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基于视觉与非视觉效应的多基色白光光源研究

【摘要】:在当前半导体技术的快速发展下,基于LED(Light-Emitting Diode)的第四代半导体光源已经逐渐占据了大部分照明与显示市场。相较于其他照明光源,LED光源具有电压低、能耗低、寿命长、可靠性高等优点,满足国家和社会对于照明的节能与环保要求。此外,LED光谱功率分布(Spectral Power Distribution,SPD)单色性强、色彩丰富可调谐,能够根据人们对于不同场景下的照明需求,通过组合不同波长的LED来设计相应的光谱功率分布,从而提高光舒适度。21世纪以来,健康照明己经成为半导体照明领域研究的热门之一。2017年10月2日,三位科学家杰弗里·霍尔、迈克尔·罗斯巴什和迈克尔·杨因为在控制生物节律的相关研究成果而被授予了诺贝尔生理学或医学奖。可见,照明光源与人们的健康生活息息相关。本文旨在建立LED在健康照明领域的光谱优化算法体系,主要研究包括以下两个方面:(1)三基色白光LED实现室内健康照明光源的研究。具体地,我们对InGaN/GaN蓝光芯片+YAG荧光粉+AlGaInP红光芯片构成的三基色白光LED建立相匹配的用于光谱模拟的数学模型(非对称的SP7光谱模型),借助遗传算法优化计算了它们针对办公室照明与卧室照明的最高、最低司辰节律因子(非视觉参数)以及对应的光视效能(明视觉参数),相关的分析结果可以为后续对于健康的三基色白光LED的实现提供学术和工业上的指导。另外,我们对比分析了四种主流的三基色白光LED在两种不同照明场景下(办公室照明与卧室照明)的视觉与非视觉特性。(2)多基色LED实现光谱可调光源的研究。这一部分,我们改进了最小二乘法,确保最后参数求解结果的非负性。我们首先针对多路等间隔峰值波长的LED光源,基于非对称的SP7光谱模型拟合两种常见的标准光源A与D65的光谱,从理论上来验证多路LED实现光谱可调的驱动算法的正确性。接着,我们通过市面上现有的多种波长LED产品搭建了多路LED光源系统。通过光谱仪和积分球实测各路LED的光谱,同时采用上述拟合算法来计算输出各路LED的电流,最终实现光谱精确可调的光源系统。

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