a、4b、4c)包括连接到比较器(5a、5b、5c)的驱动器(6a、6b、6c)，将驱动器(6a、6b、6c)的输出引向与光源(1a、1b、1c)连接的低通滤波器(7a、7b、7c)。

4、根据前述权利要求中任何一个所述的彩色照明设备，其特征在于：驱动器(6a、6b、6c)是一个放大器或者是一个开关。

5、根据前述权利要求中任何一个所述的彩色照明设备，其特征在于：在靠近光源(1a、1b、1c)的基板(3)上安排光传感器(2a、2b、2c)，或者将光传感器(2a、2b、2c)定位在光源(1a、1b、1c)和基板(3)之间，或者将基板(3)安排在光传感器(2a、2b、2c)和光源(1a、1b、1c)之间。

6、根据前述权利要求中任何一个所述的彩色照明设备，其特征在于：光传感器(2a、2b、2c)包括一个光学滤光片(8a、8b、8c)。

7、根据前述权利要求中任何一个所述的彩色照明设备，其特征在于：光学滤光片(8a、8b、8c)包括安排在光传感器(2a、2b、2c)上的至少一个层。

8、根据前述权利要求中任何一个所述的彩色照明设备，其特征在于：光学滤光片(8a、8b、8c)包括多个层，它们是电介质层和/或导电层。

9、根据前述权利要求中任何一个所述的彩色照明设备，其特征在于：滤光片(8a、8b、8c)只对由相关的光源(1a、1b、1c)产生的光的颜色是灵敏的。

10、一种控制彩色照明设备的光输出的方法，所说彩色照明设备具有至少一个固定到共用基板(3)上的发光光源(1a、1b、1c)，每个发光光源(1a、1b、1c)包括至少一个发光二极管(1a、1b、1c)，每个发光光源(1a、1b、1c)包括一个光传感器(2a、2b、2c)，光传感器只检测相关的发光光源(1a、1b、1c)的光输出，以及每个发光光源(1a、1b、1c)都连接到一个模拟控制电路(4a、4b、4c)，模拟控制电路根据由相关的光传感器(2a、2b、2c)检测的光输出分别单独地控制每个发光光源(1a、1b、1c)的驱动，

每个控制电路(4a、4b、4c)都包括与相关的光传感器(2a、2b、2c)连接的一个比较器(5a、5b、5c)，

所说方法包括如下步骤：

检测光信号，所说光信号包括有关单个光源(1a、1b、1c)的实际光输出的信息；

将光信号引向控制电路(4a、4b、4c)，在这里比较器(5a、5b、5c)比较光信号与参考信号；

于是，

如果光信号小于参考信号，

则控制电路(4a、4b、4c)提供高输出信号，高输出信号增大用于发光光源(1a、1b、1c)的驱动信号；

如果光信号大于参考信号，

则控制电路(4a、4b、4c)提供低输出信号，低输出信号减小用于发光光源(1a、1b、1c)的驱动信号。

11、根据权利要求10所述的方法，其特征在于：控制电路(4a、4b、4c)包括与比较器(5a、5b、5c)连接的一个驱动器(6a、6b、6c)，将驱动器(6a、6b、6c)的输出引向与光源(1a、1b、1c)连接的一个低通滤光片(7a、7b、7c)，低输出信号的值为0。

12、根据权利要求10或11所述的方法，其特征在于：低通滤光片(7a、7b、7c)与比较器(5a、5b、5c)的组合不允许出现低于400赫兹的频率。

13、根据前述权利要求10至12中任何一个所述的方法，其特征在于：连续地执行权利要求10的步骤。

14、根据前述权利要求10至13中任何一个所述的方法，其特征在于：光信号和参考信号是电压信号或电流信号。

15、根据前述权利要求10至14中任何一个所述的方法，其特征在于：对于所有的发光光源(1a、1b、1c)同时执行权利要求10的步骤。

16、根据权利要求10至15所述的方法，所说方法与根据权利要求1-9所述的彩色照明设备结合。