Какви цветове могат да се постигнат с двуцветни LED диоди?

Цветът е резултат от сложна верига от взаимодействия – между светлината и химичните вещества, между тях и зрителните нерви, както и между нервите и мозъка. Науката за цвета е постоянно развиваща се област на изследване, но самият процес на смесване на цветове е добре установен. Разбирането на механизмите на визуалното възприятие помага да се определи точно диапазонът от цветове, които могат да бъдат произведени с двуцветни LED диоди.

Диаграмата на CIE

През 1931 г. Международната комисия по осветление (известна като CIE – инициали от френското ѝ име) приема унифицирана рамка за разбиране на цветовото възприятие. Системата на CIE се представя визуално като подковообразна карта от цветове, разположена върху координатна мрежа x-y.

Цветовете по извивката на подковата представляват светлина от една-единствена дължина на вълната. Тази част от диаграмата е известна като спектрален локус, а отделните светодиоди се намират точно по тази крива. Всички останали цветове в диаграмата са резултат от смесването на повече от една дължина на вълната.

Предсказване на цветова смес

Човешкото визуално възприятие обединява сигналите от три (или повече) различни типа рецепторни клетки в един сигнал, който се изпраща до мозъка. Мозъкът впоследствие интерпретира тази смес от сигнали като конкретен цвят. Диаграмата на CIE отразява реакцията на мозъка към различните дължини на вълната.

Когато две дължини на вълната действат едновременно, възприетият цвят ще се намира някъде по линията, свързваща двата отделни цвята. Конкретното положение по тази линия се определя от относителната мощност на двата източника на светлина. Например, ако синя светлина с дължина на вълната 480 нанометра се смеси с червена светлина от 620 нанометра, възприетият цвят може да бъде аква, светло лилаво или тухленочервено – в зависимост от съотношението на интензитета между двата източника.

Получаване на бяло

Бялото по същество е смес от цветове. В човешкия мозък то се формира, когато всеки от трите различни цветови рецептора в окото получава равномерно стимулиране. Подобно на почти всички смесени цветове, бялото е метамерен цвят – това означава, че може да бъде създадено по повече от един начин чрез комбинация от чисти дължини на вълната.

Например, един подход за получаване на бяла светлина със светодиоди разчита на комбиниране на излъчване от червени, зелени и сини LED диоди. Друг метод е съчетанието на син светодиод с жълта светлина – обикновено генерирана от фосфорен материал, който поглъща част от синята светлина и я преобразува в жълто излъчване. Бялото може да бъде постигнато и чрез комбиниране на други цветове от спектралния локус.

Получаване на други цветове

Същият принцип на смесване, използван за създаването на бяло, може да се приложи и за производството на всеки друг цвят – стига необходимите източници да са налични. По-голямата част от усилията в областта на високоярките диоди са насочени към червените, зелените и сините LED, но на пазара се предлагат също кехлибарени, аква, оранжеви, розови и лилави светодиоди. Всеки от тези диоди може да бъде сдвоен с друг.

Ако начертаем линия на диаграмата на CIE между аква цвят с дължина на вълната 507 nm и лилаво с 420 nm, например, ще стане ясно, че тази двойка може да генерира богато разнообразие от сине-зелени оттенъци, но не и жълти или оранжеви цветове. Добавянето на трети източник значително разширява възможностите – тогава крайният цвят вече е резултат от взаимодействието на три отделни цвята, което на диаграмата на CIE се изобразява като триъгълник вместо проста линия.