LED光谱太阳光谱色度学色温显色指数基本知识

1、LED光谱太阳光谱色度学色温显色 指数基本知识 色度学的基本知识色度学的基本知识 在LED上的应用 LED光谱太阳光谱色度学色温显色 指数基本知识 一.概述 LED辐射的特性,决定了它的单色性 Eg=eV=h, =1240/Eg Eg:跃迁能级间的能量差, V:跃迁能级间的电位差, e:电子电荷, h:普朗克常数, :辐射波长的频率 不同掺杂的p-n结, E不同,产生不同颜 色的辐射. LED光谱太阳光谱色度学色温显色 指数基本知识 常用各个颜色LED的峰值波长 材料颜色 峰值波 长(nm) 功率效率 (%) GaAs:Si红外红外 95012.0 AlGaAs(铝镓砷铝镓砷)红红6503.0

2、 Ga0.6As0.4P(磷化镓砷磷化镓砷)红红6600.6 Ga0.35As0.65P (磷化镓砷磷化镓砷)橙橙6320.6 Ga0.15As0.85P (磷化镓砷磷化镓砷)黄黄5900.1 GaP:N(稼磷氮稼磷氮)绿绿5700.3 SiC(碳化硅碳化硅)蓝蓝4700.02 GaN(氮化镓氮化镓)蓝蓝4650.01 LED光谱太阳光谱色度学色温显色 指数基本知识 LED光谱图 LED光谱太阳光谱色度学色温显色 指数基本知识 白光的产生白光的产生 1)用红(R),绿(G),兰(B)三色混合.(加色法) LED光谱太阳光谱色度学色温显色 指数基本知识 RGB混色在色品图上的表现 LED光谱太阳

3、光谱色度学色温显色 指数基本知识 2)用蓝光LED+黄色荧光粉YAG（BY法） 在480nm处有低谷 LED光谱太阳光谱色度学色温显色 指数基本知识 荧光粉的进步 LED光谱太阳光谱色度学色温显色 指数基本知识 变色灯中的减色法,白光透过三种颜色的滤 色片后变成黑色. LED光谱太阳光谱色度学色温显色 指数基本知识 二.LED常用的色度指标 1.色温和相关色温色温和相关色温 发光体发出颜色与黑体黑体(基准照明体基准照明体)发 出相同时,黑体黑体的温度称为发光体的颜色温 度简称色温色温. LED光谱太阳光谱色度学色温显色 指数基本知识 相关色温相关色温CCT LED光谱太阳光谱色度学色温显色 指

4、数基本知识 色品图中的等色温轨迹 LED光谱太阳光谱色度学色温显色 指数基本知识 自然界的色温 LED光谱太阳光谱色度学色温显色 指数基本知识 光源中常用的色温分档(GB50034-2004): 注意:各国的分档略有差别. 分组 色表 CCT(K)适用场所举例 I暖暖5300热加工热加工 高照度场所高照度场所 LED光谱太阳光谱色度学色温显色 指数基本知识 2.显色指数显色指数Ra 对对LED要特别关注特殊显色指数中的要特别关注特殊显色指数中的R9. LED光谱太阳光谱色度学色温显色 指数基本知识 Ra的得来 LED光谱太阳光谱色度学色温显色 指数基本知识 Ra的计算 1)分别计算8块色板(i

5、)在标准光源r和被计算光源 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 计算对某个样品的显色指数Ri: Ri=100-4.6 Ei 式中,4.6是对标准荧光灯Ra=50时的调整系数. 对1-8个样品的一般显色指数Ra: Ra= Ri/8. LED光谱太阳光谱色度学色温显色 指数基本知识 关于特殊显色指数关于特殊显色指数R i数值的感性说明数值的感性说明: Ei的单位是NBS色差单位,Ri的数值1(1%) 相当于0.22个NBS色差单位. Ri相差5就是1 个NBS单位. 那么那么1个个NBS

6、单位代表什么呢单位代表什么呢? 1个NBS单位即Ei=1,相当于最优实验条件 下人眼能感知恰可察觉的5倍, 0.2个个NBS色色 差单位是刚好能察觉差单位是刚好能察觉. Ri的数值差的数值差1是可以是可以 识别的识别的. 1个个NBS单位相当于色度坐标单位相当于色度坐标0.0015-0.0025的的 x,y的色度变化的色度变化. LED光谱太阳光谱色度学色温显色 指数基本知识 用BY法得到照明LED缺乏红光,R9呈负值, 往往达到-2530的水平,影响显色指数达80. 请看DOE规定的LED灯泡数据: LED光谱太阳光谱色度学色温显色 指数基本知识 3.色坐标色坐标 颜色的定量表述离不开眼睛，

7、眼睛才能 看到万物！ 与光感受的眼球上的分布 眼睛内有锥状锥状和杆状杆状两种视觉细胞。 LED光谱太阳光谱色度学色温显色 指数基本知识 两种不同视觉细胞的光谱光视效率 明视觉:555nm; 暗视觉:507nm. LED光谱太阳光谱色度学色温显色 指数基本知识 眼睛内锥状视觉细胞的特点之一。 锥状细胞中有视红质 视绿质和视蓝质。 看到物体颜色。 锥状细胞对颜色的分辨就是色度学的基础。锥状细胞对颜色的分辨就是色度学的基础。 物体的颜色物体的颜色 应由眼睛定义的应由眼睛定义的, 不是天生的。不是天生的。 LED光谱太阳光谱色度学色温显色 指数基本知识 颜色的辨别 定量肯定与视觉细胞的分布有关。 先后

8、有2和10的实验数据。原因见图。 LED光谱太阳光谱色度学色温显色 指数基本知识 将颜色用数字表达出来将颜色用数字表达出来，目的： 计算 测量 配色 比较等。 将颜色用数字表示的基础是： 1)颜色中有三个颜色：颜色中有三个颜色：RGB是不能从其它是不能从其它 颜色中混合出来的颜色中混合出来的,称三种基色；称三种基色； 2)任何其它颜色任何其它颜色C都可以用红都可以用红(R) 绿绿(G) 蓝蓝 (B)三原色相加混合出来。三原色相加混合出来。 C=R+G+B LED光谱太阳光谱色度学色温显色 指数基本知识 三个原色和它们的光谱三个原色和它们的光谱 曾经将三个原色选650nm,530nm,460nm

9、(1929) 和630nm,542nm,460nm(1931)真实的光.但在匹配 某些颜色时和计算中出现了负值。 LED光谱太阳光谱色度学色温显色 指数基本知识 为此必须选择实际不存在的另外三个原色实际不存在的另外三个原色。 实线实线:1931(2); 虚线虚线:1964(10). LED光谱太阳光谱色度学色温显色 指数基本知识 使新的三原色在色度图上符合以下要求： 1）包含整个光谱轨迹，且为正值； 2）光谱轨迹在540nm-700nm在色度图中 是直线,两种颜色混合可以得到两色之间的 各种颜色。 3)规定的视场1931年是2,1964年是10. 2内都是锥状细胞,中心视觉,无杆状细 胞; 1

10、0内更接近实际,有部分边缘的锥状细 胞. LED光谱太阳光谱色度学色温显色 指数基本知识 颜色量度的形象比喻 LED光谱太阳光谱色度学色温显色 指数基本知识 三刺激值三刺激值X,Y,Z的计算 X= ()x Y=()y Z=()z ():与被研究对象的光谱分布,如光源是相对光 谱能量分布,反/透射材料是光谱反/透射分布. ()=()S()-Y是物体的透光率; ()=()S()-Y是物体的反光率; ()=()S()-Y是物体的亮度因数. LED光谱太阳光谱色度学色温显色 指数基本知识 3)色坐标色坐标x,y,z的计算的计算 x= X/(X+Y+Z) y=Y/(X+Y+Z) z=Z/(X+Y+Z)

11、LED光谱太阳光谱色度学色温显色 指数基本知识 1931年2视场的色品图 LED光谱太阳光谱色度学色温显色 指数基本知识 色品图上的黑体轨迹 LED光谱太阳光谱色度学色温显色 指数基本知识 1931色品图的不足-不均匀色空间不均匀色空间 与一个颜色有相同色差值的轨迹是椭圆; 不同颜色,相同 色差,在图中反映的 距离不同,得到一个 个大小不同的椭圆; LED光谱太阳光谱色度学色温显色 指数基本知识 为了使色差相同点形成圆形,不同颜色的色差有 相同的表现,进行坐标变换后,就可以得到-均匀均匀 色空间色空间.其中DOE推荐的是CIE的1976uv均匀色 空间, u,v和X,Y间的 坐标变换: u=4

12、X/(X+15Y+3Z) v=9Y/(X+15Y+3Z) LED光谱太阳光谱色度学色温显色 指数基本知识 色差0.007在CIE76年均匀色空间u,v图中 的表示,是一个圆. LED光谱太阳光谱色度学色温显色 指数基本知识 三。LED的色特性 1.为什么要重视LED的色- 光色的变化远大于传统光源!！ 新的时候变化（结温） -结温增高后的光谱变化(蓝移); -自身的色不均匀 LED光谱太阳光谱色度学色温显色 指数基本知识 色不均匀性造成的照明效果的低劣 LED光谱太阳光谱色度学色温显色 指数基本知识 光衰问题 温度促使光通的变化 热冷比的曲线 荧光粉涂布方式 的不同 LED光谱太阳光谱色度学色

13、温显色 指数基本知识 光衰后老化的变化 DOE规定光衰后期的色坐标变化图 LED光谱太阳光谱色度学色温显色 指数基本知识 2.LED的光谱 BY法的白色LED光谱 LED光谱太阳光谱色度学色温显色 指数基本知识 RGB三基色混色白光的光谱 采用RGB单色LED得到。 这种这种RGB分开的光谱看颜色还行分开的光谱看颜色还行,但算但算Ra就就 很差很差,这就是要更改计算这就是要更改计算Ra方法的原由方法的原由. 办法就是另立一套考虑该因素后的标准色板. LED光谱太阳光谱色度学色温显色 指数基本知识 3。白光LED色坐标的划分 LED光谱太阳光谱色度学色温显色 指数基本知识 LED色坐标在1964

14、年均匀色坐标中的表示 LED光谱太阳光谱色度学色温显色 指数基本知识 BIN的划分 深色的是ANSI的要求 LED光谱太阳光谱色度学色温显色 指数基本知识 u, v为为0.004和和0.007化为化为x,y的数值和意义的数值和意义 得x=0.0156, y=0.0161. 在6500K处, u, v为0.004时, x=0.0110, y=0.0117. u, v为为0.004和和0.007化为化为x,y的数值和的数值和 意义意义 结论: x, y 的值 u, v的值； 高色温处的要求更高； 相当于相当于5-6个个NBS色差色差,容易察觉。容易察觉。 LED光谱太阳光谱色度学色温显色 指数基本知识 5。BY法白光LED显色性的问题 480nm的凹谷使N0.5，6两块板的显色受 到影响。 LED