CN105301469B - 高光谱效率性能的三芯片led的筛选方法 - Google Patents
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Abstract
本发明适用于照明技术领域，提供了三芯片LED的筛选方法，具体为：首先合成各色温下的三芯片LED；然后计算三芯片LED的辐射光谱效率ηLER值，得到不同色温下辐射光谱效率的最大ηLER值与最小ηLER值，分别对不同色温与不同色温下辐射光谱效率的最大ηLER值、最小ηLER值的关系进行函数拟合，由得到的两个线性函数形成三芯片LED对应的ηLER值性能范围带；同理，得到三芯片LED对应的S/P值性能范围带或M/P值性能范围带、acv值性能范围带；最后根据生成的性能范围带，选择能达到预设阈值的三芯片LED。本发明提供的方法可定量、科学的指导高光谱效率性能的三芯片LED的筛选，使光谱效率性能得到优化。
Description
技术领域
本发明属于照明技术领域，尤其涉及高光谱效率性能的三芯片LED的筛选方法。
背景技术
对于光源质量评价，除了效率、显色性等，辐射光谱效率LER(Luminous Efficacyof Radiation)、中间视觉辐射效率MER(Mesopic efficacy of radiation)以及非视觉生物效应引起的生理辐射效率CER(Cirtopic efficacy of radiation)是现在评价光源性能的重要参数。研究表明，光源色温越高时，其中间视觉效率相应越高，即中间视觉辐射效率越高；而色温越高时，意味着蓝光成分相对较高，生理辐射效率较高。但是前人研究中对于这些结果的一般性结论描述是一种趋势关系，比如高色温光源对应的中间视觉效率较高，或者低色温光源对于生理辐射效率较好，但结论并不精确，比如有些情况下低色温光源可达到更高的中间视觉效率。事实上各色温光源对应的性能最大覆盖范围带是相当宽泛的区域，低色温光源通过合理的优化可以达到较高的中间视觉效率，而高色温光源不合理的设计，也不能达到良好的性能。即现有技术中，若要提升三芯片LED的光谱效率性能，只能依据色温变化趋势来设计三芯片LED，不能达到更好的优化解。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于提供一种高光谱效率性能的三芯片LED的筛选方法，旨在依据相关性能范围带，定量、科学的指导三芯片LED的筛选，使光谱效率性能得到优化。
本发明是这样实现的，高光谱效率性能的三芯片LED的筛选方法，包括如下步骤：
步骤A：在均匀分布在CIE xy色度图上的若干个单色光LED中通过穷举法选择若干个组合以合成若干三芯片LED，其中每一个三芯片LED包括三个单色光LED；
步骤B：计算每一个三芯片LED的辐射光谱效率ηLER值，得到不同色温下辐射光谱效率的最大ηLER值与最小ηLER值，分别对各色温下辐射光谱效率的最大ηLER值、最小ηLER值的关系进行函数拟合，由得到的两个线性函数形成三芯片LED对应的ηLER值性能范围带；
步骤C：计算三芯片LED对应的暗视觉明视觉光效S/P值性能范围带或中间视觉效率M/P值性能范围带；所述M/P值与所述S/P值呈线性关系；
其中，计算三芯片LED对应的暗视觉明视觉光效S/P值性能范围带的过程如下：计算每一个三芯片LED的暗视觉明视觉光效S/P值，得到不同色温下暗视觉明视觉光效比值的最大S/P值与最小S/P值，分别对各色温下暗视觉明视觉光效比值的最大S/P值、最小S/P值的关系进行函数拟合，由得到的两个线性函数形成三芯片LED对应的S/P值性能范围带；
计算中间视觉效率M/P值性能范围带的过程如下：由得到的S/P值的两个线性函数得到M/P的两个线性函数，进而形成三芯片LED对应的M/P值性能范围带；
步骤D：计算每一个三芯片LED的生理辐射效率acv值，得到不同色温下生理辐射效率的最大acv值与最小acv值，分别对各色温下生理辐射效率的最大acv值、最小acv值的关系进行函数拟合，由得到的两个线性函数形成三芯片LED对应的acv值性能范围带；
步骤E：从步骤A合成的若干三芯片LED中，根据生成的ηLER值性能范围带、S/P值性能范围带或M/P值性能范围带、acv值性能范围带，选择ηLER值、S/P值或M/P值、acv值能达到预设阈值的三芯片LED作为高光谱效率性能的三芯片LED。
进一步地，步骤A中所述单色光LED的若干个组合≥6组，任意一组单色光LED的半波宽≤50nm。
进一步地，所述步骤B中最大ηLER值与色温对应的拟合函数为fLER(CCT)max＝-4.67·10-5CCT+0.891，拟合优度R2 0.99；最小ηLER值与色温对应的拟合函数为fLER(CCT)min＝-1.91·10-5CCT+0.389，拟合优度R2 0.99，色温对应范围为2000-6000K。
进一步地，所述ηLER值性能范围带中最大值和最小值的差值与色温对应的拟合函数为fLER(CCT)diff＝-2.76·10-5CCT+0.502，即2000K对应差值0.4468，3000K对应差值0.4192，4000K对应差值0.3916，5000K对应差值0.364，6000K对应差值0.3364。
进一步地，所述步骤C中最大S/P值与色温对应的拟合函数为fS/P(CCT)max＝2.57·10-4CCT+0.335，拟合优度R20.96；最小S/P值与色温对应的拟合函数fS/P(CCT)min＝9.56·10-5CCT+0.049，拟合优度R2 0.98，色温对应范围为2000-6000K。
进一步地，所述S/P值性能范围带中最大值和最小值的差值与色温对应的拟合函数为fS/P(CCT)diff＝16.14·10-5CCT+0.286，即2000K对应差值0.6088，3000K对应差值0.7702，4000K对应差值0.9316，5000K对应差值1.093，6000K对应差值1.2544。
进一步地，中间视觉亮度下对应的M/P值性能范围带被包含在S/P值性能范围带内，对应的函数关系为fM/P(CCT)＝(1-m)fS/P(CCT)+m，其中m＝0.767+0.3334log(L)，L为中间视觉亮度，fS/P(CCT)为暗视觉明视觉光效S/P值的拟合函数。
进一步地，所述步骤D中最大acv值与色温对应的拟合函数为facv(CCT)max＝2.93·10-4CCT-0.114，拟合优度R20.99，最小acv值与色温对应的拟合函数为facv(CCT)min＝1.31·10-4CCT+0.160，拟合优度R20.99，色温对应范围为2000-6000K。
进一步地，所述acv值性能范围带中最大值和最小值的差值与色温对应的拟合函数为facv(CCT)diff＝1.62·10-4CCT-0.274，即2000K对应差值0.05，3000K对应差值0.212，4000K对应差值0.374，5000K对应差值0.536，6000K对应差值0.698。
本发明与现有技术相比，有益效果在于：本发明提供了一种高光谱效率性能的三芯片LED的筛选方法，给出了函数化表示三芯片LED各相关性能对应范围带，可以定量、科学的指导三芯片LED的筛选及光谱优化；提升了三芯片LED的辐射光谱效率LER(对应参数ηLER)、中间视觉辐射效率MER(对应参数为S/P值、M/P值)、生理辐射效率CER(对应参数acv)等性能。
附图说明
图1是本发明实施例提供的高光谱效率性能的三芯片LED的筛选方法流程图；
图2是本发明实施例提供的六组单色光LED的光谱示意图；
图3是本发明实施例提供的六组单芯片LED对应的色度值及合成三芯片LED色温示意图；
图4是本发明实施例提供的光谱辐射效率ηLER的性能范围带的示意图；
图5是本发明实施例提供的暗视觉明视觉光效比值S/P值的性能范围带的示意图；
图6是本发明实施例提供的生理辐射效率acv值的性能范围带的示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明的整体设计思路主要是：先合成不同色温的三芯片LED，计算合成的所有三芯片LED的辐射光谱效率ηLER值、暗视觉明视觉光效S/P值、生理辐射效率acv值，并进行函数拟合，得到ηLER值、S/P值、acv值性能范围带；然后依据ηLER值、S/P值、acv值性能范围带来定量、科学的指导三芯片LED的筛选。
下面具体介绍高光谱效率性能的三芯片LED的筛选方法，如图1所示，所述筛选方法包括如下步骤：
步骤A：在均匀分布在CIE xy色度图上的若干个单色光LED中通过穷举法选择若干个组合以合成若干三芯片LED，其中每一个三芯片LED包括三个单色光LED；
上述单色光LED的若干个组合≥6组，任意一组单色光LED的半波宽≤50nm。
步骤B：计算每一个三芯片LED的辐射光谱效率ηLER值，得到不同色温下辐射光谱效率的最大ηLER值与最小ηLER值，分别对各色温下辐射光谱效率的最大ηLER值、最小ηLER值的关系进行函数拟合，由得到的两个线性函数形成三芯片LED对应的ηLER值性能范围带；
其中，辐射光谱效率ηLER值的计算公式为其中，P(λ)为光源光谱能量，V(λ)为明视觉光谱光视效率函数；
上述步骤B中最大ηLER值与色温对应的拟合函数为fLER(CCT)max＝-4.67·10-5CCT+0.891，拟合优度R2 0.99；最小ηLER值与色温对应的拟合函数为fLER(CCT)min＝-1.91·10- 5CCT+0.389，拟合优度R2 0.99，色温对应范围为2000-6000K；
所述ηLER值性能范围带中最大值和最小值的差值与色温对应的拟合函数为fLER(CCT)diff＝-2.76·10-5CCT+0.502，即2000K对应差值0.4468，3000K对应差值0.4192，4000K对应差值0.3916，5000K对应差值0.364，6000K对应差值0.3364。
步骤C：计算三芯片LED对应的暗视觉明视觉光效S/P值性能范围带或中间视觉效率M/P值性能范围带；所述M/P值与所述S/P值呈线性关系；
其中，计算三芯片LED对应的暗视觉明视觉光效S/P值性能范围带的过程如下：计算每一个三芯片LED的暗视觉明视觉光效S/P值，得到不同色温下暗视觉明视觉光效比值的最大S/P值与最小S/P值，分别对各色温下暗视觉明视觉光效比值的最大S/P值、最小S/P值的关系进行函数拟合，由得到的两个线性函数形成三芯片LED对应的S/P值性能范围带；
计算中间视觉效率M/P值性能范围带的过程如下：由得到的S/P值的两个线性函数得到M/P的两个线性函数，进而形成三芯片LED对应的M/P值性能范围带；
其中，暗视觉明视觉光效S/P值的计算公式为其中，P(λ)为光源光谱能量，V(λ)为明视觉光谱光视效率函数，V'(λ)为暗视觉光谱光视效率函数；而中间视觉效率M/P值的计算公式为其中，Vm(λ)为中间视觉光谱光视效率函数，其表达式Vm(λ)＝mV(λ)+(1-m)V'(λ)，m＝0.767+0.3334log(L)，L为中间视觉亮度；P(λ)为光源光谱能量，V(λ)为明视觉光谱光视效率函数。
上述步骤C中最大S/P值与色温对应的拟合函数为fS/P(CCT)max＝2.57·10-4CCT+0.335，拟合优度R20.96；最小S/P值与色温对应的拟合函数fS/P(CCT)min＝9.56·10-5CCT+0.049，拟合优度R2 0.98，色温对应范围为2000-6000K；
所述S/P值性能范围带中最大值和最小值的差值与色温对应的拟合函数为fS/P(CCT)diff＝16.14·10-5CCT+0.286，即2000K对应差值0.6088，3000K对应差值0.7702，4000K对应差值0.9316，5000K对应差值1.093，6000K对应差值1.2544；
中间视觉亮度下对应的M/P值性能范围带被包含在S/P值性能范围带内，可根据S/P值计算三芯片LED的中间视觉效率M/P值；对应的函数关系为fM/P(CCT)＝(1-m)fS/P(CCT)+m，其中m＝0.767+0.3334log(L)，L为中间视觉亮度，fS/P(CCT)为暗视觉明视觉光效S/P值的拟合函数，计算中间视觉效率M/P值的最大值与色温对应的拟合函数、最小值与色温对应的拟合函数及M/P值性能范围带时，所述fS/P(CCT)分别对应上述的fS/P(CCT)max、fS/P(CCT)min、fS/P(CCT)diff。
步骤D：计算每一个三芯片LED的生理辐射效率acv值，得到不同色温下生理辐射效率的最大acv值与最小acv值，分别对各色温下生理辐射效率的最大acv值、最小acv值的关系进行函数拟合，由得到的两个线性函数形成三芯片LED对应的acv值性能范围带；
其中，生理辐射效率acv值的计算公式为其中，P(λ)为光源光谱能量，C(λ)为非视觉生物效应函数，V(λ)为明视觉光谱光视效率函数；
上述步骤D中最大acv值与色温对应的拟合函数为facv(CCT)max＝2.93·10-4CCT-0.114，拟合优度R20.99，最小acv值与色温对应的拟合函数为facv(CCT)min＝1.31·10-4CCT+0.160，拟合优度R20.99，色温对应范围为2000-6000K。
上述acv值性能范围带中最大值和最小值的差值与色温对应的拟合函数为facv(CCT)diff＝1.62·10-4CCT-0.274，即2000K对应差值0.05，3000K对应差值0.212，4000K对应差值0.374，5000K对应差值0.536，6000K对应差值0.698。
步骤E：从步骤A合成的若干三芯片LED中，根据生成的ηLER值性能范围带、S/P值性能范围带或M/P值性能范围带、acv值性能范围带，选择ηLER值、S/P值或M/P值、acv值能达到预设阈值的三芯片LED作为高光谱效率性能的三芯片LED。
下面举一具体实施例：
关于所述三芯片LED的合成，选用六个半波宽为30nm，峰值波长分别为R(red)630nm,A(amber)580nm,Y(yel low)560nm，G(green)510nm，C(cyan)485nm以及B(blue)450nm的单色光LED，所述六个单色光LED的光谱能量分布如图2所示；这六个单色光LED均匀分布在CIE xy色度图上，在这六个单色光LED中选择若干个由三个单色光LED组成的组合合成若干三芯片LED，合成色温为2000K、3000K、4000K、5000K、6000K，如图3所示。分别计算辐射光谱效率ηLER值、暗视觉明视觉光效S/P值、生理辐射效率acv值，并得到各色温下最大与最小参数值，进行线性拟合，分别得到ηLER值性能范围带，如图4所示；S/P值性能范围带，图5所示；acv值性能范围带，图6所示。
本发明提供了一种高光谱效率性能的三芯片LED的筛选方法，给出了函数化表示三芯片LED各相关性能对应范围带，可以定量、科学的指导三芯片LED的筛选及光谱优化；提升了三芯片LED的辐射光谱效率LER(对应参数ηLER)、中间视觉辐射效率MER(对应参数为S/P值、M/P值)、生理辐射效率CER(对应参数acv)等性能。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.高光谱效率性能的三芯片LED的筛选方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤A：在均匀分布在CIE xy色度图上的若干个单色光LED中通过穷举法选择若干个组合以合成若干三芯片LED，其中每一个三芯片LED包括三个单色光LED；
步骤B：计算每一个三芯片LED的辐射光谱效率ηLER值，得到不同色温下辐射光谱效率的最大ηLER值与最小ηLER值，分别对各色温下辐射光谱效率的最大ηLER值、最小ηLER值的关系进行函数拟合，由得到的两个线性函数形成三芯片LED对应的ηLER值性能范围带；
步骤C：计算三芯片LED对应的暗视觉明视觉光效S/P值性能范围带或中间视觉效率M/P值性能范围带；所述M/P值与所述S/P值呈线性关系；
其中，计算三芯片LED对应的暗视觉明视觉光效S/P值性能范围带的过程如下：计算每一个三芯片LED的暗视觉明视觉光效S/P值，得到不同色温下暗视觉明视觉光效比值的最大S/P值与最小S/P值，分别对各色温下暗视觉明视觉光效比值的最大S/P值、最小S/P值的关系进行函数拟合，由得到的两个线性函数形成三芯片LED对应的S/P值性能范围带；
计算中间视觉效率M/P值性能范围带的过程如下：由得到的S/P值的两个线性函数得到M/P的两个线性函数，进而形成三芯片LED对应的M/P值性能范围带；
步骤D：计算每一个三芯片LED的生理辐射效率acv值，得到不同色温下生理辐射效率的最大acv值与最小acv值，分别对各色温下生理辐射效率的最大acv值、最小acv值的关系进行函数拟合，由得到的两个线性函数形成三芯片LED对应的acv值性能范围带；
步骤E：从步骤A合成的若干三芯片LED中，根据生成的ηLER值性能范围带、S/P值性能范围带或M/P值性能范围带、acv值性能范围带，选择ηLER值、S/P值或M/P值、acv值能达到预设阈值的三芯片LED作为高光谱效率性能的三芯片LED。
2.如权利要求1所述的三芯片LED的筛选方法，其特征在于，步骤A中所述单色光LED的若干个组合≥6组，任意一组单色光LED的半波宽≤50nm。
3.如权利要求1所述的三芯片LED的筛选方法，其特征在于，所述步骤B中最大ηLER值与色温对应的拟合函数为fLER(CCT)max＝-4.67·10-5CCT+0.891，拟合优度R2 0.99；最小ηLER值与色温对应的拟合函数为fLER(CCT)min＝-1.91·10-5CCT+0.389，拟合优度R2 0.99，色温对应范围为2000-6000K。
4.如权利要求3所述的三芯片LED的筛选方法，其特征在于，所述ηLER值性能范围带中最大值和最小值的差值与色温对应的拟合函数为fLER(CCT)diff＝-2.76·10-5CCT+0.502，即2000K对应差值0.4468，3000K对应差值0.4192，4000K对应差值0.3916，5000K对应差值0.364，6000K对应差值0.3364。
5.如权利要求1所述的三芯片LED的筛选方法，其特征在于，所述步骤C中最大S/P值与色温对应的拟合函数为fS/P(CCT)max＝2.57·10-4CCT+0.335，拟合优度R20.96；最小S/P值与色温对应的拟合函数fS/P(CCT)min＝9.56·10-5CCT+0.049，拟合优度R2 0.98，色温对应范围为2000-6000K。
6.如权利要求5所述的三芯片LED的筛选方法，其特征在于，所述S/P值性能范围带中最大值和最小值的差值与色温对应的拟合函数为fS/P(CCT)diff＝16.14·10-5CCT+0.286，即2000K对应差值0.6088，3000K对应差值0.7702，4000K对应差值0.9316，5000K对应差值1.093，6000K对应差值1.2544。
7.如权利要求6所述的三芯片LED的筛选方法，其特征在于，中间视觉亮度下对应的M/P值性能范围带被包含在S/P值性能范围带内，对应的函数关系为fM/P(CCT)＝(1-m)fS/P(CCT)+m，其中m＝0.767+0.3334log(L)，L为中间视觉亮度，fS/P(CCT)为暗视觉明视觉光效S/P值的拟合函数。
8.如权利要求1所述的三芯片LED的筛选方法，其特征在于，所述步骤D中最大acv值与色温对应的拟合函数为facv(CCT)max＝2.93·10-4CCT-0.114，拟合优度R20.99，最小acv值与色温对应的拟合函数为facv(CCT)min＝1.31·10-4CCT+0.160，拟合优度R20.99，色温对应范围为2000-6000K。
9.如权利要求8所述的三芯片LED的筛选方法，其特征在于，所述acv值性能范围带中最大值和最小值的差值与色温对应的拟合函数为facv(CCT)diff＝1.62·10-4CCT-0.274，即2000K对应差值0.05，3000K对应差值0.212，4000K对应差值0.374，5000K对应差值0.536，6000K对应差值0.698。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20180313 Termination date: 20210525 |