白光調(diào)光法高顯色指數(shù)led白光的研究

白光調(diào)光法高顯色指數(shù)led白光的研究

0led混光方案隨著綠色技術(shù)的發(fā)展，高亮色指數(shù)的高光源廣泛應(yīng)用于智能高品質(zhì)照明和特殊照明。實(shí)現(xiàn)色溫可調(diào)的最簡(jiǎn)單方法是采用兩種不同色溫的LED白光或RGB光源組合,但所得到的可調(diào)色溫的LED白光的顯色指數(shù)都不高。為了得到色溫可調(diào)且顯色指數(shù)較高的LED白光,需要增加參與混光LED的種類。但是,采用的LED種類越多,電路控制難度越大,成本越高,且顯色指數(shù)不會(huì)有顯著的提升。人們提出了多種LED混光方案:紅綠藍(lán)琥珀色(R/G/B/A)LED、紅綠藍(lán)冷白(R/G/B/CW)LED和紅黃綠藍(lán)(R/Y/G/B)LED。盡管Speier提出了綠藍(lán)暖白(G/B/WW)LED混光的方案,但是并沒有進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究。本文系統(tǒng)研究了暖白、綠、藍(lán)三種LED的混色方案,三種LED均采用InGaN材料,它們的光衰相似,且材料具有較低的溫度系數(shù)。我們實(shí)驗(yàn)測(cè)量暖白、綠、藍(lán)LED的相對(duì)功率光譜分布、光效等參數(shù),采用PWM調(diào)光方式,實(shí)現(xiàn)了色溫(CCT)在3000~6500K的范圍內(nèi)可調(diào)、Ra為85~95的高顯色指數(shù)的LED白光。1led光譜分析顯色指數(shù)評(píng)價(jià)的是光源對(duì)物體真實(shí)顏色的顯現(xiàn)程度。一般認(rèn)為在日光下,物體所呈現(xiàn)的顏色是真實(shí)的,顯色指數(shù)為100。顯色指數(shù)的計(jì)算實(shí)際是色差的計(jì)算。光源對(duì)于某一標(biāo)準(zhǔn)樣品的顯色指數(shù)為式中,ΔEi為待測(cè)光源和參照照明體照射下的某一標(biāo)準(zhǔn)樣品的色差。一般顯色指數(shù)Ra是指光源對(duì)特定的8個(gè)標(biāo)準(zhǔn)顏色樣品的平均顯色指數(shù)光源的色溫及顯色指數(shù)是由LED的相對(duì)光譜功率分布決定的。所以,要想得到混色后的光源的顯色指數(shù)和色溫,需知道參與混光的LED的相對(duì)光譜功率分布Sn(λ)及他們之間的光功率配比an,混色后的光源的相對(duì)光譜功率分布為混光后LED光源的光效ηmix取決于參與混光的各LED的光效ηn:式中,kn表示的是參與混光的各LED對(duì)應(yīng)的配比,Kn表示的是參與混光的各LED光源在每瓦光功率下發(fā)出的光的流明數(shù)式中,Km的值為683lm/W,V(λ)為視見函數(shù)。采用積分球測(cè)試得到暖白、藍(lán)、綠LED的色度參數(shù)如表1所示,相對(duì)功率光譜分布如圖1所示?；诒?和圖1的LED參數(shù)和光譜數(shù)據(jù),計(jì)算得到可調(diào)色溫在3000~6500K范圍內(nèi)白光的一般顯色指數(shù)Ra、色坐標(biāo)和光效如表2所示,所對(duì)應(yīng)的相對(duì)功率光譜分布如圖2所示。2染色工藝對(duì)led混光誤差的影響實(shí)驗(yàn)裝置主要由開關(guān)電源、控制系統(tǒng)、帶PWM調(diào)光功能的LED恒流驅(qū)動(dòng)和可調(diào)色溫LED燈具四部分構(gòu)成(如圖3)?？烧{(diào)色溫?zé)艟邇?nèi)有藍(lán)、綠、暖白3種LED。通過MCU發(fā)送指令控制LED恒流驅(qū)動(dòng)電路,使得流過紅、綠、白3種LED的平均電流達(dá)到所合成各個(gè)色溫的白光所需的值,從而實(shí)現(xiàn)LED燈具色溫的動(dòng)態(tài)控制。由于暖白LED具有較好的光譜豐富性,加之與綠光、藍(lán)光LED混合,保證了在色溫調(diào)節(jié)過程中保持較高的顯色指數(shù)。采用PWM調(diào)光技術(shù)比較模擬調(diào)光有一些優(yōu)越性。除開LED光通量的線性變化特性外,PWM調(diào)光下LED的色度參數(shù)隨電流的變化比模擬調(diào)光的小。因此,色溫和顯色指數(shù)的穩(wěn)定性更好。同時(shí),PWM調(diào)光可以很好地與數(shù)字控制技術(shù)結(jié)合,在智能照明方面具有模擬調(diào)光無法比擬的優(yōu)勢(shì)。本次實(shí)驗(yàn)采用4顆暖白LED、1顆綠光LED、1顆藍(lán)光LED。為了降低LED色度參數(shù)隨電流變化對(duì)混光結(jié)果的影響,實(shí)驗(yàn)中固定白光LED的輸出光通量不變,通過改變藍(lán)、綠光LED的輸出光通量,實(shí)現(xiàn)色溫的可調(diào)。由于4顆暖白LED驅(qū)動(dòng)電流為350mA,驅(qū)動(dòng)占空比為100%時(shí),在高色溫區(qū),單顆綠光LED的輸出光通量不夠,所以將控制暖白LED的占空比定為80%。根據(jù)表2計(jì)算的光通量配比,通過調(diào)節(jié)藍(lán)、綠光LED驅(qū)動(dòng)電路的占空比,實(shí)現(xiàn)色溫的調(diào)節(jié),并采用積分球進(jìn)行測(cè)試,測(cè)試得到的3000~6500K范圍內(nèi)的參數(shù)如表3所示,光譜圖如圖4所示。從表3可知,通過PWM驅(qū)動(dòng)電路控制暖白、綠、藍(lán)LED之間的光通量配比,可以實(shí)現(xiàn)色溫在3000~6500K范圍內(nèi)可調(diào),且一般顯色指數(shù)在85以上,最高可達(dá)95。在色溫較低時(shí),混合光中的暖白光的比重較大,所以混合光在3000K時(shí)的顯色指數(shù)與暖白光的相近。隨著色溫的增加,藍(lán)、綠光的比重逐漸上升,暖白光的比重逐漸下降,一般顯色指數(shù)也相應(yīng)地有所提升。在色溫為4000K時(shí),一般顯色指數(shù)最大,為95。之后,隨著色溫的增加,藍(lán)、綠光的比例過高,暖白光的比例過低,降低了LED白光光譜的豐富性,使得一般顯色指數(shù)逐步下降。色品差ΔC的值均小于5.4×10-3。從光效來看可調(diào)色溫白光的光效在67.8lm/W以上,在色溫為3500K時(shí)光效最大,為75.8lm/W,光效不高?？烧{(diào)色溫LED白光的光效與所選用的暖白、綠、藍(lán)LED的光效有關(guān)。因此,為得到更高光效的可調(diào)色溫LED白光,可選用高光效的暖白、綠、藍(lán)LED。同時(shí),為了提高可調(diào)色溫LED白光的顯色指數(shù),也可選用高顯色指數(shù)的暖白LED。但高顯色指數(shù)意味著低光效,這會(huì)降低混合白光的光效。對(duì)比表2和表3,理論計(jì)算值和測(cè)試值的色度參數(shù)等存在一定的誤差。色溫的計(jì)算值與實(shí)驗(yàn)測(cè)試的差值最小為3500K時(shí)的17K,最大為6500K時(shí)的158K。在6500K時(shí),色溫值偏差較大主要是由于在6500K時(shí),藍(lán)、綠光占的比重相對(duì)其他色溫時(shí)大,且藍(lán)、綠光任何一種的比重減小都會(huì)使得混合白光的色溫值變小。一般顯色指數(shù)的差值均較小(在±5以內(nèi))。一般顯色指數(shù)的理論計(jì)算和實(shí)際測(cè)試值隨色溫變化的趨勢(shì)如圖5所示。圖6是在色溫6500K時(shí)LED混光光譜的理論計(jì)算和實(shí)驗(yàn)測(cè)量曲線比較。圖5和圖6表明,混合光源的實(shí)驗(yàn)參數(shù)與理論計(jì)算值相一致。3gm調(diào)光技術(shù)能夠提高led色的穩(wěn)定性本文實(shí)驗(yàn)研究了色溫可調(diào)且顯示指數(shù)高的LED混光技術(shù),采用暖白、綠、藍(lán)LED光源組合,獲得了高顯指、高光效、好的溫度穩(wěn)定性等優(yōu)點(diǎn)。運(yùn)用PWM調(diào)光技術(shù),能夠獲得較好的色溫和顯色指數(shù)穩(wěn)定性。通過實(shí)驗(yàn)控制暖白、綠、藍(lán)LED之