解讀高亮LED在綠色照明工程中的應(yīng)用研究

發(fā)光二極管(LED) 是一種應(yīng)用廣泛的電子元件，但由于其發(fā)光效率和亮度均較低，發(fā)光顏色品種少等原因，LED 在20世紀(jì)90年代以前主要應(yīng)用于儀器儀表的狀態(tài)、數(shù)字和文字等的顯示。20世紀(jì)90年代初期，LED芯片制造技術(shù)和封裝技術(shù)取得重大發(fā)展，LED的發(fā)光亮度達(dá)到了cd 級(jí)，產(chǎn)生了所謂的高亮度LED，發(fā)光顏色也覆蓋到了整個(gè)可見光光譜范圍， 極大拓展了LED的應(yīng)用范圍和領(lǐng)域。世界上許多國家和地區(qū)已開始用超高亮度LED取代白熾燈、金屬鹵鎢燈，廣泛用作交通信號(hào)燈、警示燈、標(biāo)志燈、汽車、轎車上的高位剎車燈、尾燈、轉(zhuǎn)向燈及儀表盤的照明和顯示等。國外有些公司還制作出LED燈泡、LED臺(tái)燈及小電筒等照明燈具。到目前為止，白光LED的發(fā)光效率已達(dá)到15～ 20 lm/W ， 與白熾燈發(fā)光效率相當(dāng)甚至更高， 用LED替代白熾燈已成為可能。

　　與白熾燈相比，LED 固體燈具有使用壽命長(達(dá)100 000 h 以上) ， 能耗低， 發(fā)光利用率高， 對(duì)環(huán)境無害， 維修費(fèi)用低， 工作穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)， 是一種理想的綠色照明光源。由于單只LED管的光通量相對(duì)較小， 要獲得與白熾燈或熒光燈相當(dāng)?shù)墓庹斩刃枰嘀籐ED管， 因此LED固體照明成本相對(duì)較高。目前，固體燈照明還未得到完全發(fā)展，制約LED照明發(fā)展的主要因素是LED的亮度和研制成本。 隨著LED制造技術(shù)的發(fā)展和成本的不斷降低，LED照明將會(huì)越來越普及， 高亮度LED用于固體燈照明具有廣闊的發(fā)展前景和市場。

　　高亮度LED的配色原理

　　1、顏色匹配原理

　　把兩種以上的顏色調(diào)節(jié)到視覺上與某種顏色相同的方法叫做顏色匹配。顏色可以相互混合， 這種混合可以是顏色光的混合， 也可以是染料的混合， 兩種混合方法所得到的結(jié)果是不同的。前者稱為顏色相加混合， 后者為顏色相減混合。將幾種顏色的光同時(shí)或先后快速地刺激人的視覺器官， 便產(chǎn)生不同于原來顏色的新顏色感覺， 這就是顏色相加混合的方法。實(shí)驗(yàn)證明， 用紅、綠、藍(lán)三原色產(chǎn)生其他顏色最方便， 這三種顏色是最優(yōu)的三原色。

　　在顏色光的匹配實(shí)驗(yàn)中， 由三原色組成的顏色的光譜組成與被匹配的顏色光的光譜組成可能很不一致。例如， 由紅、綠、藍(lán)三個(gè)顏色光混合的白光與連續(xù)光譜的白光在視覺上一樣， 但它們的光譜組成卻不一樣，這一顏色匹配稱為“同色異譜”顏色配對(duì)。由三原色混合成的顏色只表達(dá)被匹配顏色的外貌， 而不能表達(dá)它的光譜組成情況。

　　2、顏色方程

　　若以(C) 代表需要匹配的顏色的單位， (R ) ，(G) ， (B ) 分別代表產(chǎn)生混合色的紅、綠、藍(lán)三原色的單位， R， G，B， C 分別代表紅、綠、藍(lán)和被匹配色的數(shù)量， 當(dāng)達(dá)到顏色匹配時(shí)， 有

　　在色度學(xué)中， 常將為匹配相等能量(簡稱等能) 光譜色的三原色數(shù)量稱為光譜三刺激值， 用表示. 則匹配波長為λ的等能光譜色(Cλ) 的顏色方程為

　　通常， 并不直接用三原色數(shù)量來表示顏色， 而用三原色各自在總量中的相對(duì)比例-色度坐標(biāo)表示顏色。某一特定色顏色的色度坐標(biāo)r，g， b分別為：和。由于r+ g + b= 1， 所以只用r， g即可表示一種顏色，故顏色方程可改寫為

　　對(duì)于不同的波長的光譜色， 其三刺激值是波長的函數(shù)，用來表示， 光譜三刺激值又稱為顏色匹配函數(shù)， 它的數(shù)值取決于人眼的視覺特性。

　　在上述可能具有負(fù)值方程的顏色匹配條件下， 所有的顏色， 包括白黑系列的各種灰色、各種色調(diào)和飽和度的顏色， 都能由紅、綠、藍(lán)三原色的相加混合產(chǎn)生(匹配)。

　　3、CIE 色度圖

　　對(duì)于人眼視覺來說， 顏色與三刺激值一一對(duì)應(yīng)， 亦即由三刺激值唯一確定。通常以圖1 所示的CIE-XYZ色度圖作為配色計(jì)算的依據(jù)。

　　該色度圖特性： 從紅端到540 nm 一帶的綠色， 光譜軌跡幾乎是直線， 此后光譜軌跡突然轉(zhuǎn)彎， 顏色從綠色轉(zhuǎn)為藍(lán)2綠， 藍(lán)2綠又從510 nm 到480 nm 伸展開來， 帶有一定的曲率， 藍(lán)色和紫色波段卻又壓縮在光譜軌跡尾部的較短范圍。連接400 nm 和700 nm 的直線是光譜上所沒有的由紫到紅的顏色，光譜軌跡及連接光譜軌跡兩端所形成的馬蹄形內(nèi)包括一切物理上能實(shí)現(xiàn)的顏色， 而坐標(biāo)系統(tǒng)的三個(gè)原色點(diǎn)都落在這個(gè)區(qū)域之外， 也就是說， 三原色點(diǎn)的色度是假想的， 在物理上不可能實(shí)現(xiàn)。同樣， 凡是落在光譜軌跡和紅端到紫端直線范圍以外的顏色也都是不能有真實(shí)光線產(chǎn)生的。

　　根據(jù)該色度圖上還可推算出由兩種顏色相混合所得出的各種中間色。色度圖準(zhǔn)確地表示了顏色視覺的基本規(guī)律以及顏色混合的一般規(guī)律， 這個(gè)色度圖也叫做混色圖。