ES2349297T3 - Procedimiento y elemento de excitación para determinar valores de excitación para excitar un dispositivo de alumbrado. - Google Patents
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Abstract
Procedimiento para determinar valores de excitación para excitar un dispositivo de alumbrado a un brillo y color deseados, comprendiendo dicho dispositivo de alumbrado una pluralidad de diodos emisores de luz (LED) de al menos dos colores diferentes, comprendiendo dicho procedimiento las etapas de: - determinar una primera razón en peso de flujo luminoso basándose tanto en el color deseado como en una primera corriente de excitación para excitar cada uno de los LED de diferentes colores; - determinar un primer flujo luminoso para cada uno de los LED de diferentes colores basándose tanto en el brillo deseado como en la primera razón en peso de flujo luminoso; caracterizado por, - comparar, para cada uno de los LED de diferentes colores, el primer flujo luminoso con un flujo luminoso nominal para una pluralidad de diferentes corrientes de excitación; - seleccionar, para cada uno de los LED de diferentes colores de la pluralidad de diferentes corrientes de excitación, una corriente de excitación preferida que al menos puede producir el primer flujo luminoso, para obtener corrientes de excitación seleccionadas; - determinar una segunda razón en peso de flujo luminoso basándose tanto en el color deseado como en las corrientes de excitación seleccionadas para cada uno de los LED de diferentes colores; - determinar un segundo flujo luminoso para cada uno de los LED de diferentes colores basándose tanto en el brillo deseado como en la segunda razón en peso de flujo luminoso; y - determinar un ciclo de trabajo para cada uno de los LED de diferentes colores a las corrientes de excitación seleccionadas, en el que las corrientes de excitación seleccionadas a los ciclos de trabajo determinados produce el segundo flujo luminoso para cada uno de los LED de diferentes colores.
Description
Procedimiento y elemento de excitación para
determinar valores de excitación para excitar un dispositivo de
alumbrado.
La presente invención se refiere a un
procedimiento para determinar valores de excitación para excitar un
dispositivo de alumbrado a un brillo y color deseados. La presente
invención también se refiere a un elemento de excitación
correspondiente para determinar valores de excitación para excitar
un dispositivo de alumbrado.
Recientemente, se ha avanzado mucho en el
aumento del brillo de diodos emisores de luz (LED). Como resultado,
los LED se han hecho lo suficientemente brillantes y económicos como
para servir de una fuente de luz por ejemplo en sistemas de
alumbrado tales como lámparas con color ajustable, pantallas de
cristal líquido (LCD) de visión directa, y pantallas de proyección
anterior y posterior.
Mediante la mezcla de LED de diferentes colores
puede generarse cualquier número de colores, por ejemplo el blanco.
Un sistema de alumbrado de color ajustable se construye
habitualmente usando varios colores primarios, y en un ejemplo, se
usan los tres primarios rojo, verde y azul. El color de la luz
generada se determina por cuáles de los LED se usan, así como por
las razones de mezclado. Para generar "blanco", se tienen que
encender los tres colores de LED con la razón de mezclado
correcta.
Los sistemas de alumbrado de LED generalmente
emplean fuentes de alimentación reguladas para alimentar a los LED.
En la técnica de elementos de excitación de LED, se conoce el
control de LED usando una corriente de excitación modulada por
ancho de impulso (PWM) como una fuente de alimentación al LED. La
modulación por ancho de impulso (PWM) implica suministrar una
corriente sustancialmente constante a los LED durante periodos de
tiempo particulares. Cuanto más corto es el tiempo, o ancho de
impulso, menos brillo observará el observador en la luz resultante.
El ojo humano integra la luz que recibe durante un periodo de tiempo
y, aunque la corriente a través de los LED puede generar el mismo
nivel de luz independientemente de la duración de impulso, el ojo
percibirá impulsos cortos como "más tenues" que impulsos más
largos.
Un inconveniente se usar sólo PWM es que el LED
siempre se usa al mismo nivel de corriente, que puede no ser el
nivel de corriente más eficaz, lo que significa que la potencia se
desperdicia para generar luz. Una manera más eficaz para excitar
los LED para el control de brillo es introducir más de un nivel de
corriente al que los LED pueden excitarse con la PWM.
Las características de rendimiento de LED
típicas dependen de la cantidad de corriente atraída por el LED. La
eficacia óptima puede obtenerse a una corriente más baja que el
nivel al que se produce el brillo máximo. Los LED se excitan
habitualmente muy por encima de su corriente de funcionamiento más
eficaz para aumentar el brillo suministrado por los LED al tiempo
que mantienen una esperanza de vida razonable. Como resultado,
puede proporcionarse un aumento de eficacia cuando el valor de
corriente máximo de la señal PWM puede ser variable. Por ejemplo,
si la salida de luz deseada es inferior a la salida requerida
máxima, puede reducirse la corriente y/o el ancho de la señal
PWM.
Un ejemplo de un sistema para controlar el
brillo de una pluralidad de LED blancos se da a conocer en el
documento US 2003/021 42 42 A1. En el sistema dado a conocer, los
LED se disponen como una luz posterior para una pantalla, tal como
una pantalla de cristal líquido (LCD). Durante el funcionamiento, el
brillo de la luz posterior se controla mediante modulación por
ancho de impulso y subdividiendo la tensión de excitación de
referencia para excitar la luz posterior en una gran pluralidad de
niveles discretos por medio de un conversor D/A. Sin embargo, un
sistema de este tipo no es adecuado para excitar un dispositivo de
alumbrado que comprende una pluralidad de LED de diferentes colores
ya que un desplazamiento en amplitud también da como resultado un
desplazamiento del color significativo.
El documento WO 2006/069002 da a conocer un
procedimiento y un aparato para generar dos o más colores diferentes
o temperaturas de color de luz en un intervalo significativo de
diferentes saturaciones o diferentes temperaturas de color, en el
que se proporciona compensación de luminancia. En un ejemplo, el
aparato de alumbrado incluye uno o más LED para generar dos o más
colores diferentes o temperaturas de color de luz y está configurado
para proporcionar compensación de luminancia para mitigar, al menos
en parte, el efecto de "Helmholtz-Kohlrausch",
que modela la percepción de diferentes brillos para colores o
temperaturas de color diferentes, a pesar de luminancias
idénticas.
Existe por tanto una necesidad de un
procedimiento mejorado para determinar valores de excitación para
excitar un dispositivo de alumbrado a un brillo y color deseados, y
más específicamente que supere o al menos alivie el problema con el
desplazamiento del color al excitar un dispositivo de alumbrado que
comprende una pluralidad de LED de al menos dos colores a múltiples
niveles de amplitud de corriente.
El objetivo anterior se consigue mediante un
procedimiento novedoso para determinar valores de excitación para
excitar un dispositivo de alumbrado a un brillo y color deseados tal
como se define en la reivindicación 1, y un elemento de excitación
correspondiente para determinar valores de excitación para excitar
un dispositivo de alumbrado tal como se define en la reivindicación
8. Las reivindicaciones dependientes adjuntas definen realizaciones
ventajosas según la presente invención.
Según un aspecto de la invención, se proporciona
un procedimiento para determinar valores de excitación para excitar
un dispositivo de alumbrado a un brillo y color deseados,
comprendiendo dicho dispositivo de alumbrado una pluralidad de
diodos emisores de luz (LED) de al menos dos colores diferentes,
comprendiendo dicho procedimiento las etapas de determinar una
primera razón en peso de flujo luminoso basándose en el color
deseado y una primera corriente de excitación para excitar cada uno
de los LED de diferentes colores, determinar un primer flujo
luminoso para cada uno de los LED de diferentes colores, determinar
un primer flujo luminoso para cada uno de los LED de diferentes
colores basándose en el brillo deseado y la primera razón en peso de
flujo luminoso, comparar, para cada uno de los LED de diferentes
colores, el primer flujo luminoso con un flujo luminoso nominal
para una pluralidad de diferentes corrientes de excitación,
seleccionar, para cada uno de los LED de diferentes colores, una
corriente de excitación preferida que al menos puede producir el
primer flujo luminoso, determinar una segunda razón en peso de
flujo luminoso basándose en el color deseado y las corrientes de
excitación seleccionadas para cada uno de los LED de diferentes
colores, determinar un segundo flujo luminoso para cada uno de los
LED de diferentes colores basándose en el brillo deseado y la
segunda razón en peso de flujo luminoso, y determinar un ciclo de
trabajo para cada uno de los LED de diferentes colores a las
corrientes de excitación seleccionadas, en el que las corrientes
seleccionadas a los ciclos de trabajo determinados produce el
segundo flujo luminoso para cada uno de los LED de diferentes
colores.
colores.
Los LED de diferentes colores preferiblemente
incluyen al menos un diodo emisor de luz de banda estrecha rojo, al
menos un diodo emisor de luz de banda estrecha verde, y al menos un
diodo emisor de luz de banda estrecha azul. Sin embargo, el experto
en la técnica comprende que también sería posible usar otros tipos
de fuentes de luz tales como diodos emisores de luz orgánicos
(OLED), diodos emisores de luz poliméricos (PLED), LED inorgánicos,
láseres, o una combinación de los mismos, así como un LED de banda
ancha (directo o convertido mediante fósforo) y LED blancos de
banda ancha (convertidos mediante fósforo). Una ventaja de usar LED
de banda estrecha en un dispositivo de alumbrado tal como se
describió anteriormente es que es posible generar colores
saturados. Sin embargo, el experto en la técnica comprende que un
LED de banda ancha también puede dar un color saturado.
Además, debe observarse que la invención no sólo
es útil para "colores únicos" tal como se acaba de describir,
sino que también puede usarse por ejemplo con múltiples variantes de
LED blancos (por ejemplo blanco frío, blanco cálido, y una
combinación de los dos blancos que puede hacer una lámpara
sintonizable de punto de color con diferentes temperaturas de color
de blanco; también son posibles combinaciones de LED blancos LED de
un único color para el ajuste de punto de color).
Tal como se describió anteriormente, el color
(es decir la longitud de onda) producido por un LED depende del
nivel/amplitud de corriente usado para excitar el LED. Por tanto, al
determinar valores de excitación para excitar el dispositivo de
alumbrado para emitir luz a un brillo y color deseados, se prefiere
según la presente invención seleccionar un primer nivel de
corriente de excitación, preferiblemente la corriente de excitación
más alta especificada para cada uno de los LED, al que se conoce el
color, y entonces basándose en el color producido para cada uno de
los LED determinar una razón en peso de flujo luminoso que
corresponde al color deseado por ejemplo mediante una conversión de
espacio de color (por ejemplo conversión de espacio de color de CIE
a RGB). Sin embargo, también puede ser posible seleccionar
corrientes de excitación que producen la mayor escala de color
posible.
Basándose en la razón en peso de flujo luminoso
y la luminancia deseada, es posible determinar un flujo luminoso
para cada uno de los LED al primer nivel de corriente de excitación.
Este flujo luminoso para cada uno de los LED se compara entonces
con un intervalo de flujo luminoso, es decir nivel nominal, que
puede producirse a cada uno de un número limitado predeterminado de
diferentes corrientes de excitación. De este número limitado de
diferentes corrientes de excitación se selecciona una corriente de
excitación preferida que al menos puede producir el primer flujo
luminoso.
Sin embargo, si la corriente de excitación
preferida difiere de la primera corriente de excitación, es
necesario realizar un nuevo cálculo de la razón en peso de flujo
luminoso, por ejemplo, determinar una segunda razón en peso de
flujo luminoso basándose en el color deseado y las corrientes de
excitación recién seleccionadas para cada uno de los LED. Esto se
debe al desplazamiento del color que se producirá al seleccionar una
corriente de excitación diferente de la primera corriente de
excitación.
Basándose en esta segunda razón en peso de flujo
luminoso y el color deseado, según la presente invención es posible
determinar un segundo flujo luminoso para cada uno de los LED de
diferentes colores, y basándose en que ese segundo flujo luminoso y
el brillo deseado determinar ciclos de trabajo correspondientes que
a las corrientes seleccionadas producen el segundo flujo luminoso
para cada uno de los LED de diferentes colores.
\newpage
Según la técnica anterior, el procedimiento de
determinar valores de excitación para excitar un dispositivo de
alumbrado a un color y brillo deseados, en el que la luz emitida por
el dispositivo de alumbrado se produce por una pluralidad de LED de
diferentes colores, no tenía en cuenta el desplazamiento de color
producido al usar un nivel de corriente de excitación diferente del
primer nivel de corriente de excitación. Sin embargo, la presente
invención proporciona la posibilidad de limitar el número de etapas
de cálculo necesarias para determinar corrientes de excitación
preferidas. Además, un aumento del número del nivel de corriente y/o
LED de diferentes colores sólo aumentaría ligeramente el coste de
cálculo. Una ventaja con la presente invención es que es posible
seleccionar las corrientes de excitación y ciclos de trabajo
apropiados por adelantado, sin la necesidad de un sistema de
control de realimentación. Sin embargo es evidentemente posible
incluir un sistema de control de realimentación de este tipo. Otra
ventaja es que la corriente a través de los LED se minimiza lo que
relaja los requisitos de integridad de señal y sincronismo así como
prolonga el tiempo de vida útil de los LED debido a una menor
temperatura de sustrato (una amplitud de corriente de excitación
superior da una temperatura de sustrato superior del LED).
Generalmente, las corrientes de excitación
seleccionadas y los ciclos de trabajo determinados se usan para
excitar cada uno de los LED de diferentes colores de manera que el
dispositivo de alumbrado produce el color y brillo deseados. Sin
embargo, como entiende el experto en la técnica, las corrientes de
excitación seleccionadas y los ciclos de trabajo determinados
podrían producir un color y brillo que se diferencie ligeramente de
los valores deseados. Esta diferencia podría depender del
envejecimiento de los LED y/o de la temperatura circundante de los
LED que podría dar como resultado un desplazamiento de color.
En una realización, el procedimiento comprende
además las etapas de adquirir valores de medición por medio de un
sensor de temperatura montado en las proximidades de los LED de
diferentes colores, determinar un flujo luminoso y color para cada
uno de los LED de diferentes colores basándose en dichos valores de
medición, determinar un brillo y color para el dispositivo de
alumbrado basándose en dichos flujos luminosos y colores
determinados, y ajustar las corrientes de excitación y los ciclos
de trabajo para cada uno de dichos LED de diferentes colores
basándose en una diferencia entre dichos brillo y color deseados y
el brillo y color determinados de manera que el dispositivo de
alumbrado emite luz al brillo y color deseados.
También puede ser posible adquirir valores de
medición por medio de una unidad de detección de luz, y ajustar al
menos uno de las corrientes de excitación y los ciclos de trabajo
para al menos uno los LED de diferentes colores basándose en una
diferencia entre el brillo y color deseados y el brillo y color
determinados de manera que el dispositivo de alumbrado emite luz al
brillo y color deseados. Preferiblemente, la unidad de detección de
luz comprende uno de un sensor de flujo y/o un sensor de color.
La pluralidad de diferentes corrientes de
excitación para excitar cada uno de los LED de diferentes colores
se proporcionan preferiblemente mediante activación de una primera
fuente de corriente para generar una primera señal de excitación
que tiene una primera amplitud, activación de una segunda fuente de
corriente para generar una segunda excitación que tiene una segunda
amplitud, suma de la primera señal de excitación a la segunda señal
de excitación, generando de ese modo una señal de excitación
compuesta, y proporcionando la señal de excitación compuesta a cada
uno de los LED de diferentes colores, en el que la señal de
excitación compuesta puede adoptar una de cuatro amplitudes
diferentes basándose en si una, ambas o ninguna de las fuentes de
corriente se activan.
Preferiblemente, la segunda amplitud es inferior
a la primera amplitud, pero no necesariamente la mitad de la
primera amplitud en comparación con una implementación normal de un
convertidor D/A en el que la primera amplitud es un número entero
múltiplo de la segunda amplitud. Por ejemplo, en un convertidor D/A
de dos bits normal la salida del convertidor D/A se proporcionaría
en las etapas de 0,0, 1/3, 2/3 y 1,0 de la salida máxima del
convertidor D/A. La implementación descrita anteriormente con dos
fuentes de corriente podría tener, por ejemplo, una señal de
excitación compuesta con una salida arbitraria, tal como por ejemplo
0,0, 0,38, 0,62 y 1,0 de la salida máxima. Sin embargo, debe
observarse que para algunas aplicaciones podría ser suficiente con
tener tan sólo 3 niveles: 0, 0,5 y 1,0: en ese caso, puede o bien
conmutarse entre dos fuentes de corriente, o bien añadir dos fuentes
del mismo nivel (por ejemplo 2 x 0,5).
Cada una de las fuentes de corriente puede
activarse con un señal modulada por ancho de impulso individual. De
este modo, las señales PWM de activación se usan para modulación por
ancho de impulso (PWM) y modulación por amplitud de impulso (PAM)
al mismo tiempo, manteniendo la implementación muy sencilla. Sólo
dos fuentes de corriente se usan anteriormente, sin embargo, el
experto en la técnica reconoce que la implementación puede
ampliarse adicionalmente, cuando N fuentes de corriente generan
2^{N} niveles de corriente.
Según otro aspecto, se proporciona un elemento
de excitación para determinar valores de excitación para excitar un
dispositivo de alumbrado a un brillo y color deseados, comprendiendo
dicho dispositivo emisor de luz una pluralidad de diodos emisores
de luz (LED) de diferentes colores, comprendiendo dicho elemento de
excitación medios para determinar una primera razón en peso de
flujo luminoso basándose en el color deseado y una primera
corriente de excitación para excitar cada uno de los LED de
diferentes colores, medios para determinar un primer flujo luminoso
para cada uno de los LED de diferentes colores basándose en el
brillo deseado y la primera razón en peso de flujo luminoso, medios
para comparar, para cada uno de los LED de diferentes colores, el
primer flujo luminoso con un flujo luminoso nominal para una
pluralidad de diferentes corrientes de excitación, medios para
seleccionar, para cada uno de los LED de diferentes colores, una
corriente de excitación preferida que al menos puede producir el
primer flujo luminoso, medios para determinar una segunda razón en
peso de flujo luminoso basándose en el color deseado y las
corrientes de excitación seleccionadas para cada uno de los LED de
diferentes colores, medios para determinar un segundo flujo luminoso
para cada uno de los LED de diferentes colores basándose en el
brillo deseado y la segunda razón en peso de flujo luminoso, y
medios para determinar un ciclo de trabajo para cada uno de los LED
de diferentes colores a las corrientes de excitación seleccionadas,
en el que las corrientes seleccionadas a los ciclos de trabajo
determinados producen el segundo flujo luminoso para cada uno de
los LED de diferentes colores. Las ventajas del segundo aspecto de
la presente invención son esencialmente las mismas que las del
primer aspecto.
El elemento de excitación descrito anteriormente
se usa ventajosamente como componente en por ejemplo, pero sin
limitarse a, una unidad de visualización que comprende además un
panel de visualización y una luz posterior que comprende un
dispositivo de alumbrado que comprende una pluralidad de LED de
diferentes colores. El panel de visualización puede ser, por
ejemplo, una aplicación LCD (pantalla de cristal líquido) de visión
directa o de proyector LCD para TV y/o aplicación de monitor.
Estos y otros aspectos de la presente invención
se describirán a continuación con más detalle, en referencia a los
dibujos adjuntos que muestran realizaciones actualmente preferidas
de la invención, en los que:
la figura 1 es un diagrama de bloques que
muestra un sistema de iluminación de color ajustable según una
realización de la presente invención;
la figura 2 es un diagrama de flujo que muestra
las etapas de la presente invención; y
la figura 3 es un diagrama de cromaticidad de
espacio de color CIE que muestra puntos de color para tres LED
excitados a tres niveles de corriente diferentes.
La figura 4 es a diagrama de circuito que
ilustra una implementación preferida de dos espejos de corriente
para proporcionar una pluralidad de diferentes corrientes de
excitación.
La presente invención se describirá a
continuación más completamente en referencia a los dibujos adjuntos,
en los que se muestran realizaciones actualmente preferidas de la
invención. Esta invención puede realizarse, sin embargo, en muchas
formas diferentes y no debe interpretarse como limitada a las
realizaciones expuestas en el presente documento; más bien, estas
realizaciones se proporcionan para mayor rigor y completitud, y
transmiten completamente el alcance de la invención al experto en la
técnica. Los números similares se refieren a elementos similares en
todo momento.
En referencia ahora a los dibujos y a la figura
1 en particular, se representa un diagrama de bloques de un sistema
100 de iluminación de color ajustable, dispuesto según una
realización actualmente preferida de la presente invención. En la
realización a modo de ejemplo, el sistema 100 de iluminación
comprende un dispositivo 101 de alumbrado que comprende diodos
emisores de luz de tres colores diferentes de los colores rojo 102,
verde 103 y azul 104. El dispositivo 101 de alumbrado está a su vez
conectado a un elemento de excitación, por ejemplo, en forma de un
controlador 105, que está adaptado para determinar valores de
excitación para los LED 102-104 basándose en un
color y brillo deseados proporcionados por un usuario a través de
una interfaz 106 de usuario. El controlador está adaptado
adicionalmente para excitar el dispositivo 101 de alumbrado con los
valores de excitación determinados. La interfaz 106 de usuario puede
conectarse al controlador 105 mediante una conexión o bien por
cable o bien inalámbrica. El controlador 105 puede realizar
funciones para determinar, calibrar, recalcular, y realizar
consultas en bases de datos (por ejemplo usando una tabla de
consulta). Estas funciones se explican adicionalmente a
continuación en relación con las figuras 2 y 3.
Como entenderá el experto en la técnica,
evidentemente es posible usar más de tres fuentes de luz de
diferentes colores. Además, debe observarse que cualquier
combinación de colores de LED puede producir una escala de colores,
sean los LED rojos, verdes, azules, ámbar, blancos, naranjas, UV o
de otros colores. Las diversas realizaciones descritas a lo largo
de la presente memoria descriptiva abarcan todas las posibles
combinaciones de LED comprendidas en el dispositivo de alumbrado,
de modo que puede producirse luz de color, intensidad, saturación y
temperatura de color variable a demanda bajo el control del
controlador 105.
El sistema 100 de iluminación de color ajustable
comprende además una unidad 107 de detección de luz dispuesta de
manera que la luz procedente de los tres LED incidirá en la unidad
107 de detección de luz, y un sensor 108 de temperatura dispuesto
en la proximidad del dispositivo 10 de alumbrado y adaptado para
medir una temperatura circundante y/o una temperatura de sustrato
de los LED 102 - 104. Los resultados de medición procedentes de la
unidad 107 de detección de luz y el sensor 108 de temperatura se
proporcionan al controlador 105. La unidad 107 de detección de luz
puede comprender un sensor de flujo y/o un sensor de color. Un
sensor de flujo es un sensor que da un único número de flujo, y por
tanto se usa con un esquema de excitación y medición que permite
determinar flujos rojo, verde y azul por separado. La sensibilidad
de sensor se parece preferiblemente a la sensibilidad del ojo
humano. Un sensor de color es un sensor que da las coordenadas de
color (por ejemplo CIE X,Y) de la luz, y mide por tanto la
coordenada de color del color blanco resultante o los colores R/G/B
individuales.
El controlador 105 puede incluir un
microprocesador, microcontrolador, procesador de señal digital
programable u otro dispositivo programable. El controlador 105
también, o en su lugar, puede incluir un circuito integrado de
aplicación específica, lógica de disposición programable de
disposición de puertas programable, un dispositivo lógico
programable, o un procesador de señal digital. Cuando el controlador
105 incluye un dispositivo programable tal como el microprocesador
o microcontrolador mencionados anteriormente, el procesador puede
incluir además código ejecutable por ordenador que controla el
funcionamiento del dispositivo programable.
La interfaz 106 de usuario puede incluir
dispositivos de entrada de usuario, tales como botones y controles
ajustables, que producen una señal o tensión que va a leerse por el
controlador 105. La tensión puede ser una señal digital
correspondiente a un estado digital alto y a uno bajo. Si la tensión
está en forma de una tensión analógica, puede usarse un convertidor
analógico a digital (A/D) para convertir la tensión en una forma
digital utilizable. La salida desde el A/D se suministraría entonces
al controlador 105 con una señal digital.
Las etapas de procedimiento de una realización
actualmente preferida de la presente invención se explicarán en
referencia a la figura 2 que muestra un diagrama de flujo, y la
figura 3 que ilustra un diagrama de cromaticidad de espacio de
color CIE (Comisión Internacional de Iluminación) que muestra puntos
de color, C_{R1-3}, C_{G1-3} y
C_{B1-3} para los LED de diferentes colores de la
figura 1 cuando se excitan a tres niveles de corriente diferentes.
En la figura 3, la curva 300 con forma de herradura exterior
corresponde a los colores del espectro visible (puntos de color de
luz monocromática).
Las etapas de la presente invención se explican
por medio de un ejemplo en el que inicialmente un usuario en una
primera etapa S1 selecciona un color deseado y un brillo deseado (es
decir, un punto de ajuste que representa brillo total y color
total) por medio de la interfaz 106 de usuario. En la presente
realización, el usuario ha seleccionado un punto de color blanco
que se representa mediante el punto 301 de color en la figura 3. El
destinatario experto se da cuenta de que el color deseado y un
brillo deseado en otra realización puede seleccionarse por medio
de, por ejemplo, otro sistema eléctrico. Un ejemplo de una
realización de este tipo puede cuando el procedimiento según la
presente invención se usa para controlar un dispositivo de alumbrado
en una luz posterior comprendida junto con un panel de
visualización en una unidad de visualización. En este caso, el
color y brillo deseados pueden proporcionarse por medio de las
imágenes que se pretende visualizar en la unidad de
visualización.
En la etapa S2 el controlador 105 recibe el
color y brillo deseados y determina, basándose en el color deseado
y una primera corriente de excitación para excitar cada uno de los
LED de diferentes colores, una primera razón en peso de flujo
luminoso. En la figura 3, el punto de color correspondiente para
cada uno de los LED de diferentes colores a la primera corriente de
excitación se indica con C_{R1}, C_{G1} y C_{B1}. Tal como
puede observarse en el diagrama en la figura 3, los tres puntos de
color C_{R1}, C_{G1}, y C_{B1} forman un triángulo 301 que
rodea el punto 301 de color seleccionado por el usuario, por tanto
es posible generar el punto 301 de color seleccionado por el
usuario encendiendo los tres LED 102 - 104 con la primera corriente
de excitación, que generalmente es la corriente de excitación que
produce la salida de luz globalmente más grande posible. Este nivel
de corriente es normalmente el nivel de corriente más alto permitido
para los LED; sin embargo, sería posible usar otro nivel de
corriente arbitrario. Por ejemplo, para que una pantalla tenga la
escala de color más grande posible, los niveles de corriente con el
"triángulo de color" más grande posible pueden usarse como las
primeras corrientes.
La primera razón en peso de flujo luminoso se
determina realizando una conversión de espacio de color, por ejemplo
una conversión de espacio de color de CIE a RGB. Esta conversión
puede completarse usando una tabla de consulta o realizando un
cálculo de matriz, procesos que se conocen bien en la técnica.
Basándose en la primera razón en peso de flujo
luminoso, que por ejemplo puede describirse como:
Razón en peso
de flujo luminoso = A*rojo + B*azul +
C*verde
donde A+B+C
=1
es posible determinar, en la etapa S3, un primer
flujo luminoso para cada uno de los LED de diferentes colores
basándose en el brillo deseado y la primera razón en peso de flujo
luminoso.
El primer flujo luminoso para cada uno de los
LED de diferentes colores se compara entonces en la etapa S4 con un
flujo luminoso nominal para una pluralidad de diferentes corrientes
de excitación que tienen diferentes puntos de color
correspondientes. En la figura 3, dos corrientes de excitación
diferentes se representan mediante dos puntos de color adicionales
para cada uno de los LED de diferentes colores, es decir,
C_{R2-3}, C_{G2-3} y
C_{B2-3}. Tal como se ilustra en la figura 3, el
color de las salidas de LED individuales cambia (a longitudes de
onda más largas cuando la corriente aumenta) y el nivel de salida de
luz relativo de LED de diferentes colores cambia provocando que el
color de la luz mezclada, por ejemplo, la luz blanca, se difumine
cuando se usan las mismas razones de mezcla.
En la etapa S5 se selecciona una corriente de
excitación preferida que al menos puede producir el primer flujo
luminoso. Tal como se describió anteriormente, es necesario que los
puntos de color correspondientes para los elementos de excitación
preferidos formen un triángulo que rodea el punto 301 de color
seleccionado por el usuario.
Si las corrientes de excitación seleccionadas
son diferentes de las primeras corrientes de excitación para cada
uno de los LED de diferentes colores, es necesario determinar, en la
etapa S6, una segunda razón en peso de flujo luminoso basándose en
el color deseado y las corrientes de excitación seleccionadas para
cada uno de los LED de diferentes colores. Esto se debe al hecho de
que diferentes corrientes de excitación generarán un desplazamiento
de color, es decir, el punto de color está colocado de manera
diferente en el diagrama de espacio de color CIE, en comparación con
el color emitido por los LED a las primeras corrientes de
excitación.
Basándose en la nueva, segunda razón en peso de
flujo luminoso y el brillo deseado, un segundo flujo luminoso para
cada uno de los LED de diferentes colores se determina en la etapa
S7. Esta etapa se ejecuta generalmente de manera similar a la etapa
S3 anterior.
Para poder producir luz al segundo flujo
luminoso determinado para cada uno de los LED de diferentes colores,
se determina un ciclo de trabajo para cada uno de los LED de
diferentes colores a las corrientes de excitación seleccionadas en
la etapa S8. Un ciclo de trabajo de menos del 100% proporcionará una
atenuación de los LED, es decir, los LED emitirán luz con un brillo
percibido inferior. Las corrientes de excitación seleccionadas a
los ciclos de trabajo determinados producirá el segundo flujo
luminoso para cada uno de los LED de diferentes colores.
Finalmente, en la etapa S9, cada uno de los LED
de diferentes colores se excitan con las corrientes seleccionadas a
los ciclos de trabajo determinados de manera que el dispositivo 101
de alumbrado emite luz al color y brillo seleccionados por el
usuario.
Sin embargo, como entiende el experto en la
técnica, el envejecimiento y los cambios de temperatura, tales como
diferencias en la temperatura circundante y/o la temperatura de
sustrato en comparación con una temperatura normal predeterminada,
también proporcionarán un desplazamiento de color. Por tanto, puede
ser necesario regular adicionalmente el ciclo de trabajo, e incluso
los niveles de corriente seleccionados de al menos uno de los LED de
diferentes colores.
Se proporciona una señal de realimentación para
un sistema de control de este tipo por medio de la unidad 107 de
detección de luz. Si se usa un sensor de flujo, los valores de
medición se convierten en un punto de color correspondiente para
cada uno de los LED y se comparan con los puntos de color calculados
previamente. Sin embargo, si se usa un sensor de color, sus
lecturas pueden aplicarse directamente. Si la diferencia es mayor
que un primer umbral predeterminado, el ciclo de trabajo de las
corrientes de excitación seleccionadas que se proporcionan a los
LED 102 - 104 se ajustan por consiguiente para minimizar la
diferencia entre el color y brillo deseados y el color y brillo
"reales". Si la diferencia es mayor que un segundo umbral, que
es superior al primer umbral, podría ser necesario seleccionar
también un nivel de corriente de excitación diferente. En este
caso, podría ser necesario recalcular la razón en peso de flujo
luminoso para el sistema 100 de iluminación. Además, para la
minimización de la diferencia, puede usarse por ejemplo un
controlador de integral-derivada proporcional
(PID). Tal como entiende el destinatario experto, en el caso en que
la unidad 107 de detección de luz es un componente pasivo, puede
estar activada en todo momento, y el controlador 105 tomará
"muestras" de la unidad 107 de detección de luz a intervalos de
tiempo predeterminados. Los ajustes de los ciclos de trabajo y si
es necesario la determinación de diferentes corrientes de excitación
pueden repetirse a intervalos de tiempo adecuados (por ejemplo,
cada minuto o cada hora) para compensar el cambio en la temperatura
circundante, temperatura de sustrato y envejecimiento. La
temperatura circundante y/o de sustrato se proporciona en este caso
por medio del sensor 108 de temperatura. El sensor de temperatura se
usa para medir una temperatura (temperatura de disipador de calor,
temperatura ambiente), que o bien se usa directamente, o bien se
usa para calcular una temperatura de unión LED estimada. Entonces se
usa la temperatura derivada para estimar la salida de flujo de los
LED de diferentes colores, y/o para estimar sus puntos de color:
entonces se usan éstos en un sistema de control de alimentación
hacia delante para corregir los ciclos de trabajo de excitación de
LED. Sin un sensor de flujo presente, se usa para al menos la
estimación del flujo y opcionalmente también la estimación de
puntos de color de LED. Sin embargo, cuando también se usa un sensor
de flujo, el sensor de temperatura puede usarse para estimar los
desplazamientos de puntos de color. Puede usarse cualquier
combinación de sensores de temperatura, sensores de flujo y sensores
de color.
Se da a conocer un ejemplo de un sistema de
control preferido en "Color tunable LED spot lighting", de C.
Hoelen et. al., presentado en la conferencia de SPIE de
2006.
En la figura 4, se muestra un diagrama de
circuito que comprende dos espejos de corriente, 401, 402, para
proporcionar una pluralidad de diferentes corrientes de excitación a
un LED 400. El LED 400 puede ser uno de los LED
102-104 en la figura 1. Cada uno de los espejos 401,
402 de corriente tienen entradas 403, 404 PWM individuales
respectivamente. Los espejos 401, 402 de corriente producen cada uno
una corriente 11, 12, que se suma en el LED 400 de manera que el
nivel de corriente a través del LED 400 puede ser 0, 11, 12, o 11 +
12 dependiendo de las entradas 403, 404 PWM. Las entradas 403, 404
PWM se usan tanto para la modulación por ancho de impulso así como
para modulación por amplitud de impulso, según el procedimiento
descrito anteriormente para excitar una pluralidad de LED
comprendidos en un dispositivo de alumbrado en múltiples niveles de
amplitud de corriente en los ciclos de trabajo determinados
anteriormente.
El destinatario experto se da cuenta de que la
presente invención no está limitada en modo alguno a las
realizaciones preferidas descritas anteriormente. Por el contrario,
son posibles muchas modificaciones y variaciones dentro del alcance
de las reivindicaciones adjuntas. Por ejemplo, aunque se han
propuesto mezclas de rojo, verde y azul para la luz debido a su
capacidad para crear una amplia escala de colores mezclados de
manera aditiva, la calidad de color general o la capacidad de
reproducción cromática de tales sistemas no son las ideales para
todas las aplicaciones. Esto se debe principalmente al ancho de
banda estrecho de los actuales emisores rojo, verde y azul. Sin
embargo, fuentes de banda más ancha hacen posible una buena
reproducción cromática, medida, por ejemplo, mediante el índice CRI
convencional. En algunos casos esto puede requerir salidas
espectrales de LED que no están disponibles actualmente. Sin
embargo, se sabe que fuentes de luz de banda más ancha estarán
disponibles, y tales fuentes de banda más ancha están englobadas
como fuentes para los dispositivos de alumbrado descritos en el
presente documento.
Para aplicaciones de luz posterior para
pantallas, parámetros de rendimiento importantes son el consumo de
energía, valor y variación de punto blanco, y escala de colores
(tamaño triangular): para aplicaciones de monitor y TV de gama
alta, se prefieren LED rojos, verdes y azules, o bien emisores
directos de banda estrecha o bien fuentes convertidas mediante
fósforo.
Para aplicaciones de iluminación con alumbrado
generales, el tamaño del triángulo de colores es menos importante,
pero la reproducción cromática lo es. En ese caso, el uso de LED
blancos de banda ancha (convertidos mediante fósforo) puede usarse
junto con LED rojos, verdes o azules de banda estrecha para hacer
ajustable el punto de color. También es posible usar un LED ámbar
(A) junto con LED rojos, verdes y azules para mejorar el rendimiento
de reproducción cromática.
Claims (12)
1. Procedimiento para determinar valores de
excitación para excitar un dispositivo de alumbrado a un brillo y
color deseados, comprendiendo dicho dispositivo de alumbrado una
pluralidad de diodos emisores de luz (LED) de al menos dos colores
diferentes, comprendiendo dicho procedimiento las etapas de:
- -
- determinar una primera razón en peso de flujo luminoso basándose tanto en el color deseado como en una primera corriente de excitación para excitar cada uno de los LED de diferentes colores;
- -
- determinar un primer flujo luminoso para cada uno de los LED de diferentes colores basándose tanto en el brillo deseado como en la primera razón en peso de flujo luminoso;
caracterizado por,
- -
- comparar, para cada uno de los LED de diferentes colores, el primer flujo luminoso con un flujo luminoso nominal para una pluralidad de diferentes corrientes de excitación;
- -
- seleccionar, para cada uno de los LED de diferentes colores de la pluralidad de diferentes corrientes de excitación, una corriente de excitación preferida que al menos puede producir el primer flujo luminoso, para obtener corrientes de excitación seleccionadas;
- -
- determinar una segunda razón en peso de flujo luminoso basándose tanto en el color deseado como en las corrientes de excitación seleccionadas para cada uno de los LED de diferentes colores;
- -
- determinar un segundo flujo luminoso para cada uno de los LED de diferentes colores basándose tanto en el brillo deseado como en la segunda razón en peso de flujo luminoso; y
- -
- determinar un ciclo de trabajo para cada uno de los LED de diferentes colores a las corrientes de excitación seleccionadas, en el que las corrientes de excitación seleccionadas a los ciclos de trabajo determinados produce el segundo flujo luminoso para cada uno de los LED de diferentes colores.
\vskip1.000000\baselineskip
2. Procedimiento según la reivindicación 1, que
comprende además la etapa de excitar cada uno de los LED de
diferentes colores con las corrientes de excitación seleccionadas a
los ciclos de trabajo determinados.
3. Procedimiento según la reivindicación 2, que
comprende además las etapas de:
- -
- adquirir valores de medición por medio de un sensor de temperatura montado en las proximidades de los LED de diferentes colores;
- -
- determinar un flujo luminoso y color para cada uno de los LED de diferentes colores basándose en dichos valores de medición;
- -
- determinar un brillo y color para el dispositivo de alumbrado basándose en dichos flujos luminosos y colores determinados; y
- -
- ajustar las corrientes de excitación y los ciclos de trabajo para cada uno de dichos LED de diferentes colores basándose en una diferencia entre dichos brillo y color deseados y el brillo y color determinados de manera que el dispositivo de alumbrado emite luz al brillo y color deseados.
\vskip1.000000\baselineskip
4. Procedimiento según la reivindicación 2 ó 3,
que comprende además las etapas de:
- -
- adquirir valores de medición por medio de una unidad de detección de luz;
- -
- determinar un brillo y color para el dispositivo de alumbrado basándose en dichos valores de medición; y
- -
- ajustar al menos uno de las corrientes de excitación y los ciclos de trabajo para cada uno de dichos LED de diferentes colores basándose en una diferencia entre el brillo y color deseados y el brillo y color determinados de manera que el dispositivo de alumbrado emite luz al brillo y color deseados.
\vskip1.000000\baselineskip
5. Procedimiento según una cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, en el que la pluralidad de diferentes
corrientes de excitación para excitar cada uno de los LED de
diferentes colores se proporcionan mediante:
- -
- activar una primera fuente de corriente para generar una primera señal de excitación que tiene una primera amplitud;
- -
- activar una segunda fuente de corriente para generar una segunda excitación que tiene una segunda amplitud;
- -
- sumar la primera señal de excitación a la segunda señal de excitación, generando de ese modo una señal de excitación compuesta; y
- -
- proporcionar la señal de excitación compuesta a cada uno de los LED de diferentes colores, en el que la señal de excitación compuesta puede adoptar una de cuatro amplitudes diferentes basándose en si una, ambas, o ninguna de las fuentes de corriente se activan.
\vskip1.000000\baselineskip
6. Procedimiento según la reivindicación 5, en
el que la segunda amplitud es inferior a la primera amplitud.
7. Procedimiento según la reivindicación 5 ó 6,
en el que las fuentes de corriente primera y segunda se activan por
medio de señales moduladas por ancho de pulso individuales.
8. Elemento de excitación para determinar
valores de excitación para excitar un dispositivo de alumbrado a un
brillo y color deseados, comprendiendo dicho dispositivo de
alumbrado una pluralidad de diodos emisores de luz (LED) de al menos
dos colores diferentes, comprendiendo dicho elemento de
excitación:
- -
- medios para determinar una primera razón en peso de flujo luminoso basándose tanto en el color deseado como en una primera corriente de excitación para excitar cada uno de los LED de diferentes colores;
- -
- medios para determinar un primer flujo luminoso para cada uno de los LED de diferentes colores basándose tanto en el brillo deseado como en la primera razón en peso de flujo luminoso;
- -
- caracterizado por medios para comparar, para cada uno de los LED de diferentes colores, el primer flujo luminoso con un flujo luminoso nominal para una pluralidad de diferentes corrientes de excitación;
- -
- medios para seleccionar, para cada uno de los LED de diferentes colores de la pluralidad de diferentes corrientes de excitación, una corriente de excitación preferida que al menos puede producir el primer flujo luminoso, para obtener corrientes de excitación seleccionadas;
- -
- medios para determinar una segunda razón en peso de flujo luminoso basándose tanto en el color deseado como en las corrientes de excitación seleccionadas para cada uno de los LED de diferentes colores;
- -
- medios para determinar un segundo flujo luminoso para cada uno de los LED de diferentes colores basándose tanto en el brillo deseado como en la segunda razón en peso de flujo luminoso; y
- -
- medios para determinar un ciclo de trabajo para cada uno de los LED de diferentes colores a las corrientes de excitación seleccionadas, en el que las corrientes de excitación seleccionadas a los ciclos de trabajo determinados produce el segundo flujo luminoso para cada uno de los LED de diferentes colores.
\vskip1.000000\baselineskip
9. Elemento de excitación según la
reivindicación 8, que comprende además medios para excitar cada uno
de los LED de diferentes colores con las corrientes de excitación
seleccionadas a los ciclos de trabajo determinados.
10. Elemento de excitación según las
reivindicaciones 8 ó 9, en el que la pluralidad de diferentes
corrientes de excitación para excitar cada uno de los LED de
diferentes colores se proporcionan mediante:
- -
- una primera fuente de corriente adaptada para recibir una señal de activación y para generar una primera señal de excitación que tiene una primera amplitud;
- -
- una segunda fuente de corriente adaptada para recibir una señal de activación y para generar una segunda señal de excitación que tiene una segunda amplitud;
- -
- un sumador para sumar la primera señal de excitación a la segunda señal de excitación, generando de ese modo una señal de excitación compuesta; y
- -
- medios para proporcionar la señal de excitación compuesta a cada uno de los LED de diferentes colores, en el que la señal de excitación compuesta puede adoptar una de cuatro amplitudes diferentes basándose en si una, ambas o ninguna de las fuentes de corriente se activan.
\vskip1.000000\baselineskip
11.Dispositivo de alumbrado que comprende:
- -
- pluralidad de LED de al menos dos colores; y
- -
- un elemento de excitación según una cualquiera de reivindicaciones 8-10 para excitar cada uno de los LED de diferentes colores de manera que el dispositivo de alumbrado emite luz a un brillo y color deseados.
\vskip1.000000\baselineskip
12. Unidad de visualización, que comprende:
- -
- un panel de visualización;
- -
- luz posterior que comprende un dispositivo de alumbrado que comprende una pluralidad de diferentes colores LED; y
- -
- un elemento de excitación según una cualquiera de reivindicaciones 8-10 para excitar cada uno de los LED de diferentes colores de manera que el dispositivo de alumbrado emite luz a un brillo y color deseados.
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