LED色度學(xué)基本知識

1、1色度學(xué)的基本知識色度學(xué)的基本知識在LED2一.概述 LED輻射的特性,決定了它的單色性 Eg=eV=h, =1240/EgEg:躍遷能級間的能量差,V:躍遷能級間的電位差,e:電子電荷,h:普朗克常數(shù),:輻射波長的頻率 不同摻雜的p-n結(jié),E不同,產(chǎn)生不同顏色的輻射.3常用各個顏色LED的峰值波長材料顏色峰值波長(nm)功率效率(%)GaAs:Si紅外紅外 95012.0AlGaAs(鋁鎵砷鋁鎵砷)紅紅6503.0Ga0.6As0.4P(磷化鎵砷磷化鎵砷)紅紅6600.6Ga0.35As0.65P (磷化鎵砷磷化鎵砷)橙橙6320.6Ga0.15As0.85P (磷化鎵砷磷化鎵砷)黃黃590

2、0.1GaP:N(稼磷氮稼磷氮)綠綠5700.3SiC(碳化硅碳化硅)藍藍4700.02GaN(氮化鎵氮化鎵)藍藍4650.014LED光譜圖5白光的產(chǎn)生白光的產(chǎn)生 1)用紅(R),綠(G),蘭(B)三色混合.(加色法)6RGB混色在色品圖上的表現(xiàn)72)用藍光LED+黃色熒光粉YAG（BY法） 在480nm處有低谷8熒光粉的進步9變色燈中的減色法,白光透過三種顏色的濾色片后變成黑色.10二.LED常用的色度指標(biāo)1.色溫和相關(guān)色溫色溫和相關(guān)色溫 發(fā)光體發(fā)出顏色與黑體黑體(基準照明體基準照明體)發(fā)出相同時,黑體黑體的溫度稱為發(fā)光體的顏色溫度簡稱色溫色溫.11相關(guān)色溫相關(guān)色溫CCT12色品圖中的等色

3、溫軌跡13自然界的色溫14光源中常用的色溫分檔(GB50034-2004):注意:各國的分檔略有差別.分組 色表 CCT(K)適用場所舉例I暖暖5300熱加工熱加工 高照度場所高照度場所152.顯色指數(shù)顯色指數(shù)Ra 對對LED要特別關(guān)注特殊顯色指數(shù)中的要特別關(guān)注特殊顯色指數(shù)中的R9.16Ra的得來17Ra的計算1)分別計算8塊色板(i)在標(biāo)準光源r和被計算光源k照明下的色差E: Ei=(ur,i-uk,i)2+(vr,i-vk,i)2+(wr,i-wk,i)21/2 =ui2+ vi2 + wi21/2 計算對某個樣品的顯色指數(shù)Ri: Ri=100-4.6 Ei式中,4.6是對標(biāo)準熒光燈Ra=

4、50時的調(diào)整系數(shù).對1-8個樣品的一般顯色指數(shù)Ra: Ra= Ri/8.18關(guān)于特殊顯色指數(shù)關(guān)于特殊顯色指數(shù)R i數(shù)值的感性說明數(shù)值的感性說明: Ei的單位是NBS色差單位,Ri的數(shù)值1(1%)相當(dāng)于0.22個NBS色差單位. Ri相差5就是1個NBS單位.那么那么1個個NBS單位代表什么呢單位代表什么呢?1個NBS單位即Ei=1,相當(dāng)于最優(yōu)實驗條件下人眼能感知恰可察覺的5倍, 0.2個個NBS色色差單位是剛好能察覺差單位是剛好能察覺. Ri的數(shù)值差的數(shù)值差1是可以是可以識別的識別的.1個個NBS單位相當(dāng)于色度坐標(biāo)單位相當(dāng)于色度坐標(biāo)0.0015-0.0025的的x,y的色度變化的色度變化.19

5、用BY法得到照明LED缺乏紅光,R9呈負值,往往達到-2530的水平,影響顯色指數(shù)達80.請看DOE規(guī)定的LED燈泡數(shù)據(jù):203.色坐標(biāo)色坐標(biāo) 顏色的定量表述離不開眼睛，眼睛才能看到萬物！ 與光感受的眼球上的分布 眼睛內(nèi)有錐狀錐狀和桿狀桿狀兩種視覺細胞。21兩種不同視覺細胞的光譜光視效率 明視覺:555nm; 暗視覺:507nm.22眼睛內(nèi)錐狀視覺細胞的特點之一。 錐狀細胞中有視紅質(zhì) 視綠質(zhì)和視藍質(zhì)。看到物體顏色。 錐狀細胞對顏色的分辨就是色度學(xué)的基礎(chǔ)。錐狀細胞對顏色的分辨就是色度學(xué)的基礎(chǔ)。 物體的顏色物體的顏色應(yīng)由眼睛定義的應(yīng)由眼睛定義的,不是天生的。不是天生的。23顏色的辨別 定量肯定與視

6、覺細胞的分布有關(guān)。先后有2和10的實驗數(shù)據(jù)。原因見圖。24將顏色用數(shù)字表達出來將顏色用數(shù)字表達出來，目的： 計算 測量 配色 比較等。將顏色用數(shù)字表示的基礎(chǔ)是： 1)顏色中有三個顏色：顏色中有三個顏色：RGB是不能從其它是不能從其它顏色中混合出來的顏色中混合出來的,稱三種基色；稱三種基色； 2)任何其它顏色任何其它顏色C都可以用紅都可以用紅(R) 綠綠(G) 藍藍(B)三原色相加混合出來。三原色相加混合出來。 C=R+G+B25三個原色和它們的光譜三個原色和它們的光譜 曾經(jīng)將三個原色選650nm,530nm,460nm(1929)和630nm,542nm,460nm(1931)真實的光.但在匹

7、配某些顏色時和計算中出現(xiàn)了負值。26 為此必須選擇實際不存在的另外三個原色實際不存在的另外三個原色。 實線實線:1931(2); 虛線虛線:1964(10).27使新的三原色在色度圖上符合以下要求： 1）包含整個光譜軌跡，且為正值； 2）光譜軌跡在540nm-700nm在色度圖中是直線,兩種顏色混合可以得到兩色之間的各種顏色。 3)規(guī)定的視場1931年是2,1964年是10. 2內(nèi)都是錐狀細胞,中心視覺,無桿狀細胞; 10內(nèi)更接近實際,有部分邊緣的錐狀細胞.28顏色量度的形象比喻29三刺激值三刺激值X,Y,Z的計算 X= ()x Y=()y Z=()z():與被研究對象的光譜分布,如光源是相對

8、光 譜能量分布,反/透射材料是光譜反/透射分布. ()=()S()-Y是物體的透光率; ()=()S()-Y是物體的反光率; ()=()S()-Y是物體的亮度因數(shù).303)色坐標(biāo)色坐標(biāo)x,y,z的計算的計算 x= X/(X+Y+Z) y=Y/(X+Y+Z) z=Z/(X+Y+Z)311931年2視場的色品圖32色品圖上的黑體軌跡331931色品圖的不足-不均勻色空間不均勻色空間 與一個顏色有相同色差值的軌跡是橢圓; 不同顏色,相同色差,在圖中反映的距離不同,得到一個個大小不同的橢圓;34為了使色差相同點形成圓形,不同顏色的色差有相同的表現(xiàn),進行坐標(biāo)變換后,就可以得到-均勻均勻色空間色空間.其中

9、DOE推薦的是CIE的1976uv均勻色空間, u,v和X,Y間的坐標(biāo)變換: u=4X/(X+15Y+3Z) v=9Y/(X+15Y+3Z)35色差0.007在CIE76年均勻色空間u,v圖中的表示,是一個圓.36三。LED的色特性 1.為什么要重視LED的色- 光色的變化遠大于傳統(tǒng)光源!！ 新的時候變化（結(jié)溫） -結(jié)溫增高后的光譜變化(藍移); -自身的色不均勻37色不均勻性造成的照明效果的低劣38光衰問題溫度促使光通的變化 熱冷比的曲線熒光粉涂布方式的不同39光衰后老化的變化 DOE規(guī)定光衰后期的色坐標(biāo)變化圖402.LED的光譜 BY法的白色LED光譜41 RGB三基色混色白光的光譜 采用

10、RGB單色LED得到。 這種這種RGB分開的光譜看顏色還行分開的光譜看顏色還行,但算但算Ra就就很差很差,這就是要更改計算這就是要更改計算Ra方法的原由方法的原由. 辦法就是另立一套考慮該因素后的標(biāo)準色板. 423。白光LED色坐標(biāo)的劃分43LED色坐標(biāo)在1964年均勻色坐標(biāo)中的表示44BIN的劃分 深色的是ANSI的要求454。色差和色變化的規(guī)定。色差和色變化的規(guī)定 LED一顆中的顏色變化DOE規(guī)定規(guī)定,新的產(chǎn)品新的產(chǎn)品,u和和v的變化的變化0.004;產(chǎn)品在壽終時產(chǎn)品在壽終時,u和和v的變化的變化0.007.46 u, v為為0.004和和0.007化為化為x,y的數(shù)值的數(shù)值和意義和意義得x=0.0156, y=0.0161. 在6500K處, u, v為0.004時, x=0.0110, y=0.0117. u, v為為0.004和和0.007化為化為x,y的數(shù)值的數(shù)值和和意義意義 結(jié)論: x, y 的值 u, v的值； 高色溫處的要求更高； 相當(dāng)于相當(dāng)于5-6個個NBS色差色差,容易察覺容易察覺。475。BY法白光LED顯色性的問題 480nm的凹谷使N0.5，6兩塊板的