2022年颜色检测技术综述 .pdf

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1、摘要 LED作为现在最重要的光源之一，正在以其独特的特性全面渗入到社会的各个层面和角落。LED具有亮度高、寿命长、运行稳定、驱动简单等特点， 且经过简单处理后其光束质量也可以有较大改善，研究 LED的必要性不言而喻。 而 LED光源虽然应用方便， 但同激光器相比，其发射光谱宽，发射角大，对她的应用有一定的限制。在可见光波段，研究 LED的单色性是一个重要课题，因此，如何在近似的波段里面准确区分 LED的发光颜色，如何准确检测和判断LED是我们的实际操作。本文介绍了 LED光源的一些特性和目前的几种LED颜色检测方法，对其未来的发展趋势作了预测。关键词： LED光源；颜色检测；颜色评价名师资料总

2、结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 1 页，共 8 页 - - - - - - - - - 一、LED及 LED光源 LED （Light Emitting Diode） ，发光二极管，是一种能够将电能转化为可见光的半导体。它的一端附在一个支架上，一端是负极，另一端连接电源的正极，整个被环氧树脂封装起来。由两部分组成，一部分是 P型半导体，在它里面空穴占主导地位， 另一端是 N型半导体，在这边主要是电子， 当电流通过导线作用于这个晶片的时候，电子就会被推向 P区，在 P区里电子跟空

3、穴复合， 然后就会以光子的形式发出能量。由于 LED的半导体本质和其发光原理， LED很明显的拥有高亮度、高光效、长寿命、无辐射、功耗低等优点。同时，根据其P-N结材料的不同， LED可以发出不同波长的光，所以其发射光谱很宽，在可见光波段，我们可以比较容易得到多种颜色的LED光源。 LED亮度高，在照明领域， 目前 LED已开始了广泛的应用， 而且由于 LED发光效率高，且在小角度上光能集中， 几 W的 LED已经可以媲美数十W的传统光源，在单位功率内的成本大大降低。根据其发光原理，LED光源的驱动结构比较简单， 这大大节省了其在驱动部分的消耗，也减小了光源的体积。目前， LED光源已广泛应用

4、于照明、汽车、LCD背光、测量、仪器等领域，方便了人们的生活。根据专家作出的预测，未来，LED的最大优势 -寿命将在现有基础上大大提高， 理论上 LED可拥有无限的生命周期， 目前，常用的 LED光源也已经达到和大于了10 万小时。所以， LED的全面应用是毋庸置疑的。目前，LED的限制条件主要是名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 2 页，共 8 页 - - - - - - - - - 发射角大、单个 LED发射光谱宽。对比激光光源，这个劣势很明显。而发散角我们可以通过外

5、部光路对其进行整理，而对于宽的光谱， 我们则需要通过对其内部结构进行调整，在可见光波段， 这主要表现在单色 LED光源的发射光谱中含有多个波长的单色光，虽然各波长差别不大，特别是外在表现相差无几，但是在较精密的应用领域，这是不能接受的，因此， 如何对单色 LED光源的发光颜色进行检测，从而评价当前的 LED结构，是 LED未来发展道路上需要解决的重要问题。二、单色 LED光源与标准色度系统单色 LED光源在常用的 LED中，其发射光谱一般呈高斯分布， 中心波长决定了光的颜色。同时， 根据已有的研究结果，我们知道发射光谱和发射峰还会随着驱动电流的变化而发生变化。以InGaN 蓝芯片做成的蓝光LE

6、D为例，驱动电流从5mA到 90mA变化时，发射光谱如图1：图 1 InGaN 蓝光 LED发射光谱1从图中可以看出， 随着驱动电流的增加， 发射光谱和发射峰先向名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 3 页，共 8 页 - - - - - - - - - 短波长方向移动（蓝移），然后向长波长方向移动（红移） 。蓝移和红移的发射峰相差十几个纳米，而且，有明显变化的两条曲线，其驱动电流变化也比较小。 由此可以知道， 单色 LED光源发出的光本身已经是“多色” （虽然看起来是单色

7、），而驱动电流变化也会导致其发生变化。这使得 LED在一些精密应用中无法得到像激光一样的表现效果，限制了它的应用；在普通应用中，如显示背光、摄影等领域，这也会加剧单色变化导致的组合背光颜色变化。因此，快速的对 LED光源做颜色检测和评价， 从而控制机构能够更好的使之稳定工作，形成颜色稳定的光场就显得比较重要了。单色 LED光源的亮度与其发射角度也很有关系，在发射角度小的时候，光源亮度变化较小， 随着发射角角度变大，光源亮度也会有明显的降低，这在有单色光源组合成混色效果时，很容易导致亮度不均匀导致的颜色变化。如何使组合光场能够均匀、稳定，如何使组合广场的颜色统一，通过对光场的颜色检测和判别可以使

8、这一问题变得简单。CIE 标准色度系统简介色度学是研究人的颜色视觉规律、颜色测量的理论与技术的科学，也就是说，我们对于光源、物体的颜色感知可以通过色度学来进行科学的计算和判断。对于颜色， 人眼的分辨能力是有限的， 只能分辨颜色的三种变化(如明度 / 色调/饱和度 ) 。而准确判断颜色， 单靠人眼的观察是不可靠的，需要进行准确的计算，而计算依据就是标准色度系统。CIE（国名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 4 页，共 8 页 - - - - - - - - - 际照明委员会

9、） 制定和改进了一系列的标准， 让颜色的判断标准更为准确，其他的一些大型企业也相应制定了自己的颜色判断标准。CIE 在 1931 年统一了实验结果 , 提出了 CIE 标准色度观察者和色品坐标系统；并规定了三种标准光源(A, B, C)；对测量的照明观测条件进行了标准化。这被称作CIE 1931 标准色度系统，奠定了现代色度学的基础。CIE 1931 标准色度观察者数据代表2 视场的色觉平均特性。当观察视场增大到 4 以上时， 发现波长 380nm 至 460nm 区间内数值偏低。日常观察物体时视野经常超过4 范围， 为了适应大视场颜色测量的需要，CIE 在 1964 年规定了一组“ CIE

10、1964 补充标准色度观察者光谱三刺激值”简称为“ CIE 1964补充标准色度系统”，也叫做10 视场X10Y10Z10色度系统。1976 年 CIE推荐了两个色空间及有关的色差公式。分别称为 CIE 1976L*u*v* 色空间和CIE 1976L*a*b* 色空间。我国国家标准局在彩色印刷品的质量要求上也使用了CIE L*a*b*色差，并将这一质量标准作为国有企业晋级的一项条件。CIE 94 色差公式是 CIE1995年推荐的工业界测试色差公式：CIEDE2000色差公式是最新的由CIE推荐的国际标准色差公式，不仅包含有明度、 彩度和色调加权函数， 还加入了功能与BFD公式相似的交叉项和

11、改善中性灰色色差预测能力的函数项：2*2*2*94HHabCCabLLSkHSkCSkLE*22200()()()TLLCCHHCCHHLCHCHERk SkSkSkSkS名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 5 页，共 8 页 - - - - - - - - - 国际上使用较多的色差公式, 尤其是 CIE 推荐的公式是近几年来国际上认为较好的色差公式。 但是至今仍未找到一种大家一致公认的公式。色差问题是工农业迫切需要解决的重要问题, 国际上成立了专门研究色差问题的委员会,

12、 许多国家的科学家都在从事这方面的工作, 但由于色差问题的复杂性, 至今尚未得到满意的结果, 还待今后努力。三、颜色检测方法颜色检测的方法，目前常用的有三种：目视法、光电积分法、分光光度法。目测法是在一定标准的CIE 标准光源照射下，利用人眼观察得出颜色结论。此种方法对操作人员的要求极高，丰富的颜色观察经验和敏锐的观察力是必不可少的东西；同时，还要求操作人员有很稳定的心理状态，要抛除主观因素对观察结果的影响。这种检测方法适用的面较窄，且准确性不能保证， 主观因素对结果判断的影响不可能完全消除， 对于大批量生产更是效率低下。 优点是对于一些小型企业来说，有经验的技工可以一定程度上取代仪器，节约成

13、本。光电积分法是通过把探测器的光谱响应匹配成所要求的CIE 标准色度观察者光谱三刺激值曲线或某一特定的光谱响应曲线，从而对探测器所接收到的来自被测颜色的光谱能量进行积分测量。其优点是测量速度很快，具有较好的精确度，可以较好的反映出被测颜色，但是这种方法无法测出颜色的光谱组成，对于单色光更是无法对其进行名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 6 页，共 8 页 - - - - - - - - - 光谱分析，局限性明显。分光光度法是指测定物体反射的光谱功率分布或物体本身的反射光度

14、特性，然后根据光谱测量数据可计算出物体在各种标准光源和标准照明体下的三刺激值。分光光度法可分为光谱扫描、同时探测全波段光谱两种。光谱扫描法是利用分光色散系统对被测光谱进行机械扫描，逐点测出各个波长对应的辐射能量，由此达到光谱功率分布的测量。由于是逐点检测，这种方法测量精度很高，但是测量速度慢。同时探测全波段光谱法又分为以下两种：1、多光路探测技术：多光路同时性只在红外波段实现，在可见光区只能部分实现。2、多通道探测技术：即平行探测法。这种方法的优点是快速、 高效，大大降低对测量对象和照明光源的时间稳定性要求， 应用快速存取和分组处理， 在时间分辨和光谱分辨两者之间实现有益的兼顾。综上所述， 三

15、种方法各有优势， 但分光光度法在大规模工业应用上明显更为恰当， 目前国际上产品级的自动配色的颜色检测系统都是采用多通道的全波段光谱探测法。四、总结颜色检测是现代社会生活中不可缺少的技术，显示、印刷、产品检查等都可以见到其身影。 LED技术是目前发展最为迅速的新兴技术，而且 LED作为光源，其应用领域也越来越宽广。LED和颜色检测的交名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 7 页，共 8 页 - - - - - - - - - 叠越来越多， 使用颜色检测技术对LED光源进行检测、 判断和评价也是正在研究中的复合技术。 在工业生产中， 这种复合技术也有了一定的应用，如 LED背光液晶面板的快速出厂检测。未来，随着LED技术的进一步发展，颜色检测也将在LED领域做出更多更大的贡献。参考文献：1 刘行仁，郭光华，林秀华， InGaN 蓝光 LED 的发射光谱、色品质与正向电流的关系，照明工程学报，2004年 15 卷第一期名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 8 页，共 8 页 - - - - - - - - -