发光二极管主波长的优化计算方法

LED技术

第28卷　第4期2007年10月　计　　　量　　　学　　　报ACTA　METROLOGICA　SINICAVol.28,№4

　October2007

发光二极管主波长的优化计算方法

陈焕庭,　吕毅军,　高玉琳,　王亚军

(厦门大学物理系,福建厦门　361005)

摘要:从发光二极管主波长的定义出发,比较分析了计算发光二极管主波长的3种方法,并提出了一种优化的计算方法。先将色品图划分为10个区域,再结合线性插值运算,可以减少运算次数、提高寻找速度,简化了求主波长的计算过程,同时使主波长计算结果的精确度优于0.1nm。

关键词:计量学;发光二极管;主波长;算法

中图分类号:TB96　　　　文献标识码:A　　　　文章编号:100021158(2007)0420321204

OptimizedAlgorithmforDeterminingDominantWavelengthofLED

CHENHuan2ting,　LUYi2jun,　GAO2a(DepartmentofPhysics,Xiamen,Abstract:Anovelalgorithmtoisbasedonthedefinitionofdominantwavelengthandthemethods.Torealizethisalgorithm,theCIE1931-xyChromaticitywithinthewavelengthrangefrom380.0nmto780.0nmwitharesolutionof1.0nm,theninterpolationisimplementedtolocatethedominantwavelengthwitharesolutionaspreciseas0.1nm.ThisalgorithmnotonlyveryfacilitatesthecalculationspeedtodeterminethedominantwavelengthofLED,butalsoincreasestheresolutionprecision.

Keywords:Metrology;LED;Dominantwavelength;Algorithm

来研究解决相应的问题

[1,2]

。

1　引　言

发光二极管(LED)是一种特殊的光源,无论在尺寸、光通量大小、光谱和空间强度分布方面都不同于人们通常所说的“灯”。把光度量从发光强度标准传递到LED并不是一件简单的事情,它包含着很多的不确定性。光学设计上的巨大差异、LED输出的光和辐射与芯片温度相关的特性,可使LED测量的重现性恶化。这些都引起了各国工业协会和国际照

明委员会(CIE)的关注。近年来CIE分别成立了“TC2-45LED测量”和“TC2-46CIEΠISO关于LED强度测量标准”两个TC2技术委员会的专门化小组

收稿日期:2006206211;修回日期:2006211223

发光二极管既是一个半导体二极管,又是一个

光源。作为半导体器件,就需要测量它的电参数。电参数是衡量一个发光二极管是否能正常工作的最基本的判据,通常包括正向电流和正向电压、反向电压和反向电流。作为一个光源,就必须测量它的光和辐射在空间分布的能量参数、光和辐射能量的光谱分布参数及在人眼中所引起的心理响应坐标、主波长、兴奋程度、相关色温

[5]

[3,4]

。从

而可计算出相应的一系列色度参数,如三刺激值、色

、显色指数。其

中关于主波长的计算,目前仍缺乏一种可以准确、快速的计算方法。作为与福建省半导体照明工程技术

研究中心合作研究的一部分,本文主要探讨主波长

基金项目:国家863计划“半导体照明工程”重大项目(2006AA03A175);福建省重点科技项目(2006H0092);厦门大学科技创新项目

(XDKJCX20051011)

作者简介:陈焕庭(1982-),男,福建漳州人,厦门大学硕士研究生,主要研究方向为LED二次光学设计。htchen23@http://doc.guandang.net

LED技术

322计量学报2007年10月

的优化计算方法。

在色度学中,任意样品颜色的色品除了可以用色品坐标表示外,CIE还推荐可以用主波长和色纯度来表示。即采用对特定的非彩色刺激(即在通常的观察条件下感觉为无色的颜色刺激)的色品点W(称为参照白点)的距离和方向来表示颜色。对于可见光,人们总是以人眼的视觉观测结果来加以评定。色度学就是以人眼特性为基础对可见光进行颜色度量的科学。只要测量得到LED的光

)就可以计算它的色光的颜色谱能量分布函数p(λ

三刺激值X,Y,Z和色度坐标x,y,z:

X=kY=k

780380

780

例的颜色P相加混合,能匹配出某一种确定的参照

白光。补色波长可以用符号λC或-λd

表示。如果已知样品的色品坐标x,y和特定白光的色品坐标为xw,yw,一般可采用两种方法求样品的主波长。

2　计算主波长的方法

2.1　作图法

[7]

图1为CIE1931-xy色品图,图中弧线上的各

)dλ=x(λ

∫p(λ)

780380

kkk

λ=380

780

)Δλx(λ∑p(λ)

)dλ=y(λ

∫p(λ) )dλ=z(λ

∫p(λ)

380780

λ=380

780

)Δλy(λ∑p(λ)

Z=k

λ=380

)Δ

λz(λ∑p(λ)

(1)

　　由于实际上很难用数学表达式来写出p(λ),

因此常以求和来近似积分。这里Y数,:

(2)k=780

)Δλy(λ∑p(λ)

λ=380

1　CIE1931-xy色品图

,此弧线称为光谱轨迹。从380nm

(紫)到780nm(红)的直线是光谱上没有的紫2红颜色系列(非光谱色)。色品图上标出样品点和白点(E点),由E点向样品S引一直线,延长直线与光谱轨迹相交于O点,O点处的波长即样品S的主波长,决定了样品S的色调。从代表非光谱色系列的直线上任一点P通过E点引一直线,交光谱轨迹于

Q点,Q点的颜色是P点非光谱色的补色。Q点对

　　色度坐标

:

x=y=x=

X+Y+ZX+Y+ZX+Y+Z

(3)

x+y+z=1

　　图1就是根据CIE1931-XYZ系统绘制的CIE1931-xy色品图,这里X,Y,Z为颜色的三刺激

值。色品图是由一平面封闭舌形曲线组成,任何颜

[6]

色在色品图上都占有一个确定的位置(坐标)。

任意一种颜色S的主波长是指某一种光谱色的波长,用符号λ这种光谱色按一定比例与d表示。一种确定的参照光源相加混合,就能匹配出颜色S。

但并不是所有的颜色都有主波长,CIE色品图中连接白点和光谱轨迹两端点(380nm,780nm)所形成的三角区域内各色品点都没有主波长,因此就引入补色波长这个概念。一种颜色P的补色波长是指某一种光谱色的波长,此波长的光谱色与适当比

应的光谱色波长就是样品P的补色波长。2.2　计算查表法

计算方法是根据色品图上连接白点与样品点的直线的斜率,查表读出该样品的主波长。关于白点的选择,对于非自发光体,一般选标准发光体(如A,B,C,D65)为参考点,选择不同的参考点所得到的主波长结果也不同;对LED之类的自发光体,以等能白光E点为白点。光谱色相应与CIE标准照明体A,B,C,E的主波长的斜率值已标准化,可通过

[7]

查表可得到。连接白点(xw,yw)与样品点(x,y)直线的斜率可用下式计算:

斜率　k=

　或　

y-

ywx-xw

(4)

　　k在这两个斜率中选一个较小的绝对值,通过

查表求得样品的主波长或补色波长。

LED技术

第28卷　第4期陈焕庭等:发光二极管主波长的优化计算方法323

2.3　用划分区域结合线性插值法计算主波长

利用计算机编程求主波长关键部分是如何精确快速地找到光谱轨迹上对应的主波长那点。常规方法是在380nm～780nm这段轨迹上逐点算出它们与白点的斜率,然后逐次与白点和样品的斜率进行比较,找到斜率相等那点,这点就是样品的主波长或补色波长。根据修订后的CIE1931光谱三刺激值得到的等能白光E点色品坐标为(0.333314,0.333288)。如果将色品图上光谱轨迹以0.1nm为间隔计算它们与白点的斜率后发现绝对值最大为1274.8(554.4nm),因此在编程计算中不存在溢出 …… 此处隐藏：5181字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……