基于色溫及亮度可調的LED混合白光開發分析①

翟英歌

(長春中國光學科學技術館 吉林長春 130117)

1 引言

在人們生活質量不斷提高中，對于光環境的要求也在不斷增加，單一色溫固定光源已經無法滿足人們對生活的需求[1]。因此，需要調整照明的亮度，改變照明色溫實現不同照明意境，提高照明光源顯示指數，從而使照明環境對高顯色性的要求得到滿足。

2 系統設計和實驗

2.1 四基色混光系統的設計

混合系統通過硬件配置與軟件控制部分構成，軟件部分的主要功能是實現優化校正，實現混合光亮度、色溫、各基色光的電流配比。本文實驗中的硬件裝置主要包括四基色LED燈珠、電流電壓測量儀器、線路板、黑色箱體。

2.2 系統的實驗

在實驗過程中，不同色溫段高亮度低衰減直插型白光LED樣品的設計主要包括熒光粉、基藍光芯片、支架和膠水，選擇色溫段：2800～3000K、3000～3400K、7000～8000K，對樣品隨機抽取，顯色指數在正常工作電流中為66.6，色溫設置為2856K的白光LED作為1號樣品；顯色指數為75.2、色溫為3399K的白光LED作為2號樣品；顯色指數為89.6、色溫為7682K的白光LED作為3號樣品。A組為1、3號樣品的混色，B組為2、3號樣品的混色。全部樣品與混色后白光LED光色電參數利用PMS-80紫外-可見光-近紅外光譜分析系統實現測試、記錄，基于室溫下調節正向電流IF，對5～30mA時樣品與A、B組的光譜、色溫、顯色指數等參數進行記錄[2]。

圖1 樣品和照明體的光譜對比

圖2 混合光譜圖

表1 四個色溫光源性能的參數

圖1(b)指的是高色溫白光LED3號樣品對比D75照明體光譜，能量最高的部分為藍光部分，最低為紅光部分，具有良好顯色性的樣品為3號。圖2(a)混合后的A組白光光譜的藍光部分與3號樣品重合，黃光光譜的形狀類似于1號樣品。圖2(b)無為B組白光光譜藍光與3號樣品的重合，黃光光譜形狀與2號樣品類似。由于是高色溫、中間色溫的照明體光譜藍光部分具有較強的能量，在長波方向逐漸降低，A與B組具有良好的白光顯色性。

表1為四個色溫光源性能的參數，通過表1可以看出來，針對3100K、4100K、5000K、5800K的色差光源來說，根據本文算法所設計光源色溫誤差能夠控制在100K之內，顯色指數能夠達到90以上，并且同色溫黑體顏色差△UV能夠控制到0.005以內，滿足高像素手機成像質量部分檢測項目的需求。表1中的實測顯色指數參數給出4種色溫光源中，最低顯色性的數值為R12min，都表現為第12號色。第12色為飽和藍色，表示此光源對于藍色顯色性能比較低。四個色溫光源相對光譜功能分布曲線，藍色波段500nm處對比其他波段具有明顯的低谷，結果表現為對顏色純度高的藍色反射率比較低，從而降低了12號藍色顯色性能。要想使此情況改善，可以提高G525基色光500nm，或者添加500nm峰值的窄帶光。

3 結語

本文設計了色溫與亮度可調的LED混合白光裝置，此裝置能夠精準控制基色光源電源的精度，從而實現參與混合光源光亮度配比的調節，并且調節混合光源色溫與亮度。實驗表明，四基色混光系統能夠滿足手機成像質量測量需要的四色溫光源亮度可調需求。