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スマホの画面や部屋のLEDライト。あの綺麗な『白』って、実はいくつかの『色』を混ぜて作られていることはご存じでしょうか？
今回は、身近にあるカラーフィルムを使って、LEDの光を1色ずつ分解・カットする実験を行います。『理論通りにいかないリアルな光の正体』をのぞいてみましょう。

３か月前から始まった、LEDによる光の実験。
前回は白色に光らせたLED（ベイヤー配列他にて）の波長分布を測定しました。
４回目となる今回は、カラーフィルムを用いたフィルターを通して、波長がどの様な分布になるかを確認します。

カラーフィルターは、特定の光だけを通す『ふるい（選別機）』のようなものです。
例えば、青いフィルムは、青い光だけを通して、他の色（赤や緑）を通さない『青専用のゲート』となります。


まずは、今実験のおさらいです。
光は加法混色と減法混色の２種類があります。

絵具の様に、混ぜていくと明度と彩度が低くなっていく減法混色。
主にプリンタなどで利用されます。

一方、光を混ぜていくと明度が上がっていく加法混色。
主にディスプレイなどで利用されます。
今回はLEDで光を発するので、加法混色を扱います。

加法混色で利用する色はRGBと呼ばれる、赤、緑、青の英語の頭文字をとったもの。
RGBを同一の強さで混ぜると、白になります。
他にも、青と黄色の混色などでも白を表現することができます。


LEDでは他にも黄、白があります。

PPCでスクリーンを作成し、そこに光を当てて、色の変化を観察しました。
下の写真は、PPCをスクリーンにして、LEDの波長を調べるモデルを示しています。

ベイヤー配列を用いて、RGBに加える色による差異を確認しました。
下の図が、ベイヤー配列（RGBG）や他の配置パターンになります。

いずれのLED配置も、波長分布は異なりましたが、白色を出すことができました。

以上が前回までに行った作業と理論になります。

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今回は、前回までの回路を利用して、LEDのカラーフィルムによる波長分布を確認していきます。
分析方法としては、以下の手順で行います。
�@RGB配列の波長分布の実測
�A�@にカラーフィルターを通した波長分布の確認と�@との比較
�BRGBW配列の波長分布の実測
�C�Bにカラーフィルターを通した波長分布の確認と�Bとの比較
を確認していきます。
各波長分布につきましては文末の付録を参照ください。

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�@RGB配列の波長分布の実測

RGBを、それぞれ一つずつ配置しフィルターを通さずに計測した結果です。
赤が強く、青がやや弱いですが、RGBに対応した波長が観測できます。
若干のぶれはありますが、RGBの三色で白色が表現できることが確認できました。

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�A�@にカラーフィルターを通した波長分布の確認と�@との比較

�@の白色ライトに青フィルターを通しました。
赤みが完全に消えましたが、緑色の半分が通過しています。
これは、今回使用したカラーフィルムが純色の青ではなく、緑がかった青であったことが起因と思われます。

他に、緑色のフィルターを通したもの。RGBの３枚のフィルターを通したものと実験しました。
結果につきましては、文末の図を参照ください。
緑に関しては、想定通りでした。
３枚のフィルターを通した場合、理論値では黒になるはずですが、青と緑が若干検出されました。
これも、フィルターに利用したカラーフィルムの特性が起因だと思います。

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�BRGBW配列の波長分布の実測
�@のRGBに白色LEDを追加して、より明度を底上げした光となります。

元のRGBの分布に対し、青が突出して高くなり、黄に小さな山ができています。
これは、白色LEDの仕組み上、青色LEDに緑から黄を合成させているからになります。
白色LEDの特性につきましては、前回を参照してください。

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�C�Bにカラーフィルターを通した波長分布の確認と�Bとの比較
RGBWの白色に、�A同様、青色のフィルターと通過させました。
レベルの差はありますが、青を基本として、緑がその半分の強さを出力しています。
�Aと比較して、青色フィルターの特性を計ることができました。

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今回の実験では、以下の点で予想値と差異がありました。
・赤外線（780nm〜）が観測された
・赤いフィルターの場合、青色が同レベルで検出された（ピンクに近い）
・青味が出やすい
原因として考えられるのは、カラーフィルムの低品質さ※、スクリーンに利用したPPCの性質、実験室の環境光の流入などが考えられます。
※商品が悪いわけではなく、純色をフィルター色に利用していない
今回利用したカラーフィルムですが、全体的に、青を通しやすく、赤を吸収しやすい傾向がわかりました。



今回は、カラーフィルムを用いて、光がどの様に変換されるかを観察してみました。
次回は、カラーフィルムの改良、スクリーンの改良と環境光の遮断を徹底して、再度実験してみたいと思います。
また、今後は黄色フィルムや他のLED配列にもチャレンジしたいと思います。


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Appindex 各LEDのフィルタリング後の波長分布図

�@RGB配列の波長分布の実測

やや赤が強く、青が弱いですが、ほぼ均一の分布をしている事が確認できます。


�A�@にカラーフィルターを通した波長分布の確認と�@との比較
青フィルター、緑フィルター２枚重ね、赤・緑・青フィルターの３パターンを試します。


青フィルターを通過した結果、他の色も青に変色（色が吸収）し、3,200程度の強さが4,000近くまで上がっています。
緑の山ができている理由としては、カラーフィルムが完全に緑味のかかった青が原因かと推論します。

緑フィルターを２重に重ねて計測しました。
若干青味が残っていますが、緑の山が顕著に表れています。

赤・緑・青のフィルターを重ねて計測しました。
理論値は黒くなるはずですが、純色ではないのが色が通過している理由だと思います。


�BRGBW配列の波長分布の実測
白色LEDを追加した結果、白色のベースである青色が突出しました。また、黄色の波長も含まれているため、小さめの山ができています。

�C�Bにカラーフィルターを通した波長分布の確認と�Bとの比較
青フィルター、緑フィルター、赤フィルター、赤・緑・青フィルターの４パターンを試します。


RGBのすべてのフィルタを重ねた結果、若干青味が残りました。