专利名称：白色led灯的颜色控制的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种方法和系统，其用于将优选以CIE比例(CIE scale) 给出的三数值颜色空间信号转化成n原色空间信号，n为大于等于4的 整数。这种方式提供包含彩色发光二极管阵列的白色光源的颜色控制。
背景技术：
期望LED (发光二极管)白色光源对通常的照明市场具有主要的影 响。基于附加颜色混合的白色LED灯相比于基于荧光转换的白色LED 灯具有明显的优点更高的发光功效和更高的发光效率，通常量化为较 高CRI (彩色再现指数)的更好的彩色再现性能，可调节的颜色温度， 产生可变颜色光的可能性。这些LED灯必须被优化以找出通常量化为大发光功效或大的发光 效率的大系统效率与通常量化为大CRI的良好彩色再现性能之间的最 大可能的折衷。在此情况下产生高质量白光的可能性对于基于附加颜色 混合的任何白色LED灯具有最大的重要性。表示为流明/瓦的发光功效 是灯发出的总光通量和灯发射的总光能之间的比值。也表示为流明/瓦的 发光效率是灯发出的总光通量和灯的总功率输入之间的比值。发光效率 等于发光功效乘以电功率转换成光功率的效率。根据本发明的灯的高发 光效率意指以较低的功耗获得特定量的光。最终目标在于高的发光效 率。可是，量化电功率转换成光功率的效率是冗长的并且对其以近似方 式考虑是必要和足够的。CRI是CIE (国际照明委员会)比例，其用于 相比于相同颜色温度的参考源表示光源的彩色再现准确度，并且是8个 标准颜色的平均，Ra8。根据1到100比例的表示，IOO数值表示没有失 真。低CRI等级表示目标的颜色根据特定光源呈现失真。混合三种以上 的颜色需要达到大于大约80的彩色再现指数。特别对于白色LED灯， 良好彩色再现性能的其他定量特性是可能的并可同样良好地运用。公知的颜色控制算法限于混合两种或三种颜色或者不能优化发光 效率和/或CRI。在US5，851,063中4皮露了 一种用于混合四个LED光的方 法，其通过每个LED波长的适当选择来获得至少Ra8>85的CRI。上述
方法对于例如物体的适当照明是有用的。可是，由于LED波长的大的制 造范围，使得它们很难实际应用。在US2002/0097000中，披露了一种 利用三原色的照明系统，其用于为LED光源提供功率来产生所需颜色。 提供流明输出的估算以及利用存储表格产生所需光的色度坐标。从使用 至少四种原色的WO01/95544中可以获知颜色的扩展色域显示。产生图 表或曲线，其包括显示器中使用的原色并另外包括一种或多种中间点， 其允许三数值颜色空间信号转化成原色空间信号。可是，这对于照明是不充足的，因为除使光具有所需颜色坐标和亮 度外，同时具有良好的彩色再现和高发光效率是同样重要的。发明内容因此，本发明的一个目的是提供一种用于混合四种或更多种颜色光 以产生具有良好彩色再现性能和高发光效率的光的算法。根据本发明的用于将优选以CIE比例给出的三数值颜色空间信号转 化成n (n为大于等于4的整数)原色空间信号的方法，使用以二维空 间表示的色度图，其中二维表示三数值颜色空间的第 一数值和第二数 值，色度图包括分别对应一种原色的n点Pi至Pn。所述方法包括在色度图上绘制至少一个点P0,点Po表示一种颜色并处于具有角 点Pi至Pn的多边形内，在色度图上绘制n三角形区域，每个三角形区 域具有作为其角点的点Po和从点Pi至Pn中选出的两个相邻点，在色度 图上绘制三数值颜色空间信号作为点Px,确定点Px位于哪一个三角形内，所述三角形由点Po和点Pi至Pn中的两个点所形成，利用形成三角形的三种颜色产生附加线性组合，通过表示颜色Po对n原色空间信号的 作用以及通过两个其他点的颜色对n原色空间信号的作用解决附加线'性 组合，关于存储数据中的最大CRI和最大发光效率选择PQ的优化线性 组合，将对Po的优化线性组合的所有作用以及两种其他点颜色对n原色 空间信号的作用与常数因子相乘，以产生表示三数值颜色空间的笫三数 值的确定亮度，通过表示点Pi至Pn的颜色的乘后作用显示所得到的Px 优化线性组合。虽然在混合三种颜色时最多89的CRI是切实可行的，但是混合四 种颜色对于85和98之间的CRI数值是非常有效的，这符合常规照明的 大多数需求。混合五种颜色仅产生略大的CRI数值。因此，混合四种颜
色，即n= 4,是最适合产生白光的。根据本发明的优选实施例，产生白光的不同颜色LED的强度设置 以及大CRI被预先计算并存储在查询表中，所述白光具有大发光效率的 黑体线上或其附近的色度坐标。这通过下述方法予以实现，即这些强度 可借助例如插入法对于任何颜色温度或相关颜色温度重新获得。对于按 照这种方法能混合的颜色数量实际上没有限制，因为可以离线执行这些 计算。为了产生具有其他色度坐标的光，选择表示黑体线上或其附近的 辅助颜色的一个点和两种原色，以形成包含所需颜色的CIE色度图中的 三角形。随后对该三角形使用用于混合三种颜色公知的算法。通过利用 两种辅助颜色和一种原色或三种辅助颜色而不是一种辅助颜色和两种 原色，能够修改用于将三数值颜色空间信号转化成n原色空间信号的方 法。关于白色LED灯规定CIE色度图中的颜色坐标x和y以及要产生 的光的亮度。如果混合三种颜色并固定其波长(或颜色坐标)，则其强 度随后清楚地被确定并可根据坐标x和y与要产生光的亮度立即计算出。利用混合四种或更多颜色的算法，至少一种辅助颜色的强度用作用 于构建颜色控制算法的参数。通过混合原始LED色的光获得具有预定颜 色点的辅助颜色。LED颜色点形成包含辅助颜色的颜色点的多边形。根 据辅助颜色点的颜色坐标与对于产生具有良好彩色再现性能和高发光 效率的光的需求，明确地确定关于LED颜色点的颜色相对强度。这些绝 对强度与辅助颜色点的颜色强度成比例。辅助颜色点的选择基于最后想 要产生的光的颜色点。被产生来混合可获得的原色光的每种颜色在辅助 颜色和两种原色形成的一个三角形内具有色度坐标。随后对该三角形使 用用于混合三种颜色的公知算法。实施实时算法要求一些计算工作量。这借助数字信号处理器和微控 制器是切实可行的。可是，根据实际考虑，优选使用具有较低计算功率 和更多存储器的处理器来代替。这包含进行一些离线计算并将其结果存 储在查询表中。至今为止已知的算法不是很好地适于上述程序。如果要 混合多于三种的颜色，则上述算法产生的计算工作量是不实际的。根据本发明的系统，用于将优选以CIE比例给出的三数值颜色空间 信号转化成n (n为大于等于4的整数)原色空间信号，使用以二维空间表示的色度图，其中二维表示三数值颜色空间的第 一数值和第二数值，色度图包括分别对应一种原色的n点P!至Pn，所述系统包括用于存储关于原色光的至少一个附加线性组合的CRI和发光效率 数据的数据存储装置，所述原色光具有颜色点Pi至Pn，关于色度图上 至少一个点P。产生具有颜色点P。的光，点P。表示一种颜色并处于角点P!至Pn的多边形内，用于确定表示三数值颜色空间信号的点Px位于哪 一个三角形内的控制器，三角形由点Po和Pi至Pn中的两个点所形成并产生颜色Po对n原色空间信号的作用以及两个其他点颜色对n原色空间 信号的作用的附加线性组合，利用来自数据存储装置的存储数据关于最 大CRI和最大发光效率选择P。优化线性组合的控制器。作为示例讨论了本发明的实施例以及通过附图描述本发明的实施例。
图1表示根据本发明一个实施例的用于转换光源数据以计算原色作 用级的色度绘图。优选通过规定颜色温度选择黑体线处或其附近的点P0。产生具有该颜色光的纯色P2、 P3、 P4和P5的强度以及已经被预 算出并存储在查询表中的大发光功效和大CRI被重新得到，如果必要可以插入。P:表示绿色LED, P2表示黄色LED, P3代表红色LED, P4代 表蓝色LED以及Ps表示青色LED。如果一个LED不具有产生所需光的 功率，例如由于热原因或电流限制，则可使用相同颜色的几个LED。现 在一个应用的算法的目的是确定LED Pl5 ……，P5的亮度值 Yl5 ......,Y5,以产生具有颜色点Px和具备良好发光效率和CRI的亮度Yx的光，其中Yx = Y!+Y2+Y3+Y4+Y5。将LED的亮度值Y"……,Y5与 常数因子相乘以产生与相同因子相乘的混合光的亮度Yx,根据用以调节 LED亮度的方法，不影响颜色点Px,不影响CRI并且不影响或仅略微影 响发光效率。如果纯色P!、 P2、 P3、 P4和Ps的色度坐标，例如由于温度变化移动， 也使用这些预算值。这产生具有不在黑体线上但接近黑体线的色度坐标 的颜色。这种偏离所引起的误差很小。算法确保任何所需光的色度坐标 是正确的。在彩色再现指数和发光效率中仅存在小的差值。被产生来混 合可获得的纯色光的每种颜色具有色度坐标，所述色度坐标位于辅助颜 色和两种纯色所形成的 一 个三角形内。对该三角形使用公知的用于混合 三种颜色的算法。
图2说明了与图l相同的色度绘图，但取代于黑体线处或接近其的 点Px或点Po,示出了黑体线本身作为虚线。图3示出了具有通过原色的一定线性组合Q获得的CRI值和发光功 效([lm/W])的图表，所述原色都产生表征为其颜色坐标和亮度的相同 颜色。更感兴趣的线性组合是那些对应黑点的组合，其位于所有点的区 域的边界线上，即其对应不存在与较大CRI和较大发光功效二者的其他 组合的情况下的最佳值。根据将是最大值的这些数值的任一个的重要 性，黑点中的Qo， Q!和Q2是适当选择的实例，最大CRI情况中的Qo 具有较高的重要性，最大发光功效情况中的Q2具有较高的重要性，以 及二者之间折衷情况中的Q!是要寻求的。图4说明了与图1相同的色度绘图，其示出了多于一个点Po开始的 本发明的实施例。图1中所示需要控制形成具有颜色点Px的光的点Po位于连接Si和S2的线上。点S,、 S2、 S3、 S4位于黑体线上或接近黑体线。借助预先计 算出并关于S!、 S2、 S3和S4存储的强度的插入获得LED关于Po的强度。图5说明了与图1相同的色度绘图，示出了使用多个S!、S2、S3.......S5取代一个点Po的本发明的实施例。可形成的每种颜色位于一个三角形内。例如，Px位于三角形S2P2P3 内。具有这些三种颜色的光按照已经概述的进行混合，以便获得具有颜 色Px和所需强度的光。预先计算LED的强度并关于S" S2、 S3.......Ss存储。
权利要求
1.一种用于利用以二维空间表示的色度图将优选以CIE比例给出的三数值颜色空间信号转化成n原色空间信号的方法，n为大于等于4的整数，其中二维表示三数值颜色空间的第一数值和第二数值，色度图包括分别对应一种原色的n点P1至Pn，所述方法包括在色度图上绘制至少一个点P0，点P0表示一种颜色并处于具有角点P1至Pn的多边形内，在色度图上绘制n三角形区域，每个三角形区域具有作为其角点的点P0和从点P1至Pn中选出的两个相邻点，在色度图上绘制三数值颜色空间信号作为点Px，确定点Px位于哪一个三角形内，所述三角形由点P0和点P1至Pn中的两个点所形成，利用形成三角形的三种颜色产生附加线性组合，通过表示颜色P0对n原色空间信号的作用以及通过两个其他点的颜色对n原色空间信号的作用解决附加线性组合，关于存储数据中的最大CRI和最大发光效率选择P0的优化线性组合，将对P0的优化线性组合的所有作用以及两种其他点颜色对n原色空间信号的作用与常数因子相乘，以产生表示三数值颜色空间的第三数值的确定亮度，通过表示点P1至Pn颜色的相乘后的作用显示所得到的Px优化线性组合。
2. 根据权利要求1所述的方法，其中至少一个点Po选自黑体线或 其附近。
3. —种系统，其用于利用以二维空间表示的色度图将优选以CIE 比例给出的三数值颜色空间信号转化成n原色空间信号，n为大于等于4 的整数，其中二维表示三数值颜色空间的第一数值和第二数值，色度图 包括分别对应一种原色的n点P!至Pn,该装置包括用于存储关于原色光的至少一个附加线性组合的CRI和发光效率 数据的数据存储装置，所述原色光具有颜色点P!至Pn,关于色度图上至少一个点Po产生具有颜色点Po的光，点Po表示一种颜色并处于角点Pi至Pn的多边形内,用于确定表示三数值颜色空间信号的点Px位于哪一个三角形内的控制器，三角形由点Po和Pi至Pn中的两个点所形成并产生颜色P0对n 原色空间信号的作用以及两个其他点颜色对n原色空间信号的作用的附 加线性组合，利用来自数据存储装置的存储数据关于最大CRI和最大发光效率 选择P。优化线性组合的控制器。
全文摘要
本发明涉及一种方法和系统，其用于将优选以CIE比例给出的三数值颜色空间信号转化成n原色空间信号，n为大于等于4的整数。这种方式提供关于最大CRI和最大发光效率的包含彩色发光二极管阵列的白色光源的颜色控制。一种利用以二维空间表示的色度图转化三数值颜色空间信号的方法，其中二维表示三数值颜色空间的第一数值和第二数值，色度图包括分别对应一种原色的n点P<sub>1</sub>至P<sub>n</sub>，所述方法包括在色度图上绘制至少一个点P<sub>0</sub>，点P<sub>0</sub>表示一种颜色并处于具有角点P<sub>1</sub>至P<sub>n</sub>的多边形内，在色度图上绘制n三角形区域，每个三角形区域具有作为其角点的点P<sub>0</sub>和从点P<sub>1</sub>至P<sub>n</sub>中选出的两个相邻点，在色度图上绘制三数值颜色空间信号作为点P<sub>x</sub>，确定点P<sub>x</sub>位于哪一个三角形内，所述三角形由点P<sub>0</sub>和点P<sub>1</sub>至P<sub>n</sub>中的两个点所形成，利用形成三角形的三种颜色产生附加线性组合，通过表示颜色P<sub>0</sub>对n原色空间信号的作用以及通过表示两个其他点的颜色对n原色空间信号的作用解决附加线性组合，关于存储数据中的最大CRI和最大发光效率选择P<sub>0</sub>的优化线性组合，将对P<sub>0</sub>的优化线性组合的所有作用以及两种其他点颜色对n原色空间信号的作用与常数因子相乘，以产生表示三数值颜色空间的第三数值的确定亮度，通过表示点P<sub>1</sub>至P<sub>n</sub>颜色的相乘后的作用显示所得到的P<sub>x</sub>优化线性组合。
文档编号H05B33/08GK101161034SQ200680012118
公开日2008年4月9日 申请日期2006年4月11日 优先权日2005年4月14日
发明者B·阿克曼 申请人:皇家飞利浦电子股份有限公司