各種波長及其顏色

1、1、芯片發(fā)光顏色（COLW）紅（Red）: R （610nm-640nm） 黃（Yellow）: Y （580nm-595nm） 蘭（Blue）: B （455nm-490nm） 蘭綠（Cyan）: C （ 490nm-515nm） 綠（Green）： G （501nm-540nm） 紫（Purple）： P （380nm-410nm） 琥珀（Amber）： A （590nm-610nm） 白（White）： W2黃綠（Kelly）： K （560nm-580nm） 暖白（Warm white） W32、顏色波長 紅：R1: 610nm-615nmR2: 615nm-620nmR3: 620n

2、m-625nmR4: 625nm-630nmR5: 630nm-635nmR6: 635nm-640nm 黃：Y1 : 580nm-585nmY2 : 585nm-590nmY3 : 590nm-595nm 琥珀色：A1: 600nm-605nmA2: 605nm-610nm 蘭綠：G1: 515nm-517.5nmG2: 517.5-520nmG3: 520nm-525nmG4: 525nm-530nmG5: 530nm-535nm蘭：81: 455nm-460nm82: 460nm-462.5nm83: 462.5nm-465nm84: 460nm-465nm85: 465nm-470nm

3、86: 470nm-475nm87: 475nm-480nm88: 480nm-485nm89: 485nm-490nm黃綠：K1 : 560nm-565nmK2 : 565nm-570nmK3: 570nm-575nmK4 : 575nm-580nm純綠：C1: 490nm-495nmC2: 495nm-500nmC3: 500nm-515nmG6: 535nm-540nm圖文：顏色的度量CIE1931色度圖明度、色調和飽和度稱為顏色視覺三特性。明度就是明亮的程度；色調是由波 長決定的色別，如700nm光的色調是紅色，579nm光的色調是黃色，510nm光的色 調是綠色等等；飽和度就是純度，

4、沒有混入白色的窄帶單色，在視覺上就是高飽和 度的顏色。光譜所有的光都是最純的顏色光，加入白色越多，混合后的顏色就越不純，看起來也就越不飽和。國際照明委員會（CIE） 1931年制定了一個色度圖，用組成某一顏色的三基色 比例來規(guī)定這一顏色，即用三種基色相加的比例來表示某一顏色，并可寫成方程式：式中，（C）代表某一種顏色，（R）、（G）、（B）是紅、綠、藍三基色，R、G、B 是每種顏色的比例系數，它們的和等于 1,即R+G+B=1, C”是指匹配即在視覺上顏色相同，如某一藍綠色可以表達為:(0)0.。65)+031(0) + 0.63(3)如果是二基色混合，則在三個系數中有一個為零；如匹配白色，則

5、R、G、B應相等。任何顏色都用匹配該顏色的三基色的比例加以規(guī)定，因此每一顏色都在色度圖中占有確定的位置。色度圖中：X軸色度坐標相當于紅基色的比例;Y軸色度坐標相當于綠基色的比例。圖中沒有 Z軸色度坐標（即藍基色所占的比例），因為比例系數X + Y + Z=1, Z的坐標值可以推算出來，即1 一 （X + Y）=Z。5口0.70附圖SI CIE 1931色度圖國際照委會制定的CIE1931色度圖如附圖31。色度圖中的弧形曲線上的各點是 光譜上的各種顏色即光譜軌跡，是光譜各種顏色的色度坐標。紅色波段在圖的右下 部，綠色波段在左上角，藍紫色波段在圖的左下部。圖下方的直線部分，即連接400nm 和70

6、0nm的直線，是光譜上所沒有的、由紫到紅的系列。靠近圖中心的C是白色，相當于中午陽光的光色，其色度坐標為 X = 0. 3101, Y = 0. 3162。設色度圖上有一顏色S,由C通過S畫一直線至光譜軌跡。點（590nm）, S顏 色的主波長即為590nm，此處光譜的顏色即S的色調（橙色）。某一顏色離開C點至 光譜軌跡的距離表明它的色純度，即飽和度。顏色越靠近C越不純，越靠近光譜軌跡越純。S點位于從C到590nm光譜軌跡的45%處，所以它的色純度為45% （色純 度%= （CS/CO） x 100o從光譜軌跡白任一點通過 C畫一直線抵達對側光譜軌跡 的一點，這條直線兩端的顏色互為補色 （虛線

7、）。從紫紅色段的任一點通過 C點畫一 直線抵達對側光譜軌跡的一點，這個非光譜色就用該光譜顏色的補色來表示。表示 方法是在非光譜色的補色的波長后面加一 C字，如536G,這一紫紅色是536nm綠 色的補色。CIE1931色度圖有很大的實用價值，任何顏色，不管是光源色還是表面色，都 可以在這個色度圖上標定出來，這就使顏色的描述簡便而準確了。例如為了保證顏 色標志的正確辨認和交通安全的管制，在 CIE1931色度圖上規(guī)定了具體的范圍，它 適用于各種警告信號和顏色標志的編碼。再如在 CIE1931色度圖上，可推出由兩種 顏色相混合所得出的各種中間色。如Q和S相加，得出Q到S直線的各種中間顏色， 如T點

8、，由C通過T抵達552nm的光譜色，可由552nm的波長顏色看出T的色調, 并可由T在C與552nm光譜色之間所占位置看出它的純度。在實際應用中，如彩色電視、彩色攝影（乳膠處理）或其它顏色復現系統(tǒng)都需要選擇適當的紅（R）、綠（G）、藍（B）三基色，用來復現白色和各種顏色，所選定白（R）、（G）、（B）在色度圖上的位置形成一個三角形。應使（R）、（G）、（B）三角形盡量能包括較大面積，同時（R）、（G）、（B）線應盡量靠近光譜軌跡，以復現比較飽和的紅、綠、藍等顏色。盡管短短的幾年來，白光LED的研發(fā)和應用取得舉世矚目的成績，但目前還存 在諸多問題，只能用于一些特殊的領域中。我們注意到，目前普通的

9、白光LED與用作照明光源白光LED的概念是有質的差異，并不是越 白”越好。人們對用 作照明的白光光源有著嚴格的要求，國際和我國早已制定標準。照明光源有六個 嚴格的標準色溫區(qū)：6400K、5000K、4000K、3450K、2900K及2700K及其相應 的色域，照明光源的色品質參數是相互關聯的。必須同時得到滿中，方可稱為合 格的照明光源。盡管目前作為照明光源 白光LEDs還沒有國際CIE標準及中 國的國家標準，但是應當參照國際 CIE和中國國家標準來要求和指導白光 LEDs 新照明光源的發(fā)展和應用。迄今有關不同色溫度，高顯色性白光LED的色品質和光譜特性報道欠缺。本文按照國家照明光源標準，報告

10、和分析所研發(fā)的 8000-4000K不同色溫的白光LED的發(fā)射光譜、色品質及光電特性。1、實現相關色溫原理和實驗從市場上可以很方便地購得多家公司提供的 不同等級的InGaN藍光LED芯片。這些芯片樣品可分為發(fā)射波長 455-460nm、 460-465nm及465-470nm；光強一般在40mcd以上。藍芯片尺寸大多為320X320um 左右。依據發(fā)光學光轉換和色度學原理，采用藍光LED芯片和可被藍光有效激發(fā)的熒光粉有機組合成白光LED技術實現白光。熒光粉選擇是多樣性的，可以 是一種黃色熒光粉或黃色和紅色混合熒光粉。調控各發(fā)光顏色強度比，實現各種 色溫的白光。將含有熒光粉的優(yōu)質高透過率樹脂膠仔

11、細涂覆在藍芯片周圍，用常規(guī)的封裝工藝和環(huán)氧樹脂封裝成常規(guī)中5mm子彈型和半球型白光 LED。白光LED的發(fā)射光譜，色品技及其他光電特性由浙大三色儀器有限公司生產的型號 為SPR-920D型光譜輻射分析儀測試記錄。該儀器配有一個0.5m的積分球及直流電源。所有實驗均在室溫下進行，白光 LED的發(fā)射光譜在正向電流IF=20mA 下測試。2、不同色溫白光LED的光譜特性2. 1 8000K的白光LED 7000-10000K白光呈現發(fā)藍高色溫的白光。在照明 光源標準中沒有這個標準。它是不能有作普通家庭照明光源的。 這種高色溫發(fā)藍 的白光LED可以用于要求不嚴的特殊照明和指示中，有一定用途。圖 1給出

12、相 關色溫為8070K的半球5白光LED的發(fā)射光譜。它是由InGaN藍光LED的 電致發(fā)光光譜和稀土 YAG: Ce體系黃色熒光體被藍光激發(fā)的光致發(fā)光光譜所組 成，兩光譜的本質是不同的。這樣構成相關色溫為8070K的發(fā)藍的白光光譜，色品坐標x=0.2979, y=0.2939,在黑體軌跡的附近。2. 2 6400K的白光LED圖2是在正向電流IF=20mA下的色溫為6450K的白光LED的發(fā)射光譜。它是屬于 色溫為6400K的日光色。是目前照明光源使用的最廣泛的色溫之一。其光譜所 組成。和圖1光譜相比，黃成份的光譜增強，色溫降低。此時白光LED中的藍光EL光譜和只有InGaN LED的藍光光譜

13、相比是有差異的，因為發(fā)生熒光體高 效的吸收藍光和光轉換的輻射傳遞。 而這種光吸收（激發(fā)）與熒光體的激發(fā)光譜 密切相關。由于這種熒光體光轉換過程致使白光 LED中的藍光光譜的能量分布、 發(fā)射峰以及半高寬等性質發(fā)生變化。所涂覆的熒光粉越多，藍色光譜變化越嚴重， 在低色溫的白光LED中更為明顯。該白光LED的色品坐標 X=0.3146, Y=0.3360,它們落在 CIE標準色度圖 6400K標準色溫的色容差圖的最內圈，其色容差 1.9,很滿意，顯色指數 Ra為 82,完全符合照明光源的要求。2.3 5000K的白光LED色溫5118K的白光LED的發(fā)射光譜（如圖3所示）， 它屬于標準色溫為5000

14、K的中性白光。光譜性質和上述相同，只是光譜中的黃 成份的比例增加。該白光 LED的色品坐標 X=0.3422, Y=0.3543 ,其色容差在 5000K標準色溫的色域中為 2.1,很滿意，Ra=81。完全符合照明光源的光色參 數要求。若要提高顯色指數 Ra,需要增加光譜中的紅成份，可能犧牲光效。此 外，在IF=20mA下，白光LED的光轉換倍數高達4.9倍。這里所說的光轉換倍 數（B）定義是在某一正向電流IF和不同的色溫下，是不同的。2.4 4000K的白光LED迄今有關符合照明光源標準要求的 4000K白光LED 光譜和色品質的報告很少。這是因為僅用稀土YAG: Ce體系黃色熒光體難以制作

15、合乎要求的Tc04000Kl勺白光LED,顯色指數低，色品質差。為此，需要加入 適量的紅色熒光體，補足光譜中紅成份。圖 4為我們開發(fā)4019K白光LED的發(fā) 射光譜，它屬于標準的色溫為 4000K的冷白色。光譜中黃和橙成份增加，相對 光譜中藍成份的比例進一步下降。 該白光LED的色品坐標X=0.3810, Y=0.3815, 在標準4000K色溫的色容差的最內圈中，其色容差為 0.6,顯色指數Ra=820色 品質甚佳，完全符合照明光的嚴格要求。3、白光LED的性質與IF的關系3.1色品坐標 光源的色品坐標是一個重要參數。圖5給出5000K白光LED 在不同正向電流IF驅動下的色品坐標X和Y值的

16、變化曲線。這條曲線給繪在標 準6400K色溫的色容差圖中，具有直觀動態(tài)感。其中縱坐標為 Y值，橫坐標為 X值，而上橫坐標為IF （mA）。顯然，隨IF增加，色品坐標X和Y值逐漸偏離， 到IF=70, 80mA時,偏離非常嚴重。3. 2相關色溫 由上述色品坐標X和Y值隨IF的變化，指明發(fā)生色漂移， 這必然在相關色溫中也呈現反映。圖6表示白光LED在不同IF工作下的相關色溫變化規(guī)律。顯然，隨著IF增加，相關色溫Tc （K）逐漸增加，由日光色變?yōu)?藍白色。這是因為隨正向電流IF的增加，白光LED的發(fā)射光譜，特別是InGaNLED藍芯片的發(fā)射光譜發(fā)生很大變化，導致白光的發(fā)光顏色、色品質等性能改3. 3

17、白光LED的光通和光效 制作的白光LED的光通（）和光效（城 隨施加的正向電流IF的變化曲線（如圖7所示）。光通呈亞線性增加，趨向飽和， 而光效逐漸下降。白光LED的光效下降與Taguchi等人的結果是一致的。白光 LED的光通和光效的這種變化，在不同色溫的白光LED中是一致的。對這種小功率白光LED來說，既要照顧光通量，又要考慮光效，故一般選擇在IF=20mA下工作。 早期Nakamura等人已指出，InGaN/AlGaN DH藍光LED的光輸出功 率隨IF增加呈亞線性增加。我們認為，引起白光效隨IF增加逐漸降低的因素是 多方面的。首先，藍光InGaN芯片的發(fā)光效率隨IF增加而逐漸降低的因素是多 方面的。首先，藍光InGaN芯片的發(fā)光效率隨IF增加而逐漸下降；第二，隨著 IF增加，P-N結溫快速升高，結溫和環(huán)境溫度上升，對半導體藍光芯片和熒光粉 的發(fā)光將產生嚴重的溫度猝滅；第三，由于在白光LED中發(fā)生藍光一黃光光轉換過程，產生光吸收的輻射傳遞，不僅使白光光譜中的藍芯片的EL的發(fā)射光譜形狀和發(fā)射峰發(fā)生變化，而且藍光效率下降在熒光體的光效下降和光衰程度似乎 比InGaN藍芯片更快。實際上是熒光體的發(fā)光效率受藍芯片下降的誅連”和強烈的制約。4、結束語綜上所述，采用藍光LED芯片和熒光體有機結合是可以 成功地開發(fā)出8000-4000K不同色溫段，顯色指數