一种基于微晶玻璃面板的白光显色装置及其光色调节方法与流程

1.本发明利用光色调节技术对微晶玻璃面板与光源组成的显示器件进行白光显色，所涉及的领域包含有光度学中的颜色混合调节技术、光谱分析技术，以及白色显示技术，所涉及的应用领域包括但不限于炉灶面显示、幕墙显示、航天显示等。


背景技术：

2.现代微晶玻璃以其高硬度、耐腐蚀、抗压、抗冲击、不吸水、少沾灰、无辐射等优良特性而广泛应用于航空航天、建筑装饰、家具生活、消费电子等领域。在建筑装饰与家具生活器具中所采用的微晶玻璃面板显示装置往往由深色或棕色低透明着色的微晶玻璃面板片(基底)和信号灯(光源)组成。搭配有信号灯的微晶玻璃面板往往作为显示面板，信号灯通过显示面板告知用户关于装置的工作状态(开启、待机、正常、异常等)、工作时长、工作模式，在家具生活显示装置(炉灶面、冰柜等)中，常常使用小型led数码管作为灯具；在建筑幕墙显示中，常常使用led面板、荧光灯或量子点面板作为灯具。由于所用的微晶玻璃面板具有可见光截止滤波的特性，通常这种显示只能透射过红光和红外，因而难以满足用户多样化的显示需求。
3.白色作为现代显示中最困难的颜色，往往需要使用红绿蓝三原色等比例进行混合，对于微晶玻璃面板来说，显示白色更为困难。现有技术与实现上，仅有一种方案：在微晶玻璃面板和光源中间加入滤光片或者滤光膜进行显色(见专利cn103250004b)，该方案不仅增加了生产成本，降低了显示装置的可靠性和显色寿命，更关键的是该方案以牺牲光源的光强为代价，降低了装置显示效果，显色暗淡，在光线充足的明视场下按键对比度低，给客户的使用带来不便，造成了安全隐患。


技术实现要素：

4.发明的目的在于提供了一种基于微晶玻璃面板的白光显色装置及其光色调节方法，利用所述显示设备以简单且可靠的实施形式来增强透射过微晶玻璃面板的光功率，最大程度发挥光具的强度和光谱效能并使之显白色，解决了现有技术中通过在光源与微晶玻璃面板之间增加滤光片或滤光膜等光学补偿器的方式显色暗淡且成本高的技术问题。
5.本发明的技术方案如下：
6.提供一种基于微晶玻璃面板的白光显色装置，包括微晶玻璃面板以及光源，所述微晶玻璃面板具有显示面，所述光源位于所述微晶玻璃面板非显示面一侧，所述光源在所述微晶玻璃面板的显示面显示出白光或有色差的白光，其中，cie标准照明体经过所述微晶玻璃面板的透射光在cie标准色度系统中所呈现的色品坐标区域w1，通过以下坐标确定，见表1：
7.xy0.680.310.710.29
0.650.340.630.360.610.380.560.20.580.40.540.420.360.340.280.24
8.表1微晶玻璃面板透射光呈现的色品坐标区域w1
9.所述光源透射过所述微晶玻璃面板显示白光，根据cie白度公式以及色容差公式得到白色色品坐标区域w2，通过以下坐标确定，见表2：
10.色温色品坐标x色品坐标y42000.400.4949500.360.4960300.310.4971500.270.4790000.230.43125700.190.39212700.170.34∞0.150.29∞0.130.23∞0.130.19∞0.140.15∞0.170.12∞0.210.13∞0.260.16∞0.300.18117300.330.1922200.370.2218100.420.2516700.480.2916700.510.3317800.530.3818800.540.4124300.500.4431300.460.47
11.表2白光显色装置白色色品坐标区域w2
12.。
13.作为优选，所述微晶玻璃面板在可见光光谱范围380nm-780nm内，平均透射率不大
于7％。
14.作为优选，所述光源的光谱有1-4个本征峰，每个本征峰对应着一个发光体或发光材料，每个本征峰在光谱上具有10nm以上的半高光谱宽度。
15.作为优选，所述光源构成的发光器件，包括led器件、荧光器件、量子点器件中的一种。
16.本发明还提供对上述任一所述的一种基于微晶玻璃面板的白光显色装置进行光色调节的方法，调整所述光源的光学参数，包括强度和主波长光谱宽度，以调节光谱覆盖范围，使所述光源发出的光透射过微晶玻璃面板显示的白光在白色色品坐标区域w2中。
17.作为优选，该方法基于grassman颜色混合理论的互补色定律，具体包括以下步骤：
18.(1)所述微晶玻璃面板在光度计中所测得的透射率函数i为所述微晶玻璃面板序号，利用cie标准色度系统的刺激公式及色匹配函数，计算得到所述微晶玻璃面板对应的色品区域w1；
[0019][0020][0021][0022][0023][0024][0025][0026]
其中，xi、yi、zi为选取的微晶玻璃面板的三刺激值，xi，yi，zi为选取的微晶玻璃面板的色品坐标，为cie1931标准色度观察系统中的三刺激值函数，δλ为波长间距，λ为波长；
[0027]
对于微晶玻璃面板对应的色品区域w1内的任一微晶玻璃面板色品坐标，过该微晶玻璃面板色品坐标点做白色色品坐标区域w2的切线，该切线与色品坐标图中光谱轨迹线的交点即为透射过该微晶玻璃面板显示白光的光源的白色互补色色品坐标，该切线与光谱轨迹线所围成的区域为所述白光显色装置的光源光色调节范围w3；
[0028]
(2)在白色色品坐标区域w2中选取白色色品坐标点(u，v)，已知微晶玻璃面板的色品坐标为(xi，yi)则根据以下公式2-1至1-1计算得到所需光源的色品坐标(mi，ni)：
[0029][0030][0031]
其中分别为微晶玻璃色品-波长函数关于λ的二阶导，n
″i(λ)，m
″i(λ)分别为光源色品-波长函数关于λ的二阶导，为cie1931标准色度观察系统中的色匹配函数关于λ的一阶导；
[0032]
(3)在w3范围内选取色品坐标为(mi，ni)的光源，或通过调整选取光源的光学参数，以将该光源的色品坐标调整为(mi，ni)，以使该光源透射过色品坐标为(xi，yi)的所述微晶玻璃面板的显示面显示的白光在白色色品坐标区域w2中，或能够显示所述白色色品坐标为(u,v)的白光。
[0033]
作为优选，在微晶玻璃面板对应的色品区域w1中选取任意点或者选取该已知微晶玻璃面板的色品坐标(xi，yi)，与色品坐标图中的等能白光点(0.333,0..333)相连并做延长线，延长线与光谱轨迹线的交点到等能白光点(0.333,0.333)之间的连线上的任一点(除等能白光点外)处的光谱色主波长即为光源的标准白光互补色主波长；
[0034]
在延长线与光谱轨迹线的交点到等能白光点(0.333,0.333)之间的连线上任选取色品坐标为(mi，ni)的光源，通过调整选取光源的光学参数，以将该光源的色品坐标调整为(mi，ni)，以使该光源透射过色品坐标为(xi，yi)的所述微晶玻璃面板的显示面能够显示所述白色色品坐标为(u,v)的白光。
[0035]
本发明的优势：
[0036]
(1)本发明只使用光源和微晶玻璃面板作为白光显色装置，通过光色调节技术，最大程度发挥光源的光谱效能，修正透射过微晶玻璃面板的光并使之显白色，装置结构简单、可靠，和另一种白光显示方案(专利号为cn201180059416.5)相比：无需外加遮光油墨、滤光补偿器，制造工艺简单，合格率高；可适合多种应用场景，尤其适合于炉灶面白色显示、航空航天等空间狭小结构高强度的白色显示场景；
[0037]
(2)本发明和现有技术专利(专利号为cn201180059416.5)中的显示白色方案相比：在相同白光显色强度下可最大地利用光源的光谱效能(光强、光谱范围、光谱宽度)，装置功耗低，白光色温可调性高，色容差大，可适合小型信号灯或者显示单元的多种显示场景需求，所提出的白色区域色温从1670k覆盖到正无穷，色差小于1.5，能够在明暗光照(明视场光照＞10cd/m2，暗视场光照《1cd/m2)下对白色进行良好的显示。
附图说明
[0038]
图1为实施例1中w1-w4的区域范围图；
[0039]
图2为实施例1中21种玻璃的光谱透过率曲线图；
[0040]
图3为实施例2中所用rgba四色灯珠在等功率时的光谱分布图；
[0041]
图4为实施例2中所用微晶玻璃面板的透射光谱分布图；
[0042]
图5为实施例2中白光显色装置在显白色时所用rgba四色灯珠的光谱分布图；
[0043]
图6为实施例2中白光显色装置在显白色时的光源、微晶玻璃面板、白光显色装置的色品坐标分布图；
[0044]
图7为实施例3中所用rgb三色灯珠在等功率时的光谱分布图；
[0045]
图8为实施例3中所用微晶玻璃面板的透射光谱分布图；
[0046]
图9为实施例3中白光显色装置在显白色时所用rgb三色灯珠的光谱分布图；
[0047]
图10为实施例3中白光显色装置在显白色时的光源、微晶玻璃面板、白光显色装置的色品坐标分布图；
[0048]
图11为实施例4中所用led光源在等功率时的光谱分布图；
[0049]
图12为实施例4中所用微晶玻璃面板的透射光谱分布图；
[0050]
图13为实施例4中白光显色装置在显白色时所用led光源的光谱分布图；
[0051]
图14为实施例4中白光显色装置在显白色时的光源、微晶玻璃面板、白光显色装置的色品坐标分布图；
[0052]
图15为对比例中微晶玻璃面板贴滤波补偿器前后的透光率光谱图。
具体实施方式
[0053]
下面结合实施例和附图对本发明作进一步说明，但不应以此限制本发明的保护范围。
[0054]
实施例1
[0055]
本实施例利用光色调节技术对微晶玻璃面板与光源组成的显示器件进行白光显色，以微晶玻璃面板色品坐标为已知信息，通过调节所述光源的光学参数进行光色调节，实现所述光源在所述微晶玻璃面板的显示面上显示白光，显示面显示的白光在白色色品坐标区域w2中，非显示面一侧入射光的色品坐标为光源的本征色品坐标，且不同于显示面的色品坐标。
[0056]
白光显色装置由光源及微晶玻璃面板构成，选用可见光透过率不大于7％的黑色微晶玻璃作为显示面板。根据cie 1931标准色度观察系统、《颜色的表示方法》
[0057]
(gb/t3977-2008)、《标准照明体和几何条件》(gb/t3978-2008)、《物体色的测量方法》(gb/t3979-2008)以及《建筑玻璃、可见光透射比、太阳光直接透射比、太阳能总透射比、紫外线透射比及有关窗玻璃参数的测定》(gb/t2680-94)，运用分光光度计在1
°‑4°
视场角、视场亮度大于10cd/m2等实验条件下对实施例中21个微晶玻璃面板进行光谱表征，得到微晶玻璃面板的透射光谱功率其中i＝1，2，3...，21如图2所示。
[0058]
根据以上标准中的计算方法，运用计算公式(1-1)至(1-7)，计算得到已知微晶玻璃面板对应的色品坐标，该色品坐标在所述色品区域w1中；
[0059]
所选取的21种微晶玻璃面板的可见光透射过率和色品坐标，如表4所示：
[0060][0061][0062]
表4 21种微晶玻璃面板的可见光透射过率和色品坐标
[0063]
已知微晶玻璃面板的色品坐标区域为w1，通过调节光源的光学参数来实现该光源透射过微晶玻璃面板的显示面所产生的光效应在白色色品坐标区域w2中；
[0064]
所述光源透射过微晶玻璃面板的显示面的白色容差介于0和1.5之间，由cie白度计算公式(3-1至3-4)，式中w为白度，淡色调指数tw，y是显示白光的刺激值，x，y是显示白光的色品坐标，xn，yn是完全漫反射体的色品坐标，分别为0.31006,0.31615：
[0065]
w＝y+800(x
n-x)+1700(y
n-y)
ꢀꢀꢀ
(3-1)
[0066]
tw＝1000(x
n-x)-650(y
n-y)
ꢀꢀ
(3-2)
[0067]
40＜w＜5y-280
ꢀꢀꢀ
(3-3)
[0068]-4＜tw＜2
ꢀꢀꢀ
(3-4)
[0069]
其中，色温tc由公式(3-1)和(3-2)计算所得：
[0070][0071][0072]
式中，ac为等色温线tc的直线斜率倒数；得到白色色品坐标区域w2，所述光源透射过所述微晶玻璃面板的显示面所产生的光效应在白色色品区域w2中，w2可通过下表5的坐标确定：
[0073][0074][0075]
表5白光显色装置的色品区域
[0076]
其中心位置为等能白光的色品点，坐标为(0.3333,0.3333)。
[0077]
根据美国国家标准ansi nema anslg c78.377-2008(用于电灯固态照明产品的色度指标)中所述在上述白色坐标区域w2中选取色温从2700k到∞的白色最佳显色色品坐标区域w4，如表6所示，其所对应的白色色品坐标区域图如图1所示。
[0078]
[0079][0080]
表6白色显示装置最佳显色色品坐标区域
[0081]
根据白色最佳显色色品坐标区域w4和玻璃的本征色品坐标值，求得led的色品坐标范围如图1所示，如表7所示。
[0082]
[0083]
表7 21种led色品坐标
[0084]
在微晶玻璃面板对应的色品坐标区域w1中选取该已知微晶玻璃面板的色品坐标，与白色色品区域w2相切，得到最大相交区域范围w3，即为光源光色调节的色品坐标范围。
[0085]
利用主波长或者互补色波长在色度环中进行补色，得到具有一定色差的白色。通过光源控制器将该光源的本征色品坐标修正至最大相交区域范围w3内，即使得所述光源透射过所述微晶玻璃面板的显示面所产生的光效应在所要求的指定白色色品坐标区域w2中。
[0086]
在最大相交区域范围w3中选取光源，测得其色品坐标，该色品坐标使得所述光源透射过所述微晶玻璃面板的显示面所产生的光效应在所要求的指定白色色品坐标区域w2中。
[0087]
此外，优选地，在微晶玻璃面板对应的色品区域w1中选取任意点或者选取该已知微晶玻璃面板的色品坐标，与色品坐标图中的等能白光点(0.333,0.333)相连并做延长线，延长线与光谱轨迹线的交点到等能白光点(0.333,0.333)之间的连线上的任一点(除等能白光点外)处的光谱色主波长即为光源的标准白光互补色主波长；
[0088]
在延长线与光谱轨迹线的交点到等能白光点(0.333,0.333)之间的连线上任选取光源的色品坐标，通过调整选取光源的光学参数，以使该光源透射过微晶玻璃面板的显示面能够显示所指定的白色色品坐标的白光。
[0089]
实施例2
[0090]
本实施例通过改变rgba三色灯珠的光强比，从而改变装置显色的色位置，实现四个本征峰光源透射过微晶玻璃面板的显示面能够显示白光。
[0091]
本实施例提供一种基于微晶玻璃面板和rgba四单色led光源的白光显色装置以及通过调整rgba四色led的光强比来实现rgba四单色led光源透射过微晶玻璃面板能够显示白光，所用装置包括微晶玻璃面板以及由rgba四色led灯珠组成的光源，所用微晶玻璃面板具有显示面，所述光源位于微晶玻璃面板非显示面一侧，该光源的在等功率下的光谱图如图3所示，此时其色品坐标为(0.2941,0.2363)。
[0092]
所用光源的光谱有4个本征峰，每个本征峰对应着一个发光灯珠，其中红色r灯珠的特征峰(主波长)为628nm，半高宽618nm-637nm，共19nm，在最大光强处对应的色位置为(0.6852,0.3088)；绿色g灯珠的特征峰(主波长)为520nm，半高宽504nm-540nm，共36nm，在最大光强处对应的色位置为(0.1783,0.7207)；蓝色b灯珠的特征峰(主波长)为460nm，半高宽450nm-472nm，共22nm，在最大光强处对应的色位置为(0.1410,0.0491)；琥珀色a灯珠的特征峰(主波长)为592nm，半高宽581nm-602nm，共21nm，光源在最大光强处对应的色位置为(0.5719,0.4215)；rgba光源的色域如表8所示：
[0093]
灯珠颜色色品坐标x色品坐标y红色r0.68520.3088绿色g0.17830.7207蓝色b0.14100.0491琥珀色a0.57190.4215
[0094]
表8 rgba四色led光源的色域
[0095]
所用微晶玻璃面板的厚度范围为4mm，呈薄层状；在可见光光谱范围380nm-780nm内，平均透射率为1.47％，光谱图如图4所示，其色品坐标为(0.5791，0.3383)，位于所述微晶玻璃面板色区域w1范围内。
[0096]
所用光源在等功率下，透射过所用微晶玻璃面板的显示面后其色品坐标为(0.5045,0.2989)，显粉色非白色，根据实施例1的光色调节技术中的公式，计算可得光源的色品坐标为(0.2236，0.3391)，改变灯珠强度比例，此时光源的光谱如图5所示，透射过微晶玻璃面板的光显白色，透射光的色品坐标为(0.3077,0.3248)。图6为装置显白光时的光源、玻璃、装置的色品坐标分布，从图中可知：装置显示出的白光位于实施例1中最优白色区域w4的范围内，微晶玻璃面板位于w1范围内，所选取的四色led光源位于w3范围内。
[0097]
此外，优选地，所述微晶玻璃面板的色品坐标(0.5791，0.3383)与色品坐标图中的等能白光点(0.333,0.333)相连并做延长线，延长线与光谱轨迹线的交点到等能白光点(0.333,0.333)之间的连线上的任一点(除等能白光点外)处的光谱色主波长即为光源的标准白光互补色主波长；
[0098]
在延长线与光谱轨迹线的交点到等能白光点(0.333,0.333)之间的连线上任选取光源的色品坐标，通过调整选取光源的光学参数，将光源色品坐标调整为(0.2236，0.3391)，以使该光源透射过色品坐标(0.5791，0.3383)的微晶玻璃面板的显示面能够显示所指定的白色色品坐标(0.3077,0.3248)的白光。
[0099]
实施例3
[0100]
本实施例通过改变rgb三色灯珠的光强比，从而改变装置显色的色位置，实现三个本征峰光源透射过微晶玻璃面板的显示面能够显示白光。
[0101]
本实施例提供一种基于微晶玻璃面板和rgb三色led光源的白光显色装置以及通过调整rgb三色led光源的光强比来实现rgb三色led光源透射过微晶玻璃面板能够显示白光，所用装置包括微晶玻璃面板以及由rgb三色led灯珠组成的光源，所用微晶玻璃面板具有显示面，所述光源位于微晶玻璃面板非显示面一侧，该光源的在等功率下的光谱功率图如图7所示，此时其色品坐标为(0.1874，0.2516)。
[0102]
所用光源的光谱有3个本征峰，每个本征峰对应着一个发光灯珠，其中红色r灯珠
780nm内，平均透射率为0.8％，光谱图如图12所示，其色品坐标为(0.5927，0.3214)，位于权力要求1所述的微晶玻璃面板色区域w1的范围内。
[0114]
所用光源透射过所用微晶玻璃面板的显示面后其色品坐标为(0.2279,2260)，显蓝色，根据实施例1光色调节技术中的公式，计算可得光源的色品坐标为(0.2176，0.3405)，通过改变封装灯珠溶胶内掺杂荧光粉的浓度，此时光源的光谱如图13所示，透射过微晶玻璃面板的光显白色，透射光的色品坐标为(0.3262，0.3311)。图14为装置显白光时的光源、玻璃、装置的色品坐标分布，从图中可知：装置显示出的白光位于实施例1中最优白色区域w4范围内，微晶玻璃面板位于w1范围内，所选取的led光源位于w3范围内。
[0115]
此外，优选地，所述微晶玻璃面板的色品坐标(0.5927，0.3214)与色品坐标图中的等能白光点(0.333,0.333)相连并做延长线，延长线与光谱轨迹线的交点到等能白光点(0.333,0.333)之间的连线上的任一点(除等能白光点外)处的光谱色主波长即为光源的标准白光互补色主波长；
[0116]
在延长线与光谱轨迹线的交点到等能白光点(0.333,0.333)之间的连线上任选取光源的色品坐标，通过调整选取光源的光学参数，将光源色品坐标调整为(0.2176，0.3405)，以使该光源透射过色品坐标(0.5927，0.3214)的微晶玻璃面板的显示面能够显示所指定的白色色品坐标(0.3262，0.3311)的白光。
[0117]
对比例
[0118]
选取i＝21的微晶玻璃面板，利用该led光谱对比专利cn 103250004 b添加滤光膜的方案，其得到的微晶玻璃面板贴滤波补偿器前后的透光率光谱图如图15所示，由该图可见添加滤光膜或补偿器方案降低了微晶玻璃面板的透射过率，使得微晶玻璃面板对白光中的红色、绿色、蓝色波段保持基本相同的透射过率，从而使得由rgb三色灯珠组成的led透射过微晶玻璃面板后仍保持原来的颜色。而本发明通过调节光源光色来实现白光显示，并未降低微晶玻璃面板的透射过率，且在光源和显示面板中未添加任何物体，两者虽然最终都显示白光，但是所用光源色品不同。
[0119]
特别的，该显色装置及光色调节方法特别适用于微晶玻璃灶面板的显白色，可选用透光率比较小的微晶玻璃，特别优选透光率为0.2-3％，在无需外加遮光油墨、滤光补偿器等手段的情况下，最大程度发挥光具的强度和光谱效能，增强透过微晶玻璃的光功率并使之显白色且显示的白光强，不会或不容易看到非显示面一侧的器件。