LED的色度學的基本知識

色度學的基本知識

在LED上的應用

一.概述

LED輻射的特性,決定了它的單色性

Eg=e?ΔV=hν,λ=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),ν:輻射波長λ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.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95012.0AlGaAs(鋁鎵砷)紅6503.0Ga0.6As0.4P(磷化鎵砷)紅6600.6Ga0.35As0.65P(磷化鎵砷)橙6320.6Ga0.15As0.85P(磷化鎵砷)黃5900.1GaP:N(稼磷氮)綠5700.3SiC(碳化硅)藍4700.02GaN(氮化鎵)藍4650.01LED光譜圖白光的產(chǎn)生

1)用紅(R),綠(G),蘭(B)三色混合.(加色法)RGB混色在色品圖上的表現(xiàn)2)用藍光LED+黃色熒光粉YAG（BY法）在480nm處有低谷熒光粉的進步變色燈中的減色法,白光透過三種顏色的濾色片后變成黑色.二.LED常用的色度指標1.色溫和相關(guān)色溫發(fā)光體發(fā)出顏色與黑體(基準照明體)發(fā)出相同時,黑體的溫度稱為發(fā)光體的顏色溫度簡稱色溫.相關(guān)色溫CCT色品圖中的等色溫軌跡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<3300客房?臥室?病房?酒吧?餐廳II中間3300-5300辦公?教室?閱覽室?診室?機加工?儀表裝配III冷>5300熱加工?高照度場所2.顯色指數(shù)Ra

對LED要特別關(guān)注特殊顯色指數(shù)中的R9.Ra的得來Ra的計算1)分別計算8塊色板(i)在標準光源r和被計算光源k照明下的色差ΔE:

ΔEi=[(u’r,i-u’k,i)2+(v’r,i-v’k,i)2+(w’r,i-w’k,i)2]1/2=[Δu’i2+Δv’i2+Δw’i2]1/2

計算對某個樣品的顯色指數(shù)Ri:Ri=100-4.6ΔEi式中,4.6是對標準熒光燈Ra=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=ΣRi/8.關(guān)于特殊顯色指數(shù)Ri數(shù)值的感性說明:

ΔEi的單位是NBS色差單位,Ri的數(shù)值1(1%)相當于0.22個NBS色差單位.Ri相差5就是1個NBS單位.那么1個NBS單位代表什么呢?1個NBS單位即ΔEi=1,相當于最優(yōu)實驗條件下人眼能感知恰可察覺的5倍,∴0.2個NBS色差單位是剛好能察覺.∴Ri的數(shù)值差1是可以識別的.1個NBS單位相當于色度坐標0.0015-0.0025的x,y的色度變化.用BY法得到照明LED缺乏紅光,R9呈負值,往往達到-25—30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):3.色坐標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)有錐狀和桿狀兩種視覺細胞。兩種不同視覺細胞的光譜光視效率明視覺:555nm;

暗視覺:507nm.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)?？吹轿矬w顏色。

錐狀細胞對顏色的分辨就是色度學的基礎。

物體的顏色應由眼睛定義的,不是天生的。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)字表示的基礎是：

1)顏色中有三個顏色：RGB是不能從其它顏色中混合出來的,稱三種基色；

2)任何其它顏色C都可以用紅(R)?綠(G)?藍(B)三原色相加混合出來。

C=R+G+B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.但在匹配某些顏色時和計算中出現(xiàn)了負值。

為此必須選擇實際不存在的另外三個原色。實線:1931(2o);虛線:1964(10o).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2o,1964年是10o.

2o內(nèi)都是錐狀細胞,中心視覺,無桿狀細胞;10o內(nèi)更接近實際,有部分邊緣的錐狀細胞.顏色量度的形象比喻三刺激值X,Y,Z的計算

X=Σφ(λ)?x?ΔλY=Σφ(λ)?y?ΔλZ=Σφ(λ)?z?Δλφ(λ):與被研究對象的光譜分布,如光源是相對光譜能量分布,反/透射材料是光譜反/透射分布.

φ(λ)=τ(λ)?S(λ)----Y是物體的透光率;

φ(λ)=ρ(λ)?S(λ)----Y是物體的反光率;

φ(λ)=β(λ)?S(λ)----Y是物體的亮度因數(shù).3)色坐標x,y,z的計算

x=X/(X+Y+Z)y=Y/(X+Y+Z)z=Z/(X+Y+Z)1931年2o視場的色品圖色品圖上的黑體軌跡1931色品圖的不足---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;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),進行坐標變換后,就可以得到---均勻色空間.其中DOE推薦的是CIE的1976u’v’均勻色空間,u’,v’和X,Y間的坐標變換:u’=4X/(X+15Y+3Z)v’=9Y/(X+15Y+3Z)色差0.007在CIE76年均勻色空間u’,v’圖中的表示,是一個圓.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);---自身的色不均勻色不均勻性造成的照明效果的低劣?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光衰后老化的變化

DOE規(guī)定光衰后期的色坐標變化圖2.LED的光譜

?BY法的白色LED光譜

?RGB三基色混色白光的光譜采用RGB單色LED得到。這種RGB分開的光譜看顏色還行,但算Ra就很差,這就是要更改計算Ra方法的原由.

辦法就是另立一套考慮該因素后的標準色板.3。白光LED色坐標的劃分LED色坐標在1964年均勻色坐標中的表示BIN的劃分深色的是ANSI的要求4。色差和色變化的規(guī)定

LED一顆中的顏色變化的產(chǎn)品,u’和v’的變化≤0.004;產(chǎn)品DOE規(guī)定,新在壽終時,u’和v’的變化≤0.007.Δu’,Δv’為0.004和0.007化為x,y的數(shù)值和意義得Δx=0.0156,Δy=0.0161.在6500K處,Δu’,Δv’為0.004時,Δx=0.0110,

Δy=0.0117.Δu’,Δv’為0.004和0.007化為x,y的數(shù)值和意義結(jié)論:①Δx,Δy的值>Δu’,Δv’的值；②高色溫處的要求更高；③相當于5-6個NBS色差,容易察覺。5。BY法白光LED顯色性的問題

480nm的凹谷使N0.5，6兩塊板的顯色受到影響。6.物體的色再現(xiàn)與物體表面的光譜反射