led光源顏色的相減混色法

led光源顏色的相減混色法

1紫外光與綠光的光度和照照系統(tǒng)的方法說(shuō)到激光的顏色，通常有人說(shuō)“激光是加法，換色器是加法”。顏色真的有加法和減法嗎?在色度學(xué)中,確實(shí)有相加混色法,簡(jiǎn)稱(chēng)加色法,也有相減混色法,簡(jiǎn)稱(chēng)減色法。在加色法中,兩種光源的顏色按不同比例相加(共同照射在白色背景上),會(huì)產(chǎn)生各種新的顏色。前文已述,兩種顏色的混合比例決定新顏色的色調(diào)及飽和度,即色度,新顏色的亮度是兩種顏色的亮度和。如圖1所示,圖中的紅光和綠光相加(紅、綠重疊的部分)得到黃光,黃光的亮度等于紅光與綠光的亮度和,如果用照度表去測(cè)黃光區(qū)域的照度,它也是紅光與綠光的照度和。同理,紅色和藍(lán)色相加得到品紅色,藍(lán)色和綠色相加得到青色,紅、綠、藍(lán)三色相加得到白色。加色法又分光譜混色法、空間混色法、時(shí)間混色法和生理混色法等。影視、舞臺(tái)燈光中的顏色光,就是光譜混色法。彩色電視接收機(jī)的顯示器是空間混色法。彩色電視接收機(jī)顯示器的屏幕由很多小光點(diǎn)組成,三個(gè)點(diǎn)為一組,三個(gè)點(diǎn)分別是紅、綠、藍(lán)三基色,三基色的比例不同,就可以得到各種各樣的顏色。只要小點(diǎn)足夠小,小點(diǎn)間的距離足夠近,眼睛就看不出小點(diǎn),看到的就是一幅連續(xù)的彩色畫(huà)面。彩色電影、彩色印刷及燈光常用的濾色片、換色器等采用減色法。所謂減色法就是從白光或復(fù)合光中減去某種或某些色光而得到另一種色光的方法。例如,電腦燈光源前的紅色濾色片,就是白光通過(guò)濾色片時(shí),只透過(guò)紅光,濾掉了其他光譜,即從白光中減掉了紅光以外的其他光,所以稱(chēng)為減色法。例如麥稈黃(旋麗彩色燈光濾色片,N0512)濾色片的透光率為69.8%,就是說(shuō),不加濾色片時(shí)測(cè)試點(diǎn)的照度如果是1000lx,加麥稈黃濾色片后,同樣地點(diǎn)的照度就變成698lx;如果是深藍(lán)(旋麗彩色燈光濾色片,N0802)濾色片,它的透光率只有18.5%,那么,同樣是1000lx的白光,加深藍(lán)濾色片后就變成了185lx,這個(gè)損失是很大的。從這個(gè)角度講,減色法中光的能量損失很大,而加色法具有突出的優(yōu)點(diǎn)。LED多色光源除本身發(fā)光效率高以外,采用加色法比換色器的減色法大大節(jié)約了能源。2led采集工藝LED的發(fā)光顏色、發(fā)光效率與制作LED的材料和制作工藝有關(guān)。目前已經(jīng)可以制作出各種顏色的LED光源,其中使用最廣泛的顏色有紅、綠、藍(lán)、白、琥珀色等多種顏色。不同的材料可以產(chǎn)生不同波長(zhǎng)的光子。前面已經(jīng)說(shuō)過(guò),波長(zhǎng)不同,顏色也就不同。歷史上,LED光源使用的第一種材料是砷化鎵,其發(fā)出的光線(xiàn)為紅外線(xiàn)。另一種常用的LED材料為磷化鎵,其發(fā)出的光線(xiàn)為綠光。通常,把用GaAs(砷化鎵,改進(jìn)制作工藝后可發(fā)紅光)、GaP(磷化鎵,發(fā)綠光)、GaN(氮化鎵,發(fā)藍(lán)光)這些用兩種元素生產(chǎn)的LED稱(chēng)為二元素LED;把Ga、As、P三種元素生產(chǎn)的LED稱(chēng)為三元素LED;而目前最新的工藝是用混合鋁(Al)、鎵(Ga)、銦(In)、氮(N)四種元素生產(chǎn)的LED,稱(chēng)為四元素LED。四元素LED的顏色可以涵蓋所有可見(jiàn)光及部分紫外線(xiàn)的光譜范圍。在許多功能性照明中,都需要白光,影視、舞臺(tái)行業(yè)尤其如此。特別是人物光,不但需要白光,而且對(duì)光源的色溫及顯色指數(shù)還有要求。嚴(yán)格地講,人物光、話(huà)劇舞臺(tái)的場(chǎng)景光等對(duì)光源光譜的連續(xù)性、光譜的分布都有很苛刻的要求。3led色粉的制備雖然上個(gè)世紀(jì)60年代就生產(chǎn)出LED光源,但一直到1998年,白光LED才開(kāi)發(fā)成功。這種LED是將發(fā)藍(lán)光的GaN芯片和YAG(釔鋁石榴石)熒光粉封裝在一起做成的。GaN發(fā)藍(lán)光,它的主波長(zhǎng)是465nm,該藍(lán)光的一部分激發(fā)YAG熒光粉發(fā)出黃光。藍(lán)光與黃光是互補(bǔ)色,它們相加得到白光,如圖2所示。現(xiàn)在,通過(guò)改變YAG熒光粉的化學(xué)組成及調(diào)節(jié)熒光粉層的厚度,可以獲得不同色溫(2700K～8000K)的白光。目前,采用這種方法制造的白光LED已實(shí)現(xiàn)批量生產(chǎn)。影視照明燈具中用得最多的就是這種白光LED。這種白光LED,熒光粉的質(zhì)量是影響光源色溫、顯色指數(shù)及壽命的重要因素。另外,用多芯片LED也可以形成白光。如圖1所示,分別用紅光LED、綠光LED、藍(lán)光LED封裝在一起產(chǎn)生白光。這種方法還可以分別調(diào)節(jié)紅、綠、藍(lán)三色光的比例得到各種色光。這種方法可以得到最高的發(fā)光效率,但也存在一些問(wèn)題,就是各個(gè)色光的驅(qū)動(dòng)電流和溫度變化時(shí),會(huì)導(dǎo)致各個(gè)色光發(fā)光不一致,同時(shí),隨著時(shí)間的延長(zhǎng),光通量的衰減速度也不相同。此外,散熱問(wèn)題比較突出,生產(chǎn)成本居高不下。還有一種方法也可以得到白光,那就是用發(fā)紫外線(xiàn)的LED激發(fā)三基色熒光粉得到白光。其特點(diǎn)是光譜的可見(jiàn)光部分完全由熒光粉產(chǎn)生,白光比較純正。不過(guò),它的電光轉(zhuǎn)換效率較低,同時(shí)封裝材料在紫外線(xiàn)的照射下容易老化,壽命較短,也存在紫外線(xiàn)泄露的隱患。在影視燈具中,目前用得最多的是在一臺(tái)燈具中安排多顆1W、3W或5W的LED光源,按一定比例選用紅、綠、藍(lán)、白4種顏色或紅、綠、藍(lán)、白、琥珀色5種顏色。這種燈具的好處是各色光可以分別控制,從而可得到豐富多彩的顏色。缺點(diǎn)是用單色光時(shí),只有一部分光源工作,所以照度較低。還有的廠(chǎng)家在一個(gè)燈具中安裝7色LED光源,由于它色域更廣,顯色就會(huì)更好一些。當(dāng)然,造價(jià)也就更高。最近,飛利浦公司推出一款130W的LED燈具,最大特點(diǎn)是使用的4色(紅、綠、藍(lán)、白)芯片尺寸很小(4色總發(fā)光面積小于10×10mm2),接近點(diǎn)光源,光路設(shè)計(jì)合理,光斑質(zhì)量好,光通利用率高。由于采用光子晶格技術(shù)從LED高效導(dǎo)出光,再由光導(dǎo)管導(dǎo)出并混色,所以,燈具效率高,混色效果好,即使距離燈具很近,也看不出色彩不均勻的現(xiàn)象。白光LED具有許多誘人的優(yōu)點(diǎn),但它要想成為功能性照明,特別是影視、舞臺(tái)照明的主角,還要攻克一些技術(shù)難題,例如,LED的顯色性、光效、壽命還有待進(jìn)一步提高,而成本應(yīng)大幅度下降。4led其他光柵的顯色性物體色除本身的反射特性外,還直接受光源的光譜分布的影響。可以這樣說(shuō),從光源的光譜分布就可以很便捷地看出各種物體色的顯色效果。光源可以用色溫、顯色指數(shù)、色度圖坐標(biāo)、光譜分布來(lái)表述,光源的參數(shù),特別是光譜分布這個(gè)參數(shù),不但說(shuō)明“自己”,還在一定程度上說(shuō)明“物體色”。光源相對(duì)能量較高的波長(zhǎng)部分,物體色就較明亮;相對(duì)能量較低的波長(zhǎng)部分,物體色就顯得暗淡。以下是幾種光源的光譜分布對(duì)物體顏色的影響。(1)很長(zhǎng)一段時(shí)間,我國(guó)的路燈都是汞燈(俗稱(chēng)“水銀燈”),光譜分布見(jiàn)圖3,由于它的光譜以藍(lán)光、綠光為主(紅光很少),所以,偏紅的顏色顯色性很差,汞燈下人的膚色發(fā)青,很難看。(2)上世紀(jì)70年代中期以后,我國(guó)的路燈逐漸換成了高壓鈉燈。高壓鈉燈的光效較汞燈提高了很多,路面亮了很多,但它以黃色光譜為主,如圖4所示。由于鈉燈缺少藍(lán)光,所以,各種藍(lán)色的物體(例如各種藍(lán)色及深冷色調(diào)顏色的汽車(chē))在高壓鈉燈下就看不清楚。(3)圖5是鹵鎢燈的光譜分布。由于鹵鎢燈的顯色性接近日光,因此,它一直是影視、舞臺(tái)照明光源的主角。與日光比較,它相對(duì)紅光較多,藍(lán)光較少,所以,在鹵鎢燈下,看肉色就顯得紅一些,看藍(lán)色就沒(méi)有在日光下鮮艷。另外,它的光效較低,不節(jié)能,肯定要被光效更高、顯色性好的新光源代替,這只是個(gè)時(shí)間問(wèn)題。(4)圖6是日光的光譜分布,它在可見(jiàn)光的范圍內(nèi)基本上是均勻的,接近“等能量分布”。之所以把日光的顯色指數(shù)定義為100,就是因?yàn)槲覀冮L(zhǎng)期生活在日光下,接受了日光下的各種顏色,認(rèn)為各種物體的顏色在日光下“最正”。(5)在追求高光效的同時(shí),提高顯色性,以滿(mǎn)足影視、舞臺(tái)對(duì)光源高顯色性的要求,是LED光源的一個(gè)重要的發(fā)展方向。要提高LED光源的顯色性,就要向日光、向等能量分布“看齊”。目前的LED光源,不管哪種白光LED光源,光譜分布都不同程度存在“高峰”和“谷地”,本文中圖2是雙色白光LED光源的光譜分布圖,圖7是三基色白光LED光源的光譜分布圖?？梢哉f(shuō),LED光源要提高顯色指數(shù),就要削“峰”填“谷”,向等能量分布發(fā)展。如圖8所示,同樣是藍(lán)光激發(fā)熒光粉得到黃光,藍(lán)光加黃光得到白光,綠色曲線(xiàn)是改進(jìn)前的光譜分布曲線(xiàn),粉色曲線(xiàn)是改進(jìn)后的光譜分布曲線(xiàn)。從粉色曲線(xiàn)可以看出,黃光部分變寬了,而“低谷”抬高了一些,這樣做就提高了顯色指數(shù)。粉色曲線(xiàn)如在不降低黃色光譜成分的前提下,藍(lán)光峰值再低一些光譜分布會(huì)更合理一些。圖9是七色白光LED的光譜分布曲線(xiàn)。從圖中可以看出,雖然色域?qū)捔?光譜分布改善了,但仍有明顯的“高峰”與“低谷”。只要有“高峰”與“低谷”,“高峰”處的物體色就顯得較為明亮,“低谷”處的物體色就會(huì)相對(duì)暗淡。LED光源的顏色取決于制作它的材料,如果能找到三色(紅、綠、藍(lán))LED材料的主波長(zhǎng)(光譜分布的最高點(diǎn)