應用LED混光技術於全日光模擬研究｜國立臺灣科技大學博碩士論文系統

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研究生：	劉冠顯 Kuan-shien Liu
論文名稱：	應用LED混光技術於全日光模擬研究 Study and Implement of Daylight Simulation Based on Mixing Technique for LED light sources
指導教授：	蕭弘清 Horng-ching Hsiao
口試委員:	宋平生 none 周錦惠 none 楊瑞錶 Jui-piao Yang 胡能忠 Neng-chung Hu
學位類別：	碩士 Master
系所名稱：	電資學院 - 電機工程系 Department of Electrical Engineering
論文出版年：	2007
畢業學年度：	95
語文別：	中文
論文頁數：	113
中文關鍵詞：	光強度、LED光源、色溫度
外文關鍵詞：	Luminous intensity, LED light sources, Color temperature
相關次數：	點閱：247 下載：21
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本論文旨在開發及研製一個LED混光系統，由RGB三色之發光二極體（Light-emitting diode, LED）所組成的陣列式面光源，透過數位控制方式調整其配光比例，可精準地展現出各種色溫度，其輸出光色可接近自然光，同時可模擬白天時之色溫變化。本研究首先使用混光方程式來計算RGB光通量之權重比，並採用Trace Pro光學模擬軟體建構RGB三色發光二極體模組，模擬計算所需之權重值，基於上述結果所構成之驅動電路搭配數位信號處理器(DSP)，依配光比以脈波寬度調變方式(PWM)個別調整RGB之工作週期，可達到控制個基準色發光強度而完成混光之要求。研究中使用全數位光源量測系統，量測驗證實際光譜分布範圍及色溫。

關鍵字：光強度、LED光源、色溫度

The thesis is devoted to design and achieve an illuminant with desired correlated color temperature (CCT) by mixing up the individual light output from different LED light sources which is red, greed, and blue LEDs (RGB-LEDs) respectively. By adjusting the different weighting of RGB-LEDs, one is able to get an illuminant which will produce a light feeling very similar to nature daylight. The research uses the color-of-gravity law of color mixture to calculate the flux weights of RGB color, then an optical tool software, Trace Pro, was used to design the layout of RGB-LEDs in order to simulate the weighting results. Based on the simulation results, a digital signal processor (DSP) control chip was adopted to modulate the duty cycle of RGB-LEDs′ drivers to get different weights by using PWM modulation techniques. Finally, a promote type illuminant was constructed and measured by a testing equipment, all digital lighting measure system, to certificate the overall quality.

Keywords：Luminous intensity, LED light sources, Color temperature

中文摘要.................................................................	i
英文摘要.................................................................	ii
誌謝..............	.......................................................iii
目錄.....................................................................iv
圖表索引...................	..............................................viii
第一章  緒論.............................................................	1
1 研究背景...............	..............................................1
2 研究動機與目的.......................................................	1
3 文獻回顧...............	..............................................2
4 研究流程與方法	.......................................................3
5 章節概述.............................................................	4

第二章  優良光環境品質的概要與指標.......................................	6
1 LED之光學特性概說....................................................	6
1.1　LED結構...........................................................	6
1.2　LED之製程簡述.....................................................	6
1.3　LED發光原理	.......................................................7
1.4　LED光電特性	.......................................................8
2 LED分類..............................................................	10
2.1　LED應用...........................................................	11
2.2　白光LED介紹.......................................................	12
2.3　白光LED製作方法...................................................	13
3 LED之控制............................................................	14
3.1　直流控制..........................................................	14
3.2　LED調光...........................................................	16
4 結語............................	.....................................18

第三章  LED國際標準光學量測與實測........................................	19
1 光源指標概說.........................................................	19
1.1　光通量(Luminous Flux).............................................	19
1.2　光度(Luminous Intensity)..........................................	19
1.3　照度(Illumination)................................................	19
1.4　輝度(Brightness)..................................................	20
1.5　演色性(Color Rendering Indes，CRI)................................	21
1.6　眩光(Glare).......................................................	21
1.7　黑體輻射(Black Radiation)與色溫(Color Temperature)................	24
2 相關色溫轉換計算.....................................................	26
3 LED光學量測..........................................................	28
3.1　CIE 127-The Measurement of LEDs 量測規範..........................	28
4 LED光源實測..........................................................	31
4.1　積分球介紹........................................................	31
4.2　PMS-50光譜分析系統................................................	32
4.3　標準光源..........................................................	33
4.4　量測方法..........................................................	34
4.5　實測結果..........................................................	35
3 結語.................................................................	35

第四章  混光模擬.........................................................	37
1 光與視覺概說.........................................................	37
1.1　光	................................................................37
1.2　色彩與視覺概說....................................................	39
1.3　色彩三屬性........................................................	41
2 色彩的表示...........................................................	43
2.1　色彩的數值表示....................................................	43
2.2　色彩方程式(Color Equation)........................................	43
2.3　RGB表色系統	.......................................................44
2.4　XYZ表色系統.......................................................	45
2.5　色度座標.........................................................	46
3 色彩混色(Color Mixture)	..............................................47
3.1　加法混色(Additive Color Mixing)...................................	47
3.2　減法混色(Subtractive Color Mixing)................................	48
3.3　混色分類..........................................................	48
4 混光試驗.............................................................	50
4.1　LED混光配比.......................................................	50
4.2　LED之選用與參數建立...............................................	52
5 結語.................................................................	56

第五章  LED混光驅動電路與控制器研製......................................	57
1 LED驅動電路類型......................................................	57
1.1　電壓調節模式......................................................	57
1.2　定電壓電流調節模式................................................	57
1.3　單輸入且多輸出電流調節模式........................................	58
1.4　LED串接之升壓型定電流調節模式.....................................	59
2 LED排列方式概論......................................................	59
2.1　串聯排列..........................................................	60
2.2　並聯排列..........................................................	61
2.3　串並聯排列........................................................	62
2.4　陣列(Matrix)式排列................................................	62
3 LED驅動電路之研製....................................................	63
3.1　LED之選用與發光模組設計...........................................	63
3.2　Boost升壓電路設計.................................................	63
4 調光控制器之研製.....................................................	69
4.1　TMS320LF2407數位訊號處理器........................................	69
4.2　功率晶體隔離驅動電路..............................................	70
4.3　混光系統硬體實作..................................................	71
5 結語.................................................................	71

第六章  模擬與實驗相關數據...............................................	72
1 LED模擬與量測系統之建立..............................................	72
1.1　光學模擬軟體Trace Pro介紹.........................................	72
1.2　LED模擬系統之建立.................................................	73
1.3　LED光源量測系統之建立.............................................	74
1.3　LED混光實驗數據...................................................	74
2 LED發光模組量測系統之建立............................................	90
2.1　LED發光模組量測設備介紹...........................................	90
2.2　LED混光實驗數據...................................................	90
3 結語.................................................................	106

第七章  結論與建議	.......................................................107
1 結論.................................................................	107
2 未來研究方向及建議...................................................	108
2.1　未來研究方向......................................................	108
2.2　研究建議..........................................................	109
參考文獻.................................................................	110
作者簡介.................................................................	113

                                

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