N色LED合成光源色温均匀度的仿真计算方法

本发明涉及照明，尤其是n色led合成光源的色温均匀度的仿真计算方法。

背景技术：

1、随着照明领域中led光源逐步替代荧光灯等传统光源，以及水俣公约对全球含汞荧光灯的生产和使用限制，在颜色评价等特殊照明应用领域led光源替代荧光灯和卤钨灯产品成为了必然的趋势。鉴于单种led封装器件难以达到颜色评价所需的光源色度指标，led光源通常由多种不同光色的led合成，由此可能会造成工作面上不同区域的色温产生偏差，因此有必要在产品或环境设计阶段对其色温均匀度进行仿真计算和评估。色温均匀度是一个重要评价指标，它表征了产品或环境工作面的色温的均匀程度，反映了不同区域光的冷暖程度是否一致。色温均匀性的优劣影响人们对光环境的视觉体验与判断，这一指标应通常用于照明应用领域相关产品和场景，如室内照明等。

2、目前，色温均匀性的计算方法比较简单，张泽峰[1]、邹精龙[2]等人计算色温均匀度为平均色温与最大色温的差值，通过差值的减小程度来评价色温均匀度改善程度。刘志彬等人[3]通过最大最小色温之差来表征色温均匀度，差值越小色温均匀度越高，这两种方法比较简单，但计算方法使用的数据较少，不能很好反应被评价对象的色温均匀程度；赵二龙[4]通过实验得到荧光粉光斑，由光斑颜色分布判断色温均匀度，这一方法依赖实验，适用场景单一，不是一个可推广的方法；胡莹等人[5]提出了借助tracepro仿真软件计算led阵列的色温均匀性，该方法通过tracepro仿真得到色坐标信息和照度分布后，利用色坐标和照度计算色温分布，最后计算得到色温均匀性，这一方法借助了仿真软件，可实现设计阶段的计算，但无法得到光谱分布，其计算会存在一定偏差，且该方法未考虑实际应用场景，计算结果对于实际应用场景的参考意义有限。

3、综上，色温均匀度是评价相关产品或照明环境的一个重要参数，目前还未有适用于多种应用场景的色温均匀度计算方法，因此需要更加可靠、适用于多种应用场景的色温均匀度计算方法。

4、[1]张泽峰.大功率led封装中光学表面形貌调控技术及其应用研究[d].华中科技大学,2017.

5、[2]邹精龙.大功率白光led荧光粉涂覆技术及其颜色均匀性研究[d].华中科技大学,2020.

6、[3]刘志彬,钱可元,罗毅.荧光粉层形状对白光led空间色温均匀性的影响[j].半导体光电,2012,33(05):651-656+671.

7、[4]赵二龙.基于梯度折射率与多层结构改善led光引擎光提取效率与色温均匀性的光学组件封装[d].合肥工业大学,2016.

8、[5]胡莹,苏宙平,曹晶辉.实现白光led阵列色温分布均匀化技术研究[j].液晶与显示,2018,33(04):326-337.

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种n色led合成光源色温均匀度的仿真计算方法。本发明采用照明仿真软件分别仿真所述n色led合成光源的n色光在工作面各个区域的照度值，由所述n种不同单色光的照度值得到该区域的合成光谱功率分布，并计算得到该区域的合成光谱的色温值，最后根据工作面不同区域的色温分布计算所述n色led合成光源在工作面上的色温均匀度。该方法操作简单，可准确计算色温均匀度。

2、本发明的技术方案具体介绍如下。

3、一种n色led合成光源色温均匀度的仿真计算方法，可有效估计该光源产生的色温均匀度。

4、光源由n种色光led组成，计算过程中，依次对n种led色光单独进行仿真，得到每种led色光在各个区域产生的照度值；

5、由每种色光的照度分布可计算得到各个区域内这一色光产生的光谱功率分布；

6、把n种色光在各个区域产生的光谱功率分布进行线性叠加得到合成光谱功率分布，计算得到合成光谱的色温，由各个区域的色温精确计算得到色温均匀度。

7、本发明n色led合成光源的色温均匀度的计算方法具体步骤如下：

8、1)所述n色led合成光源由n种led色光封装器件组成，所述n种色光按照一定配比合成得到目标光谱，其配比为γi(i＝1,2,...,n)；计算合成目标光谱对应的第i种(i＝1,2,…,n)色光封装器件的辐通量：

9、fei＝γi∫pi(λ)dλ

10、单位w，其中pi(λ)为第i种封装器件的相对光谱功率分布；实际计算时可将积分转换为求和；

11、2)使用照明仿真软件进行仿真，将工作面分成n个区域，仿真可得第i种封装器件在第j(j＝1，2，...，n)个区域的辐照度值为eeij，单位：w/m2；则第i种封装器件的有效辐射通量为：

12、

13、aj为第j个格子的面积；

14、3)计算第i种封装器件在第j个区域的单色光谱功率：

15、

16、其中eeij为照明仿真软件仿真后得到的第i种封装器件在第j个区域的辐照度值；

17、4)所述n色led合成光源在工作面第j个区域的光谱功率分布为：

18、

19、则根据光谱功率分布可以计算得到第j个区域的色温tj；

20、5)重复步骤2)～4)，可以得到工作面n个区域的色温分布情况，得到工作面上的最低色温tmin和平均色温，则色温均匀度为ut＝tmin/tave。

21、上述步骤1)中，配比γi是通过多基色拟合目标光谱计算得到的，有多种方法；优选的，采用中国专利cn202010491224中的多基色光谱拟合目标光谱的优化方法。

22、上述步骤2)中，区域仿真数由照明仿真软件的输出决定，优选的，设定为n≥9。

23、和现有技术相比，本发明的有益效果在于：

24、本发明提供的色温均匀度仿真计算方法，提供了一种对色度学性能评估的手段，可以在设计阶段就实现对照明场景或照明产品的色温均匀度进行评价，验证当前设计的可行性，避免在实际场景应用或产品中产生光色不均匀等问题。该仿真计算方法可以用于场景照明设计的优化以及照明产品的性能提升。

25、本发明通过计算过程中得到了工作面上各区域的光谱功率分布，由此得到的色温指标更加准确，且该方法还可以应用于其他由光谱可确定的色度学指标参数的评价。

技术特征：

1.一种n色led合成光源色温均匀度的仿真计算方法，其特征在于，利用照明仿真软件分别仿真得到n色led合成光源的n种单色光在工作面各个区域的照度值，由n种不同单色光的照度值得到该区域的合成光谱功率分布，并计算得到该区域的合成光谱的色温值，最后根据工作面不同区域的色温分布计算n色led合成光源在工作面上的色温均匀度。

2.根据权利要求1所述方法，其特征在于，具体步骤如下：

技术总结
本发明公开了一种N色LED合成光源色温均匀度的仿真计算方法。本发明针对N色LED合成光源的色温均匀度的计算方法问题，利用照度仿真软件得到单色光在工作面不同区域的照度分布，由各单色光的照度分布计算所述N色LED合成光源在不同区域的光谱功率分布并计算得到对应区域的色温，最后由工作面上的色温分布精确计算得到色温均匀度。色温均匀度为评价比色箱的一个重要指标。本发明方法操作简单，可准确计算色温均匀度。

技术研发人员：李福生,王欣雨,韩秋漪,张善端
受保护的技术使用者：复旦大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13