CN110784960B

CN110784960B - 一种全彩led复合光源及复合方法

Info

Publication number: CN110784960B
Application number: CN201910746753.XA
Authority: CN
Inventors: 谢琦明; 付亮; 田荣刚
Original assignee: Hangzhou Xinhu Electronic Co ltd
Current assignee: Hangzhou Xinhu Electronic Co ltd
Priority date: 2019-08-14
Filing date: 2019-08-14
Publication date: 2021-08-03
Anticipated expiration: 2039-08-14
Also published as: CN110784960A

Abstract

本发明公开了一种全彩LED复合光源及复合方法，用于产生复合光，光源包括驱动电路，还包括：控制单元，控制驱动电路的输出；白光LED，连接驱动电路；若干单色光LED，连接驱动电路；光谱仪，连接控制单元，用于测量白光LED、单色光LED及复合光的光学参数；所述单色光LED包括：蓝色光LED、纯绿色光LED、翠绿色光LED、琥珀色光LED及橙红色光LED。本发明结构简单，复合计算量小，复合精确，调整便捷，通过若干特定的LED的复合，实现更广的色域及更高的显色指数，同时满足各领域的照明需求。

Description

一种全彩LED复合光源及复合方法

技术领域

本发明涉及照明装置技术领域，特别涉及一种全彩LED复合光源及复合方法。

背景技术

日常生活中，空间的LED白光照明的色温是固定的，不能根据季节、时段、环境或个人喜好而改变，如夏季喜欢冷些色温光源，冬季喜欢暖些色温光源；或者简单根据三基色原理，采用三原色RGB(红绿蓝)光源搭配合成白光，但此白光色温范围窄、显色指数低，因缺失黄光，低色温时对含偏红或偏黄成份的物品或人物色彩易失真。－些特定行业如电影、电视剧拍摄过程中，电影栅内场景中灯光的亮度、色温需随故事情节变化且要求显色性好不失真；若要求展示物品真实再现，则要求光源显色性高。

其中显色指数(Ra)：光源对物体的显色能力称为显色性。CIE规定了15个测试颜色，用R1-R15分别表示这15个颜色的显色指数，取前8个平均值为Ra，R9-R15为特殊显色指数，其中R9为饱和红色，R10为饱和黄色，R11为饱和绿色，R12为饱和蓝色，R13为白种人肤色，R14为树绿色，R15为黄种人肤色。

常规的LED白光照明及三原色RGB(红绿蓝)光源搭配合成白光，色温单一或色温范围窄、显色指数低(Ra≤90)，特别是对特殊显色指数(R9-R15)，效果更差，例如R9(饱和红色)及R15(黄种人肤色)均较为重要。另外由于三原色发光方式本身的限制，其发光的色域较窄，许多颜色无法准确显示。

其中授权公告号CN102376857B的发明公开了一种特定波长LED出光方式的封装方法，它的原材料为A胶、B胶、CP胶、特色荧光粉、特定波长的LED蓝光芯片和特色颜料，具体制备方法为：1、将A胶、B胶、CP胶和特色荧光粉混合，形成荧光胶；2、将荧光胶和特定波长的LED蓝光芯片制作成白光LED光源基架；3、将A胶、B胶和特色颜料混合均匀，形成环氧胶；4、将该环氧胶封装在白光LED光源基架上，白光经过环氧胶后，形成特定波长的特色LED。

另外公开号CN106543942A发明公开了一种白光LED配粉胶和一种白光LED配粉胶制备方法。授权公告号CN104918369B的发明公开了一种基于LED光源的功能照明***。

现有技术对单色光及白光LED的制作已经有了一些新的突破，也存在现有技术通过优化算法对复合光源的显色性进行优化，但复合光源中的各波长的光均会影响显色指数，如缺少某些特定波长的单色光，那么无论怎么优化计算，均不能有效提高显色指数，如何通过多种单色光复合得到色域广、显色指数高且色温范围广的光源，是目前现有技术存在的问题。

发明内容

针对现有技术中复合光源色域窄、显色指数低且色温范围窄的问题，本发明提供了一种全彩LED复合光源及复合方法，通过若干特定的LED的复合，实现更广的色域及更高的显色指数，同时满足各领域的照明需求。

以下是本发明的技术方案。

一种全彩LED复合光源，用于产生复合光，包括驱动电路，还包括：控制单元，控制驱动电路的输出；白光LED，连接驱动电路；若干单色光LED，连接驱动电路；光谱仪，连接控制单元，用于测量白光LED、单色光LED及复合光的光学参数；所述单色光LED包括：蓝色光LED、纯绿色光LED、翠绿色光LED、琥珀色光LED及橙红色光LED。

光的显色指数及能显示的色域范围涉及到多种因素的影响，其中越接近太阳光则显色指数越高，但太阳光中各色光的占比不同，因此简单三原色的叠加无法有效提高显色指数；同时能够显示的色域范围也是现代照明或显示装置的重要参数，虽然现有技术能够通过优化算法在一定程度上提高显色指数Ra，但对于R9-R15这样的特殊显色指数，由于现有技术中光源本身缺少对应波长的光，无论怎么优化算法均无法有效提高特殊显色指数，而本方案选用了特定的白光LED及若干特定单色光LED进行复合，能够根据需求实现模拟太阳光的高显色指数，同时又有大部分光源所不具备的较高特殊显色指数和较大的色域范围。

作为优选，所述白光LED的色温为4200K±150K。

作为优选，所述单色光LED的波长分别为：蓝色光LED：450nm±10nm；纯绿色光LED：520nm±10nm；翠绿色光LED：545nm±10nm；琥珀色光LED：598nm±10nm；橙红色光LED：630nm±10nm。上述LED用以实现色域范围≥90％，白光源显色指数Ra≥98，且R1-R15≥90的技术效果。改变任何一个LED，均不能实现本案技术效果。其中白光LED通过背景技术中提到的公开号CN106543942A的发明申请的技术内容制作。翠绿色光LED以及琥珀色光LED均为通过背景技术中提到的授权公告号CN102376857B的发明内容制作，为特殊波长的LED。

作为优选，还包括温度传感器，所述温度传感器连接控制单元。必要时能够根据检测到的温度判断LED的工作状态，可以将检测到的温度用于LED控制的参考量或者仅用于状态监控。

本技术方案还包括一种全彩LED复合方法，用于上述的一种全彩LED复合光源，包括以下步骤：S01：控制驱动电路使白光LED及若干单色光LED工作在额定工作电流；S02：测试白光LED及若干单色光LED的色坐标及基准光通量；S03：设定所需复合光的色坐标(xm,ym)及光通量L；S04：以每3个LED组成20个色域区块，判断色域区块中是否包含复合光的色坐标同时计算色域区块内3个LED的所需光通量的需求比重，如包含即为有效区块，如不包含则舍去该色域区块；S05：结合复合光的光通量、LED的基准光通量及有效区块中各LED光通量的需求比重，计算各LED的实际光通量，同步调整驱动电路以产生所需复合光。本方法中每3个LED组成的色域区块为三角形，通过先单独计算，后统一计算的方式，使得发光结果更准确，同时后续调整也更便捷。

作为优选，所述步骤S02中，设白光LED的色坐标为(x1,y1)，基准光通量为l1；蓝色光LED的色坐标为(x2,y2)，基准光通量为l2；纯绿色光LED的色坐标为(x3,y3)，基准光通量为l3；翠绿色光LED的色坐标为(x4,y4)，基准光通量为l4；琥珀色光LED的色坐标为(x5,y5)，基准光通量为l5；橙红色光LED的色坐标为(x6,y6)，基准光通量为l6；作为优选，所述步骤S04的过程包括：将白光LED、蓝色光LED及纯绿色光LED组成一个三角形的色域区块，对于该色域区块，有：

其中l1′为白光LED的所需光通量，l2′为蓝色光LED的所需光通量，l3′为纯绿色光LED的所需光通量，设3个所需光通量总和为单位1，可以得到3个所需光通量的需求比重；以同样方法计算其余19种色域区块中各LED的所需光通量的需求比重；当比重中出现负数则该色域区块中不包含复合光的色坐标，舍去该色域区块，比重中没有负数的色域区块包含复合光的色坐标，为有效区块。

作为优选，所述步骤S05的过程包括：将各有效区块的若干组需求比重中的每种LED的需求比重单独相加，即若干组l1′的需求比重相加得到实际比重l1″，若干组l2′的需求比重相加得到实际比重l2″，直至若干组l6′的需求比重相加得到实际比重l6″；根据复合光的光通量L计算各LED的实际光通量：

L＝K(l1×l1″+l2×l2″+…l6×l6")根据各已知参数求出光通量系数K，则白光LED的实际光通量为K×l1×l1″，蓝色光LED的实际光通量为K×l2×l2″，以此类推，得到纯绿色光LED、翠绿色光LED、琥珀色光LED及橙红色光LED的实际光通量；控制单元以各LED的实际光通量为目标调整驱动电路直至符合实际光通量条件，产生色坐标及光通量均为设定值的复合光。

上述步骤中，先通过计算单独的比重，再整体计算，得到实际光通量，以实现复合出指定的复合光。计算量小，精确度高。

作为优选，步骤S05完成后还包括亮度修正，包括以下步骤：检测复合光的当前光通量，比较当前光通量与设定光通量的误差范围；如当前光通量小于预设的误差范围，则同步提高包含白光LED的有效区块内的各LED光通量；如当前光通量大于预设的误差范围，则同步降低包含白光LED的有效区块内的各LED光通量，上述提高及降低过程中对应有效区块内各LED需求比重不变，如当前光通量大于等于误差范围最小值且小于等于误差范围最大值，则不调整。由于实际工作过程中，湿度、温度或电流等条件均会一定程度上影响LED的发光，导致复合光的亮度出现一定的变化，或者需要主动调整复合光亮度时，优先同步调整白光LED所在的有效区块，能够减少计算量，降低对复合光色坐标的影响，增加精确度。

作为优选，当亮度修正过程中，如出现包含白光LED的有效区块调整达到最大或最小调整极限时，亮度仍未修正，则以相同方式同步调整其余有效区块中各LED的光通量，直至当前光通量大于等于误差范围最小值且小于等于误差范围最大值，或各有效区块均调整至最大或最小调整极限时，停止调整。在亮度修正中仅调整白光LED所在的有效区块无法实现修正时，再调整其他有效区块。最终实现亮度的完整调整。

本发明的实质性效果包括：结构简单，复合计算量小，复合精确，调整便捷，色域范围≥90％，白光源显色指数Ra≥98，且R1-R15≥90，能够适应较多领域的照明需求。

附图说明

图1为本实施例的复合光源示意图；

图2为本实施例的驱动电路原理图；

图3为本实施例的色域图；

图中包括：1-控制单元、2-驱动电路、3-白光LED、4-单色光LED、5-光谱仪、6-温度传感器。

具体实施方式

以下结合说明书附图对本技术方案作进一步阐述。

如图1所示是一种全彩LED复合光源，用于产生复合光，包括驱动电路2；控制单元1，控制驱动电路2的输出；白光LED3，连接驱动电路2；五种单色光LED4，连接驱动电路2；光谱仪5，连接控制单元1，用于测量白光LED3、单色光LED4及复合光的光学参数；温度传感器6，连接控制单元1。必要时能够根据检测到的温度判断LED的工作状态，温度过高或过低将影响LED工作。

如图2所示为本实施例的其中一个驱动电路2，其中二极管D5的阴极连接对应的负载LED。本实施了六盏LED的驱动电路一致。

本实施例的白光LED的色温为4200K。

本实施例的单色光LED的颜色及波长分别为：蓝色光LED：450nm；纯绿色光LED：520nm；翠绿色光LED：545nm；琥珀色光LED：598nm；橙红色光LED：630nm。

其中如图3所示为标注了各LED色坐标位置的色域图，白光LED为点W，蓝色光LED为点B，纯绿色光LED为点G1、翠绿色光LED为点G2、琥珀色光LED为点A，橙红色光LED为点R。

本实施例包含了多个同样的上述复合光源。光的显色指数及能显示的色域范围涉及到多种因素的影响，其中越接近太阳光则显色指数越高，但太阳光中各色光的占比不同，因此简单三原色的叠加无法有效提高显色指数；同时能够显示的色域范围也是现代照明或显示装置的重要参数，许多的色彩是自然光不包含的，仅通过模拟太阳光也无法提高色域范围，而本实施例选用了特定的白光LED及若干特定单色光LED进行复合，相比传统光源更接近太阳光，能够根据需求实现较高显色性，同时又有很广的色域范围选择作支持。

本实施例还包括一种全彩LED复合方法，用于上述的一种全彩LED复合光源，包括以下步骤：S01：控制驱动电路使白光LED及若干单色光LED工作在额定工作电流；S02：测试白光LED及若干单色光LED的色坐标及基准光通量；S03：设定所需复合光的色坐标(xm,ym)及光通量L；S04：以每3个LED组成20个色域区块，判断色域区块中是否包含复合光的色坐标同时计算色域区块内3个LED的所需光通量的需求比重，如包含即为有效区块，如不包含则舍去该色域区块；S05：结合复合光的光通量、LED的基准光通量及有效区块中各LED光通量的需求比重，计算各LED的实际光通量，同步调整驱动电路以产生所需复合光。本实施例中每3个LED组成的色域区块为三角形，通过先单独计算，后统一计算的方式，使得发光结果更准确，同时后续调整也更便捷。

步骤S02中，设白光LED的色坐标为(x1,y1)，基准光通量为l1；蓝色光LED的色坐标为(x2,y2)，基准光通量为l2；纯绿色光LED的色坐标为(x3,y3)，基准光通量为l3；翠绿色光LED的色坐标为(x4,y4)，基准光通量为l4；琥珀色光LED的色坐标为(x5,y5)，基准光通量为l5；橙红色光LED的色坐标为(x6,y6)，基准光通量为l6；本实施例中基准光通量的数据分别为l1＝120lm，l2＝15lm，l3＝100，l4＝150lm，l5＝100lm，l6＝30lm。

步骤S03的复合光的色坐标为图3中的点P。

步骤S04的过程包括：将白光LED、蓝色光LED及纯绿色光LED组成一个三角形的色域区块，如图3所示，对于该色域区块，有：

步骤S05的过程包括：将各有效区块的若干组需求比重中的每种LED的需求比重单独相加，即若干组l1′的需求比重相加得到实际比重l1″，若干组l2′的需求比重相加得到实际比重l2″，直至若干组l6″的需求比重相加得到实际比重l6″；根据复合光的光通量L计算各LED的实际光通量：

L＝K(l1×l1"+l2×l2″+…l6×l6")

根据各已知参数求出光通量系数K，则白光LED的实际光通量为K×l1×l1″，蓝色光LED的实际光通量为K×l2×l2″，以此类推，得到纯绿色光LED、翠绿色光LED、琥珀色光LED及橙红色光LED的实际光通量；控制单元以各LED的实际光通量为目标调整驱动电路直至符合实际光通量条件，产生色坐标及光通量均为设定值的复合光。

步骤S05完成后还包括亮度修正，包括以下步骤：检测复合光的当前光通量，比较当前光通量与设定光通量的误差范围；如当前光通量小于预设的误差范围，则同步提高包含白光LED的有效区块内的各LED光通量；如当前光通量大于预设的误差范围，则同步降低包含白光LED的有效区块内的各LED光通量，上述提高及降低过程中对应有效区块内各LED需求比重不变，如当前光通量大于等于误差范围最小值且小于等于误差范围最大值，则不调整。由于实际工作过程中，湿度、温度或电流等条件均会一定程度上影响LED的发光，导致复合光的亮度出现一定的变化，或者需要主动调整复合光亮度时，优先同步调整白光LED所在的有效区块，能够减少计算量，降低对复合光色坐标的影响，增加精确度。

另外当亮度修正过程中，如出现包含白光LED的有效区块调整达到最大或最小调整极限时，亮度仍未修正，则以相同方式同步调整其余有效区块中各LED的光通量，直至当前光通量大于等于误差范围最小值且小于等于误差范围最大值，或各有效区块均调整至最大或最小调整极限时，停止调整。在亮度修正中仅调整白光LED所在的有效区块无法实现修正时，再调整其他有效区块。最终实现亮度的完整调整。

通过以上实施方式的描述，所属领域的技术人员可以了解到，为描述的方便和简洁，仅以上述各功能模块的划分进行举例说明，实际应用中可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能模块完成，即将具体装置的内部结构划分成不同的功能模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。

在本申请所提供的实施例中，应该理解到，所揭露的结构和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的关于结构的实施例仅仅是示意性的，例如，模块或单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个结构，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，结构或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。

作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是一个物理单元或多个物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个不同地方。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本申请实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。

集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个可读取存储介质中。基于这样的理解，本申请实施例的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一个设备(可以是单片机，芯片等)或处理器(processor)执行本申请各个实施例方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(read only memory，ROM)、随机存取存储器(random access memory，RAM)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上内容，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims

1.一种全彩LED复合光源，用于产生复合光，包括驱动电路，其特征在于，还包括：

控制单元，控制驱动电路的输出；

白光LED，连接驱动电路；

若干单色光LED，连接驱动电路；

光谱仪，连接控制单元，用于测量白光LED、单色光LED及复合光的光学参数；

所述单色光LED包括：蓝色光LED、纯绿色光LED、翠绿色光LED、琥珀色光LED及橙红色光LED；

复合光源的光复合过程包括以下步骤：S01：控制驱动电路使白光LED及若干单色光LED工作在额定工作电流；S02：测试白光LED及若干单色光LED的色坐标及基准光通量；S03：设定所需复合光的色坐标(xm,ym)及光通量L；S04：以每3个LED组成20个色域区块，判断色域区块中是否包含复合光的色坐标同时计算色域区块内3个LED的所需光通量的需求比重，如包含即为有效区块，如不包含则舍去该色域区块；S05：结合复合光的光通量、LED的基准光通量及有效区块中各LED光通量的需求比重，计算各LED的实际光通量，同步调整驱动电路以产生所需复合光；

所述步骤S02中，设白光LED的色坐标为(x1,y1)，基准光通量为l1；蓝色光LED的色坐标为(x2,y2)，基准光通量为l2；纯绿色光LED的色坐标为(x3,y3)，基准光通量为l3；翠绿色光LED的色坐标为(x4,y4)，基准光通量为l4；琥珀色光LED的色坐标为(x5,y5)，基准光通量为l5；橙红色光LED的色坐标为(x6,y6)，基准光通量为l6；

所述步骤S04的过程包括：将白光LED、蓝色光LED及纯绿色光LED组成一个三角形的色域区块，对于该色域区块，有：

2.根据权利要求1所述的一种全彩LED复合光源，其特征在于，所述白光LED的色温为4200K±150K。

3.根据权利要求1或2所述的一种全彩LED复合光源，其特征在于，所述单色光LED的波长分别为：

蓝色光LED：450nm±10nm；

纯绿色光LED：520nm±10nm；

翠绿色光LED：545nm±10nm；

琥珀色光LED：598nm±10nm；

橙红色光LED：630nm±10nm。

4.根据权利要求1或2所述的一种全彩LED复合光源，其特征在于，还包括温度传感器，所述温度传感器连接控制单元。

5.一种全彩LED复合方法，用于权利要求1所述的一种全彩LED复合光源，其特征在于，包括以下步骤：

S01：控制驱动电路使白光LED及若干单色光LED工作在额定工作电流；

S02：测试白光LED及若干单色光LED的色坐标及基准光通量；

S03：设定所需复合光的色坐标(xm,ym)及光通量L；

S04：以每3个LED组成20个色域区块，判断色域区块中是否包含复合光的色坐标同时计算色域区块内3个LED的所需光通量的需求比重，如包含即为有效区块，如不包含则舍去该色域区块；

S05：结合复合光的光通量、LED的基准光通量及有效区块中各LED光通量的需求比重，计算各LED的实际光通量，同步调整驱动电路以产生所需复合光；

其中l1′为白光LED的所需光通量，l2′为蓝色光LED的所需光通量，l3′为纯绿色光LED的所需光通量，设3个所需光通量总和为单位1，可以得到3个所需光通量的需求比重；

以同样方法计算其余19种色域区块中各LED的所需光通量的需求比重；

当比重中出现负数则该色域区块中不包含复合光的色坐标，舍去该色域区块，比重中没有负数的色域区块包含复合光的色坐标，为有效区块。

6.根据权利要求5所述的一种全彩LED复合方法，其特征在于，所述步骤S05的过程包括：将各有效区块的若干组需求比重中的每种LED的需求比重单独相加，即若干组l1′的需求比重相加得到实际比重l1″，若干组l2′的需求比重相加得到实际比重l2″，直至若干组l6′的需求比重相加得到实际比重l6″；根据复合光的光通量L计算各LED的实际光通量：

L＝K(l1×l1″+l2×l2″+…l6×l6″)

根据各已知参数求出光通量系数K，则白光LED的实际光通量为K×l1×l1″，蓝色光LED的实际光通量为K×l2×l2″，以此类推，得到纯绿色光LED、翠绿色光LED、琥珀色光LED及橙红色光LED的实际光通量；

控制单元以各LED的实际光通量为目标调整驱动电路直至符合实际光通量条件，产生色坐标及光通量均为设定值的复合光。

7.根据权利要求6所述的一种全彩LED复合方法，其特征在于，步骤S05完成后还包括亮度修正，包括以下步骤：

检测复合光的当前光通量，比较当前光通量与设定光通量的误差范围；

如当前光通量小于预设的误差范围，则同步提高包含白光LED的有效区块内的各LED光通量；

如当前光通量大于预设的误差范围，则同步降低包含白光LED的有效区块内的各LED光通量，上述提高及降低过程中对应有效区块内各LED需求比重不变，如当前光通量大于等于误差范围最小值且小于等于误差范围最大值，则不调整。

8.根据权利要求7所述的一种全彩LED复合方法，其特征在于，当亮度修正过程中，如出现包含白光LED的有效区块调整达到最大或最小调整极限时，亮度仍未修正，则以相同方式同步调整其余有效区块中各LED的光通量，直至当前光通量大于等于误差范围最小值且小于等于误差范围最大值，或各有效区块均调整至最大或最小调整极限时，停止调整。