白光调光法高显色指数led白光的研究

白光调光法高显色指数led白光的研究

0led混光方案随着绿色技术的发展，高亮色指数的高光源广泛应用于智能高品质照明和特殊照明。实现色温可调的最简单方法是采用两种不同色温的LED白光或RGB光源组合,但所得到的可调色温的LED白光的显色指数都不高。为了得到色温可调且显色指数较高的LED白光,需要增加参与混光LED的种类。但是,采用的LED种类越多,电路控制难度越大,成本越高,且显色指数不会有显著的提升。人们提出了多种LED混光方案:红绿蓝琥珀色(R/G/B/A)LED、红绿蓝冷白(R/G/B/CW)LED和红黄绿蓝(R/Y/G/B)LED。尽管Speier提出了绿蓝暖白(G/B/WW)LED混光的方案,但是并没有进行实验研究。本文系统研究了暖白、绿、蓝三种LED的混色方案,三种LED均采用InGaN材料,它们的光衰相似,且材料具有较低的温度系数。我们实验测量暖白、绿、蓝LED的相对功率光谱分布、光效等参数,采用PWM调光方式,实现了色温(CCT)在3000~6500K的范围内可调、Ra为85~95的高显色指数的LED白光。1led光谱分析显色指数评价的是光源对物体真实颜色的显现程度。一般认为在日光下,物体所呈现的颜色是真实的,显色指数为100。显色指数的计算实际是色差的计算。光源对于某一标准样品的显色指数为式中,ΔEi为待测光源和参照照明体照射下的某一标准样品的色差。一般显色指数Ra是指光源对特定的8个标准颜色样品的平均显色指数光源的色温及显色指数是由LED的相对光谱功率分布决定的。所以,要想得到混色后的光源的显色指数和色温,需知道参与混光的LED的相对光谱功率分布Sn(λ)及他们之间的光功率配比an,混色后的光源的相对光谱功率分布为混光后LED光源的光效ηmix取决于参与混光的各LED的光效ηn:式中,kn表示的是参与混光的各LED对应的配比,Kn表示的是参与混光的各LED光源在每瓦光功率下发出的光的流明数式中,Km的值为683lm/W,V(λ)为视见函数。采用积分球测试得到暖白、蓝、绿LED的色度参数如表1所示,相对功率光谱分布如图1所示。基于表1和图1的LED参数和光谱数据,计算得到可调色温在3000~6500K范围内白光的一般显色指数Ra、色坐标和光效如表2所示,所对应的相对功率光谱分布如图2所示。2染色工艺对led混光误差的影响实验装置主要由开关电源、控制系统、带PWM调光功能的LED恒流驱动和可调色温LED灯具四部分构成(如图3)。可调色温灯具内有蓝、绿、暖白3种LED。通过MCU发送指令控制LED恒流驱动电路,使得流过红、绿、白3种LED的平均电流达到所合成各个色温的白光所需的值,从而实现LED灯具色温的动态控制。由于暖白LED具有较好的光谱丰富性,加之与绿光、蓝光LED混合,保证了在色温调节过程中保持较高的显色指数。采用PWM调光技术比较模拟调光有一些优越性。除开LED光通量的线性变化特性外,PWM调光下LED的色度参数随电流的变化比模拟调光的小。因此,色温和显色指数的稳定性更好。同时,PWM调光可以很好地与数字控制技术结合,在智能照明方面具有模拟调光无法比拟的优势。本次实验采用4颗暖白LED、1颗绿光LED、1颗蓝光LED。为了降低LED色度参数随电流变化对混光结果的影响,实验中固定白光LED的输出光通量不变,通过改变蓝、绿光LED的输出光通量,实现色温的可调。由于4颗暖白LED驱动电流为350mA,驱动占空比为100%时,在高色温区,单颗绿光LED的输出光通量不够,所以将控制暖白LED的占空比定为80%。根据表2计算的光通量配比,通过调节蓝、绿光LED驱动电路的占空比,实现色温的调节,并采用积分球进行测试,测试得到的3000~6500K范围内的参数如表3所示,光谱图如图4所示。从表3可知,通过PWM驱动电路控制暖白、绿、蓝LED之间的光通量配比,可以实现色温在3000~6500K范围内可调,且一般显色指数在85以上,最高可达95。在色温较低时,混合光中的暖白光的比重较大,所以混合光在3000K时的显色指数与暖白光的相近。随着色温的增加,蓝、绿光的比重逐渐上升,暖白光的比重逐渐下降,一般显色指数也相应地有所提升。在色温为4000K时,一般显色指数最大,为95。之后,随着色温的增加,蓝、绿光的比例过高,暖白光的比例过低,降低了LED白光光谱的丰富性,使得一般显色指数逐步下降。色品差ΔC的值均小于5.4×10-3。从光效来看可调色温白光的光效在67.8lm/W以上,在色温为3500K时光效最大,为75.8lm/W,光效不高。可调色温LED白光的光效与所选用的暖白、绿、蓝LED的光效有关。因此,为得到更高光效的可调色温LED白光,可选用高光效的暖白、绿、蓝LED。同时,为了提高可调色温LED白光的显色指数,也可选用高显色指数的暖白LED。但高显色指数意味着低光效,这会降低混合白光的光效。对比表2和表3,理论计算值和测试值的色度参数等存在一定的误差。色温的计算值与实验测试的差值最小为3500K时的17K,最大为6500K时的158K。在6500K时,色温值偏差较大主要是由于在6500K时,蓝、绿光占的比重相对其他色温时大,且蓝、绿光任何一种的比重减小都会使得混合白光的色温值变小。一般显色指数的差值均较小(在±5以内)。一般显色指数的理论计算和实际测试值随色温变化的趋势如图5所示。图6是在色温6500K时LED混光光谱的理论计算和实验测量曲线比较。图5和图6表明,混合光源的实验参数与理论计算值相一致。3gm调光技术能够提高led色的稳定性本文实验研究了色温可调且显示指数高的LED混光技术,采用暖白、绿、蓝LED光源组合,获得了高显指、高光效、好的温度稳定性等优点。运用PWM调光技术,能够获得较好的色温和显色指数稳定性。通过实验控制暖白、绿、蓝LED之