翻译：可调色温白光LED能效和显色性仿真分析 翻译.docVIP

可调色温白光LED能效和显色性仿真分析(翻译) 潘建根 沈海平 冯华军 摘要:白光LED 的辐射光效和显色性是其作为普通照明光源最重要的两项指标,对于可调色温的白光LED照明光源,同时实现高能效和高显色性非常重要。多芯片白光LED 的色温、能效(辐射光效) 和显色性可以通过选择LED 芯片的峰值波长以及改变各个LED 芯片的相对功率来进行调节与优化。本文提出了一个新的更接近实际的LED 相对光谱功率分布曲线数学模型,在此模型的基础上利用软件仿真的方法分析了可调色温白光LED 的能效和显色性,并且给出了几个比较满意的典型结果,可用于指导白光LED 的设计,而且运用此方法还可以预测出白光LED 在某些物理条件下的极限能效。 关键词: 　白光LED ;可调色温;能效;显色性;仿真分析;高斯模型 1、简介 LED是在以前所未有的速度发展。基于它在能源持久效率方面的巨大潜力，高功率白光LED预计在不久的将来成为主流的通用照明源。白光LED和其他发光光源在发光机制和外部特性是非常不同的，今天，白光LED一般产生于以下三个模式： 1、直接混合RGB三芯片或多芯片的光； 2、蓝光LED激发黄色荧光粉； 3、紫外激发三色荧光粉。 第一种模式，例如，三芯片或多芯片白光LED，具有较高的自由度在光谱成分上具有较高的自由度。通过控制电流或每个芯片的输入功率，其相关颜色白光LED光源色温可灵活调谐。 白光LED，尤其是色温可调白光LED，使它到既高光效，且高显色性是一个值得研究的工作，也是一个具有挑战性的工作。本文介绍了一种以CIE的光度和色度的原则为基础，利用计算机软件技术模拟发三片或四片组合的、色温可调的白光LED光效，并给出了一些典型案例的模拟分析结果模。 2、通用照明光源和白光LED的相关色温，流明光通，以及显色性。 通用照明光源相关色温一般在2700K -6500K的范围。而可调色温白光LED的设计，可以使色温可调，从而满足不同季节，不同场合以及不同的氛围的光源色温要求，进一步改善照明质量，丰富的生活。 一般来说光源发光效率包括两个方面：（1）插座效率 图1几种传统的光源和白光LED的流明效率 显色指数大于85（CRI）的白光光源可用于高显色性要求的的场合;显色指数大于80的白光光源可用于高品质的照明光源以及室内照明，显色指数低于50的光源将是不适合的颜色区分。 高显色指数要求光谱功率分布范围较宽，而高光效则要求在555nm的单色辐射。因此，如何在两者之间找到一个平衡点，将是本文的重点。对于高品质的通用光源，显色指数应高于80。可调色温白光LED可由多个高光效和高显色指数的LED芯片组合而得到。 3、仿真分析 大野指出[1]指出，两芯片组合的白光LED不可能满足高显色性的室内照明要求。三芯片组合的白光LED可以实现满足高显色性的通用照明，但峰值波长的选择至关重要。四芯片白光LED的显色性会更好。。 本文提供了三片，四片可调色温的白光LED，分别模拟分析。 3.1 原理 参考文件可知，如图2所示[2]92组LED芯片的相对光谱功率分布，我们发现，单高斯模型不能准确描述它们。因此，我们对高斯模型的一些修改： 其中，λ0是指LED的峰值波长，峰值波长有很大的选择空间，但就当前LED技术方面，没有在中国88个黄色照明工程学报光发表的谱波段（550nm~580nm）发现高插头效率。因此，模拟将选择在此范围外的峰值波长作为LED芯片的峰值波长; Δλ是指波长的一半，一般在20纳米-40纳米的范围内。在这里，我们将根据实际情况选择分别，一个是指峰值功率，这可能是用于调节每个LED芯片之间的相对比例使用。正确混合多种单色LED会形成白光LED。从图2中，我们可以发现，修改后的模型可以很好地模拟真实的相对光谱功率分布LED芯片。 辐射光效公式： 图2 比较改进LED芯片模型与一般模型相对光谱功率分布（92片） 其中，S（λ）rel是白色LED相对光谱功率分布;功率等于683 lm/W，这是绝对光谱辐射光效在人眼中体现出来的最高值; V（λ）是观察者眼中的光谱光效率功能的。 显色指数计算根据[3]：色差 特别显色指数和一般显色指数 3.2三芯片白光LED仿真 选择460.5nm和35nm的，542nm和20nm左右，608nm和 25nm为峰值波长和半波宽;选择六个典型值的相关色温：2700K，3200K，4300K，5000K，5500K和6400K，结果如图3和表所示1。 3.3四芯片白光LED模拟 选择460. 5nm和35nm，510nm和30nm，542nm和20nm左右， 608nm和25nm为峰值波长和半波宽;选择6个以上典型的相关色温值，结果见图4和表2。 3.4结果分析 图5柱状图和仿真结果证明，四芯片白光LED