第２６卷第２期 ２００６年６月 光 电 子 或 术 ＯＰＴＯＥＬＥＣＴＲＯＮ１Ｃ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ Ｖｏ１．２６ Ｎｏ．２ Ｊｕｎ．２００６
单片ＬＣｏＳ光学引擎中彩色ＬＥＤ照明系统设计
宋家军 ，何平安 ，张红波 ，刘明华 （１．武汉大学电子信息学院光电工程系，武汉，４３００７９；２．武汉中原电子集团有限公司光电子分公司，武汉，４３００７４） 摘 要：ＬＣｏＳ光学引擎作为整个背投的一个重要组成部分，其照明系统显著地影响着［．ＣＯＳ 背投的性能。详细分析了影响照明效果的各个因素，并利用ＺＥＭＡＸ软件设计出了单片ＬＣｏＳ光学 引擎中基于彩色ＬＥＤ光源的照明系统，该系统能达到较好的亮度和均匀性，满足整个光机系统的 成像要求。 关键词：硅基液晶背投；微显示技术；高清晰度；开口率；光学引擎；彩色发光二极管光源 中图分类号：ＴＮ２７ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００５—４８８Ｘ（２００６）０２—０１１８—０５
Ｔｈｅ Ｃｏｌｏｒ ＬＥＤ Ｉｌｌｕｍｉｎａｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍ Ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ＬＣｏＳ Ｌｉｇｈｔ Ｅｎｇｉｎｅ ｏｆ ｏｎｌｙ Ｏｎｅ Ｃｈｉｐ
ＳＯＮＧ Ｊｉａ—ｊｕｎ ，ＨＥ Ｐｉｎｇ—ａｎ ，ＺＨＡＮＧ Ｈｏｎｇ—ｂｏ。，ＬＩＵ Ｍｉｎｇ—ｈｕａ。 （１．Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ ｏｆ Ｏｐｔｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｗｕｈａｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｗｕｈａｎ，４３００７ ９，ＣＨＮ； ２．Ｏｐｔｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｂｒａｎｃｈ ｏｆ Ｗｕｈａｎ Ｚｈｏｎｇｙｕａｎ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｇｒｏｕｐ Ｃｏ．Ｌｔｄ．，Ｗｕｈａｎ，４３００７４，ＣＨＮ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＬＣｏＳ ｌｉｇｈｔ ｅｎｇｉｎｅ ｉｓ ａｎ ｉｍｐｏｒｔａｎｔ ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ ｏｆ ｔｈｅ ｗｈｏｌｅ ｒｅａｒ ｐｒｏｊｅｃｔｉｏｎ．Ｔｈｅ ｉｌｌｕｍｉｎａｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ ａｆｆｅｃｔｓ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｏｆ ＬＣｏＳ ｒｅａｒ ｐｒｏｊｅｃｔｉｏｎ ｒｅｍａｒｋａｂｌｙ．Ｉｎ ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ，ｅａｃｈ ｆａｃｔｏｒ ｏｆ ａｆｆｅｃｔｉｎｇ ｉｌｌｕ— ｍｉｎａｔｉｏｎ ｅｆｆｅｃｔ ｉｓ ａｎａｌｙｚｅｄ ｆｉｒｓｔｌｙ，ｔｈｅｎ ａｎ ｉｌｌｕｍｉｎａｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ ｏｆ ＬＣｏＳ ｌｉｇｈｔ ｅｎｇｉｎｅ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｃｏｌｏｒ ＬＥＤ ｌｉｇｈｔ ｓｏｕｒｃｅ ｉｓ ｄｅｓｉｇｎｅｄ ｂｙ ＺＥＭＡＸ ｓｏｆｔｗａｒｅ，ｗｈｉｃｈ ｈａｓ ｏｎｌｙ ｏｎｅ ｃｈｉｐ，ｈｕｔ ｈａｓ ｐｒｅｆｅｒａｂｌｅ ｌｕｍｉｎａｎｃｅ ａｎｄ ｕｎｉｆｏｒｍｉｔｙ ａｎｄ ｃａｎ ｍｅｅｔ ｔｈｅ ｉｍａｇｅ ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔ ｏｆ ｔｈｅ ｗｈｏｌｅ ｏｐｔｉｃａｌ ｓｙｓｔｅｍ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ＬＣｏＳ ｒｅａｒ ｐｒｏｊｅｃｔｉｏｎ；ｍｉｃｒｏｄｉｓｐｌａｙ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ；ｈｉｇｈ ｄｅｆｉｎｉｔｉｏｎ；ｆｉｌｌ ｆａｃｔｏｒ；ｌｉｇｈｔ ｅｎｇｉｎｅ； ｃｏｌｏｒ ＬＥＤ ｌｉｇｈｔ ｓｏｕｒｃｅ
太阳能LED照明系统设计分析
近年来，全球能源危机日益加剧，常规能源已经无法满足世界经济发展的需求，太阳能作为一种重要的可再生绿色能源受到世界各国的青睐。太阳能半导体照明系统集成了半导体和太阳能资源的优势，有效提高了照明效率和绿色节能性，在实际应用中应加大对太阳能半导体照明系统的分析研究，充分发挥太阳能半导体照明系统优势。
太阳能半导体器件特性概述
太阳能半导体主要由光学系统、电极、PN结芯片等组成，晶片发光体面积约0.025平方毫米，整个发光过程经历三个阶段：在正向偏压条件下注入载流子；光能传输；复合辐射。在环氧树脂物中封装半导体晶片，电子流过晶片时，带正电的电子和带负电的电子在空穴区域复合，空穴和电子消失产生光子，光子能量与空穴、电子之间的带隙成正比，光颜色和光子能量相对应，根据可见光频谱分析，红色光和桔色光的光能量最少，紫色光和蓝色光的光能量最多。
随着封装技术、材料技术的快速发展，绿色LED光效约50lm/W，橙色和红色LED光效100lm/W，LED的全色化、超高亮度和高效化特点，其应用范围越来越广泛，特别是在户外照明系统中应用效果较好。LED在色度方面实现了所有的可见光，尤其是超高亮度白光LED的涌现，推动了照明光源的快速发展。
一般情况下，光强1cd是高亮度LED和普通LED的分界点，GalnAs、AIlnGaP和A1GaAs材料主要用于加工高亮度LED，其中高亮度红光LED采用A1GaAs材料，高亮度黄绿、黄、橙和红LED采用AIlnGaP，高亮度紫、蓝和深绿LED采用GalnAs。
LED 半导体的发光效率较高，卤钨灯、白炽灯的光效为12~20流明/瓦，高压钠90~130流明/瓦，荧光灯50~60流明/瓦，并且光谱窄、单色性好，不需要经过过滤就可发出有色可见光。同时，LED是一种全固体发光体，耐冲击、耐震不容易破碎，无污染，可开发为小型轻薄的照明产品，方便维护检修和安装。并且LED光源的启动时间较短，气体放电光源的特性在很大程度上决定了启动时间，这种采用环氧封装的半导体光源，内部不含有灯丝、玻璃等容易损坏的元器件，可经得起冲击和震动。
LED智能照明系统设计
LED被称为第四代照明光源或绿色光源，LED的发光器件是冷光源，具有节能、环保、寿命长、体积小等特点。白炽灯，卤钨灯的光效为12～24lm/W，荧光灯50～70lm/W，钠灯90～140lm/W，而且大部分的耗电变成了热耗。LED可达到50～200lm/W，而且单光的单色性好，光谱窄，无需过滤，可直接发出有色可见光。在相同照明效果的情况下，耗电量约为白炽灯的十分之一，荧光灯的二分之一。同样效果的一支日光灯40多瓦，而采用LED每支的功率只有8瓦。LED的平均寿命达10万小时，安全可靠性强，不含汞，钠元素等可能危害健康的物质，有利于环保，被称为“绿色照明光源”。
2 智能照明控制方案设计
利用光敏电阻检测室内光线的强弱，被动热释红外探测器可探测人体的特征，传感器将检测数据传送给控制核心———单片机，根据处理结果去控制照明设备的开启、关闭和照度。图1为智能照明控制方案原理框图。
该系统主要由三部分组成：传感器部分，控制器部分和LED驱动电路和照明系统，见图1。
3 系统硬件设计3.1 传感器部分
3.1.1 被动式热释电红外探测器
该探测器有三个关键元件：菲涅尔滤光芯片，它通过截止波长8～12μm的滤光芯片，起带通滤波器的作用，使环境的干扰受到明显的控制；菲涅尔透镜，聚焦作用，即将热释的红外信号折射（反射）在热释电红外传感器上，第二个作用是将警戒区内分为若干个明区和暗区，使进入警戒区的移动物体能以温度变化的形式在热释电红外传感器上产生变化热释红外信号，这样热释电红外传感器就能产生变化的电信号；热释电红外传感器将透过滤光芯片的红外辐射能量的变化转换成电信号，即热电转换。
人体都有恒定的体温，一般在37度，所以会发出特定波长10μm左右的红外线，被动式红外探头就是靠探测人体发射的10μm左右的红外线而进行工作的。人体发射的10μm左右的红外线通过菲涅尔滤波片增强后聚集到红外感应源上。红外感应源通过采用热释电
２Ｏ１２年８月 第２３卷第４期 照明工程学报 ＺＨＡ０ＭＩＮＧ Ｇ０ＮＧＣＨＥＮＧ ＸＵＥＢＡ０ Ａｕｇ． ２０１２ Ｖｏ１．２３ ＮＯ．４
黄克亚
（苏州大学阳澄湖校区，江苏苏州２１５１３７）
摘要：针对传统照明控制装置充放电路分开设置存在结构复杂、可靠性差、效率低等问题，研究了基于Ｚｅｔａ／Ｓｅｐｉｃ 双向变换器的光伏ＬＥＤ照明系统；提出了一种充电算法，其既能实现光伏电池最大功率点跟踪（ＭＰＰＴ）又能满足蓄 电池电压限制条件；设计了一种基于ＨＶ９９３０控制芯片的ＬＥＤ恒流驱动电路。实验结果表明：控制器可以根据蓄电池 状态准确地在ＭＰＰＴ、恒压和浮充算法之间切换，ＭＰＰＴ充电效率较恒压充电提升显著，ＬＥＤ驱动电路恒流效果好。 关键词：ＬＥＤ照明；双向变换器；充电控制；恒流驱动；独立光伏系统
Ｒｅｓｅａｒｃｈ ａｎｄ Ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ Ｉｎｄｅｐｅｎｄｅｎｔ Ｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃ ＬＥＤ Ｌｉｇｈｔｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ
Ｈｕａｎｇ Ｋｅｙａ
（Ｙａｎｇｃｈｅｎｇ Ｌａｋｅ Ｃａｍｐｕｓ ｏｆＳｏｏｃｈｏｗ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｓｕｚｈｏｕ ２１５１３７）
Ａｂｓｔｒａｃｔ
Ｏｎｅ ｐｈｏｔｏｖｏｈａｉｃ ＬＥＤ ｌｉｇｈｔｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｂｉ—ｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌ Ｚｅｔａ／Ｓｅｐｉｃ ｗａｓ ｒｅｓｅａｒｃｈｅｄ，ｉｎ ｏｒｄｅｒ ｔｏ ｓｏｌｖｅ ｔｈｅ ｐｒｏｂｌｅｍｓ ｏｆ ｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌ ｌｉｇｈｔｉｎｇ ｃｏｎｔｒｏｌ ｄｅｖｉｃｅｓ ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ ｃｏｍｐｌｅｘ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ，ｐｏｏｒ ｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ ａｎｄ ｌｏｗ
ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ．Ａ ｃｈａｒｇｅ ａｌｇｏｒｉｔｈｍ ｗａｓ ｐｒｏｐｏｓｅｄ，ｗｈｉｃｈ ｎｏｔ ｏｎｌｙ ｒｅａｌｉｚｅｄ ｔｈｅ ｍａｘｉｍｕｍ ｐｏｗｅｒ ｐｏｉｎｔ ｔｒａｃｋｉｎｇ （ＭＰＰＴ）ｓｃｈｅｍｅ，ｂｕｔ ａｌｓｏ ｓａｔｉｓｆｉｅｄ ｔｈｅ ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔ ｏｆ ｂａｔｔｅｒｙ’Ｓ ｖｏｌｔａｇｅ ｌｉｍｉｔ．Ａ ＬＥＤ ｃｏｎｓｔａｎｔ ｃｕｒｒｅｎｔ ｄｒｉｖｅ ｃｉｒｃｕｉｔ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ＨＶ９９３０ ｃｈｉｐ ｗａｓ ｄｅｓｉｇｎｅｄ．Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｅｗ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｃｈａｒｇｅ ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ ｃａｎ ｂｅ ｓｗｉｔｃｈｅｄ ｐｒｅｃｉｓｅｌｙ ｔｏ ｗｏｒｋ ｉｎ ｔｈｅ ＭＰＰＴ ｓｔａｔｕｓ，ｔｈｅ ｃｏｎｓｔａｎｔ ｖｏｌｔａｇｅ ｓｔａｔｕｓ，ｏｒ ｔｈｅ ｆｌｏａｔ ｃｈａｒｇｉｎｇ ｓｔａｔｕｓ
