解讀高亮LED在綠色照明工程中的應(yīng)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(bǔ)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(bǔ)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(guān)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(nèi)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(shù)量比， 也就是確定三刺激值， 從而進(jìn)一步確定紅、綠、藍(lán)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(lán)三原色LED管都達(dá)到最亮?xí)r， 混合光為選定的白光， 此時稱為達(dá)到白平衡。

　　設(shè)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(biāo)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(shè)[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(biāo)。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(biāo)， 由色度系統(tǒng)的單位即可得知紅綠藍(lán)三種LED發(fā)光管的總的光強(qiáng)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(shè)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(lán)三原色LED的相對數(shù)量決定了混色的顏色。在實際應(yīng)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(lán)三色圓心的位置為發(fā)出相應(yīng)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(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(diào)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(qiáng)是不等的， 它產(chǎn)生的光照不均勻。圖3 所示為相鄰紅綠藍(lán)LED混色的示意圖， 圖中曲面代表LED 光強(qiáng)分布。

圖3　CIE-XYZ 色度　　從圖中可以看出， 相鄰紅綠藍(lán)LED混色時，根據(jù)其相互間的距離， 混色后光強(qiáng)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(qiáng)度很小， 對波峰和波谷的影響很小。當(dāng)相鄰幾個LED混色產(chǎn)生一個強(qiáng)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