解读高亮LED在绿色照明工程中的应用研究

图1　多色混合　配色计算

　　由格林斯曼定律可知， 任意两非互补色以任意比例混合将产生中间色。在色度图上表现为任意两个颜色(包括互补色) 相混合， 所产生的颜色是以两种颜色为端点的连线线段上的颜色。三个线性无关的颜色相混合， 所产生的颜色是以此三点为顶点所围成的三角形内的颜色， 如图3 所示。

　　采用三色LED混色也正是基于此原理。配色的主要任务是确定三原色数量比， 也就是确定三刺激值， 从而进一步确定红、绿、蓝三种颜色L ED 管的数量比。文中所提到的配色， 主要是指匹配白光， 也就是在红、绿、蓝三原色LED管都达到最亮时， 混合光为选定的白光， 此时称为达到白平衡。

　　设在CIE-XYZ 色度系统中， 所要配出的白光为W (xw， yw ， zw ) ， CIE 所用三原色为X (x R ，y R ， z R ) ， Y (x g ， y g ， z g ) ， Z (xb， yb， zb) ， 所用LED 发光管发光的色度坐标分别为X ′(x ′R ， y ′R ， z ′R )、Y ′(x ′g ， y ′g ， z ′g ) ，Z ′(x ′b， y ′b， z ′b) ， 则根据格林斯曼定律有

　　用矩阵的形式表示为

　　式中：

　　于是

　　在CIE-XYZ 色度系统中有

　　将式(6) 代入可得

　　设[xw yw zw] ×A- 1 = [b1 b2 b3] ， 则b1， b2， b3 即为以X ′，Y ′，Z ′为三原色时W 的色度坐标。亦即为以X ′，Y ′，Z ′为三原色匹配W 时， 三原色的亮度或光通亮之比。

　　通过计算得到配色的色度坐标， 由色度系统的单位即可得知红绿蓝三种LED发光管的总的光强或光通比， 由每种发光管的特性参数即可确定各种LED发光管的大致数量比。

LED发光管的排列设计

　　三原色的配色比例决定了混色后所得的颜色， 亦即红绿蓝三原色LED的相对数量决定了混色的颜色。在实际应用中， LED一般都是直立安装， 其光线近似为以LED发光中心为顶点， 以LED的光轴为中轴的倒圆锥体形。 LED的分布位置对参与混色的光具有直接影响， 效果如图2 所示。图中红绿蓝三色圆心的位置为发出相应颜色LED的发光中心的位置。

图2　三色LED混色

　　由图2 可知， 混色区域分为单色区域， 两种单色混合区域和三色混合区域. 单色LED的位置不同， 各种颜色区域的面积大小不同。单色LED相互间的距离减小时， 两种或三种单色混合的区域就增大， 反之则减小。用三原色进行配色就是用两种或三种原色混色获得另一种单一的颜色， 要求在混色时尽量避免其他颜色的出现。因此要获得较为理想的配色效果， 必须尽量减小参与混色的LED之间的间距， 从而增大混色区域。

　　由格林斯曼定律可知， 混合色的色调决定于三原色的相对比例， 混合色亮度为混色前颜色亮度的总和。LED 各方向上的光强是不等的， 它产生的光照不均匀。图3 所示为相邻红绿蓝LED混色的示意图， 图中曲面代表LED 光强分布。

图3　CIE-XYZ 色度　　从图中可以看出， 相邻红绿蓝LED混色时，根据其相互间的距离， 混色后光强的分布可以产生一个或多个波峰， 而使得局部亮度高， 所混合颜色与周围有明显差异。附近的LED的光也有一部分射到该区域， 但由于强度很小， 对波峰和波谷的影响很小。当相邻几个LED混色产生一个强度分布波峰时， 可以将这几个LED看作为一个发光单元， 混色区域可以