ES2384883T3

ES2384883T3 - Sistema de control de punto de color

Info

Publication number: ES2384883T3
Application number: ES06766007T
Authority: ES
Inventors: Volkmar Schulz
Original assignee: Philips Intellectual Property and Standards GmbH; Koninklijke Philips Electronics NV
Current assignee: Philips Intellectual Property and Standards GmbH; Koninklijke Philips NV
Priority date: 2005-07-14
Filing date: 2006-07-05
Publication date: 2012-07-13
Anticipated expiration: 2026-07-05
Also published as: KR101303367B1; EP1905273A1; TWI407822B; EP1905273B1; KR20080045130A; TW200742484A; CN101223823B; US7652237B2; CN101223823A; JP5213707B2; US20080217512A1; ATE554634T1; WO2007007238A1; JP2009501443A

Abstract

Sistema (1) de control de punto de color que comprende un dispositivo (2) de LED que comprende - una pluralidad de diodos (3a, 3b, 3c, 3d) emisores de luz que emiten una primera luz, - estando fijados dichos diodos (3a, 3b, 3c, 3d) sobre un sustrato (4), - una capa (5) sobre al menos un diodo (3a, 3b, 3c, 3d) emisor de luz que puede convertir al menos una primera parte de la primera luz en una segunda luz, - un sólo fotosensor (6) para medir una segunda parte de la primera luz de cada diodo (3a, 3b, 3c, 3d) individual durante un tiempo de apagado no visible para un ojo humano en el que el resto de diodos están apagados, y - un controlador (9) para apagar de manera secuencial dichos diodos (3a, 3b, 3c, 3d) excepto un diodo (3a, 3b, 3c, 3d) individual y para comparar la segunda parte de la primera luz de cada diodo (3a, 3b, 3c, 3d) individual medida mediante el fotodetector (6) con un valor por defecto y para adaptar la segunda parte emitida de la primera luz de cada diodo (3a, 3b, 3c, 3d) individual a dicho valor por defecto.

Description

Sistema de control de punto de color

La invención se refiere a un sistema de control de punto de color de un dispositivo de LED y a un método para controlar el punto de color.

Se conoce que para diseñar un sistema de iluminación que produzca una amplia variedad de colores, se usan LED con diferentes colores. Estos LED definen un área en el espacio de color CIE xy, que muestra el color que puede producirse mediante la combinación lineal ponderada de estos LED (por ejemplo rojo (R), verde (G) y azul (B)). En los LED de alta potencia futuros, la potencia disipada conducirá a un aumento de temperatura de los dados próximo a 200ºC. Para esta temperatura, se cambia el espectro de emisión de los LED debido a la degradación térmica de las propiedades de emisión de manera inaceptable. Una de las desventajas es que el cambio se percibe a través del ojo humano.

Se conocen LED rojos y verdes, que están compuestos por LED azules con una capa de material cerámico de fósforo encima de los dados. No obstante, la intensidad es todavía una función de la temperatura, la corriente de excitación y la vida útil. La intensidad de una serie de diodos emisores de luz (LED) que emiten cada uno el mismo color de luz se controlaría suficientemente con un fotosensor independientemente de los efectos de la vida útil dependientes de la temperatura del sensor. En caso de luces de color mezcladas a partir de fuentes de luz con diferentes colores, uno se enfrenta al problema de que el ojo humano es muy sensible a la variación del punto de color originada a partir de pequeñas variaciones de intensidad de las fuentes de luz individuales. Se conoce usar sensores RGB para controlar el punto de color. Uno de los problemas básicos de los sistemas de control de punto de color actuales es que el sensor para detectar el color tiene que adaptarse a las funciones de igualación del color de CIE. Hay diversos sensores RGB comerciales disponibles que reivindican estar próximos a las funciones de igualación del color de CIE, pero ninguno de ellos es lo suficientemente adecuado para la tarea de control de color. Adicionalmente, estos sensores son caros actualmente. Otra desventaja de los sistemas de control de punto de color conocidos es que la sensibilidad espectral de los sensores tiene que ser independiente de la temperatura, lo que no es el caso para los fotodiodos normales. Estos sensores se especifican para intervalos de temperatura de hasta por ejemplo 85ºC, que está muy por debajo de la temperatura de funcionamiento de los LED de alta potencia.

La invención tiene como objeto eliminar las desventajas mencionadas anteriormente. En particular, un objeto de la invención es proporcionar un sistema de control de punto de color con una configuración barata y sencilla, que sea esencialmente independiente de la temperatura.

Este objeto se obtiene mediante un sistema de control de punto de color tal como se enseña mediante la reivindicación 1 de la presente invención.

Por consiguiente, se proporciona un sistema de control de punto de color, que comprende un dispositivo de LED que comprende una pluralidad de diodos emisores de luz que emiten una primera luz, estando fijados dichos diodos sobre un sustrato, una capa sobre al menos un diodo emisor de luz que puede convertir al menos una primera parte de la primera luz en una segunda luz, un sólo fotosensor para medir una segunda parte de la primera luz de cada diodo individual durante un tiempo de apagado en el que el resto de diodos están apagados, y un controlador para apagar de manera secuencial dichos diodos excepto un diodo individual y para comparar la segunda parte de la primera luz de cada diodo individual medida mediante el fotodetector con un valor por defecto y para adaptar la segunda parte emitida de la primera luz de cada diodo individual a dicho valor por defecto. Preferiblemente, la primera luz se emite al fotosensor sin pasar por la capa. En otra realización, el diodo emisor de luz comprende una serie de dos o más subdiodos.

Preferiblemente, la primera luz es luz visible. La primera luz puede convertirse mediante la capa en otra luz visible con una longitud de onda más larga. Según otra realización, la primera luz puede ser luz ultravioleta. Por ejemplo, la primera luz de los diodos emisores de luz puede tener una longitud de onda de entre 420 y 470 nm (primera luz azul). En una realización, la luz azul-violeta se convierte mediante la capa en la segunda luz roja, verde o ámbar.

Alternativamente, en otra realización de la invención, la primera luz es luz ultravioleta con longitudes de onda de entre 300 y 420 nm (primera luz ultravioleta). La luz ultravioleta se convierte mediante la capa en una segunda luz roja, verde, azul o ámbar similar. Además, la invención comprende diodos emisores de luz con la capa, que convierte al menos la parte de la primera luz visible azul en una luz visible diferente.

Según una realización preferida de la presente invención, el dispositivo de LED consiste en n diodos que emiten luz azul y n-1 diodos con una capa que convierte la luz azul en otros colores requeridos. Cada uno de los diodos se excita de manera separada por una línea de excitación única. La luz convertida sale del dispositivo de LED por un lado. El sistema de control de punto de color preferido se desarrolla de tal manera, que parte de la primera luz azul (segunda parte de la primera luz) se irradia directamente al fotosensor. Ventajosamente, el fotosensor es un sensor de silicio. Por supuesto, son claramente concebibles fotosensores conocidos adicionales. Una parte (segunda parte) de la luz azul se refleja, particularmente en o a la capa, al fotosensor. El fotosensor genera una fotocorriente proporcional a la segunda parte de la primera luz que está conectada a un controlador. En una realización preferida, se coloca un amplificador entre el fotosensor y el controlador para mejorar la fotocorriente para aumentar la precisión de la medición. Preferiblemente, el controlador tiene algún componente inteligente, por ejemplo una CPU, para ejecutar un algoritmo en ella para calcular el brillo (segunda parte de la primera luz) de cada diodo. Durante este procedimiento, el resto de la serie de los diodos se apagan durante algunos microsegundos. Este procedimiento se aplica a cada diodo. Tras eso, el controlador de color tiene toda la información sobre el brillo real (segunda parte de la primera luz) de cada diodo y puede adaptar el brillo (segunda parte de la primera luz) de los diodos para obtener el punto de color objetivo. El brillo (segunda parte de la primera luz) bk del k-ésimo diodo puede calcularse a partir de la siguiente ecuación:

bk=ckik

donde ck es un coeficiente constante, que puede obtenerse durante el procedimiento de calibración, e ik es el valor real de la fotocorriente del fotosensor. Preferiblemente, el controlador compara el valor calculado de cada diodo encendido con un valor por defecto de cada diodo encendido, por lo que en caso de desviación con respecto a los valores por defecto, se cambia la corriente eléctrica suministrada al diodo correspondiente, para igualar los valores calculados y por defecto. Según la invención, no se requieren sensores de color especiales y caros. Puede obtenerse un ajuste fácil de colores, por ejemplo blanco cálido, blanco frío, rojo, verde y azul. Una de las ventajas adicionales es que se usa un único fotosensor para controlar todos los diodos que emiten diferentes colores. Por tanto, un cambio producido por la temperatura de las propiedades del fotosensor no afectará al ajuste del punto de color.

Además, la capa tiene un espesor n que es 10 !m : n : 1 mm, por lo que la capa está conectada con el diodo mediante un ajuste de forma y/o unión adhesiva y/o una conexión por rozamiento.

Según otra realización preferida de la presente invención, el sustrato comprende una pluralidad de guíaondas, en el que dicho guíaondas guía una segunda parte de la primera luz visible o invisible al fotosensor. Preferiblemente, cada guíaondas tiene un diámetro d que es 1 !m : d : 10 mm. En esta realizaci6n, los guíaondas conectan el fotosensor que está en contacto con el sustrato en su lado posterior, con cada diodo emisor de luz. Los guíaondas que tienen una cierta distancia entre sí pueden tener una estructura lineal. Ciertamente, los guíaondas pueden tener formas diamétricas adicionales, por ejemplo forma de tipo onda o en forma de L. En una realización de este tipo, las propiedades del fotosensor no resultan influidas por la temperatura de funcionamiento de los diodos.

Además, se prefiere que el sustrato que comprende los guíaondas sea un elemento de una pieza, por lo que el material del sustrato es conductor eléctrico. Según una posible realización de la presente invención, el material del sustrato puede ser cobre.

Alternativamente, una realización preferida del sistema de control de punto de color según la invención se caracteriza porque un filtro de transmisión está colocado entre el fotosensor y cada diodo. Es posible que no sólo se irradie la primera luz visible de cada diodo a partir de cada diodo al fotosensor sino también luz de color como luz roja, verde o ámbar. Debido a que sólo es necesaria la primera luz visible para obtener la información del brillo de cada diodo emisor de luz, tiene que eliminarse la luz de color mencionada anteriormente. El filtro de transmisión absorbe la luz de color para detectar sólo la parte azul del espectro de radiación. El filtro puede comprender diferentes capas, por ejemplo capas dieléctricas. Alternativamente, el sistema de control de punto de color según la invención puede aplicar un filtro orgánico.

Además, el fotosensor puede colocarse entre el sustrato y los diodos. Esta colocación permite usar sólo una placa de circuito impreso para conectar los LED y el sensor. En el caso de un filtro entre el fotosensor y los diodos, el fotosensor es sólo sensible para la primera luz visible, no deben usarse guíaondas para detectar la primera luz visible de todos los LED. Sólo se usa la luz parásita para la detección.

La invención preferida se refiere a un método para hacer funcionar un sistema de control de punto de color según la reivindicación 1, que comprende las etapas de:

a) hacer funcionar un diodo individual durante el tiempo de apagado, en el que el resto de diodos están apagados,

b) medir la segunda parte de la primera luz del diodo individual durante el tiempo de apagado,

d) repetir las etapas a) y b) de manera secuencial para todos los diodos hasta que se mide la segunda parte de la primera luz para cada diodo individual,

e) comparar la segunda parte de la primera luz de cada diodo individual con el valor por defecto y adaptar la segunda parte de la primera luz al valor por defecto.

Preferiblemente, el tiempo de apagado para dichos diodos es inferior a 5 microsegundos. Una de las ventajas de la presente invención es que el procedimiento para obtener la información de la segunda parte de la primera luz de cada diodo mediante el apagado del resto de los diodos no es visible para el ojo humano. Según una realización preferida, un controlador compara la segunda parte de la primera luz de cada diodo encendido con un valor por defecto de cada diodo encendido. En caso de desviación con respecto a los valores por defecto, se cambia la corriente eléctrica suministrada al diodo correspondiente. Esto significa que el controlador aumenta o disminuye la corriente eléctrica de cada diodo de tal manera que la segunda parte de la primera luz emitida de cada diodo encendido es casi igual que el valor por defecto del diodo correspondiente. Preferiblemente, el aumento o disminución de la corriente se aplica directamente al LED. En el caso de un control de color que se basa en ciclos constantes, por ejemplo modulación por ancho de pulso, la corrección se aplica preferiblemente en el siguiente ciclo. La primera luz puede ser luz visible o luz ultravioleta.

El sistema de control de color así como el método mencionado anteriormente pueden usarse en una variedad de sistemas entre ellos sistemas que son sistemas para automóviles, sistemas de iluminación para viviendas, sistemas de iluminación a contraluz para presentaciones, sistemas de iluminación ambiental o sistemas de iluminación de tiendas.

Los componentes mencionados anteriormente, así como los componentes reivindicados y los componentes que van a usarse según la invención en las realizaciones descritas, no están sujetos a ninguna excepción especial con respecto a la selección del tamaño, forma y material como concepto técnico de modo que pueden aplicarse criterios de selección conocidos en el campo pertinente sin limitaciones.

Detalles, características y ventajas adicionales del objeto de la invención se dan a conocer en las reivindicaciones dependientes y la siguiente descripción de la característica respectiva (que es a modo de ejemplo) muestra una realización preferida del sistema de control de color según la invención.

Figura 1: vista esquemática de un sistema de control de punto de color según la presente invención.

La figura 1 muestra una vista muy esquemática de un sistema 1 de control de punto de color según una realización de la presente invención. Como puede observarse, el sistema 1 de control de punto de color comprende un dispositivo 2 de LED que consiste en un área de una pluralidad de diodos 3a, 3b, 3c, 3d emisores de luz, estando controlados cada uno de los diodos 3a, 3b, 3c, 3d emisores de luz (LED) de manera separada por una línea de excitación única. Cada LED 3a, 3b, 3c, 3d contiene una capa que incluye un material fluorescente. En la realización mostrada, el material fluorescente es un material cerámico de fósforo o una capa de polvo de fósforo. El LED 3a, 3b, 3c, 3d emite una primera luz visible que tiene una intensidad máxima en un primer intervalo espectral. En la realización mostrada, la intensidad máxima es a 455 nm (luz azul). La capa 5 convierte al menos la primera parte de la primera luz en la segunda luz, que depende del tipo de material fluorescente. La configuración consiste en n LED que emiten luz azul y n-1 LED con una capa 5 para generar otros colores requeridos como luz ámbar, luz roja o luz verde. El LED 3d, que está colocado en la parte inferior del sistema 1 de control de punto de color, comprende una capa 5 que no tiene un material fluorescente. Por tanto, la luz azul sale del LED 3d hacia el lado derecho. En una realización alternativa, este diodo puede no incluir una capa 5. La luz convertida sale del dispositivo 1 desde los LED 3a, 3b, 3c colocados por encima hacia el lado derecho. El espesor de las capas 5 descritas es inferior a 1 mm. Cada LED 3a, 3b, 3c, 3d está fijado sobre un sustrato 4, que es un elemento de una pieza. En el lado posterior del sustrato 4 está situado un fotosensor 6. En la realización mostrada el fotosensor 6 es un sensor de silicio.

Además, el sustrato 4 consiste en n guíaondas 7 que conectan el fotosensor 6 con cada LED 3a, 3b, 3c, 3d. El fotosensor 6 está conectado sobre un amplificador 8 a un controlador 9 de color. El controlador 9 de color comprende una CPU para ejecutar un algoritmo en ella.

Para obtener la información de la cantidad de la primera luz emitida por el k-ésimo diodo 3a, el resto de diodos 3b, 3c, 3d se apagan durante un tiempo de apagado inferior a 5 microsegundos, que no es visible para el ojo humano. En la realización descrita, la capa 5 del diodo 3a convierte al menos una parte (primera parte) de la luz azul en una luz ámbar. Una parte de la luz azul se irradia de vuelta al lado izquierdo (segunda parte de la primera luz) por reflexión. El guíaondas 7 guía a la segunda parte de la primera luz al fotosensor 6. El fotosensor 6 genera una fotocorriente proporcional a la segunda parte de la primera luz. Este procedimiento se ejecuta para cada LED 3a, 3b, 3c, 3d. Tras esto, el controlador 9 de color calcula el valor real de la segunda parte de la primera luz a partir del valor de fotocorriente correspondiente para cada diodo. El controlador 9 compara el valor calculado de cada uno de los diodos 3a, 3b, 3c, 3d encendidos con un valor por defecto de cada uno de los diodos 3a, 3b, 3c, 3d encendidos. En caso de desviación con respecto al valor por defecto, se cambia la corriente eléctrica suministrada a los diodos 3a, 3b, 3c, 3d correspondientes para igualar los valores medidos y por defecto.

Por ejemplo, la fotocorriente generada en el fotosensor 6 del diodo 3a es el 8% de la fotocorriente total de todos los diodos y la fotocorriente objetivo es el 10%, detectando el controlador 9 de color esta diferencia del 2%. A partir de esta información, el sistema 1 de control de punto de color sabe que falta el 2% del color del diodo 3a. Por tanto, el sistema 1 de control de punto de color aumenta la corriente eléctrica al diodo 3a encendido hasta que la segunda parte real de la primera luz sea tan alta como se requiera para generar una fotocorriente del 10% del diodo 3a. Esto puede obtenerse aumentando la corriente, por ejemplo en funcionamiento en modo continuo, o aumentando la duración del tiempo, encendiéndose el diodo correspondiente, por ejemplo en funcionamiento en modo de pulsado. En este último modo, también puede aplicarse una combinación de adaptar la corriente y la duración de cada pulso de corriente. Ventajosamente, el sistema 1 de control de punto de color puede ajustarse a escala a una cantidad arbitraria de LED de colores arbitrarios, por ejemplo 2 rojos, 2 verdes, 2 azules y 2 ámbar. En otra realización, dicho diodo puede comprender una serie de dos o más subdiodos que emiten todos la misma primera luz operados en paralelo mediante una conexión de excitación. Por esto, el guíaondas tiene que tener ramificaciones para recoger la luz desde de los dos o más subdiodos hasta el fotodiodo para obtener un valor medido para cada serie única de subdiodos. El procedimiento de calibración y control del punto de color es idéntico al procedimiento mencionado anteriormente.

Según la realización de la figura 1, el controlador 9 de color comprende un software que aplica este procedimiento descrito obteniendo el valor real de la segunda parte de la primera luz de cada diodo 3a, 3b, 3c, 3d y controlando el valor real con un valor por defecto.

Sorprendentemente se ha descubierto que puede colocarse un filtro de transmisión entre el fotosensor 6 y cada diodo 3a, 3b, 3c y 3d para detectar sólo una parte del espectro de radiación, por ejemplo la parte azul, que no se muestra en el presente documento. El filtro de transmisión puede comprender diferentes capas eléctricas. Una capa orgánica también es concebible.

Alternativamente, los LED 3a, 3b, 3c, 3d de la realización descrita pueden emitir luz ultravioleta. En esta realización, cada diodo 3a, 3b, 3c, 3d comprende una capa 5 que incluye material fluorescente para convertir la primera luz ultravioleta en diferente luz visible.

Lista de números

1: Sistema de control de punto de color

2: Dispositivo de LED

3: Diodo emisor de luz, LED

4: Sustrato

5: Capa

6: Fotosensor

7: Guíaondas

8: Amplificador

9: Controlador

Claims

REIVINDICACIONES

1. Sistema (1) de control de punto de color que comprende un dispositivo (2) de LED que comprende

-

una pluralidad de diodos (3a, 3b, 3c, 3d) emisores de luz que emiten una primera luz,

-

estando fijados dichos diodos (3a, 3b, 3c, 3d) sobre un sustrato (4),

-

una capa (5) sobre al menos un diodo (3a, 3b, 3c, 3d) emisor de luz que puede convertir al menos una primera parte de la primera luz en una segunda luz,

-

un sólo fotosensor (6) para medir una segunda parte de la primera luz de cada diodo (3a, 3b, 3c, 3d) individual durante un tiempo de apagado no visible para un ojo humano en el que el resto de diodos están apagados, y

-

un controlador (9) para apagar de manera secuencial dichos diodos (3a, 3b, 3c, 3d) excepto un diodo (3a, 3b, 3c, 3d) individual y para comparar la segunda parte de la primera luz de cada diodo (3a, 3b, 3c, 3d) individual medida mediante el fotodetector (6) con un valor por defecto y para adaptar la segunda parte emitida de la primera luz de cada diodo (3a, 3b, 3c, 3d) individual a dicho valor por defecto.
2.

Sistema (1) de control de punto de color según la reivindicación 1, caracterizado porque la segunda parte medida de la primera luz se emite al fotosensor (6) sin pasar por la capa (5).
3.

Sistema (1) de control de punto de color según la reivindicación 1 ó 2, caracterizado porque el diodo (3a, 3b, 3c, 3d) emisor de luz comprende una serie de dos o más subdiodos.
4.

Sistema (1) de control de punto de color según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la primera luz es luz visible o luz ultravioleta.
5.

Sistema (1) de control de punto de color según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la segunda luz es al menos de uno de los colores rojo, ámbar, verde y/o azul.
6.

Sistema (1) de control de punto de color según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el sustrato (4) comprende una pluralidad de guíaondas (7), en el que dicho guíaondas (7) guía la segunda parte de la primera luz hacia el fotosensor (6).
7.

Sistema (1) de control de punto de color según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque un filtro de transmisión está colocado entre el fotosensor (6) y cada diodo (3a, 3b, 3c, 3d).
8.

Sistema (1) de control de punto de color según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el sustrato (4) es un elemento de una pieza.
9.

Sistema (1) de control de punto de color según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el fotosensor (6) está colocado entre el sustrato (4) y los diodos (3a, 3b, 3c, 3d).
10.

Sistema (1) de control de punto de color según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el fotosensor (6) está conectado al controlador (9) a través de un amplificador (8).
11.

Método para hacer funcionar un sistema de control de punto de color según la reivindicación 1, que comprende las etapas de:

a) hacer funcionar un diodo (3a, 3b, 3c, 3d) individual durante el tiempo de apagado, en el que el resto de diodos (3a, 3b, 3c, 3d) están apagados,

b) medir la segunda parte de la primera luz del diodo (3a, 3b, 3c, 3d) individual durante el tiempo de apagado no visible para un ojo humano,

d) repetir las etapas a) y b) de manera secuencial para todos los diodos (3a, 3b, 3c, 3d) hasta que se mide la segunda parte de la primera luz para cada diodo (3a, 3b, 3c, 3d) individual.

e) comparar la segunda parte de la primera luz de cada diodo (3a, 3b, 3c, 3d) individual con el valor por defecto y adaptar la segunda parte de la primera luz al valor por defecto.
12. Método según la reivindicación 11, caracterizado porque el tiempo de apagado es inferior a 5 microsegundos.