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CN117823834A - 一种高色温的rgb混光装置、方法 - Google Patents

一种高色温的rgb混光装置、方法 Download PDF

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CN117823834A
CN117823834A CN202311248026.3A CN202311248026A CN117823834A CN 117823834 A CN117823834 A CN 117823834A CN 202311248026 A CN202311248026 A CN 202311248026A CN 117823834 A CN117823834 A CN 117823834A
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CN202311248026.3A
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罗丞
吴庆荣
陈浩
林起锵
陈小波
刘宗源
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Leedarson Lighting Co Ltd
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Leedarson Lighting Co Ltd
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    • F21S—NON-PORTABLE LIGHTING DEVICES; SYSTEMS THEREOF; VEHICLE LIGHTING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR VEHICLE EXTERIORS
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21V—FUNCTIONAL FEATURES OR DETAILS OF LIGHTING DEVICES OR SYSTEMS THEREOF; STRUCTURAL COMBINATIONS OF LIGHTING DEVICES WITH OTHER ARTICLES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • F21V19/001—Fastening of light sources or lamp holders the light sources being semiconductors devices, e.g. LEDs
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Led Device Packages (AREA)

Abstract

本申请提出了一种高色温的RGB混光装置，其特征在于，包括：3组光源组件，每组光源包含n个发光单元，n≥2；发光单元提供相应波长、强度的可见光，用以混合得到显色指数大于90的5000K的白光；三组光源包括蓝光光源组件、红光光源组件及绿光光源组件；蓝光光源组件的峰值波长范围为450～460nm；红光光源组件的峰值波长范围为600～621nm；绿光光源组件的峰值波长范围为530±10nm。该技术既能满足高色域的彩光需求，也能够产生具有90以上显色指数的5000K白光，以同时满足氛围照明和日常白光照明的需求。这种技术可以有效降低产品成本，并提高RGB混光产品的使用价值。

Description

一种高色温的RGB混光装置、方法
技术领域
本申请涉及RGB混光照明技术领域，具体涉及一种高色温的RGB混光装置、方法。
背景技术
根据CRI指数的计算原理，半波宽较窄的彩光混合出的白光显色指数通常较低，这导致长期以来，彩光灯具不能同时拥有高色域与高显色指数的能力。为提升RGB混白光的光效和显色指数，通常做法是增加至少两组白光进行混光。然而，该方案存在多个缺点，包括复杂的混光过程、成本高昂、空间限制和中间色温的色容差无法满足ANSI或IEC标准等问题。
通常来说，在照明领域，显色指数比色域范围更重要。广色域的RGB混光技术通常用于氛围照明，而在日常照明情况下，高显色指数的白光源能更好地还原物体真实颜色，提供更优秀的照明效果。
因此，我们需要开发一种新的RGB混光方法，该技术既能满足高色域的彩光需求，也能够产生具有90以上显色指数的白光，以同时满足氛围照明和日常白光照明的需求。这种技术可以有效降低产品成本，并提高RGB混光产品的使用价值。
发明内容
为达到上述目的，本申请采用下述技术方案：
在本申请第一方面提供了一种高色温的RGB混光装置，其特征在于，包括：3组光源组件，每组光源包含n个发光单元，n≥2；发光单元提供相应波长、强度的可见光，用以混合得到显色指数大于90的5000K的白光；三组光源包括蓝光光源组件、红光光源组件及绿光光源组件；蓝光光源组件的峰值波长范围为450～460nm；红光光源组件的峰值波长范围为600～621nm；绿光光源组件的峰值波长范围为530±10nm。
上述技术方案三种光谱按照一定比例混光后可以形成显色指数大于90的5000K白光。
具体的，蓝光光源组件的峰值波长为450-460nm，在CIExyY色度图中的色坐标为XB：0.1483±0.100，YB：0.0275±0.100；红光光源组件的峰值波长为610±10nm，半波宽分布为57nm±20nm，在CIExyY色度图中的色坐标为XR：0.6228±0.100，YR：0.3767±0.100；绿光光源：绿光光源的峰值波长为530±10nm，半波宽分布为52nm±20nm，在CIExyY色度图中的色坐标为XG：0.2116±0.100，YG：0.6964±0.100。
通过以上技术方案，对于2007K～6000K色温范围可以实现90以上显色指数，不同色温的部分混光结果如下表：
具体的，蓝光光源组件的峰值波长为450-460nm，在CIExyY色度图中的色坐标为XB：0.1483±0.100，YB：0.0275±0.100；红光光源组件的峰值波长为611±10nm，半波宽分布为57nm±20nm，在CIExyY色度图中的色坐标为XR：0.6241±0.100，YR：0.3754±0.100；绿光光源：绿光光源的峰值波长为530±10nm，半波宽分布为52nm±20nm，在CIExyY色度图中的色坐标为XG：0.1885±0.100，YG：0.7413±0.100。
通过以上技术方案，对于3000～5000K色温范围可以实现90以上显色指数，不同色温的部分混光结果如下表：
具体的，红光光源组件包括峰值波长为400～460nm的第一GaN蓝光LED芯片，第一GaN蓝光LED表面覆盖有有氮化物或氟化物红光荧光粉。
具体的，红光光源组件包括峰值波长为600～630nm的第一GaN绿光LED芯片。
具体的，绿光光源组件包括峰值波长为400-460nm的第二GaN蓝光LED芯片，第二GaN蓝光LED芯片表面覆盖有硅酸盐绿光荧光粉。
具体的，绿光光源组件包括峰值波长为520～560nm的第二GaN绿光LED芯片。
在本申请的第二个方面提供了一种高色温的RGB混光方法包括：根据目标色点的色度数据和高色温的RGB混光装置的光谱能量分布数据，获得驱动RGB三色光源所需的脉宽调制信号的占空比；其中，色度数据包括色坐标和亮度，RGB三色光源包括蓝光光源、绿光光源及红光光源。
具体的，根据目标色点的色度数据和高色温的RGB混光装置的光谱能量分布数据，获得驱动RGB三色光源所需的脉宽调制信号的占空比，包括：
根据目标色点的色度数据，获得目标色点的主波长；
根据主波长和高色温的RGB混光装置的光谱能量分布数据，获得RGB三色光源在主波长下的亮度；
根据目标色点的色度数据和RGB三色光源在主波长下的色度数据，基于格拉斯曼混光原理，获得驱动RGB三色光源所需的脉宽调制信号的占空比。
具体的，驱动RGB三色光源所需的脉宽调制信号的占空比的计算公式如下：
Di＝Xi+Yi+Zi
其中，Di为个颜色的三刺激之和，x、y表示目标色点的色坐标，Y表示目标色点的亮度，X、Y、Z表示目标色点的三刺激值；ηR表示驱动红色光源所需的脉宽调制信号的占空比，xR、yR表示红色光源的色坐标，YR表示红色光源在主波长下的亮度，XR、YR、ZR表示红色光源的三刺激值，DR表示红色光源的三刺激值之和；ηG表示驱动绿色光源所需的脉宽调制信号的占空比，xG、yG表示绿色光源的色坐标，YG表示绿色光源在主波长下的亮度，XG、YG、ZG表示绿色光源的三刺激值，DG表示绿色光源的三刺激值之和；ηB表示驱动蓝色光源所需的脉宽调制信号的占空比，xB、yB表示蓝色光源的色坐标，YB表示蓝色光源在主波长下的亮度，XB、YB、ZB表示蓝色光源的三刺激值，DB表示蓝色光源的三刺激值之和。
本申请的有益效果如下：
该技术既能满足高色域的彩光需求，也能够产生具有90以上显色指数的5000K白光，以同时满足氛围照明和日常白光照明的需求。这种技术可以有效降低产品成本，并提高RGB混光产品的使用价值。
附图说明
包括附图以提供对实施例的进一步理解并且附图被并入本说明书中并且构成本说明书的一部分。附图图示了实施例并且与描述一起用于解释本申请的原理。将容易认识到其它实施例和实施例的很多预期优点，因为通过引用以下详细描述，它们变得被更好地理解。附图的元件不一定是相互按照比例的。同样的附图标记指代对应的类似部件。
图1是根据本申请的第一个具体实施例的一种高色温的RGB混光装置的归一化光谱功率分布图；
图2是根据本申请的第一个具体实施例的一种高色温的RGB混光装置的色域图；
图3是根据本申请的第二个具体实施例的一种高色温的RGB混光装置的归一化光谱功率分布图；
图4是根据本申请的第二个具体实施例的一种高色温的RGB混光装置的色域图；
图5是根据本申请实施例的一种高色温的RGB混光方法的流程图；
图6是根据本申请的第三个具体实施例的一种高色温的RGB混光装置的归一化光谱功率分布图；
图7是根据本申请的第三个具体实施例的一种高色温的RGB混光装置的实测混光参数图；
图8是根据本申请的第三个具体实施例的一种高色温的RGB混光装置的混合白光光谱与常规白光光谱对比图；
图9是根据本申请的第三个具体实施例的一种高色温的RGB混光装置的色域图；
图10是根据本申请的第四个具体实施例的一种高色温的RGB混光装置的归一化光谱功率分布图；
图11是根据本申请的第四个具体实施例的一种高色温的RGB混光装置的实测混光参数图；
图12是根据本申请的第四个具体实施例的一种高色温的RGB混光装置的混合白光光谱与常规白光光谱对比图；
图13是根据本申请的第四个具体实施例的一种高色温的RGB混光装置的色域图。
具体实施方式
在以下详细描述中，参考附图，该附图形成详细描述的一部分，并且通过其中可实践本申请的说明性具体实施例来示出。对此，参考描述的图的取向来使用方向术语，例如“顶”、“底”、“左”、“右”、“上”、“下”等。因为实施例的部件可被定位于若干不同取向中，为了图示的目的使用方向术语并且方向术语绝非限制。应当理解的是，可以利用其他实施例或可以做出逻辑改变，而不背离本申请的范围。因此以下详细描述不应当在限制的意义上被采用，并且本申请的范围由所附权利要求来限定。
本申请提出了一种高色温的RGB混光装置，其特征在于，包括：3组光源组件，每组光源包含n个发光单元，n≥2；发光单元提供相应波长、强度的可见光，用以混合得到显色指数大于90的5000K的白光；三组光源包括蓝光光源组件、红光光源组件及绿光光源组件；蓝光光源组件的峰值波长范围为450～460nm；红光光源组件的峰值波长范围为600～621nm；绿光光源组件的峰值波长范围为530±10nm。
具体的，蓝光光源组件的峰值波长为450-460nm，在CIExyY色度图中的色坐标为XB：0.1483±0.100，YB：0.0275±0.100；红光光源组件的峰值波长为610±10nm，半波宽分布为57nm±20nm，在CIExyY色度图中的色坐标为XR：0.6228±0.100，YR：0.3767±0.100；绿光光源：绿光光源的峰值波长为530±10nm，半波宽分布为52nm±20nm，在CIExyY色度图中的色坐标为XG：0.2116±0.100，YG：0.6964±0.100。
图2是根据本申请的第一个具体实施例的一种高色温的RGB混光装置的色域图，如图2所示，其色域面积为117％sRGB，且对于2700～6000K色温可以实现90以上显色指数。
具体的，蓝光光源组件的峰值波长为450-460nm，在CIExyY色度图中的色坐标为XB：0.1483±0.100，YB：0.0275±0.100；红光光源组件的峰值波长为611±10nm，半波宽分布为57nm±20nm，在CIExyY色度图中的色坐标为XR：0.6241±0.100，YR：0.3754±0.100；绿光光源：绿光光源的峰值波长为530±10nm，半波宽分布为52nm±20nm，在CIExyY色度图中的色坐标为XG：0.1885±0.100，YG：0.7413±0.100。
图3是根据本申请的第二个具体实施例的一种高色温的RGB混光装置的色域图，如图3所示，其色域面积为129％sRGB，且对于3000～5000K色温可以实现90以上显色指数。
具体的，红光光源组件包括峰值波长为400～460nm的第一GaN蓝光LED芯片，第一GaN蓝光LED表面覆盖有有氮化物或氟化物红光荧光粉。
具体的，红光光源组件包括峰值波长为600～630nm的第一GaN绿光LED芯片。
具体的，绿光光源组件包括峰值波长为400-460nm的第二GaN蓝光LED芯片，第二GaN蓝光LED芯片表面覆盖有硅酸盐绿光荧光粉。
具体的，绿光光源组件包括峰值波长为520～560nm的第二GaN绿光LED芯片。
图5是根据本申请实施例的一种低色温的RGB混光方法的流程图，如图5所示，一种低色温的RGB混光方法包括：根据目标色点的色度数据和高色温的RGB混光装置的光谱能量分布数据，获得驱动RGB三色光源所需的脉宽调制信号的占空比；其中，色度数据包括色坐标和亮度，RGB三色光源包括蓝光光源、绿光光源及红光光源。
具体的，根据目标色点的色度数据和高色温的RGB混光装置的光谱能量分布数据，获得驱动RGB三色光源所需的脉宽调制信号的占空比，包括：
根据目标色点的色度数据，获得目标色点的主波长；
根据主波长和高色温的RGB混光装置的光谱能量分布数据，获得RGB三色光源在主波长下的亮度；
根据目标色点的色度数据和RGB三色光源在主波长下的色度数据，基于格拉斯曼混光原理，获得驱动RGB三色光源所需的脉宽调制信号的占空比。
具体的，驱动RGB三色光源所需的脉宽调制信号的占空比的计算公式如下：
Di＝Xi+Yi+Zi
其中，Di为个颜色的三刺激之和，x、y表示目标色点的色坐标，Y表示目标色点的亮度，X、Y、Z表示目标色点的三刺激值；ηR表示驱动红色光源所需的脉宽调制信号的占空比，xR、yR表示红色光源的色坐标，YR表示红色光源在主波长下的亮度，XR、YR、ZR表示红色光源的三刺激值，DR表示红色光源的三刺激值之和；ηG表示驱动绿色光源所需的脉宽调制信号的占空比，xG、yG表示绿色光源的色坐标，YG表示绿色光源在主波长下的亮度，XG、YG、ZG表示绿色光源的三刺激值，DG表示绿色光源的三刺激值之和；ηB表示驱动蓝色光源所需的脉宽调制信号的占空比，xB、yB表示蓝色光源的色坐标，YB表示蓝色光源在主波长下的亮度，XB、YB、ZB表示蓝色光源的三刺激值，DB表示蓝色光源的三刺激值之和。
同时本方案所提及的混光RGB光谱方案包括但不限于上述所展示的标准RGB光谱，与上述标准RGB光谱的光谱均方根误差在0.3以内的光谱方案，均在本提案的保护范围内。
定义光谱均方根误差为SRMSE，公式为：
式中，λ为波长，φref是标准RGB光谱在波长的光谱能量，φ是其他RGB光谱在波长的光谱能量。
如上述实施例所描述的发光光谱方案，其可以实现120％sRGB左右的色域范围的多彩照明，通过混光算法调整RGB三色的占空比，即可精确调节到色域范围内任意的具体色点(x，y)对应的色彩。
定义蓝色光源所发出的光谱能量为光谱功率分布为绿色光源所发出的光谱能量为光谱功率分布为红色光源所发出的光谱能量为光谱功率分布为混光蓝色光占空比为ηB,绿色光占空比为ηG,红色光占空比为ηR。占空比为白光混光中每种颜色一个脉冲循环内，通电时间相对于总时间所占的比例。
根据上述技术手段，以一个具体的实施例为例：
图6是根据本申请的第三个具体实施例的一种高色温的RGB混光装置的归一化光谱功率分布图、图7是根据本申请的第三个具体实施例的一种高色温的RGB混光装置的实测混光参数图，如图6-7所示，对于＞2700K色温范围可以实现90以上显色指数。
图8是根据本申请的第三个具体实施例的一种高色温的RGB混光装置的混合白光光谱与常规白光光谱对比图，如图8所示，混合白光光谱与常规白光光谱对比(5000K)，常规白光显指98.22，混合白光显指93.32。
图9是根据本申请的第三个具体实施例的一种高色温的RGB混光装置的色域图，如图9所示，RGB混光色域能力为：
Gamut Area(％)
sRGB 116.66
Adobe RGB 86.48
NTSC 75.43
根据上述技术手段，以另一个具体的实施例为例：
图10是根据本申请的第三个具体实施例的一种高色温的RGB混光装置的归一化光谱功率分布图、图11是根据本申请的第三个具体实施例的一种高色温的RGB混光装置的实测混光参数图，如图10-11所示，对于＞3000K色温范围可以实现90以上显色指数。
图12是根据本申请的第三个具体实施例的一种高色温的RGB混光装置的混合白光光谱与常规白光光谱对比图，如图12所示，混合白光光谱与常规白光光谱对比(5000K)，常规白光显指98，混合白光显指91。
图13是根据本申请的第三个具体实施例的一种高色温的RGB混光装置的色域图，如图13所示，RGB混光色域能力为：
Gamut Area(％)
sRGB 112.04
Adobe RGB 83.06
NTSC 72.44
显然，本领域技术人员在不偏离本申请的精神和范围的情况下可以作出对本申请的实施例的各种修改和改变。以该方式，如果这些修改和改变处于本申请的权利要求及其等同形式的范围内，则本申请还旨在涵盖这些修改和改变。词语“包括”不排除未在权利要求中列出的其它元件或步骤的存在。某些措施记载在相互不同的从属权利要求中的简单事实不表明这些措施的组合不能被用于获利。权利要求中的任何附图标记不应当被认为限制范围。

Claims (10)

1.一种高色温的RGB混光装置，其特征在于，包括：3组光源组件，每组光源包含n个发光单元，n≥2；所述发光单元提供相应波长、强度的可见光，用以混合得到显色指数大于90的5000K的白光；所述三组光源包括蓝光光源组件、红光光源组件及绿光光源组件；所述蓝光光源组件的峰值波长范围为450～460nm；所述红光光源组件的峰值波长范围为600～621nm；所述绿光光源组件的峰值波长范围为530±10nm。
2.根据权利要求1所述的一种高色温的RGB混光装置，其特征在于，所述蓝光光源组件的峰值波长为450-460nm，在CIExyY色度图中的色坐标为XB：0.1483±0.100，YB：0.0275±0.100；所述红光光源组件的峰值波长为610±10nm，半波宽分布为57nm±20nm，在CIExyY色度图中的色坐标为XR：0.6228±0.100，YR：0.3767±0.100；所述绿光光源：所述绿光光源的峰值波长为530±10nm，半波宽分布为52nm±20nm，在CIExyY色度图中的色坐标为XG：0.2116±0.100，YG：0.6964±0.100。
3.根据权利要求1所述的一种高色温的RGB混光装置，其特征在于，所述蓝光光源组件的峰值波长为450-460nm，在CIExyY色度图中的色坐标为XB：0.1483±0.100，YB：0.0275±0.100；所述红光光源组件的峰值波长为611±10nm，半波宽分布为57nm±20nm，在CIExyY色度图中的色坐标为XR：0.6241±0.100，YR：0.3754±0.100；所述绿光光源：所述绿光光源的峰值波长为530±10nm，半波宽分布为52nm±20nm，在CIExyY色度图中的色坐标为XG：0.1885±0.100，YG：0.7413±0.100。
4.根据权利要求1所述的一种高色温的RGB混光装置，其特征在于，所述红光光源组件包括峰值波长为400～460nm的第一GaN蓝光LED芯片，所述第一GaN蓝光LED表面覆盖有有氮化物或氟化物红光荧光粉。
5.根据权利要求1所述的一种高色温的RGB混光装置，其特征在于，所述所述红光光源组件包括峰值波长为600～630nm的第一GaN绿光LED芯片。
6.根据权利要求1所述的一种高色温的RGB混光装置，其特征在于，所述绿光光源组件包括峰值波长为400-460nm的第二GaN蓝光LED芯片，所述第二GaN蓝光LED芯片表面覆盖有硅酸盐绿光荧光粉。
7.根据权利要求1所述的一种高色温的RGB混光装置，其特征在于，所述绿光光源组件包括峰值波长为520～560nm的第二GaN绿光LED芯片。
8.一种权利要求1至3任一项所述的一种高色温的RGB混光装置的混光方法，其特征在于，包括：根据目标色点的色度数据和所述高色温的RGB混光装置的光谱能量分布数据，获得驱动RGB三色光源所需的脉宽调制信号的占空比；其中，所述色度数据包括色坐标和亮度，所述RGB三色光源包括蓝光光源、绿光光源及红光光源。
9.根据权利要求8所述的一种高色温的RGB混光装置的混光方法，其特征在于，所述根据目标色点的色度数据和所述高色温的RGB混光装置的光谱能量分布数据，获得驱动RGB三色光源所需的脉宽调制信号的占空比，包括：
根据目标色点的色度数据，获得所述目标色点的主波长；
根据所述主波长和所述高色温的RGB混光装置的光谱能量分布数据，获得RGB三色光源在所述主波长下的亮度；
根据所述目标色点的色度数据和所述RGB三色光源在所述主波长下的色度数据，基于格拉斯曼混光原理，获得驱动所述RGB三色光源所需的脉宽调制信号的占空比。
10.根据权利要求8所述的一种高色温的RGB混光方法，其特征在于，驱动所述RGB三色光源所需的脉宽调制信号的占空比的计算公式如下：
Di＝Xi+Yi+Zi
其中，Di为个颜色的三刺激之和，x、y表示所述目标色点的色坐标，Y表示所述目标色点的亮度，X、Y、Z表示所述目标色点的三刺激值；
ηR表示驱动所述红色光源所需的脉宽调制信号的占空比，xR、yR表示所述红色光源的色坐标，YR表示所述红色光源在所述主波长下的亮度，XR、YR、ZR表示所述红色光源的三刺激值，DR表示所述红色光源的三刺激值之和；
ηG表示驱动所述绿色光源所需的脉宽调制信号的占空比，xG、yG表示所述绿色光源的色坐标，YG表示所述绿色光源在所述主波长下的亮度，XG、YG、ZG表示所述绿色光源的三刺激值，DG表示所述绿色光源的三刺激值之和；
ηB表示驱动所述蓝色光源所需的脉宽调制信号的占空比，xB、yB表示所述蓝色光源的色坐标，YB表示所述蓝色光源在所述主波长下的亮度，XB、YB、ZB表示所述蓝色光源的三刺激值，DB表示所述蓝色光源的三刺激值之和。
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