LED背光显示器对不同年龄人视网膜照度、节律效应和蓝光危害的影响

研究了视网膜照度、节律效应和蓝光危害随年龄的变化规律.采用光谱仪测量了4款常见发光二极管背光显示器显示白色和蓝色时的归一化光谱分布,然后结合不同年龄人眼的晶状体透射谱,计算了视网膜照度因子、节律因子和蓝光危害能效因子,得到三者与年龄的变化规律.研究表明:对于同一发光二极管背光显示器,视网膜照度因子、节律因子和蓝光危害能效因子均随年龄的增加而显著减小;同一人眼的视网膜照度因子随显示器类型的变化较小;对于年轻人,不同类型显示器的蓝光危害能效因子和节律因子差异明显,特别是显示蓝色时,但是,对于老年人,不同类型显示器的蓝光危害能效因子和节律因子差异较小.     

基于光谱分析的AMOLED蓝光危害与节律效应随年龄变化研究

当前光生物安全研究多针对光谱分布恒定的人工照明,且较少考虑人眼透射率随年龄变化的影响。未来20年AMOLED可能将逐步成为智能手机的主流显示屏。为了探索AMOLED的蓝光危害与节律效应与使用者年龄的关系,为AMOLED个性化设计及使用提供理论参考,我们根据CIE 203-2012A给出的人眼透射率随年龄变化的函数表达式,得到了11个不同年龄(1—100岁,每间隔10岁)人眼透射率。采集了6个不同色温(2 300、 2 700、 3 400、 4 100、 5 000和6 500 K)AMOLED 380～780 nm可见光波段的原始光谱分布数据,对不同色温下AMOLED的原始光谱分布数据进行归一化处理,由不同色温下AMOLED的归一化光谱分布数据乘以不同年龄人眼透射率,得到不同年龄下不同色温AMOLED在人眼视网膜上的有效光谱分布。利用人眼视网膜有效光谱分布,代替蓝光危害因子与节律因子计算公式中的原始光谱分布,计算了AMOLED在不同年龄人眼视网膜上有效光谱分布的蓝光危害因子与节律因子。通过高质量函数拟合分析,研究了AMOLED的蓝光危害与节律效应随年龄变化。研究分析结果表明：AMOL...     

中间视觉条件下光源光谱对人眼视亮度的影响

基于MOVE模型和对多种光源发射光谱的测量,计算得到不同环境亮度条件下人眼光谱效率函数的明视觉函数权重x和中间视觉等效亮度。结果表明,在中间视觉范围内,随着亮度水平的降低,人眼视觉函数曲线峰值强度逐渐加强,且向短波方向发生移动,变化幅度与光源s/p指标成反比,在环境亮度为0.5 cd·m-2的情况下,峰值强度较明视觉函数均提高30%以上。与传统的测试结果相比,荧光灯、不同色温的白光LED中间视觉等效亮度呈正增益,增益幅度达40%,而高压钠灯则呈现负增益效果;随着环境亮度的提高,增益幅度均呈减小的趋势;当达到完全由视锥细胞作用的亮度水平,等效亮度将等于明视觉亮度。该方法及结论有利于更为科学、准确的评价光源及发光材料的光谱和视亮度特性。     

显示设备防蓝光模式和色域的关系

基于新型光源的显示设备以大色域、高亮度、高解析度等优点成为了市场主流.蓝光作为三基色之一,是显示系统不可或缺的部分,它的波长、光谱宽度、亮度等参数影响着显示系统的方方面面.同时,过强的蓝光会损害人眼的视网膜细胞并影响生物节律.如何减少蓝光危害是设计显示系统时需要考虑的重要问题.以手机、电视屏幕为代表的显示设备是人机交互的重要媒介,为了减少其中的蓝光危害,在设备中通常都设有防蓝光模式.这种模式会影响到显示设备的色域.基于此,测量显示系统中色域和蓝光危害随着防蓝光模式的变化过程是有必要的.我们提出了一种测量显示设备特征点获得立体色域的理论.以目前市面上几种主流手机作为实验样本测量立体色域,结合光谱获得蓝光危害值,提出色域和蓝光危害的兑换比例这一测量标准,以评估防蓝光模式的质量.     

基于视觉功效法的公路照明光源性能分析

中间视觉条件下人眼光谱效率函数表现为一系列的曲线,其峰值波长和强度受光源光谱、背景亮度等多方面的影响,光源对照明视认性的影响无法通过单一的光学参量进行表征。试验以视认反应时间作为评价指标,应用视觉功效法测试了不同速度条件下,人眼在不同照明环境中的视认性能,所选择光源包括高压钠灯、无极荧光灯和三种色温的白光LED,光源色温范围1 958~5 537 K,背景亮度取值针对公路隧道基本段照明和一般室外道路照明,范围为1~5 cd·m-2,均在人眼中间视觉亮度范围内。统计试验结果显示：在相同速度、亮度条件下,高色温光源对应的视认反应时间小于低色温光源;相同亮度条件下高速视标对应的反应时间小于低速视标,但测试截止时刻,低速视标在观察者视场内的张角较高速视标更大。应用MOVE模型计算得到测试光源所形成不同发射光谱、不同背景亮度条件下的人眼中间视觉等效亮度,与明视觉亮度测试结果比较,中间视觉等效亮度对应的反应时间曲线标准差系数CV更小,显示中间视觉条件下不同光源等效亮度与明视觉亮度的差异是造成视认性差异的原因之一,由于白光LED光源的GaN芯片发射光谱峰值与中间视觉光谱效率函数的峰值波长较为接近,高色温白光LED的照明视认效果优于低色温白光LED和无极荧光灯,峰值位于Na+特征谱线附近的高压钠灯照明视认效果较差。     

色坐标对白光LED光通量的影响

研究了在蓝光芯片加黄色荧光粉制备白光LED方法中,色坐标位置对光通量的影响。在同样蓝光功率条件下,我们对标准白光点(色坐标x=0.33±0.05,y=0.33±0.05)附近不同色坐标位置的光通量进行了计算。假设(0.325,0.332)位置流明效率为100 lm/W,计算得出,最大光通量对应的色坐标位置为(0.35,0.38),光通量为112 lm;最小光通量对应的色坐标位置为(0.29,0.28),光通量为93.5 lm。相对于100 lm的变化幅度达到18.5%。通过与实验数据的对比和分析,进一步验证了白光LED光通量随色坐标增大而增加的这一趋势。     

红/绿/蓝/暖白4色LED白光温度光谱优化方法

研究了一个基于高斯模型和双高斯模型的温度变化光谱模型,并基于脉冲宽度调制（PWM）调光的红/绿/蓝/暖白（R/G/B/WW） 4色LED混合白光进行了实验验证。结果表明,在20～90℃温度范围内,当相关色温为3000、5000、6500 K时,光源参数（照度、显色指数、相关色温、蓝光危害因子和节律因子）的最大相对误差为3.79%。基于该模型,采用自适应差分进化（JADE）算法获取R/G/B/WW发光二极管在不同温度下的补偿占空比,并建立光谱优化模型以消除温度对光源光谱及其光源参数的影响。结果表明,优化补偿后的光谱与初始温度光谱基本一致,光源参数最大相对误差为2.62%。     

白光数码管色坐标位置对光通量的影响

应用荧光粉转换法制备的白光数码管作为实验对象,利用同一批次蓝光芯片,调整荧光粉和环氧树脂不同混合比例,研究白光数码管色坐标位置和光通量关系.在20mA额定工作电流,环境温度25℃,湿度54％条件下,对被测白光数码管进行光通量和色坐标的测试,实验结果表明荧光粉比例增加致使白光光谱中黄绿光部分的发光能量增强,色坐标由(0.331,0.369)到(0.313,0.345)变化,光通量的值逐渐增加,这一实验结果和理论计算结果的发展趋势基本一致.在测试样品中最大光通量和最小光通量的值相差24.49mlm.研究结果表明利用色度学原理,调整荧光粉和环氧树脂混合比例,可以在一定程度上提高输出光通量.     

不同手机屏幕对青少年生理节律和蓝光危害的影响

针对市场上三款常见的不同材质的手机屏幕（LED背光LCD、OLED、SUPER AMOLED）,在黑暗中、屏幕距离瞳孔15 cm处4种不同色温的条件下,研究不同手机对青少年生理节律和蓝光危害的影响。在充分考虑年龄、人眼受光面积、透射率的情况下,改进传统计算蓝光危害因子的公式,并计算节律因子和蓝光危害因子。结果表明,不管何种手机,节律因子和蓝光危害因子都随色温升高而增大,并且均呈现出良好的线性关系。在7 425~9 201 K色温下,节律因子由大到小依次为:OLED > SUPER AMOLED > LED背光LCD;而蓝光危害因子由大到小依次为:LED背光LCD > SUPER AMOLED > OLED,由此可以根据不同需求,选择相对更健康合适的手机。     

彩色视觉测量中的LED照明系统设计

设计并制作了一套基于发光二极管(LED)的具有多颜色特征的光源系统,分析了光源工作原理,进行了光学结构设计.应用MAX16807芯片和脉宽调制(PWM)技术设计专用驱动电路,实现了LED的恒流驱动和亮度数字调制.实验证明,该光源预热后的照度、主波长和色品坐标稳定,辐照均匀度达到90%以上,可以满足彩色视觉测量的需要并取...     

瓦级大功率InGaN蓝光LED的光色电特性

封装并测量了瓦级大功率InGaN蓝色发光二极管(LED)在不同正向电流I_F驱动下的光通量、电功率、发光效率、发射光谱和色品坐标等参数的变化。研究表明, 光通量与电功率随I_F的增大呈亚线性增加,而发光效率η则下降。当I_F从50 mA一直增大到450 mA左右时,发射光谱的峰值波长λ_p随I_F的增加发生蓝移,蓝移现象可能与InGaN蓝光LED芯片在较大电流时能带被拉平以及In成分的作用有关。当I_F大于500 mA或800 mA后,λ_p又发生红移,红移现象可能与大电流注入下InGaN蓝光LED芯片产生的热效应以及电子-空穴对辐射复合有关。此外,光谱的半峰全宽(FWHM)产生宽化现象,色坐标x和y值也发生变化。     

白光LED用YAG黄色荧光粉实用中发射光谱的测量方法

提出了一种YAG荧光粉在实用蓝光激发下发射光谱测量的新方法。通过采用高斯函数和费米函数拟合及模拟退火优化技术,得到了混合发光光谱的数学拟合函数,从而分离出荧光粉的发射光谱,进一步表征其发光性能。实验样品的测量结果表明,与简单的截切分离方法比较,具有不可忽略的光度量和色度量差异。量子效率、发光效率和能量效率等光度量的差异均高于1%,相关色温相差达几十K,色品坐标、主波长和色纯度等色品指标也产生差异,但半峰带宽变化不大,荧光发光的峰值波长则基本不受影响。实验结果表明,所建立方法能够提高实用条件下YAG黄色荧光粉发射光谱的测量准确性。     

基于遗传算法的RGBW混光优化研究

根据RGBW四色混光原理,采用脉冲宽度调制(PWM)调光方式,建立目标色坐标与占空比的关系方程,采用遗传算法对混合光的光通量和一般显色指数进行多元约束下寻优,在3 571~11 082 K色温范围内选取13组目标色温,采用Matlab软件进行优化仿真,最后通过实验验证。结果表明:采用遗传算法对混合光进行光通量最大化寻优,能够使混合光的光通量最高可达166.062 lm;采用遗传算法对一般显色指数进行最大化寻优,能够使混合光的一般显色指数最高可达88.3。为了保证混合光光源同时兼具高光通量和高显色性能,采用遗传算法对光通量和一般显色指数同时寻优,并采用Matlab进行模拟实验,结果表明:通过同时优化光通量和一般显色指数,能够保证混合光的一般显色指数大于82时兼具适用于大多数照明场所的高光通量。     

白光LED用硅酸盐基质发光粉的制备及其封装特性

在还原气氛下采用高温固相法合成了Eu²⁺激活的硅酸盐基质白光LED用发光粉,运用扫描电子显微镜和荧光分光光度计分别对发光粉的形貌和激发、发射光谱进行了表征,并对其与YAG发光粉的封装特性进行了对比研究。结果表明,合成的硅酸盐基质白光LED用发光粉其激发光谱覆盖范围宽。采用不同波段的LED芯片进行封装时,和YAG发光粉相比,其色坐标、显色指数和流明效率波动不大,尤其是流明效率波动仅在8%左右,而且其老化性能也和YAG发光粉差别不大。对其和YAG LED的相对发射光谱研究表明,硅酸盐更适合暖白光LED的封装,硅酸盐发光粉粒径与封装流明效率规律变化的研究结果表明,较大粒径的硅酸盐发光粉有可能在大功率LED上有潜在的应用前景。     

Eu2+/Dy3+共掺SrSiO3透明微晶玻璃的光学性质

在还原气氛中采用高温熔融法制备了Eu2+-Dy3+共掺硅酸盐玻璃,热处理后得到了Eu2+-Dy3+共掺透明SrSiO3微晶玻璃。测试了样品的激发光谱和发射光谱,研究了不同Eu2+-Dy3+物质的量比下微晶玻璃发光的变化并计算了对应的色坐标。研究发现,样品发射光谱范围在400～600nm,其中400～550nm(绿光)的宽发射谱带来自Eu2+的5d→4f跃迁,而位于483nm(蓝光)和575nm(黄光)的尖峰则来自Dy3+的4F9/2→6 H15/2和4F9/2→6 H13/2跃迁;在紫外(UV)光(365nm)激发下通过调控Eu2+-Dy3+物质的量比可得到发白光的微晶玻璃,当Eu2+-Dy3+物质的量比为1∶8时,Eu2+-Dy3+共掺SrSiO3透明微晶玻璃所发白光最佳,对应的色坐标(0.268,0.356)位于CIE标准色坐标图的白光区域且最接近理想白光。结果表明,Eu2+-Dy3+共掺SrSiO3透明微晶玻璃可作为一种潜在的白光发光二极管用基质材料。     

白光LED极限流明效率的计算

对蓝光芯片加黄色荧光粉制备白光LED方法的流明效率进行了理论计算。根据光度学原理,我们考虑到视觉函数V(λ)的修正,以色坐标为x=0.325,y=0.332,显色指数为81.5,色温为5 914 K的白光LED发光光谱为依据,计算了白光LED流明效率的理论极限:得出每瓦白光LED辐射光功率产生的光通量为298.7 lm,白光LED发射的总光子数为2.7×10¹⁸。在理想情况下,注入一个电子-孔穴对产生一个蓝光光子,设荧光粉的量子效率为1,因此,注入的电子-孔穴对数亦等于白光光子数,进而计算出白光LED每辐射1 W的光功率所需的电功率为1.51 W,上述白光LED发光光谱对应的白光LED的电-光转换的理论极限流明效率为197.8 lm/W。     

基于荧光玻璃的高效LED白光技术

采用高温熔融法制备了一定质量比例的SiO_2-YAG∶Ce~(3+)片状荧光玻璃,厚度为0.2 mm,分析其XRD物相、光学和SEM微观结构、PL光谱。结果表明:荧光玻璃保留了晶相,荧光粉颗粒在玻璃基质中均匀分布,荧光玻璃和荧光粉的激发响应关系一致。在465 nm蓝光激发下,发射波长均在535 nm附近,表明荧光玻璃除含有玻璃相,还有荧光粉的物质结构特性。将不同波长蓝光芯片与不同荧光粉含量的荧光玻璃进行封装测试,结果表明:器件的流明效率可达到234.81 lm/W;色温和显色指数均随荧光粉含量增加而单调下降,呈现高色温和低显色指数;荧光粉质量分数从6%增加至15%时,不同波长激发下的色坐标x与y呈现大致相同的线性变化率。采用450 nm激光激发荧光玻璃,测试样品温度变化发现温升较缓,温降迅速,耐热性能优越。实验结果表明,将荧光玻璃用于LED白光照明封装,能实现流明效率和耐热性能的大幅提升,形成良好的白光输出。     

高效氟磷酸盐玻璃白光荧光体制备及发光特性

采用熔融淬火方法制备了一系列Sn2+，Dy3+单掺及Sn2+-Dy3+共掺氟磷酸盐玻璃荧光体。利用紫外-可见分光光度计分别对各玻璃荧光体的透过光谱、激发光谱、发射光谱及荧光寿命等进行了测试和分析。结果发现在紫外光激发下，对于Sn2+、Dy3+单掺氟磷酸盐玻璃可分别获得高效的蓝光与黄光发射，且Sn2+单掺氟磷酸盐玻璃荧光体发光显色指数和量子效率最高；对于Sn2+-Dy3+共掺氟磷酸盐玻璃荧光体可实现高效的白光发射，且发现在Sn2+和Dy3+之间存在明显的能量传递，通过调节Dy3+掺杂浓度，两离子之间的能量转移效率亦随之改变，从而可对其白光色度进行调节。当Dy3+掺杂浓度为3 Wt%时，利用280 nm商用LED芯片激发可获得对应色坐标为(0.311，0.330)，量子效率为56.3%，亮度为6 706 cd·m-2的近纯白光发射。此外，对各类玻璃样品的DSC、导热及其他光学性能也进行了测试与计算，获得了各样品的热导率、量子效率、色坐标、显色指数等参数。研究结果表明，制备的高效氟磷酸盐玻璃完全有望作为可调谐白光发光荧光体应用于商用LED。