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研究生: 周佳德
Chia-te Chou
論文名稱: LED照明模組之色溫品質檢測與補償研究
Study of Color Temperature Quality Inspection and Compensation for LED Illumination Module
指導教授: 蔡明忠
Ming-jong Tsai
口試委員: 蕭弘清
Horng-ching Hsiao
阮張榮
Chang-jung Juan
學位類別: 碩士
Master
系所名稱: 工程學院 - 自動化及控制研究所
Graduate Institute of Automation and Control
論文出版年: 2012
畢業學年度: 100
語文別: 中文
論文頁數: 120
中文關鍵詞: LED照明色溫美國國家標準協會加法混色
外文關鍵詞: LED illumination, color temperature, ANSI, Additive color mixing
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不論是戶外照明、室內照明、戶外看板,甚至連手機背光源、LED顯示器及號誌燈,皆能夠在日常生活中看到LED的身影,進而衍生出許多LED的應用以及相關技術與學術探討。一般LED照明只能夠輸出單色光,倘若能夠利用RGB LED發光元件的加法混色理論加以改善,即可根據環境需求變化LED燈泡的色溫值。
本研究主要針對LED照明色溫品質檢測與補償作探討,利用RGB三晶獨立的LED進行混光調配來得到預期的目標色溫值,並透過積分球以及高精度光譜儀進行光源色溫量測。首先將LED照明模組(4×4陣列)單顆依序點亮RGB,量測該顆LED在最大灰階輸出時的三刺激值與色座標,再透過重心混光比例計算出混出目標色溫之色度值所需提供的RGB比例,重複動作至16顆LED完畢,對照模組全點亮時的色溫誤差,再對照至美國國家標準(ANSI)協會針對固態照明產品制定的色溫與色度指標。研究結果得知,在ANSI制定的八點色溫點下,單顆點亮在低色溫時最大色溫誤差不超過10K,在高色溫時最大色溫值不超過40K,而模組中16顆LED在補償後的最大色溫誤差為34.25K,最小色溫誤差為16.98K,皆符合ANSI訂定的誤差範圍。因此,本研究提出的色溫品質檢測及補償方法,確實能有效達到LED照明模組的色溫均勻性並提升其色溫品質。


Nowadays, whether outdoor lighting, indoor lighting, outdoor billboards, and even mobile phone backlight, LED display and signal lights, LED can be seen around everyone’s circumstances. And then it extends many LED applications, related technology and academic research. In general, LED illumination can just only output monochromatic light. If we can use the additive color mixing theory with RGB LED lighting devices to improve the monochromatic light ones, we can change the color temperature of LED lamps that depend on the environmental requirement.
This study focuses on the LED illuminant color temperature quality inspection and compensation. To get a desired color temperature, the independence of three crystal RGB LEDs is used to mix light, and color temperature qualities is inspected with an integrating sphere and a spectrometer. Firstly, the RGB of LED illumination module (4×4 array) is lighted in order of its coordinate. To mix the required target color temperature, the compensated RGB lighting ratio can be derived according to the mixed light formula with original RGB tri-stimulus of maximum grey level output value and RGB vertex coordinates. Then, repeat action after sixteen LEDs and module are measured. Finally, the color temperature and chrominance deviation are calculated between LED illumination module and ANSI. The experimental results from the 4×4 LEDs show that the deviation of the color temperature illumination standard by ANSI is less than 10K in low color temperature, and less than 40K in high color temperature for one piece of LED after compensation by using the proposed method. As sixteen LEDs of LED illumination module are lighted after compensation, the maximum color temperature deviation is 34.25K, and minimum is 16.98K for eight color temperature values, which are in compliance with the ANSI measurement tolerance. Thus, the color temperature quality inspection and compensation method in this study can really achieve the color temperature uniformity of a LED illumination module and enhance the qualities of its color temperature.

目 錄 摘 要 I Abstract II 誌 謝 III 目 錄 IV 圖 目 錄 VIII 表 目 錄 XIII 第一章 緒論 1 1.1 研究背景 1 1.2 研究動機與目的 5 1.3 研究方法 6 1.4 本文架構 7 第二章 LED相關技術與文獻探討 9 2.1 發光二極體(LED)簡介 9 2.1.1 LED發光原理 9 2.1.2 LED驅動與灰階顯示原理 11 2.1.3 照明用白光LED 13 2.2 文獻探討 14 第三章 LED色彩及色溫品質檢測與補償方法 18 3.1 CIE標準量測規範 18 3.2 ANSI色溫誤差量測品質規範 19 3.3 色彩工程學原理 21 3.3.1 色度形成原理 21 3.3.2 色彩三刺激值與色度座標 23 3.3.3 色溫與相對色溫 27 3.4 加法混色與色彩再現理論 34 3.4.1 三原色正規化 39 3.5色溫補償方法探討 42 3.5.1 色彩量測特性 42 3.5.2 色溫補償方法 43 第四章 系統架構與實驗設計 47 4.1 實驗設計 47 4.2 三晶獨立LED照明模組介紹 48 4.2.1 三晶獨立LED照明模組架構 49 4.2.2 三晶獨立LED照明模組驅動元件 53 4.2.3 LED照明模組發光元件介紹 56 4.3 LED照明模組色溫量測架構 58 4.3.1 光學積分球量測原理 58 4.3.2 LED色彩與色溫量測儀器 62 4.3.3 色彩與色溫量測系統控制端 64 第五章 實驗結果與討論 73 5.1重心加法混色RGB預設參數 73 5.2 色彩與色溫再現與實驗結果 81 5.3 色彩與色溫均勻性補償實驗結果 83 5.3.1 色溫2700K檢測與補償效果 83 5.3.2 色溫3000K檢測與補償效果 86 5.3.3 色溫3500K檢測與補償效果 89 5.3.4 色溫4000K檢測與補償效果 92 5.3.5 色溫4500K檢測與補償效果 95 5.3.6 色溫5000K檢測與補償效果 98 5.3.7 色溫5700K檢測與補償效果 101 5.3.8 色溫6500K檢測與補償效果 104 5.3.9 照明模組於各色溫值整體檢測與補償效果 107 第六章 結論與未來發展方向 113 6.1 結論 113 6.2 未來發展方向 115 參考文獻 117 作者簡介 122

參考文獻

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