參數最佳化演算法於LED照明之應用

 

刊登日期:2015/6/5
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隨著固態照明技術的逐漸成熟,研究發展方向將由發光效率、調光調色與轉換效率等,轉向高照明品質、智慧調控、人因需求與高附加價值之照明。因此,照明技術除了基本的調控參數之外,隨著研究方向的延伸,調控參數將增加並且更為複雜,將無法用單純的試誤法進行實驗或是採用查表方式(Look-up Table)進行調控,需要以更智慧的方式進行調控,導入多變數演算法將可以有效解決這些問題。

參數最佳化的目的在解決目標函數中,在變數範圍變化條件與限制條件下,滿足計算目標的最佳參數組合。以照明領域來說,最佳化目標可以是色溫、色座標、色偏差、演色性、頻譜、發光效率、安裝位置、工作面均勻度、人因需求、節能效果與成本等,其牽涉的變數包含了螢光粉、濃度、厚度、光源色座標、光源頻譜、光源效率與價格,而變數間又會相互的耦合影響,因此,若是單純以試誤法的方式進行求解,除了會耗費大量的計算與實驗時間、耗材製造成本之外,亦無法快速求得最佳的結果。

本研究在應用梯度遞減法作為多變數參數最佳化演算核心,依據照明演算模型的參數範圍求得最佳解,並且應用於光源封裝端之螢光粉選擇、製程參數調配、多光源色偏計算與藍光危害分析,將可以大幅縮短研發時間與成本,亦可滿足未來各種特殊封裝、特定頻譜、高值化場域的照明要求。除此之外,更能應用演算結果發展無段調控關係式,甚至是三維調控的關係式,簡化建立查表的實驗時間與微處理器的計算時間,相關技術將可作為未來智慧型光引擎的發展基礎。

PC-LED螢光粉選擇應用範例
對於目前固態照明的封裝型態,採用藍晶與螢光粉轉換之Phosphor Converted LED(PC-LED),因其具有較高之效率與穩定性而最受市場青睞。然而,在PC-LED封裝中,螢光粉之選用適當與否將會直接影響LED封裝效率與光品質,因此,如何在市售之螢光粉中快速選擇適當的螢光粉,並於封裝製程評估階段先行提供關鍵的螢光粉配方與濃度建議,降低反覆試驗點膠參數之時間與材料成本就顯得格外重要。

本研究開發之螢光粉搜尋引擎介面,使用者可以先在點膠製程開始前,先輸入色溫目標與藍晶色座標,搜尋引擎可透過演算法在螢光粉資料庫中求得最佳螢光粉選項與對應之色座標位置。另一方面,考慮螢光粉會有濃度飽和現象,因此同時評估螢光粉濃度飽和位置及濃度值(菱形),並提供第二支螢光粉建議。在加入第二支螢光粉時,除了考慮混光目標點與螢光粉色座標之關係外,也需要針對螢光粉本身之轉換效率與特徵波長進行篩選,以達到高效率與高演色性之LED封裝目標。隨著螢光粉參數資料庫更趨完整,可供調配的螢光粉選擇也就越多。

 
圖二、應用參數最佳化建立LED封裝螢光粉搜尋引擎

LED多光源目標色彩及光譜擬合應用範例
對於多色光源混光,如何在最高效率下混光達到特定色座標點?或在特定流明目標下,以何種混光調控比例達到特定色溫且低色偏的目標?以何種調控比例達到特定頻譜分佈?這些都是目前常見的問題。當僅採用兩組光源進行混光時,因為調控範圍落在兩光源的色座標中間,問題相對簡單。但是當使用多色光源時,混光結果會落在色域範圍中,因為同色異譜(Metamerism)的關係,會產生混合比例不同,但是色座標相同的結果,因此需要對於調控目標有明確的定義。

藍光危害分析與應用範例
目前光生物輻射安全規範,其量測光源輝度之方式仍以燈具或光源正下方位置之單點輝度值為偵測值,如圖六(a)。然而在真實應用情境中……以上內容為重點摘錄,如欲詳全文請見原文

作者: /工研院綠能所林志偉、徐可芳 、黃忠民 、龔哲民、楊順益、吳擇序 、李麗玲
★本文節錄自「工業材料雜誌342期」,更多資料請見下方附檔。


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