LED的色度学的基本知识

色度学的基本知识

在LED上的应用

一.概述

LED辐射的特性,决定了它的单色性

Eg=e•ΔV=hν,λ=1240/EgEg: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,ν:辐射波长λ的频率不同掺杂的p-n结,E不同,产生不同颜色的辐射.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95012.0AlGaAs(铝镓砷)红6503.0Ga0.6As0.4P(磷化镓砷)红6600.6Ga0.35As0.65P(磷化镓砷)橙6320.6Ga0.15As0.85P(磷化镓砷)黄5900.1GaP:N(稼磷氮)绿5700.3SiC(碳化硅)蓝4700.02GaN(氮化镓)蓝4650.01LED光谱图白光的产生

1)用红(R),绿(G),兰(B)三色混合.(加色法)RGB混色在色品图上的表现2)用蓝光LED+黄色荧光粉YAG（BY法）在480nm处有低谷荧光粉的进步变色灯中的减色法,白光透过三种颜色的滤色片后变成黑色.二.LED常用的色度指标1.色温和相关色温发光体发出颜色与黑体(基准照明体)发出相同时,黑体的温度称为发光体的颜色温度简称色温.相关色温CCT色品图中的等色温轨迹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<3300客房､卧室､病房､酒吧､餐厅II中间3300-5300办公､教室､阅览室､诊室､机加工､仪表装配III冷>5300热加工､高照度场所2.显色指数Ra

对LED要特别关注特殊显色指数中的R9.Ra的得来Ra的计算1)分别计算8块色板(i)在标准光源r和被计算光源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

计算对某个样品的显色指数Ri:Ri=100-4.6ΔEi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=ΣRi/8.关于特殊显色指数Ri数值的感性说明:

ΔEi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1个NBS单位代表什么呢?1个NBS单位即ΔEi=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NBS色差单位是刚好能察觉.∴Ri的数值差1是可以识别的.1个NBS单位相当于色度坐标0.0015-0.0025的x,y的色度变化.用BY法得到照明LED缺乏红光,R9呈负值,往往达到-25—30的水平,影响显色指数达80.请看DOE规定的LED灯泡数据:3.色坐标颜色的定量表述离不开眼睛，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和杆状两种视觉细胞。两种不同视觉细胞的光谱光视效率明视觉:555nm;

暗视觉:507nm.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。

物体的颜色应由眼睛定义的,不是天生的。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：RGB是不能从其它颜色中混合出来的,称三种基色；

2)任何其它颜色C都可以用红(R)､绿(G)､蓝(B)三原色相加混合出来。

C=R+G+B三个原色和它们的光谱曾经将三个原色选650nm,530nm,460nm(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。

为此必须选择实际不存在的另外三个原色。实线:1931(2º);虚线:1964(10º).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2º,1964年是10º.

2º内都是锥状细胞,中心视觉,无杆状细胞;10º内更接近实际,有部分边缘的锥状细胞.颜色量度的形象比喻三刺激值X,Y,Z的计算

X=Σφ(λ)•x•ΔλY=Σφ(λ)•y•ΔλZ=Σφ(λ)•z•Δλφ(λ):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.

φ(λ)=τ(λ)•S(λ)----Y是物体的透光率;

φ(λ)=ρ(λ)•S(λ)----Y是物体的反光率;

φ(λ)=β(λ)•S(λ)----Y是物体的亮度因数.3)色坐标x,y,z的计算

x=X/(X+Y+Z)y=Y/(X+Y+Z)z=Z/(X+Y+Z)1931年2º视场的色品图色品图上的黑体轨迹1931色品图的不足---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;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---均匀色空间.其中DOE推荐的是CIE的1976u’v’均匀色空间,u’,v’和X,Y间的坐标变换:u’=4X/(X+15Y+3Z)v’=9Y/(X+15Y+3Z)色差0.007在CIE76年均匀色空间u’,v’图中的表示,是一个圆.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);---自身的色不均匀色不均匀性造成的照明效果的低劣•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光衰后老化的变化

DOE规定光衰后期的色坐标变化图2.LED的光谱

•BY法的白色LED光谱

•RGB三基色混色白光的光谱采用RGB单色LED得到。这种RGB分开的光谱看颜色还行,但算Ra就很差,这就是要更改计算Ra方法的原由.

办法就是另立一套考虑该因素后的标准色板.3。白光LED色坐标的划分LED色坐标在1964年均匀色坐标中的表示BIN的划分深色的是ANSI的要求4。色差和色变化的规定

LED一颗中的颜色变化的产品,u’和v’的变化≤0.004;产品DOE规定,新在寿终时,u’和v’的变化≤0.007.Δu’,Δv’为0.004和0.007化为x,y的数值和意义得Δx=0.0156,Δy=0.0161.在6500K处,Δu’,Δv’为0.004时,Δx=0.0110,

Δy=0.0117.Δu’,Δv’为0.004和0.007化为x,y的数值和意义结论:①Δx,Δy的值>Δu’,Δv’的值；②高色温处的要求更高；③相当于5-6个NBS色差,容易察觉。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。6.物体的色再现与物体表面的光谱反射