CN104093247B - 一种全色域多通道混色方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于半导体照明技术领域，具体为一种全色域多通道混色方法。本发明利用四参数向量(<i>Z_i</i>,？<i>K_1j</i>,？<i>K_2k</i>_,<i>K_3l</i>)控制N组(N≥5)不同主波长的单色LED封装器件进行混色，每组LED器件至少由1个以上的LED芯片或模组构成，主波长分布在380?780？nm波长范围内。需要显示某个色坐标对应的光色时，将所述LED器件可复现的N边形色域分割成N?2个分区三角形色域，通过寻址确定目标光色所在的三角形位置<i>Z_i</i>，通过调节该三角形顶点对应的LED器件光通比例<i>K_1j</i>,？<i>K_2k</i>_,<i>K_3l</i>，混光得到所需的目标光色。本发明大大提高了可以复现的色域面积，实现了更加丰富多彩的颜色显示，为情景照明设计开拓了更多的可能性；本发明在确保能够复现大范围色域的同时，又可减少控制端的数据传输量。

Description

一种全色域多通道混色方法

技术领域

本发明属于半导体照明技术领域，具体涉及一种全色域多通道混色方法。

背景技术

LED混色技术在一般照明、情景照明、舞台装饰等场合应用很多，其原理是选取不同主波长的LED发出的单色光作为原色，将这些原色以某种适当比例混合，从而产生一种新的预定颜色的光色。在色品图中连接多个混色用LED光色的色坐标，围成一个多边形，这个多边形包含的色域就限定了这些LED能够混光得到的光色范围。

常见的混色技术限于RGB三基色混色，一般使用主波长为610−640 nm的红色LED，主波长为510−540 nm的绿色LED和主波长为450−480 nm的蓝色LED。这样做的缺陷在于：基色的色坐标围成的色域面积不够大，无法重现色域中的大部分光色，只能复现全色域的30%左右；混色结果不精确，与目标光色有较大的偏差。

专利US7113152提出了用于电子真彩显示的设备、***和方法，使用至少四种原色混色并用控制器控制四原色的光的路径，从而来产生彩色图像的光图像。专利CN202796949提出了一种五色混合的LED灯具，使用红、绿、蓝、黄、白，五种颜色进行混色，其色域面积可能相比传统方法有所改善，但是上述专利并未涉及混色控制技术，而五通道控制使通信量过大，在技术层面较难实现。专利EP1878318提出了一种使用N原色（N≥4）混色的方法来获得不同色温的白光，N种原色包含一个位于黑体线附近区域的白光和多个靠近色度图边缘的纯色光，则目标色坐标所处的位置在上述白光色坐标和距离目标光色最近的某两个纯色光色坐标围成的三角形内，因此调节上述三个色坐标的色光就能混色产生目标光色。但该方法局限于产生不同色温的白光，并且用于混色的白光原色很可能产生色漂，会导致混色结果达不到预期效果。

由于现有的技术在实际应用中难以满足人们对于照明日趋苛刻的要求，因此有必要研发更完善、更精确、更简便控制的混色技术。

发明内容

本发明的目的是提供一种全色域多通道混色方法。

本发明采用N种单色光LED来进行混色混光，当N≥7时可以复现CIE 1931色品图90%以上的色域，呈现出4800万种以上的颜色。本发明合成光的色坐标接近大自然光色，能够促进健康照明和生态照明行业技术的发展，可广泛应用于LED商业照明、家居照明、户外景观照明等众多照明领域，将对LED照明技术的发展起到非常重要的科技支撑作用。

本发明提出的一种全色域多通道混色方法，采用包含N组(N≥5，一般可为8≥N≥5，)不同主波长的LED封装器件和1个多通道智能控制***，利用四参数向量来选择所需的LED驱动控制通道并给出驱动电流，使得合成光可以复现以N组LED色坐标为顶点的N边形色域内的所有颜色。

本发明所采用的N组LED封装器件具有不同的主波长，主波长分布在380−780 nm波长范围内；每组LED都是由至少1个LED芯片或模组构成，且每组LED分别配备控制***中对应的1个驱动控制通道。

需要显示某个色坐标对应的光色时，本发明采用分区合成的方法，将N色LED覆盖的色域范围分成N−2个区域来控制混色，从而减少传输的数据量。由于色域三角形顶点的色光就能复现三角形内部的所有色坐标，所以可以从N组LED的色坐标点中选取一个点P_f，称之为“固定点”，从其他点中依次选取两个相邻点与P_f构成一个三角形，称之为“分区三角形”，从而将N边形色域划分为N−2个三角形区域。所需复现的目标光色可以采用四参数光色向量(Z_i , K_1j , K_{2k ,} K_3l )来表示，其中Z_i 为区域代码，i = 0，1，…N−2，分别对应于N−2个三角形色域，即Z_i 决定了目标光色的色坐标所处的分区三角形；K_1j , K_{2k ,} K_3l = [0, 1]分别表示该色域三角形对应的3组LED在混光得到该目标光色时的光通比例。光色向量(Z_i , K_1j , K_{2k ,} K_3l )可以映射到LED电流向量(Z_i , I_1j , I_2k , I_3l ), 其中I_1j , I_2k , I_3l 为该色域顶点对应的3组LED封装器件的驱动电流，控制***可以通过Z_i 来选取对应的3个驱动控制通道。

对于给定的目标光色P _c(x, y)，计算P _c与P _f的斜率，根据斜率大小确定目标光色P _c所在的分区三角形区域代码Z_i ，则P _c可以通过该三角形对应的3组LED混光而成。根据光色计算方法得到3组LED的混合光通比例K _1j: K _2k: K _3l，并转换为对应的LED驱动电流I _1j、 I _2k、I _3l，得到LED驱动电流向量(Z_i , I_1j , I_2k , I_3l )。选取对应的3个驱动控制通道，并输出相应的驱动电流，3组LED在电流的驱动下发出对应色光，混合后即可以得到目标光色。

与现有混色技术相比，本发明具有以下优势：

本发明采用N组(N≥5)不同主波长的单色LED来进行混光，大大提高了可以复现的色域面积，当N≥7时可以复现CIE 1931色品图90%以上的色域，实现了更加丰富多彩的颜色显示，为情景照明设计开拓了更多的可能性。

本发明采用色域分区合成的方法，利用色坐标实时动态控制算法，将N色LED色坐标组成的N边形色域分解为N−2个三角形，用四参数向量控制LED封装器件的电流，在确保能够复现大范围色域的同时，又减少了控制端的数据传输量。

附图说明

图1为本发明的全色域多通道混色方法能够复现的色域图示例。

图2为本发明的全色域多通道混色方法的混色示意图。

图3为本发明的全色域多通道混色方法复现某种目标光色的流程图。

图中标号：P_f, P₀−P₅—7组LED封装器件的色坐标；L₁−L₅—5个分区三角形。

具体实施方式

以下结合附图和实施例，对本发明做进一步说明。所描述的实施例仅为本发明的部分实施例。基于本发明中的实施例而未作出创造性成果的其他所有实施例，都属于本发明的保护范围。

参见图1，本发明的全色域多通道混色方法的一个实施例，包括：7组不同主波长的LED封装器件，对应于色品图上的7个不同位置的色坐标点P_f, P₁−P₆，则该7个点组成的七边形色域内的所有颜色都可以通过这7组LED器件混色得到，很明显7色混光可复现的色域较3色、4色的大得多，可以达到色品图的90%以上。以其中一个色坐标点P_f为固定点，其他六个点P₀−P₅中取相邻点与P_f构成一个三角形，共计可以将七边形色域分割成5个分区三角形色域L₁−L₅。

参见图2，本发明的七边形色域内的任意光色的色坐标点可以用1个四参数向量(Z_i , K_1j , K_{2k ,} K_3l )表示，其中Z_i 为区域代码，i = 0−4分别对应于5个分区三角形；K_1j , K_{2k ,} K_3l = [0, 1]分别表示该分区三角形对应的3组LED在混色得到该目标光色时的光通比例。由于LED器件的光通与其驱动电流相关，因此可以将光色向量(Z_i , K_1j , K_{2k ,} K_3l )映射到LED电流向量(Z_i , I_1j , I_2k , I_3l ), 其中I_1j , I_2k , I_3l 为该分区三角形顶点对应的3组LED封装器件的驱动电流，可以通过Z_i 来选取对应的3个驱动控制通道并输出。

参见图3，在显示某个目标光色时，可以根据其色坐标P_c (x, y)位置，通过控制***寻址确定该目标光色所在的分区三角形，则驱动控制该三角形色域顶点对应的LED器件的驱动电流，可以调节这3组LED各自发出的光通，混光后即可以可到所需的目标光色。

由7组LED的色坐标P _f (x _f, y _f)、P ₀ (x ₀ , y ₀)、P ₁ (x ₁ , y ₁)、P ₂ (x ₂ , y ₂)、P ₃ (x ₃ , y ₃)、P ₄ (x ₄ , y ₄)、P ₅ (x ₅ , y ₅)，可以得到5个分区三角形以P _f为顶点的两条边的斜率：

P _f P ₀的斜率为k ₀=(y ₀−y _f)/(x ₀−x _f)，

P _f P ₁的斜率为k ₁=(y ₁−y _f)/(x ₁−x _f)，

P _f P ₂的斜率为k ₂=(y ₂−y _f)/(x ₂−x _f)，

P _f P ₃的斜率为k ₃=(y ₃−y _f)/(x ₃−x _f)，

P _f P ₄的斜率为k ₄=(y ₄−y _f)/(x ₄−x _f)，

P _f P ₅的斜率为k ₅=(y ₅−y _f)/(x ₅−x _f)。

根据目标光色P _c与固定点P _f的连线P _f P _c斜率k=(y−y _f)/(x−x _f)，可以确定k_{i +1}<k< k_i （i = 0−4），从而可以确定该目标光色所在的分区三角形代码Z_i ，即可以确定用于混色的3组LED色坐标点P _i 、P _{i +1}和P_f。则这3组LED混合的光通量比例为：

，

从而可以得到相应的LED驱动电流向量。

本发明的混色方法，主要以增大复现色域为目标，采用7组不同主波长的LED器件来进行混色，各组LED的主波长分布在380−780 nm波长范围内。该混色方法可以复现CIE 1931色品图90%以上的色域，大大提高了颜色的丰富性，能够为情景照明设计提供了更多的创意方案。

本发明的混色方法，为了简化控制参量，采用色坐标实时动态控制算法，利用1个四参数向量来控制7组LED器件的驱动，有效减少了控制端的数据传输量，从而加快通信速度，降低控制成本。

Claims (1)

1.一种全色域多通道混色方法，其特征在于具体步骤为：采用包含N组不同主波长的LED封装器件和1个多通道智能控制***，利用四参数向量来选择所需的LED驱动控制通道并给出驱动电流，使得合成光复现以N组LED色坐标为顶点的N边形色域内的所有颜色；N≥5；其中：

所述的N组LED封装器件的不同的主波长分布在380−780 nm波长范围内；

所述的LED封装器件是由至少1个LED芯片或模组构成的，且每组LED分别配备1个驱动控制通道进行控制；

需要显示某个色坐标对应的光色时，在所述的顶点中选取一个点P_f作为固定点，从其他点中依次选取两个相邻点与P_f构成一个三角形，称之为“分区三角形”，从而将N边形色域划分为N−2个三角形区域；

对所述的N边形色域内任意一点的光色采用1个四参数向量(Z_i , K_1j , K_{2k ,} K_3l ) 来表示，其中Z_i 为区域代码，i = 0, 1,…N−2，分别对应于所述的N−2个三角形区域，K_1j , K_{2k ,} K_3l = [0, 1]分别表示该色域三角形对应的3组LED在混光得到目标光色时的光通比例；

把所述的光色向量(Z_i , K_1j , K_{2k ,} K_3l )映射到LED电流向量(Z_i , I_1j , I_2k , I_3l ), 其中I_1j , I_2k , I_3l 为所述目标光色所在分区三角形色域对应的3组LED封装器件的驱动电流，所述的控制***通过Z_i 来选取对应的3个驱动控制通道。