CIE色彩空间如何用于辅助LED的设计.doc
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1、CIE色彩空间如何用于辅助LED的设计大多数使用LED的照明工程师了解委员会国际照明委员会(CIE)1931 x,y色彩空间(或CIE色彩空间)如何用作表征白色LED的基础。纯色或白色LED的输出可以通过图中x和y坐标的颜色(色调)和饱和度(纯度)来定义。然而,很少有工程师理解为什么CIE色彩空间与LED的分析工具一样好用。部分原因是自然日光被用作LED输出的基准。这是因为太阳被认为是一个完美的照明器(我们的眼睛已经完美演化)是一个黑体辐射器,可以在很宽的带宽范围内发光。在照明技术中独一无二的是,与波长转换荧光粉结合的纯色LED是近乎理想的人造光源,因为它们能够密切模仿太阳的光谱功率分布(SP
2、D),同时限制能量发射到可见光谱。黑体辐射器的输出可以在CIE颜色空间上以轨迹的形式绘制,作为LED的颜色相关温度(CCT)的参考。 CCT是表征LED的重要参数,并允许制造商提供一系列白光设备以适应多种应用。本文着眼于CIE色彩空间的起源 - 很久以前就想到了这个想法LED适用于主流照明 - 并解释了它如何用于辅助现代LED的开发和表征。Nature的黑体辐射器在人类发现人造光之前,唯一的来源照明是太阳。数百万年的进化使得眼睛能够在阳光下进行优化,人类自然会将这种光与舒适性和安全性联系起来。太阳是(近似)黑色的身体散热器,由于热过程。光被定义为眼睛可见的电磁辐射。在太阳下,这种电磁辐射的主要
3、来源是由恒星核心中的聚变热能激发的原子。这种激发是高度随机的,但在宏观尺度上,黑体的光发射可以使用普朗克定律精确建模。该定律描述了黑体在一定温度下在热平衡状态下发出的电磁辐射。对于不同温度的黑体,在给定波长(包括非可见光谱中的那些,如红外和紫外线)发射的能量会发生变化;例如,在较低温度下,较长(较红)的波长占主导地位,黑体发出暗红色。温暖的黑体在更短(更蓝)的波长下发出更多的能量,颜色范围从亮黄色到蓝白色,因为它们变得更热。黑体的SPD图表示作为波长函数的辐射度或光度量的浓度,例如来自光源的辐射能量或辐射通量。太阳表面的温度约为5250 K,它发出中温恒星特有的黄白色,在可见光部分有峰值发射(
4、也许不足为奇地考虑到太阳如何影响眼睛的进化)。光谱。图1显示了各种黑体的SPD - 包括以5000 K发射的太阳的模拟 - 覆盖在电磁波谱的可见部分。图1:选定温度下黑体散热器的光谱功率分布。(请注意,特别是散射蓝光的大气会改变太阳在地球表面的颜色。当太阳在头顶上时,它的光线穿过较少的大气层,因此看起来更“自然”(即黄色 - 例如,在晚上,光线穿过较厚的大气层,因此在蓝色波长被更大程度地散射时显得更红。)CIE色彩空间CIE色彩空间源于威廉大卫赖特和约翰吉尔德在20世纪20年代后期进行的一系列实验。该图提供了可见电磁光谱中物理纯色与人类色觉中生理感知色之间的第一个定义的定量链接。眼睛不能同等地
5、检测所有颜色。例如,视网膜中的颜色感应锥对绿光最敏感。这些特殊细胞的灵敏度迅速向光谱的蓝色(和红色)部分倾斜。例如,锥体对472 nm蓝光的敏感度仅为555 nm绿光的10。CIE色彩空间的特别新颖之处在于它使用了一组色彩匹配这些函数是“标准”人类观察者的色彩响应的数字描述。颜色匹配功能将物理产生的光谱与特定的三刺激值相关联 - 因此考虑到眼睛光接收器的不同灵敏度。CIE颜色空间允许使用两个派生参数x和y绘制颜色的色度(颜色质量的指示,与发光无关)。并非颜色空间中的所有x和y值都对应于可见颜色。相反,所有可见颜色都包含在由“光谱轨迹”和“紫色线”定义的包络内。光谱轨迹是绘制在整个可见光谱中包括
6、单个波长的颜色的x,y值的曲线。轨迹上的数字对应于颜色的波长。紫色线 - 由红色和蓝色混合构成的直线轨迹 - 形成CIE色彩空间的下边界(图2)。图2:显示普朗克轨迹位置的CIE颜色空间。颜色的色调由光谱上的基本颜色决定(例如,红色,橙色,黄色,绿色,蓝色或紫色)。包括一个或几个波长的颜色的饱和度总是大于相同色调的光但具有更宽的光谱带宽。光谱带宽越大(饱和度越低)x,y色度坐标越远离光谱轨迹。在图表的中心区域,颜色被去饱和并呈现出柔和的色调。移动到图表的中心足够远,颜色变为灰白色和白色。白色通常被描述为没有颜色,并且由许多波长组成。在CIE颜色空间中最接近“纯”白色的点是等于SPD在可见光谱中
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