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利用多个全光谱白光 光源进行分段色温调节的方法

阅读：740发布：2020-05-11

专利汇可以提供利用多个全光谱白光光源进行分段色温调节的方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明属于半导体照明技术领域，具体为一种利用多个全光谱白光光源进行分段色温调节的方法。本发明通过分段选取和混合多个全光谱白光光源，得到所需色温下高显色性和高白光偏好度的目标光源，其色温调节范围为2000−8000 K，色容差SDCM≤3且处于CIE 1931xy 色度图中的黑体曲线下方，一般显色指数 Ra≥95，显色指数R1−R8≥90，特殊显色指数R9−R15至少有5个≥90。本发明通过优化色温范围、色容差和显色指数的调节方法得到的白光光源，可应用于对光品质要求较高的照明场合。，下面是利用多个全光谱白光光源进行分段色温调节的方法专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种利用多个全光谱白光光源进行分段色温调节的方法，其特征在于：通过分段选取和混合多个全光谱白光光源得到所需色温下高白光偏好度的目标光源，且色容差SDCM≤
3，具体步骤如下：
步骤1：选取N个全光谱白光光源：S1，S2，S3，…，SN，其色温分别为T1，T2，T3，…TN，1500 K ≤ T1 < T2 < T3 < … < TN ≤ 8500 K，且其色坐标沿CIE 1931xy 色度图中的黑体曲线分布；N≥3；
步骤2：设定目标光源所需的色温Tt，2000 K < Tt< 8000 K，求得此色温在CIE 1931xy色度图中的黑体曲线附近所对应的等色温线，其直线方程为l：y=kx+b；
步骤3：设定目标光源的色坐标在黑体曲线下方且色容差SDCM≤3，所以目标光源的色坐标位于直线l在黑体曲线下方且使SDCM≤3的一段线段L上；
以下分两种情况：
第一种情况：
步骤4：步骤1所述的N个全光谱白光光源中选取3个光源Si、Si+1和Si+2，满足：（1）3个光源的色坐标距离目标光源的色坐标较近；（2）3个光源的色坐标至少有一个在目标光源的色坐标左边且至少有一个在目标光源色坐标的右边；
步骤5：步骤4所选取的3个光源用于混合得到目标光源，所选取的3个光源的色坐标连线围成一个三角形，步骤3所述的线段L的一部分应处于此三角形内部，截取线段L的这一部分为线段Lt，线段Lt上的每一个色坐标点，都是一个目标光源可选的白光色坐标且对应一个不同的色容差SDCM；
步骤6：线段Lt上的所有色坐标点均可以通过以不同光通比例混合步骤4中所选取的3个光源Si、Si+1和Si+2得到，针对线段Lt上的不同色坐标点即色容差SDCM不同的坐标点，用奇异值方程求解满足该色坐标点的Si、Si+1和Si+2的光通比例，并计算不同比例下的色容差SDCM、一般显色指数Ra和特殊显色指数R1−R15；
步骤7：根据所需的色容差SDCM、一般显色指数Ra和特殊显色指数R1−R15，选取相应的Si、Si+1和Si+2的光通比例，采用脉冲宽度调制调光得到每个光源所需光通，设计产品，得到符合要求的目标光源；
第二种情况：
步骤4：步骤1所述的N个全光谱白光光源中选取2个光源：Si和Si+1，满足：（1）2个光源的色坐标距离目标光源的色坐标较近；（2）2个光源的色坐标有一个在目标光源的色坐标左边且另一个在目标光源色坐标的右边；
步骤5：步骤4所选取的2个光源用于混合得到目标光源，所选取的2个光源的色坐标连线M若与步骤3所述的线段L相交于点N，则点N即为目标光源的白光色坐标且对应一个色容差SDCM；
步骤6：色坐标点N可通过以某光通比例混合步骤4中所选取的2个光源Si和Si+1得到，求解满足色坐标点N的Si、Si+1的光通比例，并计算色容差SDCM、一般显色指数Ra和特殊显色指数R1−R15；
步骤7：采用脉冲宽度调制调光得到2个光源所需光通，设计产品，得到符合要求的目标光源。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，得到的目标光源，在每一色温，每一SDCM下混色得到的目标光源，其一般显色指数Ra≥95，显色指数R1−R8≥90，特殊显色指数R9−R15至少有5个≥90。

说明书全文

利用多个全光谱白光 光源进行分段色温调节的方法

技术领域

[0001] 本发明属于半导体照明技术领域，具体涉及一种全光谱白光光源色温调节方法。

背景技术

[0002] 随着人类生活水平的日益提高，照明光源的光品质越来越受重视。在家居、商场、博物馆、美术馆、艺术工作室、印刷厂、纺织厂、服装厂、高档酒店等室内照明场合，光品质的重要性远高于光效，对整体室内环境的塑造起到关键作用。目前有很多研究通过调光调色来提高白光的色温调节范围和显色指数，但色容差SDCM对于提高白光的偏好度同样重要。研究表明，同色温和显色指数下，当色容差SDCM≤3且色坐标处于黑体线下方时，白光具有更高的视觉偏好度(Feng X F, Xu W, Han Q Y, Zhang S D. LED light with enhanced color saturation and improved white light perception [J]. Optics Express,
2016, 24 (1): 573–585.)。在利用不同的光源混合得到高品质白光时，应该同时优化色温、显色指数和色容差三者，这对于调节光谱的策略提出了新的挑战。

[0003] 以往，传统的RGB三基色LED混合白光虽然具有较高的辐射光效，但缺少黄光波段，导致显色指数较低，特别是第九种特殊显色指数R9很低，不适用于一般照明用途。而目前普遍使用的LED白光技术是利用蓝光LED(峰值波长约440−480nm)激发YAG荧光粉，荧光粉吸收蓝光后发出的黄光与透射过荧光粉的部分蓝光混合后产生白光。这种方法有效补充了黄光波段，显色指数达到了80以上，但依然略显不足。更多的研究使用多个不同的光源混合以得到光品质更高的白光光源。

[0004] 专利WO2013140296提出了一种由3个或以上的光源组成的白光源，其中至少一个由蓝光LED+荧光粉获得偏绿的白光，至少一个由蓝光LED+荧光粉获得偏蓝的白光，和至少一个为发出红色光或琥珀色光的LED。由此产生的白光具有85以上的显色指数和贴近黑体线色坐标。专利US20130207570提出了一种使用4个LED混合产生预定光色的方法，其中包括1个红光LED，1个绿光LED，1个蓝光LED，和一个白光LED，白光LED可由蓝光激发YAG荧光粉发光。通过调节4个LED的能量权重可以获得预设色坐标的白光，在某些情况下显色指数可以达到90以上。然而，以上方法并没有同时满足三个优化标准：高显色指数(Ra≥95，显色指数R1−R8≥90，特殊显色指数R9−R15至少有5个≥90)，大范围调节色温(2000−8000 K)和低色容差(SDCM≤3且色坐标在黑体线下方)。

[0005] 因此，期望研发一种在获得较高显色指数和色温调节范围的同时，兼顾优化色容差SDCM的白光光源调节方法。

发明内容

[0006] 本发明的目的是提供一种利用多个全光谱白光光源进行分段色温调节的方法。

[0007] 本发明提供的色温调节的方法，通过分段选取和混合多个全光谱白光光源，得到所需色温下高白光偏好度的目标光源，且色容差SDCM≤3，具体步骤如下：

[0008] 步骤1：选取N (N≥3)个全光谱白光光源：S1，S2，S3，…，SN，其色温分别为T1，T2，T3，…TN，1500K ≤ T1 < T2 < T3 < … < TN ≤ 8500 K，且其色坐标沿CIE 1931xy 色度图中的黑体曲线分布；

[0009] 步骤2：设定目标光源所需的色温Tt，2000 K < Tt< 8000 K，求得此色温在CIE 1931xy色度图中的黑体曲线附近所对应的等色温线，其直线方程为l：y=kx+b；

[0010] 步骤3：设定目标光源的色坐标在黑体曲线下方且色容差SDCM≤3，所以目标光源的色坐标位于直线l在黑体曲线下方且使SDCM≤3的一段线段L上；

[0011] 步骤4：步骤1所述的N个全光谱白光光源中选取3个光源(Si、Si+1和Si+2)，满足：(1) 3个光源的色坐标距离目标光源的色坐标较近；(2) 3个光源的色坐标至少有一个在目标光源的色坐标左边且至少有一个在目标光源色坐标的右边；

[0012] 步骤5：步骤4所选取的3个光源用于混合得到目标光源，所选取的3个光源的色坐标连线围成一个三角形，步骤3所述的线段L的一部分应处于此三角形内部，截取线段L的这一部分为线段Lt，线段Lt上的每一个色坐标点，都是一个目标光源可选的白光色坐标且对应一个不同的色容差SDCM；

[0013] 步骤6：线段Lt上的所有色坐标点均可以通过以不同光通比例混合步骤4中所选取的3个光源(Si、Si+1和Si+2)得到，针对线段Lt上的不同色坐标点(即色容差SDCM不同的坐标点)，用奇异值方程求解满足该色坐标点的Si、Si+1和Si+2的光通比例，并计算不同比例下的色容差SDCM、一般显色指数Ra和特殊显色指数R1−R15；

[0014] 步骤7：根据所需的色容差SDCM、一般显色指数Ra和特殊显色指数R1−R15，选取相应的Si、Si+1和Si+2的光通比例，采用脉冲宽度调制调光得到每个光源所需光通，设计产品，得到符合要求的目标光源。

[0015] 以上设计方法有另一种简化的实施方式，具体步骤如下：

[0016] 步骤1−步骤3同上述的步骤1−步骤3；

[0017] 步骤4：步骤1所述的N个全光谱白光光源中选取2个光源(Si、Si+1)，满足：(1) 2个光源的色坐标距离目标光源的色坐标较近；(2) 2个光源的色坐标有一个在目标光源的色坐标左边且另一个在目标光源色坐标的右边；

[0018] 步骤5：步骤4所选取的2个光源用于混合得到目标光源，所选取的2个光源的色坐标连线M若与步骤3所述的线段L相交于点N，则点N即为目标光源的白光色坐标且对应一个色容差SDCM；

[0019] 步骤6：色坐标点N可通过以某光通比例混合步骤4中所选取的2个光源(Si、Si+1)得到，求解满足色坐标点N的Si、Si+1的光通比例，并计算色容差SDCM、一般显色指数Ra和特殊显色指数R1−R15；

[0020] 步骤7：采用脉冲宽度调制调光得到2个光源所需光通，设计产品，得到符合要求的目标光源。

[0021] 本发明中，所述设计方法得到的目标光源，其色温调节范围为2000−8000 K。

[0022] 本发明中，所述设计方法得到的目标光源，其白光色坐标的色容差SDCM≤3且处于CIE 1931xy色度图中的黑体曲线下方，具有更好的白光偏好度。

[0023] 本发明中，所述设计方法得到的目标光源，在每一色温，每一SDCM下混色得到的目标光源，其一般显色指数Ra≥95，显色指数R1−R8≥90，特殊显色指数R9−R15至少有5个≥90。
附图说明

[0024] 图1为本发明的3468 K全光谱白光光源相对光谱能量分布。

[0025] 图2为本发明的3953 K全光谱白光光源相对光谱能量分布。

[0026] 图3为本发明的5042 K全光谱白光光源相对光谱能量分布。

[0027] 图4为本发明的5956 K全光谱白光光源相对光谱能量分布。

[0028] 图5为本发明的6474 K全光谱白光光源相对光谱能量分布。

[0029] 图6为本发明的3706K(目标光源)全光谱白光光源相对光谱能量分布。

具体实施方式

[0030] 以下结合附图和实例，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。

[0031] 本发明通过分段选取和混合多个全光谱白光光源得到所需色温下高白光偏好度的目标光源，且色容差SDCM≤3。具体的设计方法包括以下步骤：

[0032] 步骤1：选取5个全光谱白光光源(S1，S2，S3，S4，S5)，其色温分别为3468 K、3953 K、5042 K、5956 K和6474 K，其光色参数如表1所示，其相对光谱分布曲线如图1−5所示；

[0033] 步骤2：设定目标光源所需的色温为3700 K，求得此色温在CIE 1931xy色度图中的黑体曲线附近所对应的等色温线，其直线方程为l：y=kx+b；

[0034] 步骤3：设定目标光源的色坐标在黑体曲线下方且色容差SDCM≤3，所以目标光源的色坐标位于直线l在黑体曲线下方且使SDCM≤3的一段线段L上；

[0035] 步骤4：步骤1所述的5个全光谱白光光源中选取2个光源(S1、S2)，2个光源的色温分别为3468 K和3953 K，其色坐标距离目标光源的色坐标较近，且S2在目标光源的色坐标左边而S1在目标光源色坐标的右边；

[0036] 步骤5：步骤4所选取的2个光源(S1、S2)用于混合得到目标光源，所选取的2个光源的色坐标连线M若与步骤3所述的线段L相交于点N，则点N即为目标光源的白光色坐标且对应一个色容差SDCM；

[0037] 步骤6：色坐标点N可通过以某光通比例混合步骤4中所选取的2个光源(S1、S2)得到，求解满足色坐标点N的S1、S2的光通比例，解得S1:S2=1:1，此时混合得到的目标光源的色坐标为(0.393，0.381)在CIE 1931xy色度图中的黑体曲线下方，色温为3706 K，显色指数Ra为96，显色指数R1−R15依次为R1=99，R2=98，R3=94，R4=94，R5=98，R6=97，R7=95，R8=92，R9=86，R10=97，R11=93，R12=95，R13=100，R14=96，R15=98，色容差SDCM为1.58，各项参数满足要求，其相对光谱分布曲线如图6所示；

[0038] 步骤7：采用脉冲宽度调制调光得到2个光源所需光通，设计产品，得到符合要求的目标光源。

[0039] 表1 全光谱白光光源光色参数

[0040] 。

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