基于色温及亮度可调的LED混合白光开发分析①

翟英歌

(长春中国光学科学技术馆 吉林长春 130117)

1 引言

在人们生活质量不断提高中，对于光环境的要求也在不断增加，单一色温固定光源已经无法满足人们对生活的需求[1]。因此，需要调整照明的亮度，改变照明色温实现不同照明意境，提高照明光源显示指数，从而使照明环境对高显色性的要求得到满足。

2 系统设计和实验

2.1 四基色混光系统的设计

混合系统通过硬件配置与软件控制部分构成，软件部分的主要功能是实现优化校正，实现混合光亮度、色温、各基色光的电流配比。本文实验中的硬件装置主要包括四基色LED灯珠、电流电压测量仪器、线路板、黑色箱体。

2.2 系统的实验

在实验过程中，不同色温段高亮度低衰减直插型白光LED样品的设计主要包括荧光粉、基蓝光芯片、支架和胶水，选择色温段：2800～3000K、3000～3400K、7000～8000K，对样品随机抽取，显色指数在正常工作电流中为66.6，色温设置为2856K的白光LED作为1号样品；显色指数为75.2、色温为3399K的白光LED作为2号样品；显色指数为89.6、色温为7682K的白光LED作为3号样品。A组为1、3号样品的混色，B组为2、3号样品的混色。全部样品与混色后白光LED光色电参数利用PMS-80紫外-可见光-近红外光谱分析系统实现测试、记录，基于室温下调节正向电流IF，对5～30mA时样品与A、B组的光谱、色温、显色指数等参数进行记录[2]。

图1 样品和照明体的光谱对比

图2 混合光谱图

表1 四个色温光源性能的参数

图1(b)指的是高色温白光LED3号样品对比D75照明体光谱，能量最高的部分为蓝光部分，最低为红光部分，具有良好显色性的样品为3号。图2(a)混合后的A组白光光谱的蓝光部分与3号样品重合，黄光光谱的形状类似于1号样品。图2(b)无为B组白光光谱蓝光与3号样品的重合，黄光光谱形状与2号样品类似。由于是高色温、中间色温的照明体光谱蓝光部分具有较强的能量，在长波方向逐渐降低，A与B组具有良好的白光显色性。

表1为四个色温光源性能的参数，通过表1可以看出来，针对3100K、4100K、5000K、5800K的色差光源来说，根据本文算法所设计光源色温误差能够控制在100K之内，显色指数能够达到90以上，并且同色温黑体颜色差△UV能够控制到0.005以内，满足高像素手机成像质量部分检测项目的需求。表1中的实测显色指数参数给出4种色温光源中，最低显色性的数值为R12min，都表现为第12号色。第12色为饱和蓝色，表示此光源对于蓝色显色性能比较低。四个色温光源相对光谱功能分布曲线，蓝色波段500nm处对比其他波段具有明显的低谷，结果表现为对颜色纯度高的蓝色反射率比较低，从而降低了12号蓝色显色性能。要想使此情况改善，可以提高G525基色光500nm，或者添加500nm峰值的窄带光。

3 结语

本文设计了色温与亮度可调的LED混合白光装置，此装置能够精准控制基色光源电源的精度，从而实现参与混合光源光亮度配比的调节，并且调节混合光源色温与亮度。实验表明，四基色混光系统能够满足手机成像质量测量需要的四色温光源亮度可调需求。