三基色白光LED光源颜色稳定性的研究

三基色白光LED的司辰节律因子研究及光谱优化在如今社会中,人们呆在光源照射下的时间越来越长,人工照明已经可以弥补自然光对环境照明的不足。

随着本世纪初视网膜上的第三种感光细胞—本征感光视网膜神经节细胞(intrinsically photosensitive ganglion cells—ipRGCs)的发现,非视觉光生物效应的研究得到深入的开展。

人们发现照明光源不仅可以给人类提供一个明亮的环境,还影响人体褪黑素、皮质醇等激素的分泌,进而参与调节人体生理节律。

同时随着半导体照明技术的发展,LED(Light-Emitting Diode)在照明领域逐渐开始代替传统灯具,如荧光灯、白炽灯和高强度气体放电灯等。

白光LED具有寿命长、功耗低、体积小、响应快、色温可调等众多优点,得到广泛的应用。

如何利用白光LED营造出一个健康的照明环境受到越来越多人的关注。

因此本文围绕三基色白光LED的非视觉光生物效应进行了如下研究:首先,绪论简单阐述了非视觉光生物效应,以及当前的研究进展。

介绍了 LED的发展历程、发光原理、白光LED的构成、LED的光电色热参数的检测技术。

第二章介绍了人眼的构造以及视觉和非视觉通道,光源的光色参数和计算方法以及非视觉光生物效应的评价体系及评价模型。

之后测试了三基色白光LED在红绿蓝三芯片不同工作电流下的的光谱,并计算了相对应的司辰节律因子(CAF),研究了司辰节律因子与三路工作电流的关系,同时还同标准白光进行对比,提出了一种可以通过调节工作电流来改变三基色白光LED的司辰节律因子以及相关色温的方法。

然后测试了一天内不同时刻的自然光光谱,计算其司辰节律因子,发现不同时刻的司辰节律因子几乎都是在0.9左右,并利用数学模型获取和不同时刻的自然光相近的三基色白光LED的工作电流,通过计算和实验结果的对比验证了数学模型的正确性。

之后还对三基色白光LED的红绿蓝波长组合进行了光谱优化,找出最佳的红光、绿光和蓝光的峰值波长组合,使得不同相关色温下的白光LED在显色指数(CRI)、CAF和色坐标都接近标准白光。

白光LED色稳定及混光优化的研究与应用节能环保如今是世界各国正积极推动的战略发展方向,随着经济的不断发展,人们对高品质生活的追求不断提高。

LED作为新一代照明光源,凭借高光效、长寿命、节能环保以及快速响应等诸多优点,正逐步取代传统照明光源。

如今,LED在家庭照明、办公照明、氛围照明以及特殊照明领域都获得了广泛的应用。

由于单颗LED芯片功率较低,在实际应用中大多采用多颗LED芯片组合使用。

为了提高LED在调光照明中的色稳定性以及多色LED混光照明品质,本文结合智能控制算法,对LED的色稳定性以及多色LED混光照明进行研究,并将LED混光优化策略应用于日光模拟中,实现高性能的日光模拟。

本文采用理论分析与仿真模拟、实验验证相结合的研究方法进行研究。

主要的研究成果如下:1.针对LED在调光中的色漂移问题,分析调光中影响LED色稳定性的主要因素,提出一种基于BP神经网络的预测控制策略。

该策略能够准确预测PWM调光中维持LED色温稳定所需的最佳峰值电流,以减小LED在调光中的色漂移,并采用实验验证其控制策略的有效性。

2.针对RGBW四色LED混光照明优化问题,基于RGBW四色LED混光方程推导混合光的色温、光通量以及显色指数与PWM调光占空比之间的关系,提出采用遗传算法优化混合光的光通量和显色指数,使混合光获得最优的照明性能,最后进行了实验验证。

3.针对LED阵列的照度均匀性优化问题,建立了LED阵列的照度分布数学模型,提出采用遗传算法优化LED阵列结构,此策略能够获得最优的LED 阵列位置分布,并结合仿真模拟和实验验证了优化策略的有效性。

4.从实用性角度出发,将RGBW四色LED混光优化策略应用于日光模型中。

通过调节各颗LED的PWM占空比,不仅使LED混合光能够准确模拟全日日光的色温和亮度变化规律,同时通过遗传算法优化混合光的显色指数,获得更好的日光模拟效果,最后采用实验实现了日光模拟。

本文取得的研究成果对提高LED的照明品质具有很好的理论指导意思和实际参考意义。

编号：课程设计题目：LED驱动设计模拟太阳光谱学院：电子工程与自动化学院专业：光信息科学与技术学生姓名：黄焕安学号： 0800830210 指导教师：秦祖军2011 年 12 月26 日摘要白光LED以其特有的节能、环保、响应快、长寿命、可靠性高等显著优势迅速取代日光灯和白炽灯成为通用照明领域的主流产品。

其亮度高，自然，像太阳光更适合应用于汽车或室外作业照明场合。

课题以此为背景，根据白光LED的光学特性，它主要有红绿蓝三基色组成，因此用红、绿、蓝三基色LED合成白光模拟太阳光谱。

通过单片机编程控制输出PWM信号，利用中断控制器占空比变化,实现三基色的调光，使合成的白光的到优化，更近似太阳光。

关键词：三基色白光LED；PWM；调光；LED驱动；太阳光谱AbstractWhite light LED rapidly replacing the fluorescent lamp and the incandescent lamp as general illumination of the mainstream by its advantages of unique energy-saving, environmental protection, fast response, long life, high reliability. Its high brightness, natural, like the light of the sun is more suitable for application in automotive or outdoor lighting applications. Task was used as the background, according to the white light LED optical properties, which are mainly composed of red green blue three primary colors, used red, green, and blue three primary colors LED synthesis white light for solar spectrum simulation. Through the MCU programming control output PWM signal, the interrupt controller of duty cycle, to achieve three primary color light, enabling the synthesis of white light to optimize, more similar to the sun.Key words:three color white LED; PWM; Light modulation; LED drive; solar spectrum目录1 设计任务 (3)2 应用背景 (3)2.1 人类对ＬＥＤ的应用概述 (3)2.2 白光LED是大尺寸背光应用重要技术发展方向 (3)３太阳光谱结构 (4)4 三基色LED模拟白光论证 (5)4.1 色温及通光量 (5)4.2 LED的主波长的影响 (6)５方案设计 (7)5.1 总体设计 (7)5 2硬件电路设计 (8)5.2.1单片机控制模块 (8)5.2.2程控开关及驱动电路模块 (10)5.3 系统的软件设计 (12)5.3.1程序流程图 (12)5.3.2程序的调试 (15)6 结论 (17)7 心得体会 (17)参考文献 (18)附录 (19)1 设计任务1.1了解应用背景；1.2了解大气层内太阳光谱数据构成，包括光波成分及其强度；对光谱数据进行拟合以及分峰。