白光led的色度特性分析

白光led的色度特性分析

現(xiàn)在，燈絲光源已經(jīng)廣泛應(yīng)用于照明和信息技術(shù)領(lǐng)域，并希望成為未來最重要的光源之一。隨著電動汽車行業(yè)的快速發(fā)展，電動汽車的顏色特征仍然是一個值得探索的問題。在以下章節(jié)中，基于色度學(xué)理論，計(jì)算和研究了主要顏色、色度、色度和顯色指數(shù)等色度學(xué)參數(shù)。1色體標(biāo)準(zhǔn)色度計(jì)算方法通過單色儀,可以測得不同光源的相對光譜功率分布,從而計(jì)算出色品坐標(biāo).如圖1～圖3分別為實(shí)驗(yàn)測出的藍(lán)光LED、綠光LED、白光LED的相對光譜功率分布.要計(jì)算顏色的色品坐標(biāo),要先計(jì)算顏色的三刺激值,計(jì)算公式如下X=k∑λφ(λ)xˉ(λ)△λY=k∑λφ(λ)yˉ(λ)△λ(1)Z=k∑λφ(λ)zˉ(λ)△λX=k∑λφ(λ)xˉ(λ)△λY=k∑λφ(λ)yˉ(λ)△λ(1)Ζ=k∑λφ(λ)zˉ(λ)△λ式中,φ(λ)為LED樣品的相對光譜功率分布;xˉxˉ(λ)、yˉyˉ(λ)、zˉzˉ(λ)是1931CIE-XYZ色度系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)色觀察者光譜三刺激值,計(jì)算出物體顏色的三刺激值后由式(2)計(jì)算出物體的色品坐標(biāo)x=XX+Y+Zy=YX+Y+Z(2)z=ZX+Y+Zx=XX+Y+Ζy=YX+Y+Ζ(2)z=ΖX+Y+Ζ算得:藍(lán)光LED的色品坐標(biāo)為x1=0.1407,y1=0.0825;綠光LED的色品坐標(biāo)為x2=0.1801,y2=0.7074;白光LED的色品坐標(biāo)為x3=0.3257,y3=0.3500;2主要波的長度和顏色的純度顏色的色品除了用色品坐標(biāo)表示外,還可用主波長和色純度表示2.1補(bǔ)色波長的定義一種顏色S的主波長,指的是某一種光譜色的波長,這種光譜色按一定比例與一種確定的參照光源相加混合,能匹配出顏色S.但是,并不是所有的顏色都有主波長,色品圖中連接白點(diǎn)和光譜兩端點(diǎn)所形成的三角形區(qū)域內(nèi)各色品點(diǎn)都沒有主波長.因此引入補(bǔ)色波長這個概念.一種顏色S2的補(bǔ)色波長是指某一種光譜色的波長,此波長的光譜色與適當(dāng)比例的顏色S2相加混合,能匹配出某一種確定的參照白光.如果已知樣品的色品坐標(biāo)x-y和特定白光的色品坐標(biāo)為xw,yw,可以用2種方法決定樣品的主波長和補(bǔ)色波長.2.1.1補(bǔ)色波長的確定如圖4所示,在色品圖上標(biāo)出樣品點(diǎn)和白點(diǎn),由白點(diǎn)向顏色S1引一直線,延長直線與光譜軌跡交于L點(diǎn),交點(diǎn)L的光譜色波長就是樣品的主波長λd.以樣品S2為例說明如何求得樣品的補(bǔ)色波長.在色品圖上標(biāo)出樣品S2的位置,由樣品點(diǎn)S2向白點(diǎn)引一直線,延長與光譜軌跡相交,交點(diǎn)處的光譜色波長就是樣品的補(bǔ)色波長.2.1.2顏色調(diào)查表主波長連接白點(diǎn)(xw,yw)與樣品點(diǎn)(x,y)直線的斜率可用式(3)計(jì)算斜率=x?xwy?yw=x-xwy-yw或斜率=y?ywx?xw(3)=y-ywx-xw(3)在這2個斜率中選一個較小的絕對值,查表可求得樣品的主波長或補(bǔ)色波長.顏色的主波長大致相當(dāng)于顏色知覺中的顏色色調(diào),但又不能完全等同起來.2.2led的色純度當(dāng)樣品顏色的純度用亮度的比例來表示時稱為色度純度,它是指主波長的光譜色在樣品中所占亮度的比重,用符號P0表示.公式為P0=YλY(4)Ρ0=YλY(4)式中,Yλ為主波長光譜色的亮度;Y為樣品色的亮度.P0可以用色品坐標(biāo)表示P0=yλ(x?xw)y(xλ?xw)=yλ(y?yw)y(yλ?yw)(5)Ρ0=yλ(x-xw)y(xλ-xw)=yλ(y-yw)y(yλ-yw)(5)色純度大致相當(dāng)于顏色知覺中的色飽和度,但并不完全相同,因?yàn)樯穲D上色純度相等的點(diǎn)的色知覺并不完全對應(yīng)于飽和度相等的點(diǎn)的色知覺.用主波長和色純度來表示顏色色品,比只用色品坐標(biāo)表示顏色色品的優(yōu)點(diǎn)在于這種表示顏色的方法能給人以具體的印象,能表明一種顏色的色調(diào)及飽和度的大致情況.根據(jù)主波長和色純度的計(jì)算方法,計(jì)算出藍(lán)光、綠光、白光LED的主波長和色純度如表1.由表1可知,藍(lán)光和綠光LED的色純度相對較高,而白光LED的色純度很低,這是由于白光LED是由多種不同顏色混合形成的緣故;而在不同標(biāo)準(zhǔn)光源下,藍(lán)光LED的主波長在470nm左右,綠光LED的主波長在525nm左右,而白光LED的主波長隨標(biāo)準(zhǔn)光源的不同,變化較大,這是由于在不同參照光源下,等能白點(diǎn)的色品坐標(biāo)會有少許變化,而白光LED的色品坐標(biāo)離白點(diǎn)的色品坐標(biāo)比較近的緣故.3黑光led的顯色性CIE(國際照明委員會)規(guī)定用完全輻射體或標(biāo)準(zhǔn)照明體D作參照光源,并將其顯色指數(shù)定為100,還規(guī)定了若干測試用的標(biāo)準(zhǔn)顏色樣品.根據(jù)在參照光源和待測光源下,上述標(biāo)準(zhǔn)樣品形成的色差來評定待測光源顯色性的好壞.光源對某一種標(biāo)準(zhǔn)樣品的顯色指數(shù)稱為特殊顯色指數(shù)Ri.Ri=100-4.6△Ei(6)式中,△Ei為在參照光源和待測光源下樣品的色差.光源對特定8個顏色樣品的平均顯色指數(shù)稱為一般顯色指數(shù)R0.R0=18∑i=18Ri(7)R0=18∑i=18Ri(7)光源的一般顯色指數(shù)越高,其顯色性越好.經(jīng)計(jì)算得出待測光源的特殊顯色指數(shù)如表2.色差值用棒狀圖表示如圖5.將特殊顯色指數(shù)Ri的數(shù)值代入式(7)可求得一般顯色指數(shù)R0對于藍(lán)光LED一般顯色指數(shù)R0=-29;對于綠光LED一般顯色指數(shù)R0=-14;對于白光LED一般顯色指數(shù)R0=82.從計(jì)算結(jié)果來看,白光LED的顯色性比較好,適合用來做照明光源;藍(lán)光LED和綠光LED的顯色性很差,不適合做照明光源.4結(jié)論(1)色品坐標(biāo)系離色圖上的圖譜主波長隨標(biāo)準(zhǔn)光源的不同變化不大;色純度比較高,在0.64左右,這是因?yàn)樗纳纷鴺?biāo)離色品圖上的光譜軌跡比較接近;一般顯色指數(shù)為-29,顯色性很差,即在藍(lán)光LED照射下樣品顏色失真比較厲害,不適合用來做照明光源.(2)色品坐標(biāo)系離色圖上的距離是5.和藍(lán)光LED相似,主波長隨標(biāo)準(zhǔn)光源的不同變化不大;色純度最高,在0.87左右,接近1,這是因?yàn)樗纳纷鴺?biāo)離色品圖上的光譜軌跡比較接近;一般顯色指數(shù)為-14,顯色性很差,即在綠光LED照射下樣品顏色失真比較厲害,不適合用來做照明光源.(3)色純度對led色品坐標(biāo)系的影響主波長