Полихроматические твердотельные источники света для контроля насыщенности цвета освещенных поверхностей

Настоящее изобретение относится к полихроматическим источникам белого света, которые состоят из не менее двух различных цветных излучателей, таких как группы светоизлучающих диодов (LED). Здесь раскрываются распределения спектральной интенсивности и относительные частичные лучистые потоки цветных излучателей, позволяющие осуществлять управление способностью к насыщению цвета генерируемого света, а именно способностью передавать цвета с повышенной насыщенностью и способностью передавать цвета с пониженной насыщенностью. Здесь также раскрывается метод динамической настройки способности к насыщению цвета генерируемого света. 2 н. и 20 з.п. ф-лы, 8 ил., 6 табл.

 

Область техники

Настоящее изобретение относится к полихроматическим источникам белого света, которые состоят как минимум из двух групп цветных излучателей, таких как светоизлучающие диоды (LED) или лазеры, обладающие различным распределением спектральной интенсивности (SPD) и относительными частичными лучистыми потоками (RPRF). Эти источники предназначены для генерации белого света с заданной коррелированной цветовой температурой (ССТ) и с заданной самой низкой световой эффективностью излучения (LER) или с самой низкой светоотдачей таким образом, чтобы можно было контролировать способность к насыщению цвета освещаемой поверхности. В частности, варианты выполнения настоящего изобретения описывают двухцветные, трехцветные и четырехцветные источники, которые по сравнению с эталонным источником света, например, источником света черного тела или дневной фазы, дают цвета, по крайней мере, заранее заданной фракции большого количества испытательных образцов цвета с увеличенным (уменьшенным) цветовым насыщением, в то время как, по большей мере, другие цвета заранее установленной фракции большого количества образцов цвета даются с уменьшенным (увеличенным) цветовым насыщением. Здесь описывается способ составления SPD узкополосной эмиссии для контроля способности насыщения цвета, раскрываются спектральные составы белого света с различной способностью насыщения цвета, и представляется источник света с динамически настраиваемой способностью насыщения цвета.

Определения

- LED - светоизлучающий диод, преобразующий электрическую энергию в свет благодаря впрыску электролюминесценции.

- Цветовое пространство - модель для математического представления набора цветов.

- Образцы Манселла - предложенный Манселлом и впоследствии обновленный набор цветных образцов, в котором каждый образец характеризуется оттенком, светлотой (шкала светлоты), и цветностью (шкала чистоты/насыщенности).

- Цвет, переданный с повышенной насыщенностью - цвет испытательного образца цвета, у которого при замене эталонного источника света тестируемым источником смещение цветности выходит за рамки области диаграммы цветности, охватывающей все неразличимые средним человеческим глазом цвета, и направлено из центра этой области в сторону увеличенной насыщенности цвета.

- Цвет, переданный с пониженной насыщенностью - цвет испытательного образца цвета, у которого при замене эталонного источника света тестируемым источником смещение цветности выходит за рамки области диаграммы цветности, охватывающей все неразличимые средним человеческим глазом цвета, и направлено из центра этой области в сторону пониженной насыщенности цвета.

- Эллипсы МакАдама - области цветового пространства на плоскости цветности, содержащие все цвета, которые средний человеческий глаз почти не отличает от цвета, находящегося в центре области.

Уровень техники

Белый свет можно составлять из цветных компонентов, используя принцип смешивания цветов, который опирается на три уравнения смешения цветов. Принцип смешивания цветов подразумевает, что используя композиции, содержащие только два цветных компонента, таких как синий и желтый или красный и сине-зеленый, можно получить белый свет с заранее заданной ССТ, когда цветные компоненты дополняют друг друга, т.е. их цветовые тоны и RPRF полностью совпадают определенным способом. Набор из трех цветных компонентов, таких как красный, зеленый и синий, можно использовать для составления белого цвета с различными характеристиками ССТ и цветопередачи, в зависимости от выбора SPD и RPRF для каждой группы излучателей. При использовании четырех или более соответствующих цветных компонентов три уравнения смешивания цветов не дают единого решения для заданной цветности белого цвета, т.е. белый свет с одинаковой цветностью можно получить, используя неограниченное число SPD, содержащих смеси цветных компонентов с различными RPRF. Это означает, что при использовании определенного набора из четырех и более начальных цветных источников можно изменять характеристики цветопередачи белого света.

Настройка SPD белого света в пределах одной лампы стала возможной с развитием основанной на светоизлучающих диодах LED технологии твердотельного освещения. В LED используется принцип инжекционной электролюминесценции, при котором генерируется узкополосное излучение со спектральным положением пика, контролируемым посредством химического состава и толщины светло-генерирующих (активных) слоев. В некоторых LED также используется частичная или полная конверсия электролюминесценции в другие длины волн. Существующие LED доступны в различных цветах, они имеют небольшие размеры, и принцип их работы позволяет варьирование выходного потока посредством подачи тока. Сборка матриц из LED с различной цветностью и использование электронных цепей для управления частичными потоками каждой группы излучателей, а также использование оптических средств, предназначенных для равномерного распространения излучения со смешанными цветами, позволяет создать универсальные источники света с заранее заданными или динамически управляемыми свойствами цветопередачи.

Подобная универсальность свойств освещения рассматривалась в многочисленных патентах и изданиях предыдущих уровней техники. Д.А. Даути и соавт. (D.A. Doughty et al.) (Патент США №5851063, 1998 г.) предложили источник света, состоящий из 4 групп цветных LED с длинами волн LED, подобранными таким образом, чтобы общий коэффициент цветопередачи (Ra), как определено Международной комиссией по освещению (Commission Internationale de l'Éclairage, CIE) (издание CIE №13.3, 1995 г.), равнялся примерно 80 или 85. Г.Ф. Бернер и соавт. (H.F. Börner et al.) (Патент США №6,234,645, 2001 г.) показали систему освещения, состоящую из четырех LED со световой эффективностью и Ra с величинами, превышающими заранее заданные. В последующих публикациях журнала был установлен баланс между LER и общим коэффициентом светопередачи, а также оптимальная длина волн LED для четырехцветных и пятицветных источников света (А. Зукаускас и соавт. (A. Zukauskas et al.), Proc. SPIE 4445, 148, 2001 г.; А. Зукаускас и соавт., Appl. Phys. Lett., 80, 234, 2002 г.; А. Зукаускас и соавт., Int. J. High Speed Electron. Syst. 12, 429, 2002 г.). М. Шимицу и соавт. (M. Shimizu et al.) (Патенты США №6,817,735, 2004 г. и №7,008,078, 2006 г.) представили четырехцветные твердотельные источники белого цвета с общим коэффициентом цветопередачи не менее 90 и с усовершенствованной способностью насыщения цветом (увеличенной областью гаммы цветности четырех стандартных испытательных образцов цвета CIE). И. Эшдоун и М. Сальсбури (I. Ashdown and M. Salsbury) (№ заявки на патент США 2008/0013314, 2008 г.) представили источник света, состоящий из четырех или более светоизлучающих элементов с частичными лучистыми потоками настроенными таким образом, чтобы можно было поддерживать баланс между качественными характеристиками освещения, такими как Ra или Шкала качества цветопередачи (англ. Colour Quality Scale (CQS; У. Дэйвис и И. Оно (W. Davis and Y. Ohno), Proc. SPIE 5941, 59411G, 2005 г.; У. Дэйвис и И. Оно, Opt. Eng. 49, 033602, 2010 г.), и количественными характеристиками, такими как световая эффективность и выходная мощность.

Однако приведенные выше методы оптимизации источников белого света, содержащих множество цветных компонентов, далеки от использования преимуществ универсального качества цвета, присущего твердотельному освещению, в полном объеме. Большинство методов опираются исключительно на характеристики цветопередачи белого цвета, такие как общий коэффициент цветопередачи, или используют смешанные характеристики, объединяющие способность высокоточного отображения цвета и способность к насыщению цвета. Кроме того, использование общего индекса цветопередачи в качестве единственного показателя качества света, противоречит визуальному рейтингу твердотельных источников света (Н. Нарендран и Л. Денг (N. Narendran and L. Deng), Proc. SPIE 4776, 61, 2002 г.; Й. Накано и соавт. (Y. Nakano et al.), in Proc. AIC Colour 05, Гранада, Испания, 2005 г., p 1625) и в настоящее время считается устаревшим (Издание CIE №177, 2007 г.). Одной из причин несоответствия Ra является игнорирование цветовых искажений разных типов. Однако известно, что искажения, увеличивающие насыщенность цвета, визуально допускаются или им даже отдается предпочтение. Другой причиной является невозможность использования большого количества испытательных образцов цвета в процедуре оценки Ra, потому что средняя цветовых смещений, используемая для Ra, неоднозначна, когда образцы обладают сильно разнящейся цветовой насыщенностью. Попытки смягчить проблему насыщенности цвета при оценке качества цвета источника света путем либо одновременного увеличения Ra и области гаммы для небольшого числа испытательных образцов цвета либо допущения искажений цветовой насыщенности (метод CQS) не в состоянии полностью описать качество цвета освещения. Количественные показатели качества цвета должны, по крайней мере, учитывать две различные характеристики цветопередачи: способность передавать цвет таким образом, чтобы он выглядел «естественным» (четкость цвета) и способность передавать цвет таким образом, чтобы он выглядел «ярким» и легко различимым (насыщенность цвета) (М.С. Pea и Дж.П. Фрейссиниер-Нова (М.S. Rea and J.P. Freyssinier-Nova), Colour Res. Appl. 33, 192, 2008 г.; А Зукаускас и соавт., IEEE J. Sel. Top. Quantum Electron. 15, 1753, 2009 г.). Эти две характеристики качества цвета являются взаимно противоположными и могут быть оптимизированы только путем их балансирования, поскольку цвета, которые выглядят «естественными», не обладают повышенной цветовой насыщенностью и наоборот.

Передовой подход к качеству цвета источников света основывается на анализе векторов смещения цвета при любом количестве различных испытательных образцов цвета и сортировке этих образцов по нескольким группам в зависимости от типа цветового искажения, возникающего при замещении эталонного источника тестируемым источником (А Зукаускас и соавт., IEEE J. Sel. Top. Quantum Electron. 15, 1753, 2009 г.; А Зукаускас и соавт., J. Phys. D Appl. Phys. 43, 354006, 2010 г.). В случае с этим статистическим методом, при котором разные характеристики цветопередачи четко различаются, векторы смещения цвета сортируются путем вычислений в зависимости от их поведения по отношению к экспериментально установленным едва воспринимаемым различиям между цветностью и яркостью. Затем относительные цифры (процентная доля) испытательных образцов цвета, показывающих цветовые искажения различных типов, описываются как статистические показатели качества цвета: показатель точности цвета (CFI; процентная доля испытательных образцов, у которых смещения цвета меньше воспринимаемых различий цветности), показатель насыщенности цвета (CSI; процентная доля испытательных образцов, обладающих векторами смещения цвета с воспринимаемым увеличением цветовой насыщенности) и показатель потускнения цвета (CDI; процентная доля испытательных образцов, обладающих векторами смещения цвета с воспринимаемым уменьшением цветовой насыщенности).

Этот статистический метод используется для максимизации CFI полихроматических белых ламп, состоящих из цветных LED (А. Зукаускас и соавт., Публикация заявки на патент РСТ № WO 2009102745), а также из белых LED с полной и частичной конверсией коротковолнового излучения в фосфорах (А. Зукаускас и соавт., Публикация заявки на патент РСТ № WO 2009117286 и А. Зукаускас и соавт., Публикация заявки на патент РСТ № WO 2009117287, соответственно). Этот же метод был использован для составления основных конструктивных норм для ламп на основе LED с максимизированными CSI (А. Зукаускас и соавт., Opt. Express 18, 2287, 2010 г.). В частности было показано, что составной источник света с наивысшим CSI состоял из трех определенных узкополосных цветовых компонентов (А. Зукаускас и соавт., Opt. Express 18, 2287, 2010 г.), в то время как использование других сочетаний из двух или трех цветовых компонентов может привести к повышению CDI (А. Зукаускас и соавт., J. Phys. D Appl. Phys. 43, 354006, 2010 г.).

Предшествующим прототипом, наиболее близким к предлагаемым источникам белого цвета, является вышеупомянутая полихроматическая белая лампа, состоящая из цветных LED для максимизации точности цветопередачи, описанная в публикации Заявки на патент РСТ № WO 2009102745. Однако в этой лампе отсутствует контроль над способностью к насыщению цвета, что является одной из наиболее важных характеристик цветопередачи источников света.

Сущность изобретения

Основная цель настоящего изобретения заключается в разработке полихроматического источника белого света с универсальным управлением способности насыщения цвета. Согласно имеющимся у Заявителя и изобретателей сведениям, до раскрытия настоящего изобретения:

(a) SPD источников света, состоящих из множественных групп цветных излучателей, до сих пор не было оптимизировано таким образом, чтобы, напр., большое количество цветов поверхности было передано с повышенной цветовой насыщенностью, в то время как небольшое количество цветов поверхности было передано с пониженной цветовой насыщенностью или наоборот, большое количество цветов поверхности было передано с пониженной цветовой насыщенностью, в то время как небольшое количество цветов поверхности было передано с повышенной цветовой насыщенностью;

(b) полихроматические источники света с динамической регулировкой способности к насыщению цвета предложены не были;

(c) не было подобрано SPD светоизлучающих диодов LED, наиболее подходящих для полихроматических источников света с контролируемой способностью к насыщению цвета;

(d) не были определены RPRF, генерируемые цветными LED со множественным SPD в пределах источников света, обладающих различной способностью к насыщению цвета.

Основные аспекты настоящего изобретения относятся к полихроматическим источникам белого света, состоящим из, по меньшей мере, двух групп цветных излучателей, имеющих различные SPD, такие как у LED. Такие источники оптимизируются путем подбора наиболее подходящих SPD и RPRF для каждой группы цветных излучателей таким образом, чтобы способность к насыщению цвета белого цвета с заранее заданной ССТ могла быть создана и контролироваться посредством задания необходимого соотношения между количеством цветов поверхности, которые показываются, как обладающие повышенным и пониженным цветовым насыщением соответственно.

Первый аспект изобретения охватывает источники света с заранее заданной ССТ и заранее заданной низшей LER или низшей светоотдачей, состоящие из, по крайней мере, двух групп цветных излучателей, где генерируемые каждой из групп излучателей SPD и RPRF установлены таким образом, чтобы по сравнению с эталонным источником света, при освещении каждого из более чем пятнадцати испытательных образцов цвета (воспринимаемых средним человеческим глазом, как разные) способность освещения к насыщению цвета была установлена так, чтобы: (а) цвета, по крайней мере, заранее заданной фракции испытательных образцов цвета передавались с увеличенной цветовой насыщенностью; и (б) цвета не более, чем другой заранее заданной фракции испытательных образцов цвета передавались с пониженной цветовой насыщенностью. В качестве альтернативы, способность освещения к насыщению цвета устанавливается так, чтобы: (а) цвета, по крайней мере, заранее заданной фракции испытательных образцов цвета передавались с пониженной цветовой насыщенностью; и (б) цвета не более, чем другой заранее заданной фракции испытательных образцов цвета передавались с увеличенной цветовой насыщенностью.

Второй аспект изобретения связан с источником света с заранее заданной ССТ, состоящим из, по крайней мере, четырех групп цветных излучателей с заранее заданными SPD, где генерируемые каждой группой RPRF динамически изменяются таким образом, чтобы по сравнению с эталонным источником света, при освещении каждого из более чем пятнадцати испытательных образцов цвета (воспринимаемых средним человеческим глазом, как разные), способность освещения к насыщению цвета регулировалась, т.е. количество испытательных образцов цвета, передаваемых с пониженной насыщенностью цвета, уменьшалось, а количество испытательных образцов цвета, передаваемых с повышенной насыщенностью цвета, увеличивалось. В качестве альтернативы, количество испытательных образцов цвета, передаваемых с пониженной насыщенностью цвета, увеличивается, а количество испытательных образцов цвета, передаваемых с повышенной насыщенностью цвета, уменьшается.

Прочие аспекты изобретения могут охватывать средства контроля RPRF, генерируемых каждой группой цветных излучателей, средства равномерного распределения света, генерируемого каждой группой излучателей, и/или средства реализации некоторых или всех функций, описанных в настоящем документе. Иллюстративные аспекты данного изобретения предназначены для решения одной или более описанных в настоящем документе проблем.

Более конкретно, настоящее изобретение охватывает твердотельный источник освещения с заранее заданной коррелированной цветовой температурой и заранее заданной минимальной световой эффективностью излучения или минимальной светоотдачей, охватывающий, по крайней мере, один комплект из, по крайней мере, двух групп излучателей видимого света, имеющих разные распределения спектральной интенсивности и отдельные относительные частичные лучевые потоки, электронную цепь, предназначенную для контроля среднего тока питания каждой группы излучателей и/или числа излучателей, светящихся в пределах группы, а также компонент, предназначенный для равномерного распределения излучения, передаваемого различными группами излучателей на освещаемый объект, где распределения спектральной интенсивности и относительные частичные лучистые потоки, генерируемые каждой группой излучателей, являются такими, что, по сравнению с эталонным источником света, когда каждый из более, чем пятнадцати испытательных образцов цвета, воспринимаемых средним человеческим глазом как разные, освещен, способность к насыщению цвета контролируется таким образом, что фракция испытательных образцов цвета, передаваемых с увеличенным насыщением, и фракция испытательных образцов цвета, передаваемых с пониженным насыщением, заранее задаются и/или динамически регулируются.

Описанные в настоящем изобретении источники света характеризуются коррелированной цветовой температурой в пределах от около 2500 до 10000 K. В предпочтительных вариантах выполнения настоящего изобретения способность к насыщению цвета вышеуказанных источников света оценивается с учетом хроматической адаптации человеческого зрения; и/или излучатели источников света состоят из светоизлучающих диодов, излучающих свет посредством инъекции электролюминесценции в полупроводниковые переходы или благодаря частичной или полной конверсии инъекции электролюминесценции в преобразователях длин волн, содержащих люминофоры.

В одном из вариантов выполнения настоящего изобретения описывается способный к насыщению цвета источник света, состоящий из, по крайней мере, трех групп излучателей видимого света, где распределения спектральной интенсивности и относительные частичные лучистые потоки, генерируемые каждой из упомянутых выше групп излучателей, являются такими, что, по сравнению с эталонным источником света, когда каждый из более чем пятнадцати испытательных образцов цвета, воспринимаемых средним человеческим глазом, как разные, освещен:

(а) цвета, по крайней мере, заранее заданной фракции испытательных образцов цвета передавались с увеличенной цветовой насыщенностью; и

(б) цвета не более, чем другой заранее заданной фракции испытательных образцов цвета передавались с уменьшенной цветовой насыщенностью.

В качестве альтернативы, относительные частичные лучистые потоки, генерируемые каждой из упомянутых групп излучателей, являются такими, что разница между фракцией испытательных образцов цвета, передаваемых с увеличенной насыщенностью, и фракцией испытательных образцов цвета, передаваемых с пониженной насыщенностью, увеличивается до максимума. В вариантах выполнения способного к насыщению цвета источника света, источник обладает коррелированной цветовой температурой в пределах 2700-6500 K и световой эффективностью излучения не менее 250 лм/Вт, и состоит из трех групп цветных светоизлучающих диодов со средней шириной полосы около 30 нм, обладающих пиковой длиной волны в пределах интервалов около 408-486 нм, 509-553 нм и 605-642 нм, когда цвета не менее 60% из более, чем 1000 различных испытательных образцов цвета передаются с увеличенным насыщением, а цвета не более, чем 4% испытательных образцов цвета передаются с уменьшенным насыщением.

В предпочтительном варианте выполнения способного к насыщению цвета источника света, упомянутые выше три группы цветных светоизлучающих диодов состоят из синих электролюминесцентных светоизлучающих диодов InGaN с пиковой длиной волны около 452 нм и шириной полосы около 20 нм; зеленых электролюминесцентных светоизлучающих диодов InGaN с пиковой длиной волны около 523 нм и шириной полосы около 32 нм, а также красных электролюминесцентных светоизлучающих диодов AlGaInP с пиковой длиной волны около 625 нм и шириной полосы около 15 нм, соответственно, где при наличии более 1200 различных испытательных образцов цвета, фракция образцов, передаваемых с повышенной насыщенностью, доводится до максимума, а фракция образцов, передаваемых с уменьшенной насыщенностью, доводится до минимума:

(а) до около 77% и около 1%, соответственно, при коррелированной цветовой температуре в 3000 K, путем подбора относительных частичных лучистых потоков в 0,103, 0,370 и 0,527, генерируемых вышеуказанными 452 нм, 523 нм и 625 нм светоизлучающими диодами, соответственно;

(б) до около 70% и около 0%, соответственно, при коррелированной цветовой температуре в 4500 K, путем подбора относительных частичных лучистых потоков в 0,195, 0,401 и 0,405, генерируемых вышеуказанными 452 нм, 523 нм и 625 нм светоизлучающими диодами, соответственно;

(в) до около 67% и около 2%, соответственно, при коррелированной цветовой температуре в 6500 K, путем подбора относительных частичных лучистых потоков в 0,283, 0,392 и 0,325, генерируемых вышеуказанными 452 нм, 523 нм и 625 нм светоизлучающими диодами, соответственно.

В другом варианте выполнения настоящего изобретения описывается источник света, делающий цвета тусклее, который состоит из, по крайней мере, двух групп излучателей видимого света, где распределения спектральной интенсивности и относительные частичные лучистые потоки, генерируемые каждой из упомянутых выше групп излучателей, являются такими, что, по сравнению с эталонным источником света, когда каждый из более чем пятнадцати испытательных образцов цвета, воспринимаемых средним человеческим глазом, как разные, освещен,:

(а) цвета, по крайней мере, заранее заданной фракции испытательных образцов цвета передавались с уменьшенной насыщенностью; и

(б) цвета не более, чем другой заранее заданной фракции испытательных образцов цвета передавались с увеличенной насыщенностью.

В качестве альтернативы, относительные частичные лучистые потоки, генерируемые каждой из упомянутых групп излучателей, являются такими, что разница между фракцией испытательных образцов цвета, передаваемых с уменьшенной насыщенностью, и фракцией испытательных образцов цвета, передаваемых с увеличенной насыщенностью, увеличивается до максимума. В варианте выполнения источника света, делающего цвета тусклее, источник обладает коррелированной цветовой температурой в пределах 2700-6500 K и световой эффективностью излучения не менее 250 лм/Вт, и состоит из:

(а) двух групп цветных светоизлучающих диодов со средней шириной полосы около 30 нм, обладающих пиковой длиной волны в пределах около 405-486 нм и 570-585 нм, или

(б) трех групп цветных светоизлучающих диодов со средней шириной полосы около 30 нм, обладающих пиковой длиной волны в пределах около 405-486 нм и 490-560 нм, а также 585-600 нм,

когда цвета не менее 60% из более, чем 1000 различных испытательных образцов цвета передаются с уменьшенным насыщением, а цвета не более, чем 4% испытательных образцов цвета передаются с увеличенным насыщением.

В предпочтительном варианте выполнения источника света, делающего цвета тусклее три группы цветных светоизлучающих диодов состоят из синих электролюминесцентных светоизлучающих диодов InGaN с пиковой длиной волны около 452 нм и шириной полосы около 20 нм; зеленых электролюминесцентных светоизлучающих диодов InGaN с пиковой длиной волны около 523 нм и шириной полосы около 32 нм, а также электролюминесцентных светоизлучающих диодов AlGaInP янтарного цвета с пиковой длиной волны около 591 нм и шириной полосы около 15 нм, соответственно, где при наличии более 1200 различных испытательных образцов цвета, фракция образцов, передаваемых с уменьшенной насыщенностью, доводится до максимума, а фракция образцов, передаваемых с увеличенной насыщенностью, доводится до минимума:

(а) до около 67% и 1%, соответственно, при коррелированной цветовой температуре в 3000 K, путем подбора относительных частичных лучистых потоков в 0,154, 0,228 и 0,618, генерируемых вышеуказанными 452 нм, 523 нм и 591 нм светоизлучающими диодами, соответственно;

(б) до около 58% и 1%, соответственно, при коррелированной цветовой температуре в 4500 K, путем подбора относительных частичных лучистых потоков в 0,254, 0,308 и 0,438, генерируемых вышеуказанными 452 нм, 523 нм и 591 нм светоизлучающими диодами, соответственно;

(в) до около 51% и 0%, соответственно, при коррелированной цветовой температуре в 6500 K, путем подбора относительных частичных лучистых потоков в 0,346, 0,320 и 0,334, генерируемых вышеуказанными 452 нм, 523 нм и 591 нм светоизлучающими диодами, соответственно.

В еще одном варианте выполнения настоящего изобретения описывается источник света с незначительными искажениями цветового насыщения, состоящий из, по крайней мере, трех групп излучателей видимого света, где распределения спектральной интенсивности и относительные частичные лучистые потоки, генерируемые каждой из упомянутых выше групп излучателей, являются такими, что, по сравнению с эталонным источником света, когда каждый из более чем пятнадцати испытательных образцов цвета, воспринимаемых средним человеческим глазом, как разные, освещен:

(a) цвета, по крайней мере, заранее заданной фракции испытательных образцов цвета передавались с уменьшенной насыщенностью; и

(b) цвета не более, чем другой заранее заданной фракции испытательных образцов цвета передавались с увеличенной насыщенностью.

В качестве альтернативы, относительные частичные лучистые потоки, генерируемые каждой из упомянутых групп излучателей, подбираются таким образом, чтобы обе фракции испытательных образцов цвета, передаваемых с уменьшенной и увеличенной цветовой насыщенностью, минимизировались ниже заранее заданной фракции.

В вариантах выполнения источника света с незначительными искажениями цветового насыщения, источник обладает коррелированной цветовой температурой в пределах 2700-6500 K и световой эффективностью излучения не менее 250 лм/Вт, и состоит из:

(а) трех групп цветных светоизлучающих диодов со средней шириной полосы около 30 нм, обладающих пиковой длиной волны в пределах около 433-487 нм, 519-562 нм и 595-637 нм, где при наличии более 1200 различных испытательных образцов цвета, фракция образцов, передаваемых как с уменьшенной, так и с увеличенной насыщенностью, минимизируется до 14%, или

(б) четырех групп цветных светоизлучающих диодов со средней шириной полосы около 30 нм, обладающих пиковой длиной волны в пределах около 434-475 нм, 495-537 нм, 555-590 нм и 616-653 нм, где при наличии более 1200 различных испытательных образцов цвета, фракция образцов, передаваемых как с уменьшенной, так и с увеличенной насыщенностью, минимизируется до 2%.

В предпочтительном варианте выполнения источника света с незначительными искажениями цветового насыщения, источник состоит из трех групп цветных светоизлучающих диодов, таких как синие электролюминесцентные светоизлучающие диоды InGaN с пиковой длиной волны около 452 нм и шириной полосы около 20 нм; зелено-голубые электролюминесцентные светоизлучающие диоды InGaN с пиковой длиной волны около 512 нм и шириной полосы около 30 нм, а также светоизлучающие диоды InGaN с люминофором янтарного цвета с пиковой длиной волны около 589 нм и шириной полосы около 70 нм, где при наличии более 1200 различных испытательных образцов цвета, фракция образцов, передаваемых как с уменьшенной, так и с увеличенной насыщенностью, минимизируется до:

(а) около 32% при коррелированной цветовой температуре в 4500 K, путем подбора относительных частичных лучистых потоков в 0,207, 0,254 и 0,539, генерируемых вышеуказанными 452 нм, 512 нм и 589 нм светоизлучающими диодами, соответственно;

(б) около 15% при коррелированной цветовой температуре в 6500 K, путем подбора относительных частичных лучистых потоков в 0,291, 0,280 и 0,429, генерируемых вышеуказанными 452 нм, 512 нм и 589 нм светоизлучающими диодами, соответственно; или

вышеупомянутый источник света состоит из четырех групп цветных светоизлучающих диодов, таких как синие электролюминесцентные светоизлучающие диоды InGaN с пиковой длиной волны около 452 нм и шириной полосы около 20 нм; зеленые электролюминесцентные светоизлучающие диоды InGaN с пиковой длиной волны около 523 нм и шириной полосы около 32 нм, светоизлучающие диоды InGaN с люминофором янтарного цвета с пиковой длиной волны около 589 нм и шириной полосы около 70 нм, а также красные светоизлучающие диоды AlGaInP с пиковой длиной волны около 637 нм и шириной полосы около 16 нм, где, при наличии более 1200 различных испытательных образцов цвета, фракция образцов, передаваемых как с уменьшенной, так и с увеличенной насыщенностью, минимизируется до:

(в) около 2% при коррелированной цветовой температуре в 3000 K, путем подбора относительных частичных лучистых потоков в 0,112, 0,2255, 0,421 и 0,242, генерируемых вышеуказанными 452 нм, 523 нм, 589 нм и 637 нм светоизлучающими диодами, соответственно;

(г) около 3% при коррелированной цветовой температуре в 4500 K, путем подбора относительных частичных лучистых потоков в 0,208, 0,283, 0,353 и 0,156, генерируемых вышеуказанными 452 нм, 523 нм, 589 нм и 637 нм светоизлучающими диодами, соответственно;

(д) около 4% при коррелированной цветовой температуре в 6500 K, путем подбора относительных частичных лучистых потоков в 0,300, 0,293, 0,30,5 и 0,102, генерируемых вышеуказанными 452 нм, 523 нм, 589 нм и 637 нм светоизлучающими диодами, соответственно.

Настоящее изобретение также охватывает полихроматический источник света с динамически регулируемой способностью к насыщению цвета, где относительные частичные лучистые потоки, генерируемые каждой группой излучателей, синхронно изменяются таким образом, чтобы, по сравнению с эталонным источником света, когда каждый из более чем пятнадцати испытательных образцов цвета, воспринимаемых средним человеческим глазом, как разные, освещен,

(a) фракция образцов, передаваемых с повышенной насыщенностью, увеличивается, а фракция образцов, передаваемых с уменьшенной насыщенностью, уменьшается; или

(b) фракция образцов, передаваемых с повышенной насыщенностью, уменьшается, а фракция образцов, передаваемых с уменьшенной насыщенностью, увеличивается.

В вариантах выполнения источника света с динамически регулируемой способностью к насыщению цвета, относительные частичные лучистые потоки, генерируемые каждой группой излучателей, синхронно изменяются как взвешенная сумма относительных частичных лучистых потоков соответствующих групп излучателей, охватывающих два источника света, где первым источником является описанный выше способный к насыщению цвета источник света, а вторым источником является описанный выше источник света, делающий цвета тусклее. Более конкретно, источник света с регулируемой способностью к насыщению цвета обладает заранее выбранным значением коррелированной цветовой температуры в пределах 2700-6500 K и световой эффективности излучения не менее 250 лм/Вт, где относительные частичные лучистые потоки, генерируемые каждой группой излучателей, синхронно изменяются как взвешенная сумма относительных частичных лучистых потоков двух источников света, где способный к насыщению цвета источник состоит из трех групп светоизлучающих диодов, а делающий цвета тусклее источник состоит из двух или трех групп светоизлучающих диодов, и оба источника обладают пиковыми длинами волн в пределах, описанных выше.

В одном из предпочтительных вариантов выполнения динамически регулируемого источника света описывается источник с коррелированной цветовой температурой в пределах 2700-6500 K и световой эффективностью излучения не менее 250 лм/Вт и состоящий из четырех групп цветных светоизлучающих диодов, таких как синие электролюминесцентные светоизлучающие диоды InGaN с пиковой длиной волны около 452 нм и шириной полосы около 20 нм; зеленые электролюминесцентные светоизлучающие диоды InGaN с пиковой длиной волны около 523 нм и шириной полосы около 32 нм, светоизлучающие диоды AlGaInP янтарного цвета с пиковой длиной волны около 591 нм и шириной полосы около 15 нм, а также красные светоизлучающие диоды AlGaInP с пиковой длиной волны около 625 нм и шириной полосы около 15 нм, где относительные частичные лучистые потоки, генерируемые каждой из вышеуказанных групп светоизлучающих диодов, синхронно изменяются как взвешенная сумма соответствующих относительных частичных лучистых потоков описанного выше способного к насыщению цветов трехцветного кластера, состоящего из синих, зеленых и красных светоизлучающих диодов, а также описанного выше делающего цвета тусклее трехцветного кластера, состоящего из синих, зеленых и янтарных светоизлучающих диодов. Оба кластера имеют одинаковое значение коррелированной цветовой температуры.

В другом предпочтительном варианте выполнения динамически регулируемого источника света описывается источник с коррелированной цветовой температурой в 6042 K и световой эффективностью излучения не менее 250 лм/Вт и состоящий из четырех групп цветных светоизлучающих диодов, таких как белые двуцветные светоизлучающие диоды с частичной конверсией излучения в фосфоре; синие электролюминесцентные светоизлучающие диоды InGaN с пиковой длиной волны около 452 нм и шириной полосы около 20 нм, зеленые электролюминесцентные светоизлучающие диоды InGaN с пиковой длиной волны около 523 нм и шириной полосы около 32 нм, а также красные светоизлучающие диоды AlGaInP с пиковой длиной волны около 637 нм и шириной полосы около 16 нм, где относительные частичные лучистые потоки, генерируемые каждой из вышеуказанных групп светоизлучающих диодов, синхронно изменяются как взвешенная сумма соответствующих относительных частичных лучистых потоков белых светоизлучающих диодов и трехцветного кластера, состоящего из синих, зеленых и красных светоизлучающих диодов.

В любом из вариантов выполнения настоящего изобретения в излучатели видимого света в пределах, по крайней мере, одной из вышеупомянутых групп, являются интегрированными полупроводниковыми чипами, где распределение спектральной интенсивности чипов регулируется посредством подбора, по меньшей мере, одного химического состава активного слоя или толщины активного слоя, формирующего каждый излучатель, или химического состава фосфора, содержащегося в преобразователе длины волны, или толщины либо формы преобразователя длины волны.

В любом из вариантов выполнения настоящего изобретения, источник света также включает в себя:

электронную схему для регулировки яркости источника света таким образом, чтобы для относительных частичных лучистых потоков, генерируемых каждой из групп излучателей, поддерживались постоянные значения; и/или

электронную и/или оптоэлектронную схему для оценки относительных частичных лучистых потоков, генерируемых каждой из групп излучателей; и/или

компьютерное аппаратное оборудование и программное обеспечение, предназначенное для управления электронными схемами таким образом, чтобы было можно варьировать коррелированную цветовую температуру и фракцию испытательных образцов цвета, передаваемых с увеличенной или уменьшенной насыщенностью, поддержки постоянного выхода потока света во время варьирования коррелированной цветовой температуры, и фракции испытательных образцов цвета, передаваемых с увеличенной или уменьшенной насыщенностью, а также затемнения и компенсирования тепловых дрифтов и дрифтов старения каждой группы излучателей света.

Настоящее изобретение также охватывает способ динамической регулировки способности к насыщению цвета, при котором белый свет генерируется посредством смешивания излучений, исходящих из, по крайней мере, двух источников белого света с различными способностями к насыщению цвета, как описано выше, когда распределение спектральной интенсивности смешанного излучения синхронно изменяется как взвешенная сумма распределений спектральной интенсивности вышеупомянутых составных источников с переменными весовыми параметрами, которые управляют способностью к насыщению цвета.

В предпочтительном варианте выполнения этого метода, белый свет генерируется посредством смешивания излучений, исходящих, по крайней мере, из двух источников, обладающих одинаковой коррелированной цветовой температурой, и каждый из которых состоит из, по крайней мере, одной группы белых излучателей и/или, по крайней мере, двух групп цветных излучателей, синхронно варьируя распределение спектральной интенсивности смешанного излучения, Sσ, как взвешенную сумму распределений спектральной интенсивности вышеупомянутых составных источников, S1 и S2, соответственно:

где σ является переменным весовым параметром.

Краткое описание чертежей

На Фиг. 1 показана цветовая диаграмма с 20 испытательными образцами цвета, представленными в виде эллиптических областей. Каждая эллиптическая область состоит из всех цветов, которые визуально не отличаются от находящегося в центре области цвета. Векторами показаны смещения цветов образцов при замещении эталонного источника света испытуемым источником.

На Фиг. 2 показаны некоторые SPD оптимизированных источников света, состоящих из LED с шириной полосы в 30 нм и минимальной LER в 250 лм/Вт для трех значений ССТ (прямая линия - 3000 K; пунктирная линия - 4500 K и точечная линия - 6500 K). SPD имеют заранее заданные значения CSI выше 75%, и значения CDI ниже 2% для трехкомпонентного кластера, способного к насыщению цвета (часть А); значения CDI выше 75%, значения CSI ниже 4% для двухкомпонентного кластера, способного делать цвета тусклее (часть В); значения CDI выше 65% и значения CSI ниже 2% для трехкомпонентного кластера, способного делать цвета тусклее (часть С); для трехкомпонентного кластера значения CDI и значения CSI ниже 14% (часть D); и значения CDI и CSI ниже 2% для четырехкомпонентного кластера (часть E).

На Фиг. 3 показаны SPD девяти типов LED, используемых для оптимизации практических полихроматических источников света с контролируемой способностью к насыщению цвета. Прямые линии соответствуют цветным LED, а пунктирные линии соответствуют белым двухцветным светодиодам с люминофором.

На Фиг. 4 показаны некоторые SPD оптимизированных источников света, состоящих из цветных LED для трех значений ССТ (прямая линия - 3000 K; пунктирная линия - 4500 K и точечная линия - 6500 K). SPD имеют значения CSI выше 65% и значения CDI ниже 3% а для трехкомпонентного кластера, способного к насыщению цвета (часть А); значения CDI выше 50% и значения CSI ниже 2% для трехкомпонентного кластера, способного делать цвета тусклее (часть В); значения CDI и значения CSI ниже 33% для трехкомпонентного кластера (часть С); и значения CDI и значения CSI ниже 5% для четырехкомпонентного кластера (часть D).

На Фиг. 5 показаны SPD и характеристики источника света на основе LED с регулируемой способностью к насыщению цвета как функции весового параметра σ при ССТ в 3000 K. Весовой параметр контролирует излучение красно-зелено-синих и янтарно-зелено-синих кластеров LED. В частях А, В, и С показывают SPD с наибольшими CDI, с низкими CSI и CDI и с наивысшим CSI, соответственно. В части D показаны изменения индексов цветопередачи и LER. В части E показаны изменения RPRF в четырех LED.

На Фиг. 6 представлены данные, схожие с данными, представленными на Фиг. 5, однако для ССТ=4500 K.

На Фиг. 7 представлены данные, схожие с данными, представленными на Фиг. 5, однако для ССТ=6500 K.

На Фиг. 8 представлены данные, схожие с данными, представленными на Фиг. 5, однако для основанного на LED источника света, состоящего из белого двухцветного LED с люминофором и красно-зелено-синего кластера LED при ССТ в 6042 K. Здесь весовой параметр σ контролирует излучение белого LED и кластера.

Подробное описание изобретения

В описании вариантов выполнения настоящего изобретения представлен источник белого света, имеющий заранее заданную ССТ. Источник света включает в себя, по крайней мере, две группы цветных излучателей видимого света, где каждая группа состоит из излучателей с практически идентичными SPD, электронную цепь, предназначенную для контроля среднего тока питания каждой группы излучателей и/или числа излучателей, светящихся в пределах группы, а также компонент, предназначенный для равномерного распределения излучения, передаваемого различными группами излучателей на освещаемый объект. В одном из вариантов выполнения настоящего изобретения описываются новые комбинации групп излучателей с SPD и RPRF, установленных таким образом, чтобы, по сравнению с эталонным источником света черного тела или дневной фазы, они давали цвета, по крайней мере, заранее заданной фракции большого количества испытательных образцов цвета с увеличенным (уменьшенным) цветовым насыщением, в то время как, по большей мере, другие цвета заранее установленной фракции большого количества образцов цвета давались с уменьшенным (увеличенным) цветовым насыщением. В другом варианте выполнения настоящего изобретения описаны комбинации из не менее четырех заранее отобранных цветных излучателей видимого света с RPRF, изменяемыми таким образом, чтобы способность к насыщению цветом собранного источника можно было регулировать, т.е. соотношение фракций испытательных образцов цвета с цветами, передаваемыми с увеличенной цветовой насыщенностью, с фракциями, передаваемым с уменьшенной цветовой насыщенностью, варьировалось. SPD получаемых в результате источников белого света отличаются от распределений, оптимизированных с использованием методов, опирающихся на общий коэффициент цветопередачи, область цветовой гаммы или шкалу качества цветопередачи. В настоящем документе определение «группа» означает один и более (т.е. по крайней мере, один), если не указано иное.

В вариантах выполнения настоящего изобретения представлены источники света, с SPD S(λ), состоящими из SPD n цветных компонентов Si(λ). Составное и компонентное SPD нормализуется по мощности,

где ci - RPRF компонентов.

RPRF компонентов могут быть получены из трех уравнений, исходящих из принципа аддитивного смешения цветов [G. Wyszecki and W.S. Stiles, Color Science: Concepts and Methods, Quantitative Data and Formulae. Wiley, New York, 2000]:

где xT и yT - координаты цветности составного источника CIE 1931 г., а Xi, Yi и Zi - цветовые компоненты нормализованного SPD i-го цветного компонента.

Варианты выполнения настоящего изобретения представляют источники белого света, обладающие цветностью почти идентичной цветности излучателей черного тела или дневной фазы. Чтобы характеризовать и сравнить разные источники белого света с точки зрения способности к насыщению цвета, с помощью аспектов изобретения представляются две разных характеристики насыщения цвета источника света, связанные с искажением насыщенности цветов поверхности освещенных испытательных образцов цвета.

Чтобы охарактеризовать способность к насыщению цвета белого света, в вариантах выполнения настоящего изобретения представлена расширенная процедура оценки свойств цветопередачи. Общепринятый метод оценки характеристик цветопередачи источника света основывается на оценке цветовых различий (напр., смещения цветовых координат на соответствующих цветовых пространствах) испытательных образцов, когда исследуемый источник заменяется эталонным источником (напр., излучатель черного тела или экстраполированный излучатель дневной фазы). В стандартной процедуре CIE 1995 г., которая была изначально разработана для оценки галофосфатных люминесцентных ламп с относительно широкими спектральными полосами, и которая была позже усовершенствована и расширена, используется только от восьми до четырнадцати испытательных образца из обширной палитры цветов, созданной художником А.Г. Манселлом (А.Н. Munsell) в 1905 г. При применении к источникам, составленным из узкополосных излучателей, таких как LED, процедура CIE 1995 г. подвергается критике, в первую очередь, из-за малого количества задействованных испытательных образцов (от восьми до четырнадцати). Другими недостатками являются использование смещений цвета на цветовом пространстве, которому не хватает однородности с точки зрения воспринимаемых цветовых различий, и не принятие во внимание направлений смещений, т.е. оценивается только точность цветов. Усовершенствованный подход - Шкала качества цветопередачи - смягчает последние недостатки путем использования более однородного цветового пространства и игнорирования компоненты смещений, представляющие увеличенную насыщенность цвета образцов или путем использования шкалы цветовых предпочтений и шкалы площади гаммы. Однако количество испытательных образцов цвета (15), используемых в CQS слишком мало для проведения четкого различения между источниками, передающими цвета с высокой точностью и увеличенной/уменьшенной цветовой насыщенностью, поскольку результат подобной оценки зависит от комплекта используемых образцов.

Аспекты настоящего изобретения основываются на использовании большего (и, обычно намного большего) количества испытательных образцов, а также на нескольких типах различий цветовой насыщенности, воспринимаемых человеческим зрением в случае с каждым из этих образцов. С этой целью используется вся палитра Манселла, которая определяет воспринимаемые цвета с помощью трех измерений: тона цвета, цветности (насыщенности) и интенсивности (освещенности). Спектральная база данных Йоэнсу, доступная на сайте Группы по исследованию цветов Университета Йоэнсуу (http://spectral.joensuu.fi/), является примером спектрофотометрически калиброванного набора из 1269 образцов Манселла, которые могут быть использованы на практике в вариантах выполнения настоящего изобретения.

В вариантах выполнения настоящего изобретения, для оценки воспринимаемых цветовых различий (используемое ниже для иллюстрации примеров цветовое пространство CIELAB не влияет на результаты) не используются цветовые пространства, которым не хватает равномерности. Вместо них используются эллипсы МакАдама, которые являются экспериментально установленными областями на диаграмме цветностей (плоскости тона-насыщенности), содержащими цвета, которые практически неразличимы для человеческого зрения. Нелинейная интерполяция эллипсов, определенная МакАдамом для 25 цветов, используется для получения эллипсов для всей 1269-элементной палитры Манселла. Например, при использовании метода обратных взвешенных расстояний (геодезического), эллипс с центром на координатах цветности (x, y) обладает интерполированным параметром (малая или большая полуось, или угол наклона), представленным как [А. Зукаускас и соавт., IEEE J. Sel. Top. Quantum Electron. 15, 1753]

где Р0(x0i, y0i) - соответствующий экспериментальный параметр, а hi - расстояние от центра интерполированного эллипса до исходного эллипса МакАдама

Поскольку эллипсы МакАдама были первоначально определены для постоянной яркости (~ 48 кд/м2), в вариантах выполнения настоящего изобретения все образцы Манселла рассматриваются как имеющие такую же яркость, независимо от освещенности их цвета.

В вариантах выполнения настоящего изобретения, когда эталонный источник заменяется исследуемым источником, цвет испытательного образца цвета, передаваемый с увеличенной насыщенностью, определяется как цвет, обладающий цветностью, выходящей за пределы 3-ступенчатого эллипса МакАдама, и положительной проекцией вектора смещения цвета на направлении насыщенности большей, чем размер эллипса, в то время как цвет испытательного образца цвета, передаваемый с уменьшенной насыщенностью, определяется как цвет, обладающий цветностью, выходящей за пределы 3-ступенчатого эллипса МакАдама, и отрицательной проекцией вектора смещения цвета на направлении насыщенности большей, чем размер эллипса. Кроме того, цвет испытательного образца цвета, передаваемый с высокой точностью, определяется как цвет, обладающий цветностью, смещенной только в пределах 3-ступенчатого эллипса МакАдама (т.е. менее, чем на три радиуса эллипса). Во всех случаях, если цветность источника света не соответствует точно цветности источника света черного тела или дневной фазы, необходимо принимать во внимание хроматическую адаптацию (напр., способом, используемым в публикации CIE №13.3, 1995 г. или У. Дависом и Й. Оно (W. Davis and Y. Ohno), Opt. Eng. 49, 033602, 2010 г.). Вместе со способностью к насыщению цвета, для общей оценки источника света в вариантах выполнения настоящего изобретения используются два показателя качества, которыми измеряются относительное количество (процентная доля) испытательных образцов цвета, передаваемых с увеличенной цветовой насыщенностью (показатель насыщенности цвета, CSI), и относительное количество (процентная доля) испытательных образцов цвета, передаваемых с уменьшенной цветовой насыщенностью (показатель потускнения цвета, CDI). Эти два показателя качества, измеряемые в процентах по отношению к общему количеству испытательных образцов Манселла (1269), являются альтернативами, предложенными шкале цветовых предпочтений и шкале площади гаммы CQS, основанных на 15 испытательных образцах, а также прочим показателям площади гаммы, основывающимся на 4-15 испытательных образцах. Поскольку CSI и CDI представлены в одинаковом формате (статистической процентной долей одного и того же набора испытательных образцов цвета), их легко анализировать и сравнивать. Кроме того, в вариантах выполнения настоящего изобретения используется дополнительный показатель качества, которым измеряется относительное количество (процентная доля) испытательных образцов цвета с цветами, передаваемыми с большой точностью (показатель точности цвета, CFI).

На Фиг. 1 представлен метод оценки характеристик цветопередачи, используемый в вариантах выполнения настоящего изобретения. В целях упрощения показаны 20 3-ступенчатых эллипса МакАдама. Эллипсы отображены в пределах плоскости цветности а*-b* цветового пространства CIELAB, где белая точка располагается в центре диаграммы. Насыщенность цвета (цветность) образца представлена в виде расстояния цветовой точки от центра диаграммы, в то время как тон цвета представлен в виде азимутного положения точки. Стрелки на Фиг. 1 являются векторами смещения цветности, исходные точки которых находятся в центрах эллипсов, т.е. на цветностях образцов, освещенных эталонным источником, а направления векторов находятся на цветностях образцов, освещенных исследуемым источником. На вкладыше показаны пять направлений тона цвета, которые являются близкими основным направлениям Манселла (красный, желтый, зеленый, синий и фиолетовый). На этом изображении, семь различных образцов из 20 (8, 10, 13, 14, 15, 16 и 19) передаются с увеличенной насыщенностью (CSI=35) и три различных образца из 20 (12, 18 и 20) передаются с уменьшенной насыщенностью (CDI=15). Остальные десять образцов передаются либо с высокой точностью (2, 3, 4, 5, 6, 9, 11 и 17; CFI=40), либо обладают только искаженным тоном (1 и 7).

Варианты выполнения настоящего изобретения относятся к полихроматическим источникам белого света с ССТ в пределах не менее всего стандартного диапазона от 2700 K до 6500 K, и состоящим из n групп цветных компонентов (n≥2), таких как LED с различными SPD. Такие источники оптимизируются путем подбора наиболее подходящих SPD и RPRF каждой группы цветных излучателей таким образом, чтобы способность белого света с заранее заданной ССТ к насыщению цвета можно было установить и контролировать с помощью задания нужного соотношения CSI и CDI.

Первый аспект изобретения охватывает источники света с заранее заданной ССТ, состоящие из, по крайней мере, двух групп излучателей видимого света, где генерируемые каждой из групп излучателей SPD и RPRF установлены таким образом, чтобы по сравнению с эталонным источником света, при освещении каждого из более чем пятнадцати испытательных образцов цвета, воспринимаемых средним человеческим глазом, как разные, способность освещения к насыщению цвета была установлена таким образом, чтобы: (а) цвета, по крайней мере, заранее заданной фракции испытательных образцов цвета передавались с увеличенной цветовой насыщенностью, и цвета не более, чем другой заранее заданной фракции испытательных образцов цвета передавались с пониженной цветовой насыщенностью, или (б) цвета, по крайней мере, заранее заданной фракции испытательных образцов цвета передавались с пониженной цветовой насыщенностью, и цвета не более, чем другой заранее заданной фракции испытательных образцов цвета передавались с повышенной цветовой насыщенностью, или (в) цвета не более, чем заранее заданной фракции испытательных образцов цвета передавались с пониженной цветовой насыщенностью, а цвета не более, чем другой заранее заданной фракции испытательных образцов цвета передавались с повышенной цветовой насыщенностью. Поскольку высокие значения CSI приводят к смещению красных и синих компонентов к краям видимого спектра и уменьшению общей LER до маргинальных значений (А. Зукаускас и соавт. Opt. Expr. 18, 2287, 2010 г.), источники, оптимизируемые в соответствии с первым аспектом изобретения, должны предпочтительно обладать заранее заданной наименьшей возможной LER или наименьшей возможной световой эффективностью.

Охватываемые первым аспектом изобретения источники света могут состоять из групп цветных излучателей с различными профилями SPD. Чтобы быть конкретнее, искомые SPD цветных излучателей могут быть приблизительно выражены, напр., гауссовыми линиями с полной шириной при половине магнитуды электролюминесцентных полос в 30 нм (что является средним значением для обычных LED высокой яркости AlInGaP и InGaN при обычных рабочих температурах перехода). В настоящем документе оптимальные пиковые положения SPD и RPRF подобраны в рамках этого метода. В качестве альтернативы, источники света, охваченные первым аспектом изобретения, могут состоять их цветных излучателей с заранее заданными профилями SPD, каждый из которых характеризуется отдельным пиковым положением и шириной полосы. В настоящем документе, в рамках этого метода подобраны только оптимальные RPRF.

Второй аспект изобретения охватывает источник света с заранее заданной ССТ, состоящим из, по крайней мере, двух групп излучателей видимого света с заранее заданными SPD любого профиля, где генерируемые каждой группой RPRF синхронно изменяются таким образом, чтобы по сравнению с эталонным источником света, при освещении каждого из более чем пятнадцати испытательных образцов цвета, воспринимаемых средним человеческим глазом, как разные, (а) фракция испытательных образцов цвета, передаваемая с повышенной цветовой насыщенностью, увеличивалась, а фракция испытательных образцов цвета, передаваемая с пониженной цветовой насыщенностью, уменьшалась, или (б) фракция испытательных образцов цвета, передаваемая с повышенной цветовой насыщенностью, уменьшалась, а фракция испытательных образцов цвета, передаваемая с пониженной цветовой насыщенностью, увеличивалась.

Охватываемые вторым аспектом изобретения источники света состоят из групп цветных излучателей с заранее заданными профилями SPD, каждый из которых характеризуется отдельным пиковым положением и шириной полосы. В настоящем документе, в рамках этого метода подобраны только оптимальные RPRF.

В случае с вариантами выполнения настоящего изобретения, выбор наиболее подходящих SPD и RPRF основывается на трех распространенных уравнениях смешения цветов. Состоящее из n цветных компонентов SPD характеризуется вектором в 2n-мерном параметрическом пространстве пиковых длин волн и RPRF, подчиняющихся трем ограничениям, исходящим из трех уравнений смешения цветов. В пределах первого аспекта изобретения, когда подобраны пиковые положения SPD и RPRF, областью оптимизации, в которой функция цели доводится до максимума, является параметрическим пространством со степенью свободы 2n-3. Например, при n=3 проблема оптимизации может быть решена путем поиска в пределах 3-мерного параметрического пространства, напр., трех пиковых длин волн (три RPRF выводятся из трех уравнений смешения цветов). В качестве альтернативы, когда оптимальные пиковые положения SPD известны и подбираются только RPRF, областью оптимизации, в которой функция цели доводится до максимума, является параметрическим пространством со степенью свободы n-3. Например, при n=3 параметрическое пространство 0-мерное, т.е. пиковые длины волн можно получить напрямую из уравнений смешения цветов. В пределах второго аспекта изобретения, областью оптимизации является параметрическое пространство со степенью свободы n-3. Например, при n=4 проблема оптимизации может быть решена путем поиска в пределах 1-мерного параметрического пространства, напр., одного RPRF (остальные три RPRF выводятся из трех уравнений смешения цветов). Целевой функцией, доводимой до максимума в процессе оптимизации, здесь является комбинация CSI и CDI. Процесс оптимизации может также подчиняться ограничениям, заранее установленными минимальными возможными значениями LER или световой эффективности. Для нахождения максимального значения целевой функции можно использовать компьютерную программу, выполняющую поиск на многомерной поверхности. В случае большого количества измерений можно применять эвристические методы, увеличивающие скорость процедуры поиска.

Оптимизированные SPD, предусмотренные аспектами изобретения, представлены длинами волн и RPRF цветных компонентов, и характеризуются двумя признаками насыщения цвета (CSI и CDI), а также LER. Чтобы избежать проблем хроматической адаптации, все смоделированные SPD имеют точку цветности, расположенную точно на кривой дневного света CIE. Максимизация CSI или CDI, или максимизация разности этих показателей, или минимизация обоих показателей дает SPD источников белого света заранее установленную способность к насыщению цвета, которой нельзя достигнуть в рамках других методов, основанных на общем индексе цветопередачи, шкале качества цветопередачи или площади гаммы. Еще одним преимуществом источников света, представленных в вариантах выполнения настоящего изобретения, является возможность динамической регулировки способности к насыщению цвета, т.е. подгонка источника к отдельным потребностям пользователя в цветовом качестве освещения.

В вариантах выполнения настоящего изобретения, оптимизированные в рамках первого аспекта, SPD полихроматических твердотельных ламп изобретения, могут быть получены для различных ограничений CSI и CDI. В случае с гауссовыми цветными компонентами шириной в 30 нм, при интервале ССТ от 2700 K до 6500 K и LER с заранее заданным минимальным значением в 250 лм/Вт, ограничения CSI и CDI для кластеров LED могут быть получены следующим способом:

Ограничение CDI до не более чем 5% и ограничение CSI до не менее чем 50%, соответственно, может быть получено при использовании трехкомпонентного кластера, состоящего из LED с пиковыми длинами волн, подобранными из интервалов в 405-490 нм, 505-560 нм и 600-642 нм, соответственно. Высокие значения CSI и низкие значения CDI требуют отсутствия излучения в желтой области между 560 нм и 600 нм. Ограничение CSI до не более чем 5% и ограничение CDI до не менее чем 50%, соответственно, может быть получено при использовании двухкомпонентного кластера, состоящего из LED с пиковыми длинами волн, подобранными из интервалов в 568-585 нм и еще одного LED с пиковой длиной волн, которая дополняет пиковую длину волн первого LED таким образом, чтобы можно было поддерживать необходимую белую точку цветности (405-486 нм). Такое же ограничение можно получить для трехкомпонентного кластера, состоящего из LED с пиковыми длинами волн, подобранными из интервалов в 405-486 нм, 560-600 нм, и третьего LED с пиковой длиной волн, которая дополняет пиковую длину волн первого и второго LED таким образом, чтобы можно было поддерживать необходимую белую точку цветности (400-700 нм). Высокие значения CDI и низкие значения CSI требуют присутствие низкого уровня излучения в красной области выше 600 нм.

Ограничение CSI и CDI до не более чем 16% может быть получено при использовании трехкомпонентного кластера, состоящего из LED с пиковыми длинами волн, подобранными из интервалов в 410-489 нм, 515-566 нм и 595-644 нм, соответственно. CDI и CSI могут быть ограничены до еще более низкого значения в 3% при использовании четырехкомпонентного кластера, состоящего из LED с пиковыми длинами волн, подобранными из интервалов в 419-478 нм, 490-540 нм, 550-592 нм и 612-660 нм, соответственно. Низкие значения CSI и низкие значения CDI требуют присутствия значительного излучения, как в красной, так и в желтой областях.

На Фиг. 2 представлены примеры оптимизированных SPD полихроматических твердотельных ламп, полученные в рамках первого аспекта изобретения, где пиковые положения и RPRFs цветных компонентов шириной в 30 нм были установлены в ходе процесса оптимизации. Результаты оптимизации приведены для трех стандартных значений ССТ (3000 K - прямые линии; 4500 K - пунктирные линии и 6500 K - точечные линии).

Первым способом выполнения первого аспекта настоящего изобретения является источник света с максимизированной способностью к насыщению цвета при ССТ, заранее заданной в интервале от 2700 K до 6500 K и минимальной LER, заранее заданной в интервале от 250 лм/Вт до 260 лм/Вт, который может охватывать три группы цветных светоизлучающих диодов с пиковыми длинами около 408-486 нм, 509-553 нм и 605-642 нм; количество различных испытательных образцов цвета в одном комплекте может превышать 1000; минимальная фракция испытательных образцов цвета, передаваемых с повышенной цветовой насыщенностью, может быть заранее задана выше 60%; максимальная фракция испытательных образцов цвета, передаваемых с повышенной цветовой насыщенностью, может быть заранее задана ниже 4%.

Более конкретно, источник белого света, обладающий LER не менее 250 лм/Вт, может состоять из, например, трех групп LED со средней шириной полосы около 30 нм. При использовании 1200 различных испытательных образцов цвета такой источник способен передать:

- не менее чем 75% фракцию испытательных образцов цвета с повышенной насыщенностью цвета и не превышающую 2% фракцию испытательных образцов цвета с пониженной насыщенностью цвета:

(А1) когда пиковые длины волн и RPRF LED заданы на около 449 нм, 521 нм и 635 нм, и на 0,069, 0,316 и 0.615, соответственно, при ССТ в 3000 K (прямая линия на Фиг. 2, часть А);

(А2) когда пиковые длины волн и RPRF LED заданы на около 432 нм, 517 нм и 630 нм, и на около 0,170, 0,382 и 0,448, соответственно, при ССТ в 4500 K (пунктирная линия на Фиг. 2, часть А);

(A3) когда пиковые длины волн и RPRF LED заданы на около 447 нм, 512 нм и 625 нм, и на около 0,201, 0,436 и 0,363, соответственно, при ССТ в 6500 K (точечная линия на Фиг. 2, часть А).

Значение CSI уменьшается не более чем на 5%, когда пиковые длины волн отличаются от вышеуказанных на около 50 нм, 10 нм и 20 нм для первого, второго и третьего компонентов, соответственно.

Другим способом выполнения первого аспекта настоящего изобретения является источник света с максимизированной способностью делать цвет тусклее при ССТ, заранее заданной в интервале от 2700 K до 6500 K и минимальной LER, заранее заданной в интервале от 250 лм/Вт до 400 лм/Вт, который может охватывать две группы цветных LED с пиковыми длинами около 405-486 нм и 570-585 нм или три группы цветных LED с пиковыми длинами около 405-486 нм, 490-560 нм и 585-600 нм; количество различных испытательных образцов цвета в одном комплекте может превышать 1000; минимальная фракция испытательных образцов цвета, передаваемых с пониженной цветовой насыщенностью, может быть заранее задана выше 60%; максимальная фракция испытательных образцов цвета, передаваемых с повышенной цветовой насыщенностью, может быть заранее задана ниже 4%.

Более конкретно, источник белого света, обладающий LER не менее 390 лм/Вт, может состоять из, например, двух групп LED со средней шириной полосы около 30 нм. При использовании 1200 различных испытательных образцов цвета такой источник способен передать:

- не менее чем 75% фракцию испытательных образцов цвета с пониженной насыщенностью цвета и не превышающую 4% фракцию испытательных образцов цвета с повышенной насыщенностью цвета:

(B1) когда пиковые длины волн и RPRF LED заданы на около 462 нм и 579 нм, и на около 0,189 и 0,811, соответственно, при ССТ в 3000 K (прямая линия на Фиг. 2, часть В);

(B2) когда пиковые длины волн и RPRF LED заданы на около 458 нм и 573 нм, и на около 0,302 и 0,698, соответственно, при ССТ в 4500 K (пунктирная линия на Фиг. 2, часть В);

(B3) когда пиковые длины волн и RPRF LED заданы на около 459 нм и 570 нм, и на около 0,409 и 0,591, соответственно, при ССТ в 6500 K (точечная линия на Фиг. 2, часть В).

Значение CDI уменьшается не более чем на 5%, когда пиковые длины волн отличаются от вышеуказанных на около 15 нм и 3 нм для первого и второго компонентов, соответственно.

В качестве альтернативы, источник белого света, обладающий LER не менее 350 лм/Вт, может состоять из, например, трех групп LED со средней шириной полосы около 30 нм. При использовании 1200 различных испытательных образцов цвета такой источник способен передать:

- не менее чем 65% фракцию испытательных образцов цвета с пониженной насыщенностью цвета и не превышающую 2% фракцию испытательных образцов цвета с повышенной насыщенностью цвета:

(С1) когда пиковые длины волн и RPRF LED заданы на около 462 нм, 541 нм и 594 нм, и на около 0,170, 0,242 и 0,588, соответственно, при ССТ в 3000 K (прямая линия на Фиг. 2, часть С);

(С2) когда пиковые длины волн и RPRF LED заданы на около 472 нм, 550 нм и 595 нм, и на около 0,348, 0,284 и 0,368, соответственно, при ССТ в 4500 K (пунктирная линия на Фиг. 2, часть С);

(С3) когда пиковые длины волн и RPRF LED заданы на около 465 нм, 550 нм и 599 нм, и на около 0,408, 0,338 и 0.254, соответственно, при ССТ в 6500 K (точечная линия на Фиг. 2, часть С).

Значение CDI уменьшается не более чем на 5%, когда пиковые длины волн отличаются от вышеуказанных на около 3 нм, 4 нм и 3 нм для первого, второго и третьего компонентов, соответственно.

Третьим способом выполнения первого аспекта настоящего изобретения является источник света с низким уровнем искажения цветового насыщения при ССТ, заранее заданной в интервале от 2700 K до 6500 K и минимальной LER, заранее заданной в интервале от 250 лм/Вт до 400 лм/Вт, который может охватывать три группы цветных LED с пиковыми длинами около 433-487 нм, 519-562 нм и 595-637 нм или четыре группы цветных LED с пиковыми длинами около 434-475 нм, 495-537 нм, 555-590 нм и 616-653 нм; количество различных испытательных образцов цвета в одном комплекте может превышать 1000; фракции испытательных образцов цвета, передаваемых с пониженной цветовой насыщенностью и фракция испытательных образцов цвета, передаваемых с повышенной цветовой насыщенностью, могут быть минимизированы до отметки ниже 14% и ниже 2% в случае с тремя и четырьмя LEDs, соответственно. Более конкретно, источник белого света, обладающий LER не менее 330 лм/Вт, может состоять из, например, трех групп LED со средней шириной полосы около 30 нм. При использовании 1200 различных испытательных образцов цвета такой источник способен передать:

- фракции испытательных образцов цвета с повышенной цветовой насыщенностью и фракции испытательных образцов цвета с пониженной цветовой насыщенностью, минимизированные до отметки ниже 14%:

(D1) когда пиковые длины волн и RPRF LED заданы на около 478 нм, 552 нм и 617 нм, и на около 0,217, 0,317 и 0,466, соответственно, при ССТ в 3000 K (прямая линия на Фиг. 2, часть D);

(D2) когда пиковые длины волн и RPRF LED заданы на около 478 нм, 552 нм и 617 нм, и на около 0,366, 0,304 и 0,330, соответственно, при ССТ в 4500 K (пунктирная линия на Фиг. 2, часть D);

(D3) когда пиковые длины волн и RPRF LED заданы на около 455 нм, 526 нм и 597 нм, и на около 0,327, 0,339 и 0,334, соответственно, при ССТ в 6500 K (точечная линия на Фиг. 2, часть D).

Значение CSI и CDI увеличиваются не более чем на 5%, когда пиковые длины волн отличаются от вышеуказанных на около 2 нм, 1 нм и 3 нм для первого, второго и третьего компонентов, соответственно.

В качестве альтернативы, источник белого света, обладающий LER не менее 300 лм/Вт, может состоять из, например, четырех групп LED со средней шириной полосы около 30 нм. При использовании 1200 различных испытательных образцов цвета такой источник способен передать:

- фракции испытательных образцов цвета с повышенной цветовой насыщенностью и фракции испытательных образцов цвета с пониженной цветовой насыщенностью, минимизированные до отметки ниже 2%:

(Е1) когда пиковые длины волн и RPRF LED заданы на около 465 нм, 529 нм, 586 нм и 642 нм, и на около 0,121, 0,202, 0,271 и 0,406, соответственно, при ССТ в 3000 K (прямая линия на Фиг. 2, часть Е);

(Е2) когда пиковые длины волн и RPRF LED заданы на около 461 нм, 525 нм, 584 нм и 639 нм, и на около 0,212, 0,259, 0,242 и 0,287, соответственно, при ССТ в 4500 K (пунктирная линия на Фиг. 2, часть Е);

(Е3) когда пиковые длины волн и RPRF LED заданы на около 457 нм, 522 нм, 582 нм и 637 нм, и на около 0,291, 0,278, 0,217 и 0,214, соответственно, при ССТ в 6500 K (точечная линия на Фиг. 2, часть Е).

Значение CSI и CDI увеличиваются не более чем на 5%, когда пиковые длины волн отличаются от вышеуказанных на около 6 нм, 3 нм и 3 нм для первого, второго, третьего и четвертого компонентов, соответственно.

В таблице 1 приведены числовые данные параметров для SPD, отображенных на Фиг. 2 (CSI, CDI, LER, пиковые длины волн и RPRFs). Значения общего коэффициент цветопередачи Ra и показателя точности цвета (CFI) также приведены в таблице 1.

Аналогичные данные оптимизации можно получить для других значениях ССТ и минимальной LER. Более низкие и более высокие значения ССТ приводят к относительному повышению RPRF более длинноволновых и более коротковолновых цветных компонентов, соответственно. Более низкие значения минимальной LER приводят к более широкому распространению компонентов по спектру, особенно в случае с источниками, обладающим высоким CSI. Однако все SPD с высоким CSI обладают низкой спектральной мощностью в желто-зеленой области спектра (примерно между 560 нм и 600 нм); все SPD с высоким CDI обладают низкой спектральной мощностью в красной области спектра (ниже 600 нм); и все SPD с низкими CSI и CDI обладают существенной спектральной мощностью в красной и желтой областях спектра.

На Фиг. 2 и в таблице 1 показано, что оптимизированные полихроматические источники с заранее заданными характеристиками насыщения цвета обладают множеством общих черт, таких как:

(A) Две характеристики насыщения цвета находятся в отрицательном соотношении, т.е. источники с повышенными CDI обладают пониженными CSI и наоборот;

(B) В источниках с высокими значениями CSI спектральная мощность в интервале между 560 нм и 600 нм является низкой;

(C) В источниках с высокими значениями CDI спектральная мощность в интервале ниже 600 нм является низкой;

(D) В источниках с низкими значениями CDI и CSI спектральная мощность в обоих интервалах выше 600 нм и между 560 нм и 600 нм является существенной;

(E) Источники с более высоким CSI обладают более низкой LER по сравнению с источниками с более высоким CDI, поскольку первые обладают более низкой спектральной мощностью в интервале между 560 нм и 600 нм, где спектральная LER является высокой.

Исходя из данных, отображенных на Фиг. 2 и представленных в таблице 1, а также других данных, полученных аналогичным способом в соответствии с методами первого аспекта настоящего изобретения, полихроматический источник света с заранее заданной ССТ и заранее заданной минимальной LER или минимальной светоотдачей, который может состоять из как минимум трех групп различных цветных излучателей, где генерируемые каждой из групп излучателей SPD и RPRF оптимально установлены таким образом, чтобы при освещении набора испытательных образцов цвета, воспринимаемых средним человеческим глазом, как разные, количество образцов, передаваемых с повышенной цветовой насыщенностью могло обладать значениями не менее тех, которые были заранее установлены, а количество образцов, передаваемых с пониженной цветовой насыщенностью, могло обладать значениями не выше тех, которые были заранее установлены. И наоборот, полихроматический источник света с заранее заданной ССТ и заранее заданной минимальной LER или минимальной светоотдачей, который может состоять из как минимум двух групп различных цветных излучателей, где генерируемые каждой из групп излучателей SPD и RPRF оптимально установлены таким образом, чтобы при освещении набора испытательных образцов цвета, воспринимаемых средним человеческим глазом, как разные, количество образцов, передаваемых с пониженной цветовой насыщенностью могло обладать значениями не менее тех, которые были заранее установлены, а количество образцов, передаваемых с повышенной цветовой насыщенностью, могло обладать значениями не выше тех, которые были заранее установлены. Третьим вариантом является полихроматический источник света с заранее заданной ССТ и заранее заданной минимальной LER или минимальной светоотдачей, состоящий из как минимум трех групп различных цветных излучателей, где генерируемые каждой из групп излучателей SPD и RPRF оптимально установлены таким образом, чтобы при освещении набора испытательных образцов цвета, воспринимаемых средним человеческим глазом, как разные, количество образцов, передаваемых с пониженной цветовой насыщенностью, и количество образцов, передаваемых с повышенной цветовой насыщенностью, могло обладать значениями не выше тех, которые были заранее установлены.

Оптимизации может включать такие свойства, как, например,

(A) максимизация количества испытательных образцов цвета, передаваемых с повышенной цветовой насыщенностью, когда количество образцов, передаваемых с пониженной цветовой насыщенностью, ограничивается значением, меньшим максимально разрешенного;

(B) максимизация количества испытательных образцов цвета, передаваемых с пониженной цветовой насыщенностью, когда количество образцов, передаваемых с повышенной цветовой насыщенностью, ограничивается значением, меньшим максимально разрешенного.

(C) максимизация разницы количества испытательных образцов цвета, передаваемых с повышенной цветовой насыщенностью, и количества испытательных образцов цвета, передаваемых с пониженной цветовой насыщенностью;

(D) максимизация разницы количества испытательных образцов цвета, передаваемых с пониженной цветовой насыщенностью, и количества испытательных образцов цвета, передаваемых с повышенной цветовой насыщенностью;

(E) минимизация как количества испытательных образцов цвета, передаваемых с повышенной цветовой насыщенностью, так и количества испытательных образцов цвета, передаваемых с пониженной цветовой насыщенностью.

Предпочтительно, количество испытательных образцов цвета в одном комплекте должно превышать 15. Также допускается использование образцов с очень разными тонами цвета, цветностью и интенсивностью.

В рамках первого аспекта изобретения, оптимизированные SPD полихроматических твердотельных ламп с различными ограничениями CSI и CDI, могут быть также получены для цветных компонентов с заранее заданными профилями SPD, каждый из которых характеризуется отдельным пиковым положением и шириной полосы. Подобные цветные компоненты могут генерироваться с помощью доступных в продаже LED прямого излучения. При условии, что LED с соответствующими пиковыми длинами волн имеются в наличии, для этих LED подбираются только оптимальные RPRF.

На Фиг. 3 показаны SPD девяти имеющихся LED, рассматриваемых при оптимизации практических полихроматических источников света в рамках первого аспекта изобретения (SPD нормализуются по мощности). Восемь SPD, представленных в виде прямых линий, являются обычными, находящимися в массовом производстве коммерческими цветными LED, которые доступны только для определенных пиковых длин волн, которые отвечают потребностям индустрии производства мониторов и вывесок. Отсюда видно, что профиль SPD несколько отличается от гауссовой формы и отличается асимметричностью. LED различных цветов также имеют различные ширины полос. Здесь мы обозначаем эти LED по их пиковым положениям и цветам. Синие 452 нм и 469 нм LED InGaN (ширина полос около 20 нм) используются в полноцветных видеодисплеях. Зелено-голубые 512 нм и зеленые 523 нм LEDs InGaN (ширина полос около 30 нм и 32 нм, соответственно) используются в светофорах и видеодисплеях, соответственно. Янтарный 591 нм LED AlGaInP (ширина полосы около 15 нм) и 589 нм LED с люминофором InGaN (ширина полосы около 70 нм) используются в светофорах и автомобильных световых сигналах. Красные 625 нм и 637 нм LED AlGaInP (ширина полос около 15 нм и 16 нм, соответственно) используются в видеодисплеях и светофорах, соответственно, а также во многих видах вывесок. Девятое SPD, представленное пунктирной линией, характерно для белого двухцветного LED с люминофором, обладающего двумя пиками спектра при около 447 нм и 547 нм с шириной полос около 18 нм и 120 нм, соответственно. Эти LED используются в области освещения и для вывесок.

В соответствии с первым аспектом настоящего изобретения, в случае с полихроматическим источником белого света с высоким CSI и низким CDI необходимо выбрать три цветных излучателя, либо из 452 нм, либо из 469 нм LED; либо из 512 нм, либо из 523 нм LED; и либо из 625 нм, либо из 637 нм LED. В случае с полихроматическим источником белого света с высоким CDI и низким CSI, LED, подходящих для двухкомпонентного кластера, обладающего необходимой белой цветностью, нет. Однако такой источник может быть собран их трех цветных излучателей, которые необходимо выбирать либо из 452 нм, либо из 469 нм LED; либо из 512 нм, либо из 523 нм LED; и либо из 589 нм, либо из 591 нм LED. Полихроматический источник белого света с низкими CSI и CDI может состоять из трех LED только при ССТ выше 4500 K. Один LED необходимо выбрать из либо 452 нм, либо из 469 нм LED, а другие два - из 512 нм и 589 нм LED. Такой источник может также состоять из четырех цветных излучателей, которые необходимо выбрать либо из 452 нм, либо из 469 нм LED; либо из 512 нм, либо из 523 нм LED; либо из 589 нм, либо из 591 нм LED; и либо из 625 нм, либо из 637 нм LED.

На Фиг. 4 показаны примеры оптимизированных SPD полихроматических твердотельных ламп в рамках первого аспекта изобретения, когда во время процесса оптимизации был задан RPRF каждого LED с заранее заданным профилем SPD. Результаты оптимизации приведены для трех стандартных значений ССТ (прямые линии - 3000 K; пунктирные линии - 4500 K и точечные линии - 6500 K).

Первым примером является источник света с максимизированной способностью к насыщению цвета и минимизированной способностью делать цвет тусклее, состоящий из трех групп LED с подобранными пиковыми длинами волн в 452 нм, 523 нм и 625 нм. При использовании 1200 различных испытательных образцов цвета, такой источник способен передать не менее чем 65% фракцию испытательных образцов цвета с повышенной насыщенностью цвета и не превышающую 3% фракцию испытательных образцов цвета с пониженной насыщенностью цвета:

(А1) когда RPRF LED заданы на уровне около 0,103, 0,370 и 0,527, соответственно, для ССТ в 3000 K (прямя линия на Фиг. 4, часть А);

(А2) когда RPRF LED заданы на уровне около 0,195, 0,401 и 0,405, соответственно, для ССТ в 4500 K (пунктирная линия на Фиг. 4, часть А);

(A3) когда RPRF LED заданы на уровне около 0,283, 0,392 и 0,325, соответственно, для ССТ в 6500 K (точечная линия на Фиг. 4, часть А).

Вторым примером является источник света с максимизированной способностью делать цвет тусклее и минимизированной способностью к насыщению цвета, состоящий из трех групп LED с подобранными пиковыми длинами волн в 452 нм, 523 нм и 591 нм. При использовании 1200 различных испытательных образцов цвета, такой источник способен передать не менее чем 50% фракцию испытательных образцов цвета с пониженной насыщенностью цвета и не превышающую 2% фракцию испытательных образцов цвета с повышенной насыщенностью цвета:

(B1) когда RPRF LED заданы на уровне около 0,154, 0,228 и 0,618, соответственно, для ССТ в 3000 K (прямя линия на Фиг. 4, часть В);

(B2) когда RPRF LED заданы на уровне около 0,254, 0,308 и 0,438, соответственно, для ССТ в 4500 K (пунктирная линия на Фиг. 4, часть В);

(B3) когда RPRF LED заданы на уровне около 0,346, 0,320 и 0,334, соответственно, для ССТ в 6500 K (точечная линия на Фиг. 4, часть В).

Третьим примером является источник света с минимизированными как способностью делать цвет тусклее, так и способностью к насыщению цвета, состоящий из трех или четырех групп LED. В случае с тремя LED с подобранными пиковыми длинами волн в 452 нм, 512 нм и 589 нм такой источник в состоянии передать фракции 1200 различных испытательных образцов цвета как с повышенной, так и с пониженной насыщенностью цвета, не превышающие:

(С1) 33%, когда RPRF LED заданы на уровне около 0,207, 0,254 и 0,539, соответственно, для ССТ в 4500 K (пунктирная линия на Фиг. 4, часть С);

(С2) 12%, когда RPRF LED заданы на уровне около 0,291, 0,280 и 0,429, соответственно, для ССТ в 6500 K (точечная линия на Фиг. 4, часть С).

В случае с четырьмя LED с подобранными пиковыми длинами волн в 452 нм, 523 нм, 589 нм и 637 нм такой источник в состоянии передать фракции 1200 различных испытательных образцов цвета как с повышенной, так и с пониженной насыщенностью цвета, не превышающие 5%:

(D1) когда RPRF LED заданы на уровне около 0,112, 0,225, 0,421 и 0,242, соответственно, для ССТ в 3000 K (прямя линия на Фиг. 4, часть D);

(D2) когда RPRF LED заданы на уровне около 0,208, 0,283, 0,353 и 0,156, соответственно, для ССТ в 4500 K (пунктирная линия на Фиг. 4, часть D);

(D3) когда RPRF LED заданы на уровне около 0,300, 0,293, 0,305 и 0,102, соответственно, для ССТ в 6500 K (точечная линия на Фиг. 4, часть D).

В таблице 2 приведены числовые данные параметров для SPD, отображенных на Фиг. 4 (CSI, CDI, LER и RPRF). Значения общего коэффициент цветопередачи Ra и показателя точности цвета (CFI) также приведены в таблице 2.

Таблица 2

/Надпись в таблице: Относительные частичные лучистые потоки LED/

Аналогичные данные оптимизации можно получить для других значений ССТ. Более низкие и более высокие значения ССТ приводят к относительному повышению RPRF более длинноволновых и более коротковолновых цветных компонентов, соответственно.

Исходя из данных, отображенных на Фиг. 4 и представленных в таблице 2, а также других данных, полученных аналогичным способом в соответствии с методами первого аспекта настоящего изобретения, полихроматический источник света с заранее заданной ССТ, который может состоять из как минимум трех групп различных цветных LED, где генерируемые каждой из групп LED пиковые длины волн и RPRF оптимально установлены таким образом, чтобы при освещении набора испытательных образцов цвета, воспринимаемых средним человеческим глазом, как разные, количество образцов, передаваемых с повышенной цветовой насыщенностью могло обладать значениями не менее тех, которые были заранее установлены, а количество образцов, передаваемых с пониженной цветовой насыщенностью, могло обладать значениями не выше тех, которые были заранее установлены. И наоборот, полихроматический источник света с заранее заданной ССТ, который может состоять из как минимум двух групп различных цветных LED, где генерируемые каждой из групп LED пиковые длины волн и RPRF оптимально установлены таким образом, чтобы при освещении набора испытательных образцов цвета, воспринимаемых средним человеческим глазом, как разные, количество образцов, передаваемых с пониженной цветовой насыщенностью могло обладать значениями не менее тех, которые были заранее установлены, а количество образцов, передаваемых с повышенной цветовой насыщенностью, могло обладать значениями не выше тех, которые были заранее установлены. Третьим вариантом является полихроматический источник света с заранее заданной ССТ, состоящий из как минимум четырех групп различных цветных LED, где генерируемые каждой из групп LED пиковые длины волн и RPRF оптимально установлены таким образом, чтобы при освещении набора испытательных образцов цвета, воспринимаемых средним человеческим глазом, как разные, количество образцов, передаваемых с пониженной цветовой насыщенностью, и количество образцов, передаваемых с повышенной цветовой насыщенностью, могло обладать значениями не выше тех, которые были заранее установлены.

Предпочтительно, количество испытательных образцов цвета в одном комплекте должно превышать, или даже значительно превышать 15. Также допускается использование образцов с очень разными тонами цвета, цветностью и интенсивностью.

В рамках второго аспекта изобретения, SPD полихроматических твердотельных источников света с динамически регулируемой способностью к насыщению цвета устанавливаются путем варьирования RPRF цветных излучателей с заранее заданными SPD. Для этого может быть оптимальным образом подобран и использован один комплект цветных излучателей, таких, как группы LED. Варианты выполнения настоящего изобретения могут основываться на динамическом регулировании способности к насыщению цвета путем выбора предельного SPD с высоким CDI и низким CSI и постепенного понижения заранее заданного значения CDI и максимизирования CSI путем варьирования RPRF цветных излучателей (напр., путем варьирования среднего тока питания каждой группы LED) до достижения другого предельного SPD с низким CDI и высоким CSI. Более конкретно, регулирование способности к насыщению цвета можно производить с помощью SPD, который является взвешенной суммой двух предельных SPD с высоким CSI (низким CDI) и а высоким CDI (низким CSI), соответственно. В частности, можно использовать взвешенную сумму двух SPD с максимально высоким CSI и максимально высоким CDI, доступными в выбранном комплекте LED:

где σ - весовой параметр настройки. В соответствии с этим подходом подразумевается, RPRF i-го цветного излучателя является взвешенной суммой соответствующих RPRF предельных SPD с одинаковым весовым параметром:

В вариантах выполнения настоящего изобретения, регулируемый источник света с ССТ, меняющейся от 2700 K до 6500 K, и LER, меняющейся с отметки не менее 250 лм/Вт, может обладать SPD, состоящим из, по крайней мере, четырех компонентов шириной в 30 нм с пиковыми длинами волн около 405-490 нм, 505-560 нм, 560-600 нм и 600-642 нм; количество различных испытательных образцов цвета в одном комплекте может превышать 1000; фракция испытательных образцов цвета, передаваемых с пониженной цветовой насыщенностью, может варьироваться в пределах от 1% до 81%; фракция испытательных образцов цвета, передаваемых с повышенной цветовой насыщенностью, может варьироваться в пределах от 0% до 82%. Такой источник может также иметь SPD, создаваемое компонентами с различной шириной полосы.

Например, полихроматическая твердотельная лампа с регулируемой способностью к насыщению цвета может состоять из, по крайней мере, четырех групп используемых цветных излучателей, таких как цветные LED с SPD, представленными на Фиг. 3. В частности, в частности, пиковые длины волн LED могут быть заранее выбраны в пределах или как можно ближе к спектральным интервалам, определенным в первом аспекте изобретения, чтобы иметь высокие значения CSI и CDI в предельных точках. В качестве альтернативного метода выступает использование LED с люминофором, который обладает высокой способностью делать цвета тусклее в предельной точке, и кластер из трех цветных LED с высокой способностью к насыщению цвета в другой предельной точке.

На Фиг. 5, 6, и 7 представлены SPD полихроматических твердотельных ламп с динамически регулируемой способностью к насыщению цвета при различных ССТ, полученные в рамках второго аспекта изобретения, где предельные SPD состоят из компонентов, соответствующих цветным LED. Кластер, состоящий из LED с пиковыми длинами волн 452 нм, 523 нм и 625 нм и шириной полос 20 нм, 32 нм и 15 нм, соответственно, используется в качестве конечной точки насыщения цвета, а кластер, состоящий из LED с пиковыми длинами волн 452 нм, 523 нм и 591 нм и шириной полос 20 нм, 32 нм и 15 нм, соответственно, используется в качестве конечной точки потускнения цвета. Поскольку в этих двух предельных кластерах присутствуют общие 452 нм и 523 нм LED, регулировка способности к насыщению цвета (путем понижения CDI и повышения CSI) может выполняться в пределах кластера из четырех LED, состоящего из 452-nm, 523 нм, 591 нм 625 нм LED, путем изменения RPRF LED. На Рис. 5, 6 и 7 показаны полученные SPD при ССТ в 3000 K, 4500 K и 6500 K, соответственно. В частях А Фиг. 5-7 представлены предельные SPD для максимального CDI и минимального CSI. В частях В Фиг. 5-7 представлены взвешенные SPD с низкими CSI и CDI. В частях С Фиг. 5-7 представлены предельные SPD для максимального CSI и минимального CDI. В частях D Фиг. 5-7 представлены CSI, CDI и LER в качестве функций весового параметра σ. В частях E Фиг. 5-7 представлено изменение RPRF четырех LED с σ.

В таблицах 3, 4 и 5 приведены числовые данные параметров, отображенных на Фиг. 5, 6 и 7, соответственно, а также значения общего коэффициент цветопередачи Ra и показателя точности цвета (CFI).

Как видно из данных, отображаемых на Фиг. 5, 6 и 7, а также в таблицах 3, 4 и 5, максимальные значения CDI и максимальные значения CSI получаются при предельных SPD 3-LED при σ=0 и σ=1, соответственно. Эти значения соответствуют кластерам LED, оптимизированным в рамках первого аспекта изобретения (см. Фиг. 4 и таблицу 2). При возрастающем весовом параметре CDI уменьшается, а CSI увеличивается. При определенном промежуточном значении σ, CDI и CSI обладают почти одинаковыми значениями, находящимися ниже определенного порогового значения. Например, CDI и CSI не превышают 14% при σ=0,55 при ССТ равной 3000 K; 9% при σ=0,50 при ССТ равной 4500 K; и 9% при σ=0,45 при ССТ равной 6500 K, соответственно. Вокруг этих промежуточных значений весовых параметров SPD обладают высокой точностью передачи цвета (высокими значениями CFI).

На Фиг. 8 представлены SPD полихроматических твердотельных ламп с динамически регулируемой способностью к насыщению цвета при различных ССТ, полученные в рамках второго аспекта изобретения, где предельное SPD с максимальным CDI получается с помощью двухкомпонентного (сине-желтого) белого LED с люминофором, а предельное SPD с максимальным CSI получается с помощью кластера из цветных LED, состоящего из 452 нм, 523 нм и 637 нм LED. Эта лампа обладает ССТ равной 6042 K, что характерно для белого LED. В частях А Фиг. 8 представлены предельные SPD для максимального CDI и минимального CSI. В частях В Фиг. 8 представлены взвешенные SPD с низкими CSI и CDI. В частях С Фиг. 8 представлены предельные SPD для максимального CSI и минимального CDI. В частях D Фиг. 8 представлены CSI, CDI и LER в качестве функций весового параметра σ. В частях E Фиг. 8 представлено изменение RPRF четырех LED с σ.

В таблице 6 приведены числовые данные параметров, отображенных на Фиг. 8, а также значения общего коэффициент цветопередачи Ra и показателя точности цвета (CFI).

Как видно из данных, отображаемых на Фиг. 8, а также в таблице 6, максимальные значения CDI и максимальные значения CSI получаются при предельных SPD при σ=0 и σ=1, соответственно. При возрастающем весовом параметре CDI уменьшается, а CSI увеличивается. При определенном промежуточном значении σ=0,30, CDI и CSI обладают почти одинаковыми значениями, находящимися ниже 14%. При этом промежуточном значении весовых параметров SPD обладают высокой точностью передачи цвета (высокими значениями CFI).

Из Фиг. 5-8 и таблиц 3-6 видно, что полихроматические твердотельные источники с регулируемой способностью к насыщению цвета обладают множеством общих черт, таких как:

(A) Непрерывное изменение весового параметра в пределах интервала от 0 до 1 приводит к приводит к монотонному уменьшению CDI и монотонному увеличению CSI.

(B) С увеличением весового параметра (т.е. с увеличением CSI за счет CDI), RPRF красных и зеленых компонентов увеличиваются, в то время как RPRF синих и янтарных компонентов, а также LER уменьшается;

(C) Высокие значения CDI достигаются с исчезновением красного компонента;

(D) Высокие значения CSI достигаются с исчезновением янтарного (желтого) компонента;

(E) Изменение CDI и CSI является нелинейным в отношении весового параметра; баланс между CDI и CSI достигается при σ от около 0,3 до 0,55.

Исходя из данных, отображенных на Фиг. 5-8 и представленных в таблицах 3-6, а также других данных, полученных аналогичным способом в соответствии с методами аспектов настоящего изобретения, по крайней мере, четыре различных LED с заранее заданными SPD, могут составить полихроматический источник света с заранее заданной ССТ, со способностью к насыщению цвета, регулируемой посредством изменения RPRF, генерируемых каждой группой излучателей, таким образом, чтобы при освещении набора испытательных образцов цвета, воспринимаемых средним человеческим глазом, как разные, количество образцов, передаваемых с пониженной цветовой насыщенностью, уменьшалось, а количество образцов, передаваемых с повышенной цветовой насыщенностью, увеличивалось, или наоборот, количество образцов, передаваемых с пониженной цветовой насыщенностью, увеличивалось, а количество образцов, передаваемых с повышенной цветовой насыщенностью, уменьшалось

Подобное регулирование может включать такие свойства, как, например,

(A) максимизация количества испытательных образцов цвета, передаваемых с повышенной цветовой насыщенностью;

(B) максимизация количества испытательных образцов цвета, передаваемых с пониженной цветовой насыщенностью;

(C) максимизация разницы количества испытательных образцов цвета, передаваемых с повышенной цветовой насыщенностью, и количества испытательных образцов цвета, передаваемых с пониженной цветовой насыщенностью;

(D) максимизация разницы количества испытательных образцов цвета, передаваемых с пониженной цветовой насыщенностью, и количества испытательных образцов цвета, передаваемых с повышенной цветовой насыщенностью;

(E) минимизация как количества испытательных образцов цвета, передаваемых с пониженной цветовой насыщенностью, так и количества испытательных образцов цвета, передаваемых с повышенной цветовой насыщенностью;

(F) регулирование способности к насыщению цвета, т.е. соотношения между количеством испытательных образцов цвета, передаваемых с пониженной цветовой насыщенностью и количеством испытательных образцов цвета, передаваемых с повышенной цветовой насыщенностью, посредством изменения SPD как взвешенную сумму двух предельных SPD, оптимизированы в отношении каждого из двух чисел, соответственно.

Предпочтительно, количество испытательных образцов цвета в одном комплекте должно превышать, или даже значительно превышать 15. Также допускается использование образцов с очень разными тонами цвета, цветностью и интенсивностью.

Более конкретно, источник белого света может состоять из, например, четырех групп LED с пиковыми длинами волн около 452 нм, 523 нм, 591 нм и 625 нм, а также шириной полосы около 20 нм, 32 нм, 15 нм и 15 nm, соответственно. При наличии 1200 различных испытательных образцов цвета такой источник можно настроить таким образом, чтобы:

- фракция испытательных образцов цвета, передаваемых с пониженной насыщенностью цвета, была максимальной, а фракция испытательных образцов цвета, передаваемых с повышенной насыщенностью цвета, была минимальной, т.е.:

(А1) около 67% и 1%, соответственно, при ССТ, равной 3000 K, путем выбора RPRF, равных 0,154, 0,228, 0,618 и 0,000, генерируемых 452 нм, 523 нм, 591 нм и 625 нм LED, соответственно;

(А2) около 58% и 1%, соответственно, при ССТ, равной 4500 K, путем выбора RPRF, равных 0,254, 0,308, 0,438 и 0,000, генерируемых 452 нм, 523 нм, 591 нм и 625 нм LED, соответственно;

(A3) около 51% и 0%, соответственно, при ССТ, равной 6500 K, путем выбора RPRF, равных 0,346, 0,320, 0,334 и 0,000, генерируемых 452 нм, 523 нм, 591 нм и 625 нм LED, соответственно.

- фракция испытательных образцов цвета, передаваемых с пониженной насыщенностью цвета, была максимальной, а фракция испытательных образцов цвета, передаваемых с пониженной насыщенностью цвета, была минимальной, т.е.:

(B1) около 77% и 1%, соответственно, при ССТ, равной 3000 K, путем выбора RPRF, равных 0,103, 0,370, 0,000 и 0.527, генерируемых 452 нм, 523 нм, 591 нм и 625 нм LED, соответственно;

(B2) около 70% и 0%, соответственно, при ССТ, равной 4500 K, путем выбора RPRF, равных 0,195, 0,401, 0,000 и 0,404, генерируемых 452 нм, 523 нм, 591 нм и 625 нм LED, соответственно;

(B3) около 67% и 2%, соответственно, при ССТ, равной 6500 K, путем выбора RPRF, равных 0,283, 0,392, 0,000 и 0,324, генерируемых 452 нм, 523 нм, 591 нм и 625 нм LED, соответственно.

- фракции испытательных образцов цвета, передаваемых с пониженной насыщенностью цвета и повышенной насыщенностью цвета, были примерно одинаковыми, т.е.:

(С1) около 14% и 13%, соответственно, при ССТ, равной 3000 K, путем выбора RPRF, равных 0,126, 0,306, 0,279 и 0,289, генерируемых 452 нм, 523 нм, 591 нм и 625 нм LED, соответственно;

(С2) около 9% и 7%, соответственно, при ССТ, равной 4500 K, путем выбора RPRF, равных 0,224, 0,354, 0,219 и 0,203, генерируемых 452 нм, 523 нм, 591 нм и 625 нм LED, соответственно;

(С3) около 8% и 9%, соответственно, при ССТ, равной 6500 K, путем выбора RPRF, равных 0,318, 0,352, 0,184 и 0,146, генерируемых 452 нм, 523 нм, 591 нм и 625 нм LED, соответственно.

Другой пример источника белого света может состоять из двухцветного белого LED с SPD, охватывающим синие и желтые компоненты с пиковыми длинами волн около 447 нм и 547 нм, а также шириной полосы около 18 нм и 120 нм, соответственно, и трех групп цветных LED с пиковыми длинами волн около 452 нм, 523 нм и 637 нм, а также шириной полосы около 20 нм, 32 нм и 16 нм, соответственно. При наличии 1200 различных испытательных образцов цвета такой источник можно настроить таким образом, чтобы:

- фракция испытательных образцов цвета, передаваемых с пониженной насыщенностью цвета, была максимальной, а фракция испытательных образцов цвета, передаваемых с повышенной насыщенностью цвета, около 53% и 4%, соответственно, была минимальной, путем выбора RPRF, равных 1,000, 0,000, 0,000 и 0,000, генерируемых белым LED, и 452 нм, 523 нм и 637 нм LED, соответственно;

- фракция испытательных образцов цвета, передаваемых с повышенной насыщенностью цвета, была максимальной, а фракция испытательных образцов цвета, передаваемых с пониженной насыщенностью цвета, около 68% и 2%, соответственно, была минимальной, путем выбора RPRF, равных 0,000, 0,237, 0,366 и 0,397, генерируемых белым LED, и 452 нм, 523 нм и 637 нм LED, соответственно;

- фракции испытательных образцов цвета, передаваемых с пониженной насыщенностью цвета и повышенной насыщенностью цвета, около 14% и 13%, соответственно, были примерно одинаковыми, путем выбора RPRF, равных 0,697, 0,071, 0,112 и 0,120, генерируемых белым LED, и 452 нм, 523 нм и 637 нм LED, соответственно.

Другие цели и преимущества предназначены для создания дизайна твердотельных источников белого света с двумя регулируемыми противоположными параметрами цветопередачи. Варианты выполнения настоящего изобретения могут охватывать дополнительные компоненты, такие как, например,

(А) электронная схема для затемнения источника света таким образом, чтобы RPRF, генерируемые каждой группой излучателей, поддерживались в пределах постоянных значений;

(В) электронная и/или оптоэлектронная схема для оценки RPRF, генерируемых каждой группой излучателей;

(С) компьютерное аппаратное оборудование и программное обеспечение, предназначенное для управления электронными схемами таким образом, чтобы было можно варьировать ССТ и настраивать фракции испытательных образцов цвета, передаваемых с увеличенной или уменьшенной насыщенностью, поддержки постоянного выхода потока света во время настройки, затемнения и компенсирования тепловых дрифтов и дрифтов старения каждой группы излучателей света.

Полихроматические источники белого света с контролируемой способностью к насыщению цвета, разработанные в соответствии с методами аспектов настоящего изобретения, могут использоваться в области общего освещения, где они могут быть настроены в соответствии с индивидуальными потребностями и предпочтениями цветового зрения, в сфере торгового, архитектурного, развлекательного, медицинского, оздоровительного, уличного и ландшафтного освещения, в целях выделения или притупления цветов различных поверхностей, в прочих областях применения, восприимчивых к качеству цвета, таких как съемка, фотографирование и дизайн, а также в медицине и психологии для лечения и профилактики сезонного аффективного расстройства и прочих расстройств, на которые оказывает влияние качество освещения.

Приведенное выше описание различных аспектов изобретения представлено в целях его иллюстрации и описания. Это описание не предназначено быть исчерпывающим или ограничивать изобретение рамками точной раскрытой формы, и, вне всякого сомнения, здесь возможны многие модификации и вариации. Эти модификации и вариации, которые могут быть очевидными для человека, занятого в данной области техники, включены в объем настоящего изобретения, как определено в прилагаемой формуле изобретения. Например, подобные источники белого света могут быть получены с помощью лазеров с разным количеством цветов, передаваемых с пониженной и увеличенной цветовой насыщенность.

1. Твердотельный источник белого цвета с заранее заданной коррелированной цветовой температурой и заранее заданной минимальной световой эффективностью излучения или минимальной светоотдачей, охватывающий не менее одного пакета из не менее двух групп излучателей видимого света с различным распределением спектральной интенсивности и индивидуальными относительными частичными лучистыми потоками, электронную цепь для управления средним током питания каждой группы излучателей и/или количеством излучателей, зажженных в пределах группы, и компонент для равномерного распределения излучения, исходящего из различных групп излучателей, по освещаемому объекту, отличающийся тем, что распределение спектральной интенсивности и относительных частичных лучистых потоков, генерируемых каждой группой излучателей, является таким, что по сравнению с эталонным источником белого света с такой же коррелированной цветовой температурой, когда каждый из более пятнадцати испытательных образцов цвета, воспринимаемых средним человеческим глазом как разные, освещен, способность к насыщению цвета контролируется таким образом, чтобы фракция испытательных образцов цвета, передаваемых с повышенной насыщенностью, и фракция испытательных образцов цвета, передаваемых с пониженной насыщенностью, были заранее заданы и/или динамически регулировались.

2. Источник света по п. 1, отличающийся тем, что коррелированная цветовая температура устанавливается в диапазоне от около 2500 до 10000 K, способность к насыщению цвета оценивается с учетом хроматической адаптации человеческого зрения, и/или излучатели включают в себя светоизлучающие диоды, излучающие свет посредством инъекции электролюминесценции в полупроводниковые переходы или благодаря частичной или полной конверсии инъекции электролюминесценции в преобразователях длин волн, содержащих люминофоры.

3. Источник света по п. 1, охватывающий не менее трех групп излучателей видимого света, отличающийся тем, что распределение спектральной интенсивности и относительные частичные лучистые потоки, генерируемые каждой вышеупомянутой группой излучателей, являются такими, что по сравнению с эталонным источником белого света, когда каждый из более пятнадцати испытательных образцов цвета, воспринимаемых средним человеческим глазом как разные, освещен:
(а) цвета, по крайней мере, заранее заданной фракции испытательных образцов цвета переданы с повышенной цветовой насыщенностью, и
(б) цвета не более, чем другой заранее заданной фракции испытательных образцов цвета переданы с пониженной цветовой насыщенностью.

4. Источник света по п. 3, отличающийся тем, что относительные частичные лучистые потоки, генерируемые каждой группой излучателей, являются такими, что разница между фракцией, передаваемой с повышенной цветовой насыщенностью, и фракцией, передаваемой с пониженной цветовой насыщенностью, доводится до максимума.

5. Источник света по п. 3, отличающийся тем, что вышеупомянутый источник обладает коррелированной цветовой температурой в пределах 2700-6500 К и световой эффективностью излучения не менее 250 лм/Вт, и состоит из трех групп цветных светоизлучающих диодов со средней шириной полосы около 30 нм, обладающих пиковой длиной волны в пределах интервалов около 408-486 нм, 509-553 нм и 605-642 нм, когда цвета не менее 60% из более чем 1000 различных испытательных образцов цвета передаются с увеличенным насыщением, а цвета не более чем 4% испытательных образцов цвета передаются с уменьшенным насыщением.

6. Источник света по п. 5, отличающийся тем, что упомянутые выше три группы цветных светоизлучающих диодов состоят из синих электролюминесцентных светоизлучающих диодов InGaN с пиковой длиной волны около 452 нм и шириной полосы около 20 нм, зеленых электролюминесцентных светоизлучающих диодов InGaN с пиковой длиной волны около 523 нм и шириной полосы около 32 нм, а также красных электролюминесцентных светоизлучающих диодов AlGalnP с пиковой длиной волны около 625 нм и шириной полосы около 15 нм, соответственно, где при наличии более 1200 различных испытательных образцов цвета, фракция образцов, передаваемых с повышенной насыщенностью, доводится до максимума, а фракция образцов, передаваемых с уменьшенной насыщенностью, доводится до минимума, при этом
(а) до около 77% и около 1%, соответственно, при коррелированной цветовой температуре в 3000 K, путем подбора относительных частичных лучистых потоков в 0,103, 0,370 и 0,527, генерируемых вышеуказанными 452 нм, 523 нм и 625 нм светоизлучающими диодами соответственно,
(б) до около 70% и около 0%, соответственно, при коррелированной цветовой температуре в 4500 K, путем подбора относительных частичных лучистых потоков в 0,195, 0,401 и 0,405, генерируемых вышеуказанными 452 нм, 523 нм и 625 нм светоизлучающими диодами соответственно,
(в) до около 67% и около 2%, соответственно, при коррелированной цветовой температуре в 6500 K, путем подбора относительных частичных лучистых потоков в 0,283, 0,392 и 0,325, генерируемых вышеуказанными 452 нм, 523 нм и 625 нм светоизлучающими диодами соответственно.

7. Источник света по п. 1, отличающийся тем, что распределение спектральной интенсивности и относительные частичные лучистые потоки, генерируемые каждой вышеупомянутой группой излучателей, являются такими, что по сравнению с эталонным источником света, когда каждый из более пятнадцати испытательных образцов цвета, воспринимаемых средним человеческим глазом как разные, освещен, при этом
(a) цвета, по крайней мере, заранее заданной фракции испытательных образцов цвета передавались с пониженной цветовой насыщенностью; и
(b) цвета, по крайней мере, заранее заданной фракции испытательных образцов цвета передавались с повышенной цветовой насыщенностью.

8. Источник света по п. 7, отличающийся тем, что относительные частичные лучистые потоки, генерируемые каждой группой излучателей, являются такими, что разница между фракцией, передаваемой с пониженной цветовой насыщенностью, и фракцией, передаваемой с повышенной цветовой насыщенностью, доводится до максимума.

9. Источник света по п. 7, отличающийся тем, что вышеуказанный источник обладает коррелированной цветовой температурой в пределах 2700-6500 К и световой эффективностью излучения не менее 250 лм/Вт, и состоит из
(а) двух групп цветных светоизлучающих диодов со средней шириной полосы около 30 нм, обладающих пиковой длиной волны в пределах около 405-486 нм и 570-585 нм, или
(б) трех групп цветных светоизлучающих диодов со средней шириной полосы около 30 нм, обладающих пиковой длиной волны в пределах около 405-486 нм и 490-560 нм, а также 585-600 нм,
когда цвета не менее 60% из более чем 1000 различных испытательных образцов цвета передаются с уменьшенным насыщением, а цвета не более, чем 4% испытательных образцов цвета передаются с увеличенным насыщением.

10. Источник света по п. 9, отличающийся тем, что вышеуказанные три группы цветных светоизлучающих диодов состоят из синих электролюминесцентных светоизлучающих диодов InGaN с пиковой длиной волны около 452 нм и шириной полосы около 20 нм, зеленых электролюминесцентных светоизлучающих диодов InGaN с пиковой длиной волны около 523 нм и шириной полосы около 32 нм, а также электролюминесцентных светоизлучающих диодов AlGalnP янтарного цвета с пиковой длиной волны около 591 нм и шириной полосы около 15 нм, соответственно, где при наличии более 1200 различных испытательных образцов цвета фракция образцов, передаваемых с уменьшенной насыщенностью, доводится до максимума, а фракция образцов, передаваемых с увеличенной насыщенностью, доводится до минимума, при этом
(а) до около 67% и 1%, соответственно, при коррелированной цветовой температуре в 3000 K, путем подбора относительных частичных лучистых потоков в 0,154, 0,228 и 0,618, генерируемых вышеуказанными 452 нм, 523 нм и 591 нм светоизлучающими диодами соответственно,
(б) до около 58% и 1%, соответственно, при коррелированной цветовой температуре в 4500 K, путем подбора относительных частичных лучистых потоков в 0,254, 0,308 и 0,438, генерируемых вышеуказанными 452 нм, 523 нм и 591 нм светоизлучающими диодами соответственно,
(в) до около 51% и 0%, соответственно, при коррелированной цветовой температуре в 6500 K, путем подбора относительных частичных лучистых потоков в 0,346, 0,320 и 0,334, генерируемых вышеуказанными 452 нм, 523 нм и 591 нм светоизлучающими диодами соответственно.

11. Источник света по п. 1, отличающийся тем, что вышеуказанный источник света, состоящий из, по крайней мере, трех групп излучателей видимого света, где распределения спектральной интенсивности и относительные частичные лучистые потоки, генерируемые каждой из упомянутых выше групп излучателей, являются такими, что по сравнению с эталонным источником света, когда каждый из более чем пятнадцати испытательных образцов цвета, воспринимаемых средним человеческим глазом как разные, освещен, при этом
(а) цвета не более чем заранее заданной фракции испытательных образцов цвета передавались с уменьшенной насыщенностью, и
(б) цвета не более чем другой заранее заданной фракции испытательных образцов цвета передавались с увеличенной насыщенностью.

12. Источник света по п. 11, отличающийся тем, что относительные частичные лучистые потоки, генерируемые каждой из упомянутых групп излучателей, подобраны таким образом, чтобы обе фракции испытательных образцов цвета, передаваемых с повышенной и пониженной цветовой насыщенностью, минимизированы ниже заранее заданной фракции.

13. Источник света по п. 12, отличающийся тем, что вышеуказанный источник обладает коррелированной цветовой температурой в пределах 2700-6500 K и световой эффективностью излучения не менее 250 лм/Вт, и состоит из
(а) трех групп цветных светоизлучающих диодов со средней шириной полосы около 30 нм, обладающих пиковой длиной волны в пределах около 433-487 нм, 519-562 нм и 595-637 нм, где при наличии более 1200 различных испытательных образцов цвета, фракция образцов, передаваемых как с пониженной, так и с повышенной насыщенностью, минимизируется до 14%, или
(б) четырех групп цветных светоизлучающих диодов со средней шириной полосы около 30 нм, обладающих пиковой длиной волны в пределах около 434-475 нм, 495-537 нм, 555-590 нм и 616-653 нм, где при наличии более 1200 различных испытательных образцов цвета фракция образцов, передаваемых как с пониженной, так и с повышенной насыщенностью, минимизируется до 2%

14. Источник света по п. 12, отличающийся тем, что вышеуказанный источник состоит из трех групп цветных светоизлучающих диодов, таких как синие электролюминесцентные светоизлучающие диоды InGaN с пиковой длиной волны около 452 нм и шириной полосы около 20 нм, зелено-голубые электролюминесцентные светоизлучающие диоды InGaN с пиковой длиной волны около 512 нм и шириной полосы около 30 нм, а также светоизлучающие диоды InGaN с люминофором янтарного цвета с пиковой длиной волны около 589 нм и шириной полосы около 70 нм, где при наличии более 1200 различных испытательных образцов цвета фракция образцов, передаваемых как с пониженной, так и с увеличенной насыщенностью, минимизируется до
(а) около 32% при коррелированной цветовой температуре в 4500 K, путем подбора относительных частичных лучистых потоков в 0,207, 0,254 и 0,539, генерируемых вышеуказанными 452 нм, 512 нм и 589 нм светоизлучающими диодами соответственно,
(б) около 15% при коррелированной цветовой температуре в 6500 K, путем подбора относительных частичных лучистых потоков в 0,291, 0,280 и 0,429, генерируемых вышеуказанными 452 нм, 512 нм и 589 нм светоизлучающими диодами соответственно, или
вышеупомянутый источник света состоит из четырех групп цветных светоизлучающих диодов, таких как синие электролюминесцентные светоизлучающие диоды InGaN с пиковой длиной волны около 452 нм и шириной полосы около 20 нм, зеленые электролюминесцентные светоизлучающие диоды InGaN с пиковой длиной волны около 523 нм и шириной полосы около 32 нм, светоизлучающие диоды InGaN с люминофором янтарного цвета с пиковой длиной волны около 589 нм и шириной полосы около 70 нм, а также красные светоизлучающие диоды AlGalnP с пиковой длиной волны около 637 нм и шириной полосы около 16 нм, где при наличии более 1200 различных испытательных образцов цвета фракция образцов, передаваемых как с пониженной, так и с увеличенной насыщенностью, минимизируется до
(в) около 2% при коррелированной цветовой температуре в 3000 K, путем подбора относительных частичных лучистых потоков в 0,112, 0,2255, 0,421 и 0,242, генерируемых вышеуказанными 452 нм, 523 нм, 589 нм и 637 нм светоизлучающими диодами соответственно,
(г) около 3% при коррелированной цветовой температуре в 4500 K, путем подбора относительных частичных лучистых потоков в 0,208, 0,283, 0,353 и 0,156, генерируемых вышеуказанными 452 нм, 523 нм, 589 нм и 637 нм светоизлучающими диодами соответственно,
(д) около 4% при коррелированной цветовой температуре в 6500 K, путем подбора относительных частичных лучистых потоков в 0,300, 0,293, 0,30,5 и 0,102, генерируемых вышеуказанными 452 нм, 523 нм, 589 нм и 637 нм светоизлучающими диодами, соответственно.

15. Источник света по п. 1, отличающийся тем, что относительные частичные лучистые потоки, генерируемые каждой группой излучателей, синхронно изменяются таким образом, чтобы по сравнению с эталонным источником света, когда каждый из более чем пятнадцати испытательных образцов цвета, воспринимаемых средним человеческим глазом, как разные, освещен,
(а) фракция образцов, передаваемых с повышенной насыщенностью, увеличивается, а фракция образцов, передаваемых с уменьшенной насыщенностью, уменьшается; или
(б) фракция образцов, передаваемых с повышенной насыщенностью, уменьшается, а фракция образцов, передаваемых с уменьшенной насыщенностью, увеличивается.

16. Источник света по п. 15, отличающийся тем, что относительные частичные лучистые потоки, генерируемые каждой группой излучателей, синхронно изменяются как взвешенная сумма относительных частичных лучистых потоков соответствующих групп излучателей, входящих в состав источников света
(a) определенных в пп. 3 и 7, или
(b) определенных в пп. 4 и 8.

17. Источник света по п. 16, отличающийся тем, что вышеуказанный источник света обладает значением коррелированной цветовой температуры в пределах 2700-6500 K и световой эффективности излучения не менее 250 лм/Вт, где относительные частичные лучистые потоки, генерируемые каждой группой излучателей, синхронно изменяются как взвешенная сумма соответствующих относительных частичных лучистых потоков источников света, определенных в пп. 5 и 9, где оба источника обладают заранее заданными величинами коррелированной цветовой температуры.

18. Источник света по п. 16, отличающийся тем, что вышеуказанный источник с коррелированной цветовой температурой в пределах 2700-6500 K и световой эффективностью излучения не менее 250 лм/Вт и состоящий из четырех групп цветных светоизлучающих диодов, таких как синие электролюминесцентные светоизлучающие диоды InGaN с пиковой длиной волны около 452 нм и шириной полосы около 20 нм, зеленые электролюминесцентные светоизлучающие диоды InGaN с пиковой длиной волны около 523 нм и шириной полосы около 32 нм, светоизлучающие диоды AlGalnP янтарного цвета с пиковой длиной волны около 591 нм и шириной полосы около 15 нм, а также красные светоизлучающие диоды AlGalnP с пиковой длиной волны около 625 нм и шириной полосы около 15 нм, где относительные частичные лучистые потоки, генерируемые каждой из вышеуказанных групп светоизлучающих диодов, синхронно изменяются как взвешенная сумма соответствующих относительных частичных лучистых потоков источников света, определенных в пп. 6 и 10, обладающих одинаковым значением коррелированной цветовой температуры.

19. Источник света по п. 16, отличающийся тем, что вышеуказанный источник света с коррелированной цветовой температурой в 6042 K и световой эффективностью излучения не менее 250 лм/Вт и состоящий из четырех групп цветных светоизлучающих диодов, таких как белые двуцветные светоизлучающие диоды с частичной конверсией излучения в фосфоре, синие электролюминесцентные светоизлучающие диоды InGaN с пиковой длиной волны около 452 нм и шириной полосы около 20 нм, зеленые электролюминесцентные светоизлучающие диоды InGaN с пиковой длиной волны около 523 нм и шириной полосы около 32 нм, а также красные светоизлучающие диоды AlGalnP с пиковой длиной волны около 637 нм и шириной полосы около 16 нм, где относительные частичные лучистые потоки, генерируемые каждой из вышеуказанных групп светоизлучающих диодов, синхронно изменяются как взвешенная сумма соответствующих относительных частичных лучистых потоков белых светоизлучающих диодов и трехцветного кластера, состоящего из синих, зеленых и красных светоизлучающих диодов.

20. Источник света по любому из пп. 1-19, отличающийся тем, что содержит излучатели видимого света в пределах, по крайней мере, одной из вышеупомянутых групп, являющиеся интегрированными полупроводниковыми чипами, причем распределение спектральной интенсивности чипов регулируется посредством подбора, по меньшей мере, одного химического состава активного слоя или толщины активного слоя, формирующего каждый излучатель, или химического состава фосфора, содержащегося в преобразователе длины волны, или толщины либо формы преобразователя длины волны,
электронную схему для затемнения источника света таким образом, чтобы для относительных частичных лучистых потоков, генерируемых каждой из групп излучателей, поддерживались постоянные значения, и/или
электронную и/или оптоэлектронную схему для оценки относительных частичных лучистых потоков, генерируемых каждой из групп излучателей, и/или
компьютерное аппаратное оборудование и программное обеспечение, предназначенное для управления электронными схемами таким образом, чтобы было можно варьировать коррелированную цветовую температуру и фракцию испытательных образцов цвета, передаваемых с увеличенной или уменьшенной насыщенностью, поддержки постоянного выхода потока света во время варьирования коррелированной цветовой температуры и фракции испытательных образцов цвета, передаваемых с увеличенной или уменьшенной насыщенностью, а также затемнения и компенсирования тепловых дрифтов и дрифтов старения каждой группы излучателей света.

21. Способ динамической регулировки способности к насыщению цвета, отличающийся тем, что белый свет генерируют посредством смешивания излучений, исходящих из, по крайней мере, двух источников белого света с различными способностями к насыщению цвета по п. 1, причем распределение спектральной интенсивности смешанного излучения синхронно изменяется как взвешенная сумма распределений спектральной интенсивности вышеупомянутых составных источников с переменными весовыми параметрами, которые управляют способностью к насыщению цвета.

22. Способ по п. 21, отличающийся тем, что белый свет генерируют посредством смешивания излучений, исходящих, по крайней мере, из двух источников, обладающих одинаковой коррелированной цветовой температурой, и каждый из которых состоит из, по крайней мере, одной группы белых излучателей и/или, по крайней мере, двух групп цветных излучателей, синхронно варьируя распределение спектральной интенсивности смешанного излучения, Sσ, как взвешенную сумму распределений спектральной интенсивности вышеупомянутых составных источников, S1 и S2, соответственно

где σ является переменным весовым параметром.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области светотехники и касается способов проектирования ламп с шарообразной формой излучения при использовании «точечных» источников излучения, например, светодиодов (СД).

Изобретение относится к области светотехники и используется для формирования равномерного светового потока в заданном телесном угле для уплотнителя светового потока «точечного» источника излучения, например, светодиода.

Изобретение относится к области электротехники. Технический результат заключается в повышении равномерности освещения.

Устройство выделенной подсветки поверхности предназначено для выделения изображений или их части в интерьерах помещений, в рекламе, в экстерьере зданий. Устройство выделенной подсветки поверхности состоит из источника/источников света, направленного/ых на торец/торцы светопроводящего слоя, и из трех слоев, расположенных в следующей последовательности: первый слой - основание, второй слой - светопроводящий, третий - светорассеивающий слой с изображением.

Светодиодная лампа относится к светотехнике, в частности к источникам общего освещения. Техническим результатом является повышение комфортности освещения, улучшение равномерности яркости светоизлучающей поверхности.

Изобретение относится к осветительным устройствам, имитирующим свечу. .

Изобретение относится к области светотехники и предназначено для декоративной подсветки объектов различного назначения. .
Наверх