解讀高亮LED在綠色照明工程中的應用研究

圖1　多色混合　　配色計算

　　由格林斯曼定律可知， 任意兩非互補色以任意比例混合將產(chǎn)生中間色。在色度圖上表現為任意兩個(gè)顏色(包括互補色) 相混合， 所產(chǎn)生的顏色是以?xún)煞N顏色為端點(diǎn)的連線(xiàn)線(xiàn)段上的顏色。三個(gè)線(xiàn)性無(wú)關(guān)的顏色相混合， 所產(chǎn)生的顏色是以此三點(diǎn)為頂點(diǎn)所圍成的三角形內的顏色， 如圖3 所示。

　　采用三色LED混色也正是基于此原理。配色的主要任務(wù)是確定三原色數量比， 也就是確定三刺激值， 從而進(jìn)一步確定紅、綠、藍三種顏色L ED 管的數量比。文中所提到的配色， 主要是指匹配白光， 也就是在紅、綠、藍三原色LED管都達到最亮時(shí)， 混合光為選定的白光， 此時(shí)稱(chēng)為達到白平衡。

　　設在CIE-XYZ 色度系統中， 所要配出的白光為W (xw， yw ， zw ) ， CIE 所用三原色為X (x R ，y R ， z R ) ， Y (x g ， y g ， z g ) ， Z (xb， yb， zb) ， 所用LED 發(fā)光管發(fā)光的色度坐標分別為X ′(x ′R ， y ′R ， z ′R )、Y ′(x ′g ， y ′g ， z ′g ) ，Z ′(x ′b， y ′b， z ′b) ， 則根據格林斯曼定律有

　　用矩陣的形式表示為

　　式中：

　　于是

　　在CIE-XYZ 色度系統中有

　　將式(6) 代入可得

　　設[xw yw zw] ×A- 1 = [b1 b2 b3] ， 則b1， b2， b3 即為以X ′，Y ′，Z ′為三原色時(shí)W 的色度坐標。亦即為以X ′，Y ′，Z ′為三原色匹配W 時(shí)， 三原色的亮度或光通亮之比。

　　通過(guò)計算得到配色的色度坐標， 由色度系統的單位即可得知紅綠藍三種LED發(fā)光管的總的光強或光通比， 由每種發(fā)光管的特性參數即可確定各種LED發(fā)光管的大致數量比。

　　LED發(fā)光管的排列設計

　　三原色的配色比例決定了混色后所得的顏色， 亦即紅綠藍三原色LED的相對數量決定了混色的顏色。在實(shí)際應用中， LED一般都是直立安裝， 其光線(xiàn)近似為以L(fǎng)ED發(fā)光中心為頂點(diǎn)， 以L(fǎng)ED的光軸為中軸的倒圓錐體形。 LED的分布位置對參與混色的光具有直接影響， 效果如圖2 所示。圖中紅綠藍三色圓心的位置為發(fā)出相應顏色LED的發(fā)光中心的位置。

圖2　三色LED混色

　　由圖2 可知， 混色區域分為單色區域， 兩種單色混合區域和三色混合區域. 單色LED的位置不同， 各種顏色區域的面積大小不同。單色LED相互間的距離減小時(shí)， 兩種或三種單色混合的區域就增大， 反之則減小。用三原色進(jìn)行配色就是用兩種或三種原色混色獲得另一種單一的顏色， 要求在混色時(shí)盡量避免其他顏色的出現。因此要獲得較為理想的配色效果， 必須盡量減小參與混色的LED之間的間距， 從而增大混色區域。

　　由格林斯曼定律可知， 混合色的色調決定于三原色的相對比例， 混合色亮度為混色前顏色亮度的總和。LED 各方向上的光強是不等的， 它產(chǎn)生的光照不均勻。圖3 所示為相鄰紅綠藍LED混色的示意圖， 圖中曲面代表LED 光強分布。

圖3　CIE-XYZ 色度　　從圖中可以看出， 相鄰紅綠藍LED混色時(shí)，根據其相互間的距離， 混色后光強的分布可以產(chǎn)生一個(gè)或多個(gè)波峰， 而使得局部亮度高， 所混合顏色與周?chē)忻黠@差異。附近的LED的光也有一部分射到該區域， 但由于強度很小， 對波峰和波谷的影響很小。當相鄰幾個(gè)LED混色產(chǎn)生一個(gè)強度分布波峰時(shí)， 可以將這幾個(gè)LED看作為一個(gè)發(fā)光單元， 混色區域可以