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(xiàn)為任意兩個顏色(包括互補色) 相混合， 所產(chǎn)生的顏色是以兩種顏色為端點的連線線段上的顏色。三個線性無關的顏色相混合， 所產(chǎn)生的顏色是以此三點為頂點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。配色的主要任務是確定三原色數(shù)量比， 也就是確定三刺激值， 從而進一步確定紅、綠、藍三種顏色L ED 管的數(shù)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， 混合光為選定的白光， 此時稱為達到白平衡。

　　設在CIE-XYZ 色度系統(tǒng)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(jù)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(tǒng)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W 的色度坐標。亦即為以X ′，Y ′，Z ′為三原色匹配W 時， 三原色的亮度或光通亮之比。

　　通過計算得到配色的色度坐標， 由色度系統(tǒng)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(shù)即可確定各種LED發(fā)光管的大致數(shù)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(shù)量決定了混色的顏色。在實際應用中， LED一般都是直立安裝， 其光線近似為以LED發(fā)光中心為頂點， 以LED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(qū)域分為單色區(qū)域， 兩種單色混合區(qū)域和三色混合區(qū)域. 單色LED的位置不同， 各種顏色區(qū)域的面積大小不同。單色LED相互間的距離減小時， 兩種或三種單色混合的區(qū)域就增大， 反之則減小。用三原色進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， 要求在混色時盡量避免其他顏色的出現(xiàn)。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(qū)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，根據(jù)其相互間的距離， 混色后光強的分布可以產(chǎn)生一個或多個波峰， 而使得局部亮度高， 所混合顏色與周圍有明顯差異。附近的LED的光也有一部分射到該區(qū)域， 但由于強度很小， 對波峰和波谷的影響很小。當相鄰幾個LED混色產(chǎn)生一個強度分布波峰時， 可以將這幾個LED看作為一個發(fā)光單元， 混色區(qū)域可以