CN104749112B - 一种发光光谱虚拟led效果的方法 - Google Patents

Abstract

本发明一种发光光谱虚拟LED效果的方法，涉及发光二极管(LED)，其步骤是：根据发光材料的发光光谱计算色度并在CIE1931色度图中标注；计算RGB三个分量的相对大小；选取高斯函数；计算RGB显示强度空间分布；显示发光光谱虚拟LED效果的发光图像。该方法克服了使用现有技术只能在将发光材料研制成LED之后，才能最终测量出制备的LED效果的缺陷。

Description

一种发光光谱虚拟LED效果的方法

技术领域

本发明的技术方案涉及发光二极管(LED)，具体地说是一种发光光谱虚拟LED效果的方法。

背景技术

现今，LED成为照明工程的主流，研制新型发光材料是提高LED的亮度以及改变其色度的关键，材料发光的色度是表征其能否应用在LED上的主要因素。目前，衡量发光材料色度经常采用方法有：测量发光材料的发光光谱、计算色度以及在CIE1931色度图中标注了颜色表征。CN102539406A公开了LED发光材料光色与光谱检测***及其方法，检测LED发光材料转换效率及光色特性，并采用光谱的四则运算及模拟光色运算，分析各自独立的诱发蓝光光谱及发光光谱。CN103411679A公开了采用微处理器的色度光检测***，根据转换的线性电参数计算色度表示值并数据量化。在Journal of Luminescence(143，2013：71–74)和Journal of Alloys and Compounds(2015，620：263–268)采用了CIE1931色度图中标注了颜色表征，以用于表征研制白光LED发光材料的色度。上述公开的衡量发光材料色度的现有技术存在的问题是：测量发光材料的发光光谱、计算色度以及在CIE1931色度图中标注其位置，虽然可以反映出发光材料的色度，但是在CIE1931色度图中标注与LED一个区域内发光存在差异，更重要是LED出射光横截面的中心发光最强，远离中心光强逐渐减小，在CIE1931色度图中标注不能在用发光材料研制成LED之前就形象地反映出这种发光材料来研制得到的LED效果，也就是说，使用现有公开的现有技术只能在将发光材料研制成LED之后，才能最终测量出制得的LED效果，这将有碍于新型LED发光材料的研发。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种发光光谱虚拟LED效果的方法，根据发光材料的光谱，计算出色度并在CIE1931色度图中标注，确定RGB(红绿蓝)三个分量相对大小，选择高斯函数，得到RGB显色光强的空间分布，进而在用发光材料研制成LED之前就从发光光谱虚拟LED效果，从而预测用这种发光材料制备的LED是否满足要求，该方法克服了使用现有技术只能在将发光材料研制成LED之后，才能最终测量出制备的LED效果的缺陷。

本发明解决该技术问题所采用的技术方案是：一种发光光谱虚拟LED效果的方法，根据发光材料的光谱，计算出色度并在CIE1931色度图中标注，确定RGB三个分量相对大小，选择高斯函数，得到RGB显色光强的空间分布，即发光光谱虚拟LED效果，具体步骤如下：

第一步，根据发光材料的发光光谱计算色度并在CIE1931色度图中标注：

根据发光材料的发光光谱功率I(λ)，使用公式(1)～(3)计算出颜色的三刺激值X、Y和Z，然后由公式(4)～(6)得到色度坐标x、y和z，

上述公式中，和表示CIE1931标准色度观察者色匹配函数，x、y和z表示在CIE1931色度图中的色度坐标，简称色度坐标，根据色度坐标(x，y)在CIE1931色度图中标注发光材料的发光色度，确定其发光对应的颜色；

第二步，计算RGB三个分量的相对大小：

在第一步计算出色度坐标x、y和z后，根据ITU709和中国行标GY155，公式(7)给出RGB三个分量的相对大小ρ_R，ρ_G和ρ_B与色度坐标x、y和z之间的关系，

第三步，选取高斯函数：

LED发光中心注入载流子密度大于边沿区域以及LED的光学结构会造成LED的发光出射面中心的光强最强，远离发光出射面中心光强呈现下降趋势，用高斯函数公式(8)描述光强的变化，

其中A为高斯函数的幅度，调节高斯函数的幅度A的大小可以改变发光光谱虚拟LED的亮度，但是受到最弱和最强显示亮度的限制，需要选择高斯函数的幅度A为发光光谱虚拟LED效果在最弱和最强显示亮度之间，LED出射圆对称光束，发光光谱虚拟LED效果使用区域的中心点为o，r为发光光谱虚拟LED效果点位置与中心点o位置的距离，σ为高斯函数标准偏差，选择半径为R₀圆形区域发光光谱虚拟LED效果，该区域是边长为2R₀的正方形的最大内切圆，采用R₀分别对发光光谱虚拟LED效果点位置与中心点o位置的距离r以及高斯函数标准偏差σ进行归一化，公式(8)化成，

第四步，计算RGB显示强度空间分布：

结合第二步的公式(7)和第三步的(9)可以得到RGB显示强度空间分布的三个分量P_R、P_G和P_B，

公式(10)、(11)和(12)表明，对RGB三个分量的相对大小ρ_R，ρ_G和ρ_B都乘以相同高斯函数F(r)，得到RGB显示强度空间分布的三个分量P_R、P_G和P_B，虽然RGB显示强度在径向有下降的趋势，但是在RGB显示强度空间分布的RGB三个分量P_R、P_G和P_B之间比值不变，对应色度相同；

第五步，显示发光光谱虚拟LED效果的发光图像：

用RGB显示强度空间分布的三个分量P_R、P_G和P_B分别控制显示器的三种颜色的强度，以及在边长为2R₀的正方形的最大内切圆内显示发光光谱虚拟LED效果的发光图像。

上述ITU为国际电信联盟的英文缩写。

本发明的有益效果是：与现有技术相比，本发明的突出的实质性特点和显著进步如下：

(1)现有技术通过测量发光材料的发光光谱、计算色度以及在CIE1931色度图中标注其位置，虽然可以反映出发光材料的色度，但是局部很小标定区域颜色形象不明显，而本发明方法最终是发光光谱虚拟LED效果，显示LED发光色度更加直观，突出显示了发光材料制得的LED效果。

(2)现有技术中发光材料只有在制备成功了LED后才能观察其效果，而本发明在用发光材料研制成LED之前，根据所研制发光材料的光谱就可以虚拟出将制得的LED效果，由此判定该LED效果能否满足设计要求。

(3)现有技术中采用发光材料的发光光谱计算发光色度，是一个不变常数，而本发明采用高斯函数在显示平面内显示发光材料色度，并且每一点的色度并不改变，保留了原来每一点的色度，但是随着远离显示中心RGB显示强度空间分布的三个分量P_R、P_G和P_B逐渐减少，具有虚拟LED的发光出射面中心的出射光功率高而周围功率低的特点。

(4)现有技术中采用发光材料的发光光谱计算发光色度，是一个不变常数，而本发明使用高斯函数的幅度A可以调节，达到虚拟LED出射不同光强的目的，同时并不改变虚拟LED出射光的色度。

(5)现有技术中采用发光材料的发光光谱计算发光色度，是一个不变常数，而本发明可以调节高斯函数标准偏差σ，达到虚拟不同发散角的LED效果，同时并不改变虚拟LED的色度。

(6)本发明采用ITU709和中国行标GY155，计算RGB三个分量相对大小ρ_R，ρ_G和ρ_B与色度坐标x、y和z之间关系，具有通用性。

(7)本发明通过发光材料的发光光谱计算色度、选取高斯函数、进而得到RGB显色光强的空间分布，即发光光谱虚拟LED效果，操作简单，容易实现，具有通用性。

(8)本发明克服了使用现有技术只能在将发光材料研制成LED之后，才能最终测量出制得的LED效果的缺陷。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1为本发明方法的操作流程示意框图。

图2为本发明方法发光光谱虚拟LED效果使用的区域和极坐标示意框图。

图3为本发明方法发光光谱虚拟LED效果所采用Journal of Luminescence(143，2013：71–74)发光材料的光谱图。

图4为本发明方法在CIE1931色度图中标注图3所用发光材料的色度。

图5为本发明方法发光光谱虚拟高亮度宽发散角LED效果选取的高斯函数曲线图。

图6为本发明方法发光光谱虚拟高亮度宽发散角LED效果的发光图像。

图7为本发明方法发光光谱虚拟低亮度宽发散角LED效果选取的高斯函数曲线图。

图8为本发明方法发光光谱虚拟低亮度宽发散角LED效果的发光图像。

图9为本发明方法发光光谱虚拟窄发散角LED效果选取的高斯函数曲线图。

图10为本发明方法发光光谱虚拟高亮度窄发散角LED效果的发光图像。

图中，201.发光光谱虚拟LED效果使用的正方形区域，202.发光光谱虚拟LED效果正方形区域中最大内切圆，203.发光光谱虚拟LED效果的半径r圆，301.发光光谱虚拟LED效果所使用的发光材料的发光光谱，401.CIE1931色度图***包络线，501.发光光谱发光材料高亮度宽发散角LED效果选取的高斯函数，701.发光光谱虚拟低亮度宽发散角LED效果选取的高斯函数，901.发光光谱虚拟高亮度窄发散角LED效果选取的高斯函数；

图中，坐标单位的含义是：I为发光材料的发光光谱的归一化强度，a.u.为发光材料的发光光谱的归一化强度的相对单位，F(r)为发光光谱虚拟LED效果选取的高斯函数，R₀为发光光谱虚拟LED效果的圆形区域最大半径，o为发光光谱虚拟LED效果的显示区域中心点，r为发光光谱虚拟LED效果点位置与中心点o的距离，e_x和e_y为发光光谱虚拟LED效果选取区域的两个坐标轴，r/R₀为归一化发光光谱虚拟LED效果点位置与中心点o的距离。

具体实施方式

图1所示实施例表明，本发明的操作流程是：根据发光材料的发光光谱计算色度并在CIE1931色度图中标注→计算RGB三个分量的相对大小→选取高斯函数→计算RGB显示强度空间分布→显示发光光谱虚拟LED效果的发光图像。

本发明是根据发光光谱计算色度并在CIE1931色度图标定，求出RGB三个分量相对大小，结合选取的高斯函数计算RGB显示强度空间分布，最终实现只根据光谱来预测准备使用的发光材料所制得的LED效果。

图2所示实施例显示了发光光谱虚拟LED效果的使用区域和极坐标，表明对于长方形的显示器中，经常使用规则区域显示图像，即选定发光光谱虚拟LED效果使用的正方形区域201，在此正方形区域内发光光谱虚拟LED效果正方形区域中最大内切圆202对应的发光光谱虚拟LED效果的圆形区域最大半径为R₀，观察发光光谱虚拟LED效果的显示区域中心点为o，r为发光光谱虚拟LED效果点位置与中心点o的距离，以中心点o为圆心由半径r构成圆203，使用极坐标系的圆对称性满足描述LED圆形出射光分布的要求。

在发光光谱虚拟LED效果中，选定正方形区域内最大内切圆是显示出射圆形光束最大范围，超出整个范围后，LED效果不能完全展示出来，在r＝R₀时，发光光谱虚拟LED效果衰减近似至零。

图3所示实施例显示了本发明发光光谱虚拟LED效果采用Journal ofLuminescence(143，2013：71–74)发光材料的光谱图。

发光材料的光谱是发光光谱虚拟LED效果的初始数据，在计算色度和发光光谱虚拟LED效果要求光谱完整，光谱数据涵盖了可见光波长范围，能够在三基色RGB包含范围内发光光谱虚拟LED效果，其它并无对发光材料的光谱特殊要求，本发明中选择Journal ofLuminescence(143，2013：71–74)中一种发光材料的光谱数据作为验证本发明的使用效果，采用其它文献测量的发光材料的光谱数据可以同样过程验证本发明的使用效果。

图3中显示的发光光谱虚拟LED效果所使用的发光材料的发光光谱301，包含了可见光区域的材料发光光谱，文献中采用了相对坐标显示其光谱强度，该光谱曲线中落在可见光范围内3个峰对应发光材料中电子相应能态之间的跃迁，对于材料成分不同材料的光谱存在差异，光谱峰的位置和强度会发生变化，人眼睛感受到不同波长的光谱刺激值，构成发光光谱在人眼睛中形成不同颜色，计算色度是反映发光颜色的工具，这些测试发光材料的光谱是计算色度的关键步骤，只有通过真实的发光材料的光谱，才能计算发光色度，进而发光光谱虚拟LED效果。

图4所示实施例显示，在CIE1931色度图中标注图3所示实施例所用的发光材料的光谱色度E点，采用CIE1931色度图中标注发光材料的光谱色度是经常采用的方法，这里使用了CIE1931色度图中用曲线划分不同区域，这些不同区域表征了色度落在该区域内对应发光的颜色，在CIE1931色度图中包络线401是人眼能够分辨可见光色度范围，超出包络线401人眼观察不到，在CIE1931色度图标注“红”、“绿”和“蓝”分别表示色度(x，y)对应的点落在这些区域中色度对应发光颜色分别为红光、绿光和蓝光，在CIE1931色度图标注“白”表示色度(x，y)对应的点落在该区域中色度对应发光颜色分别为白光，白光区域点的色度坐标x、y和z在1/3附近，在CIE1931色度图“红”、“绿”、“蓝”和“白”中的两者之间曲线围成区域为这两种颜色的过渡颜色。本发明采用图3中的发光光谱虚拟LED效果所使用的发光材料的发光光谱301计算得到色度(x，y)为(0.3132，0.3245)，在CIE1931色度图标注为E点，落在CIE1931色度图白光区域。

图5所示实施例显示了发光光谱虚拟高亮度宽发散角LED效果选取的高斯函数501，其中高斯函数幅度A为2.9802，高斯函数标准偏差σ为0.3R₀。

发光光谱虚拟高亮度宽发散角LED效果选取的高斯函数501在r＝0显示区域中心点o为最大值，其大小为2.9802，等于其幅度A，在接近发光光谱虚拟LED效果正方形区域中最大内切圆202(见图2)处，发光光谱虚拟高亮度宽发散角LED效果选取的高斯函数501接近0，采用高斯函数可以反映出LED出射光束中心最强周围逐渐减弱的变化规律，并且具有圆对称性。

图6所示实施例表明，采用图5所示的选取发光光谱虚拟LED效果的高斯函数501实现发光光谱虚拟高亮度宽发散角LED效果的发光图像。

在发光光谱虚拟高亮度宽发散角LED效果中，采用了色度(x，y)为(0.3132，0.3245)表示虚拟LED的发光色度呈现白色，随着远离中心区域虚拟LED的亮度逐渐减弱，最终被黑颜色包围，能够反映出发光光谱虚拟高亮度宽发散角白光LED显示色度的效果。然而LED在不同激发条件下，表现出不同的亮度，不同LED结构出射光发散角也不同，由此产生的LED效果也不同，比较图6、图8和图10可以得到证实。

图7所示实施例显示了发光光谱虚拟低亮度宽发散角LED效果选取的高斯函数701，其中高斯函数幅度A为1.4901，高斯函数标准偏差σ为0.3R₀。

发光光谱虚拟低亮度宽发散角LED效果选取的高斯函数701在r＝0显示区域中心点o为最大值，其大小为1.4901，等于其幅度A，在接近发光光谱虚拟LED效果正方形区域中最大内切圆202(见图2)处，发光光谱虚拟LED效果选取的高斯函数701接近0。与图5中的发光光谱虚拟高亮度宽发散角LED效果选取的高斯函数501对比，在图7中的发光光谱虚拟低亮度宽发散角LED效果选取的高斯函数701幅度A降低了一倍，与发光光谱虚拟低亮度宽发散角LED效果选取的高斯函数701相对应的光强相比发光光谱虚拟亮度宽发散角LED效果选取的高斯函数501发光光谱虚拟LED光强减弱了一倍。

图8所示实施例表明，采用图7所示的选取发光光谱虚拟LED效果的高斯函数701实现发光光谱虚拟高亮度宽发散角LED效果的发光图像。

在发光光谱虚拟低亮度宽发散角LED效果中，采用了色度(x，y)为(0.3132，0.3245)表示发光光谱虚拟LED的发光色度呈现白色，但是由于使用的发光光谱虚拟低亮度宽发散角LED效果选取的高斯函数701(见图7)幅度减小，因此中心亮度明显变弱，与图6相比，图8发光光谱虚拟低亮度宽发散角的LED亮度较暗，对应于低亮度宽发散角白光LED效果，在低激发条件下LED输出光减弱，同样随着LED长时间使用的增加或者造成LED损坏情况下，LED输出光表现出衰减趋势。

图9所示实施例显示了发光光谱虚拟高亮度窄发散角LED效果选取的高斯函数901，其中高斯函数幅度A为2.9802，高斯函数标准偏差σ为0.1R₀。

发光光谱虚拟高亮度窄发散角LED效果选取的高斯函数901在r＝0显示区域中心点o为最大值，其大小为2.9802，等于其幅度A，由于图9中发光光谱虚拟高亮度窄发散角LED效果选取的高斯函数901的高斯函数标准偏差σ为0.1R₀，明显小于图5中发光光谱虚拟高亮度宽发散角LED效果选取的高斯函数501和图7中发光光谱虚拟低亮度宽发散角LED效果选取的高斯函数701，随着发光光谱虚拟LED效果点位置与中心点o的距离r的增加，图9中发光光谱虚拟高亮度窄发散角LED效果选取的高斯函数901函数值下降速度明显大于图5中发光光谱虚拟高亮度宽发散角LED效果选取的高斯函数501。这种下降快的发光光谱虚拟高亮度窄发散角LED效果选取的高斯函数901被使用来描述高亮度窄发散角LED效果。

图10所示实施例表明，采用图9所示的选取发光光谱虚拟LED效果的高斯函数901实现发光光谱虚拟高亮度宽发散角LED效果的发光图像。

在发光光谱虚拟高亮度窄发散角LED效果中，采用了色度(x，y)为(0.3132，0.3245)表示发光光谱虚拟LED的发光色度呈现白色，但是由于采用图9中发光光谱虚拟高亮度窄发散角LED效果选取的高斯函数901，随着发光光谱虚拟LED效果点位置与中心点o的距离r的增加，发光光谱虚拟高亮度窄发散角LED效果选取的高斯函数901的函数数值下降速度明显大于发光光谱虚拟高亮度窄发散角LED效果选取的高斯函数501(见图5)，发光光谱虚拟LED的亮度很快减弱，与图6相比，图10中发光光谱虚拟LED色度在短距离内被黑颜色包围，这正是发光光谱虚拟高亮度窄发散角LED效果。

实施例1

本实施例在发光光谱虚拟高亮度宽发散角LED效果中，采用了高斯函数幅度A＝2.9802，高斯函数标准偏差σ＝0.3R₀，色度坐标(x，y)为(0.3132，0.3245)为白光的发光材料。

本实施例的具体步骤如下：

第一步，根据发光材料光谱计算色度并在CIE1931色度图中标注：

根据发光材料光谱功率I(λ)使用公式(1)～(3)计算出颜色的三刺激值X、Y和Z值，然后由公式(4)～(6)得到色度坐标x、y和z，

上述公式中，和表示CIE1931标准色度观察者色匹配函数，选取了图3中的301光谱I(λ)，由公式(1)～(6)计算得到色度坐标x、y和z分别为0.3132、0.3245和0.3623，即对应的色度坐标(x，y)为(0.3132，0.3245)，图4中显示出在CIE1931色度图中标注图3所示本实施例所用的发光材料的光谱色度E点，落在CIE1931色度图白光区域，可以用三基色显示。

第二步，计算RGB三个分量相对大小

在第一步计算出色度坐标x、y和z后，根据ITU709和中国行标GY155，公式(7)给出RGB三个分量相对大小ρ_R，ρ_G和ρ_B与色度坐标x、y和z之间关系，

将x＝0.3132，y＝0.3245和z＝0.3623代入公式(7)得到，

可以确定RGB三个分量相对大小ρ_R，ρ_G和ρ_B分别为0.3355、0.3202和0.3342；

第三步，选取高斯函数：

LED发光中心注入载流子密度大于边沿区域以及LED的光学结构会造成LED的发光出射面中心的光强最强，远离发光出射面中心光强呈现下降趋势，用高斯函数公式(8)描述光强的变化，

其中A为高斯函数的幅度，调节高斯函数的幅度A的大小可以改变发光光谱虚拟LED的亮度，但是受到最弱和最强显示亮度的限制，需要选择高斯函数的幅度A为发光光谱虚拟LED效果在最弱和最强显示亮度之间，LED出射圆对称光束，发光光谱虚拟LED效果使用区域的中心点为o，r为发光光谱虚拟LED效果点位置与中心点o位置的距离，σ为高斯函数标准偏差，选择半径为R₀圆形区域发光光谱虚拟LED效果，该区域是边长为2R₀的正方形的最大内切圆，采用R₀分别对发光光谱虚拟LED效果点位置与中心点o位置的距离r以及高斯函数标准偏差σ进行归一化，公式(8)化成，

本实施例表明，发光光谱虚拟高亮度宽发散角LED效果选取的高斯函数501用于发光光谱虚拟高亮度宽发散角LED效果，其中高斯函数幅度A为2.9802，高斯函数标准偏差σ为0.3R₀，则公式(9)可以得到，

在接近发光光谱虚拟LED效果正方形区域中最大内切圆202的(r＝R₀)处，发光光谱虚拟高亮度宽发散角LED效果选取的高斯函数501大小为，

相当于中心强度的0.3859％(＝0.0115/2.9802)接近0，采用高斯函数可以反映出LED出射光束中心最强周围逐渐减弱的变化规律，并且具有圆对称性；

第四步，计算RGB显示强度空间分布：

结合公式(7)和(9)可以得到RGB显示强度空间分布的三个分量P_R、P_G和P_B，

这里RGB三个分量相对大小ρ_R＝0.3355、ρ_G＝0.3202和ρ_B＝0.3342，高斯函数幅度A＝2.9802，高斯函数标准偏差σ＝0.3R₀代入公式(10)～(12)得到，

对RGB三个分量相对大小ρ_R，ρ_G和ρ_B都乘以相同高斯函数F(r)，得到RGB显示强度空间分布的三个分量P_R、P_G和P_B，虽然RGB显示强度在径向有下降的趋势，但是在RGB显示强度空间分布的三个分量P_R、P_G和P_B之间比值不变，对应对色度不变；

第五步，显示发光光谱虚拟LED效果的发光图像：

用RGB显示强度空间分布的三个分量P_R、P_G和P_B分别控制显示器的三种颜色的强度，以及在边长为2R₀的正方形的最大内切圆(即发光光谱虚拟LED效果正方形区域中最大内切圆202)内显示发光光谱虚拟LED效果的发光图像。本实施例在边长为2R₀的正方形的最大内切圆(即发光光谱虚拟LED效果正方形区域中最大内切圆202)内显示发光光谱虚拟LED效果的发光图像见图6。

本实施例在发光光谱虚拟高亮度宽发散角LED效果中，采用了高斯函数幅度A＝2.9802，高斯函数标准偏差σ＝0.3R₀，色度坐标(x，y)为(0.3132，0.3245)为白光的发光材料的LED发光光谱虚拟LED效果，随着远离中心区域发光光谱虚拟LED的亮度逐渐减弱，最终被黑颜色包围，反映出高亮度宽发散角白光LED效果，然而LED在不同激发条件以表现出不同的亮度，长时间使用也会造成LED输出光减弱，同样不同LED结构出射光发散角存在差异。下面实施例2发光光谱虚拟LED效果与实施例1相同色度坐标(x，y)为(0.3132，0.3245)的发光材料制备低亮度宽发散角LED效果，实施例3发光光谱虚拟LED效果与实施例1相同色度坐标(x，y)为(0.3132，0.3245)的发光材料制备高亮度窄发散角LED效果。

实施例2

本实施例在发光光谱虚拟低亮度宽发散角LED效果中，采用了高斯函数幅度A＝1.4901，高斯函数标准偏差σ＝0.3R₀，色度坐标(x，y)为(0.3132，0.3245)为白光的发光材料。

本实施例的具体步骤如下：

第一步和第二步与实施例1相同，计算得到色度坐标x、y和z分别为0.3132、0.3245和0.3623，即对应的色度坐标(x，y)为(0.3132，0.3245)，在CIE1931色度图标注为E点，落在CIE1931色度图白光区域，并得到RGB三个分量相对大小ρ_R，ρ_G和ρ_B分别为0.3355、0.3202和0.3342；

第三步，选取高斯函数：

LED发光中心注入载流子密度大于边沿区域以及LED的光学结构会造成LED的发光出射面中心的光强最强，远离发光出射面中心光强呈现下降趋势，用高斯函数公式(8)描述光强的变化，

其中A为高斯函数的幅度，调节高斯函数的幅度A的大小可以改变发光光谱虚拟LED的亮度，但是受到最弱和最强显示亮度的限制，需要选择高斯函数的幅度A为发光光谱虚拟LED效果在最弱和最强显示亮度之间，LED出射圆对称光束，发光光谱虚拟LED效果使用区域的中心点为o，r为发光光谱虚拟LED效果点位置与中心点o位置的距离，σ为高斯函数标准偏差，选择半径为R₀圆形区域发光光谱虚拟LED效果，该区域是边长为2R₀的正方形的最大内切圆，采用R₀分别对发光光谱虚拟LED效果点位置与中心点o位置的距离r以及高斯函数标准偏差σ进行归一化，公式(8)化成，

本实施例表明，选择发光光谱虚拟低亮度宽发散角LED效果选取的高斯函数701用于发光光谱虚拟低亮度宽发散角LED效果，其中高斯函数幅度A为1.4901，高斯函数标准偏差σ为0.3R₀，则公式(9)可以得到，

在接近发光光谱虚拟LED效果正方形区域中最大内切圆202的(r＝R₀)处，发光光谱虚拟低亮度宽发散角LED效果选取的高斯函数701大小为，

相当于中心强度的0.3859％(＝0.0576/1.4901)接近0，采用高斯函数可以反映出LED出射光束中心最强周围逐渐减弱的变化规律，并且具有圆对称性；

第四步，计算RGB显示强度空间分布：

结合公式(7)和(9)可以得到RGB显示强度空间分布的三个分量P_R、P_G和P_B，

这里RGB三个分量相对大小ρ_R＝0.3355、ρ_G＝0.3202和ρ_B＝0.3342，高斯函数幅度A＝1.4901，高斯函数标准偏差σ＝0.3R₀代入公式(10)～(12)得到，

对RGB三个分量相对大小ρ_R，ρ_G和ρ_B都乘以相同高斯函数F(r)，得到RGB显示强度空间分布的三个分量P_R、P_G和P_B，虽然RGB显示强度在径向有下降的趋势，但是在RGB显示强度空间分布的三个分量P_R、P_G和P_B之间比值不变，对应色度相同；

第五步，显示发光光谱虚拟LED效果的发光图像：

用RGB显示强度空间分布的三个分量P_R、P_G和P_B分别控制显示器的三种颜色的强度，以及在边长为2R₀的正方形的最大内切圆(即发光光谱虚拟LED效果正方形区域中最大内切圆202)内显示发光光谱虚拟LED效果的发光图像。本实施例在边长为2R₀的正方形的最大内切圆(即发光光谱虚拟LED效果正方形区域中最大内切圆202)内显示发光光谱虚拟LED效果的发光图像见图8。

本实施例在发光光谱虚拟低亮度宽发散角LED效果中，采用了高斯函数幅度A＝1.4901，高斯函数标准偏差σ＝0.3R₀，色度坐标(x，y)为(0.3132，0.3245)为白光的发光光谱虚拟LED效果，随着远离中心区域发光光谱虚拟LED的亮度逐渐减弱，最终被黑颜色包围，在发光光谱虚拟高亮度宽发散角LED效果中，采用了色度(x，y)为(0.3132，0.3245)表示发光光谱虚拟LED的发光色度呈现白色，与图6相比，图8由于使用的发光光谱虚拟低亮度宽发散角LED效果选取的高斯函数701比发光光谱虚拟高亮度宽发散角LED效果选取的高斯函数501的幅度减小，发光光谱虚拟低亮度宽发散角的LED亮度较暗，随着低激发条件下以及使用LED时间的增加或者造成LED损坏情况下，LED表现出亮度减弱的特性。

实施例3

本实施例在发光光谱虚拟高亮度窄发散角LED效果中，采用了高斯函数幅度A＝2.9802，高斯函数标准偏差σ为0.1R₀，色度坐标(x，y)为(0.3132，0.3245)为白光的发光材料。

本实施例的具体步骤如下：

第一步和第二步与实施例1相同，计算得到色度坐标x、y和z分别为0.3132、0.3245和0.3623，即对应的色度坐标(x，y)为(0.3132，0.3245)，在色度图CIE1931标注为E点，落在CIE1931色度图白光区域，并得到RGB三个分量相对大小ρ_R，ρ_G和ρ_B分别为0.3355、0.3202和0.3342；

第三步，选取高斯函数：

LED发光中心注入载流子密度大于边沿区域以及LED的光学结构会造成LED的发光出射面中心的光强最强，远离发光出射面中心光强呈现下降趋势，用高斯函数公式(8)描述光强的变化，

其中A为高斯函数的幅度，调节高斯函数的幅度A的大小可以改变发光光谱虚拟LED的亮度，但是受到最弱和最强显示亮度的限制，需要选择高斯函数的幅度A为发光光谱虚拟LED效果在最弱和最强显示亮度之间，LED出射圆对称光束，发光光谱虚拟LED效果使用区域的中心点为o，r为发光光谱虚拟LED效果点位置与中心点o位置的距离，σ为高斯函数标准偏差，选择半径为R₀圆形区域发光光谱虚拟LED效果，该区域是边长为2R₀的正方形的最大内切圆，采用R₀分别对发光光谱虚拟LED效果点位置与中心点o位置的距离r以及高斯函数标准偏差σ进行归一化，公式(8)化成，

本实施例表明，选择发光光谱虚拟高亮度窄发散角LED效果选取的高斯函数901用于发光光谱虚拟亮度窄发散角LED效果，其中高斯函数幅度A为2.9802，高斯函数标准偏差σ为0.1R₀，则公式(9)可以得到，

在接近发光光谱虚拟LED效果正方形区域中最大内切圆202的(r＝R₀)处，发光光谱虚拟高亮度窄发散角LED效果选取的高斯函数901大小为，

已经接近0，采用高斯函数可以反映出LED出射光束中心最强周围逐渐减弱的变化规律，并且具有圆对称性；

第四步，计算RGB显示强度空间分布：

结合公式(7)和(9)可以得到RGB显示强度空间分布的三个分量P_R、P_G和P_B，

这里RGB三个分量相对大小ρ_R＝0.3355、ρ_G＝0.3202和ρ_B＝0.3342，高斯函数幅度A＝2.9802，高斯函数标准偏差σ＝0.1R₀代入公式(10)～(12)得到，

对RGB三个分量相对大小ρ_R，ρ_G和ρ_B都乘以相同高斯函数F(r)，得到RGB显示强度空间分布的三个分量P_R、P_G和P_B，虽然RGB显示强度在径向有下降的趋势，但是在RGB显示强度空间分布的三个分量P_R、P_G和P_B之间比值不变，对应色度相同；

第五步，显示发光光谱虚拟LED效果的发光图像：

用RGB显示强度空间分布的三个分量P_R、P_G和P_B分别控制显示器的三种颜色的强度，以及在边长为2R₀的正方形的最大内切圆(即发光光谱虚拟LED效果正方形区域中最大内切圆202)内显示发光光谱虚拟LED效果的发光图像。本实施例在边长为2R₀的正方形的最大内切圆(即发光光谱虚拟LED效果正方形区域中最大内切圆202)内显示发光光谱虚拟LED效果的发光图像见图10。

本实施例在发光光谱虚拟高亮度窄发散角LED效果中，采用了高斯函数幅度A＝2.9802，高斯函数标准偏差σ为0.1R₀，色度坐标(x，y)为(0.3132，0.3245)为白光的发光材料虚拟LED效果，虚拟LED色度呈现白色，随着虚拟LED效果点位置与中心点o的距离r的增加，图9中发光光谱虚拟高亮度窄发散角LED效果选取的高斯函数901函数值下降速度明显大于图5中发光光谱虚拟高亮度宽发散角LED效果选取的高斯函数501，远离中心区域虚拟LED的发光亮度很快减弱，反映出高亮度窄发散角LED色度的特性。

Claims (1)

1.一种发光光谱虚拟LED效果的方法，其特征在于：根据发光材料的光谱，计算出色度并在CIE1931色度图中标注，确定RGB三个分量相对大小，选择高斯函数，得到RGB显色光强的空间分布，即发光光谱虚拟LED效果，具体步骤如下：

第一步，根据发光材料的发光光谱计算色度并在CIE1931色度图中标注：

根据发光材料的发光光谱功率I(λ)，使用公式(1)～(3)计算出颜色的三刺激值X、Y和Z，然后由公式(4)～(6)得到色度坐标x、y和z，

$X=\underset{380}{\overset{780}{\∫}}I\left(\mathrm{\λ}\right)\stackrel{\‾}{x}\left(\mathrm{\λ}\right)d\mathrm{\λ}---\left(1\right)$

$Y=\underset{380}{\overset{780}{\∫}}I\left(\mathrm{\λ}\right)\stackrel{\‾}{y}\left(\mathrm{\λ}\right)d\mathrm{\λ}---\left(2\right)$

$Z=\underset{380}{\overset{780}{\∫}}I\left(\mathrm{\λ}\right)\stackrel{\‾}{z}\left(\mathrm{\λ}\right)d\mathrm{\λ}---\left(3\right)$

$x=\frac{X}{X+Y+Z}---\left(4\right)$

$y=\frac{Y}{X+Y+Z}---\left(5\right)$

$z=\frac{Z}{X+Y+Z}---\left(6\right)$

上述公式中，和表示CIE1931标准色度观察者色匹配函数，x、y和z表示在CIE1931色度图中的色度坐标，简称色度坐标，根据色度坐标(x，y)在CIE1931色度图中标注发光材料的发光色度，确定其发光对应的颜色；

第二步，计算RGB三个分量的相对大小：

在第一步计算出色度坐标x、y和z后，公式(7)给出RGB三个分量的相对大小ρ_R，ρ_G和ρ_B与色度坐标x、y和z之间的关系，

$\left(\begin{array}{c}{\mathrm{\ρ}}_R\\ {\mathrm{\ρ}}_G\\ {\mathrm{\ρ}}_B\end{array}\right)=\left[\begin{array}{ccc}3.2410& -1.5374& -0.4986\\ -0.9692& 1.8760& 0.0416\\ 0.0556& -0.2040& 1.0570\end{array}\right]\left(\begin{array}{c}x\\ y\\ z\end{array}\right)---\left(7\right)$

第三步，选取高斯函数：

LED发光中心注入载流子密度大于边沿区域以及LED的光学结构会造成LED的发光出射面中心的光强最强，远离发光出射面中心光强呈现下降趋势，用高斯函数公式(8)描述光强的变化，

$F\left(r\right)=A\exp (-\frac{r^2}{2{\mathrm{\σ}}^2})---\left(8\right)$

其中A为高斯函数的幅度，调节高斯函数的幅度A的大小可以改变发光光谱虚拟LED的亮度，但是受到最弱和最强显示亮度的限制，需要选择高斯函数的幅度A为发光光谱虚拟LED效果在最弱和最强显示亮度之间，LED出射圆对称光束，发光光谱虚拟LED效果使用区域的中心点为o，r为发光光谱虚拟LED效果点位置与中心点o位置的距离，σ为高斯函数标准偏差，选择半径为R₀圆形区域发光光谱虚拟LED效果，该区域是边长为2R₀的正方形的最大内切圆，采用R₀分别对发光光谱虚拟LED效果点位置与中心点o位置的距离r以及高斯函数标准偏差σ进行归一化，公式(8)化成，

$F\left(r\right)=A\exp \[-\frac{{(r/R_0)}^2}{2{(\mathrm{\σ}/R_0)}^2}\]---\left(9\right)$

第四步，计算RGB显示强度空间分布：

结合第二步的公式(7)和第三步的(9)可以得到RGB显示强度空间分布的三个分量P_R、P_G和P_B，

$P_R={\mathrm{\ρ}}_{R}F\left(r\right)={\mathrm{\ρ}}_{R}A\exp \[-\frac{{(r/R_0)}^2}{2{(\mathrm{\σ}/R_0)}^2}\]---\left(10\right)$

$P_G={\mathrm{\ρ}}_{G}F\left(r\right)={\mathrm{\ρ}}_{G}A\exp \[-\frac{{(r/R_0)}^2}{2{(\mathrm{\σ}/R_0)}^2}\]---\left(11\right)$

$P_B={\mathrm{\ρ}}_{B}F\left(r\right)={\mathrm{\ρ}}_{B}A\exp \[-\frac{{(r/R_0)}^2}{2{(\mathrm{\σ}/R_0)}^2}\]---\left(12\right)$

公式(10)、(11)和(12)表明，对RGB三个分量的相对大小ρ_R，ρ_G和ρ_B都乘以相同高斯函数F(r)，得到RGB显示强度空间分布的三个分量P_R、P_G和P_B，虽然RGB显示强度在径向有下降的趋势，但是在RGB显示强度空间分布的RGB三个分量P_R、P_G和P_B之间比值不变，对应色度相同；

第五步，显示发光光谱虚拟LED效果的发光图像：

用RGB显示强度空间分布的三个分量P_R、P_G和P_B分别控制显示器的三种颜色的强度，以及在边长为2R₀的正方形的最大内切圆内显示发光光谱虚拟LED效果的发光图像。