LED色度學(xué)基本知識課件

1、色度學(xué)的基本知識在LED上的應(yīng)用一.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.常用各個(gè)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(lán)

2、4700.02GaN(氮化鎵)藍(lán)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(lán)光LED+黃色熒光粉YAG（BY法） 在480nm處有低谷熒光粉的進(jìn)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(biāo)1.色溫和相關(guān)色溫 發(fā)光體發(fā)出顏色與黑體(基準(zhǔn)照明體)發(fā)出相同時(shí),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自然界的色溫光源中常用的色溫分檔(GB50034-2019):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5300熱加工高照度場所2.顯

3、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(jì)算1)分別計(jì)算8塊色板(i)在標(biāo)準(zhǔn)光源r和被計(jì)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(jì)算對某個(gè)樣品的顯色指數(shù)Ri: Ri=100-4.6 Ei式中,4.6是對標(biāo)準(zhǔn)熒光燈Ra=50時(shí)的調(diào)整系數(shù).對1-8個(gè)樣品的一般顯色指數(shù)Ra: Ra= Ri/8.關(guān)于特殊顯色指數(shù)R i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(gè)NBS色差單位. Ri相差5就是1個(gè)NBS單位.那么1個(gè)NBS單

4、位代表什么呢?1個(gè)NBS單位即Ei=1,相當(dāng)于最優(yōu)實(shí)驗(yàn)條件下人眼能感知恰可察覺的5倍, 0.2個(gè)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(gè)NBS單位相當(dāng)于色度坐標(biāo)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(fù)值,往往達(dá)到-2530的水平,影響顯色指數(shù)達(dá)80.請看DOE規(guī)定的LED燈泡數(shù)據(jù):3.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)有錐狀和桿狀兩種視覺細(xì)胞。兩種不同視覺細(xì)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(xì)胞的特點(diǎn)之一。 錐狀細(xì)胞中有視紅質(zhì)視綠質(zhì)和視藍(lán)

5、質(zhì)?？吹轿矬w顏色。 錐狀細(xì)胞對顏色的分辨就是色度學(xué)的基礎(chǔ)。 物體的顏色應(yīng)由眼睛定義的,不是天生的。顏色的辨別定量肯定與視覺細(xì)胞的分布有關(guān)。先后有2和10的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。原因見圖。將顏色用數(shù)字表達(dá)出來，目的： 計(jì)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(gè)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(lán)(B)三原色相加混合出來。 C=R+G+B三個(gè)原色和它們的光譜 曾經(jīng)將三個(gè)原色選650nm,530nm,460nm(1929)和630nm,542nm,460nm(1931)真實(shí)的光.但在匹配某些顏色時(shí)和計(jì)算中出現(xiàn)了負(fù)值。 為此必須

6、選擇實(shí)際不存在的另外三個(gè)原色。 實(shí)線:1931(2); 虛線:1964(10).使新的三原色在色度圖上符合以下要求： 1）包含整個(gè)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(xì)胞,中心視覺,無桿狀細(xì)胞; 10內(nèi)更接近實(shí)際,有部分邊緣的錐狀細(xì)胞.顏色量度的形象比喻三刺激值X,Y,Z的計(jì)算 X= ()x Y=()y Z=()z():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. ()=()S()-Y是物體的透光率; ()=()

7、S()-Y是物體的反光率; ()=()S()-Y是物體的亮度因數(shù).3)色坐標(biāo)x,y,z的計(jì)算 x= X/(X+Y+Z) y=Y/(X+Y+Z) z=Z/(X+Y+Z)1931年2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(gè)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(gè)個(gè)大小不同的橢圓;為了使色差相同點(diǎn)形成圓形,不同顏色的色差有相同的表現(xiàn),進(jìn)行坐標(biāo)變換后,就可以得到-均勻色空間.其中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)色差0.00

8、7在CIE76年均勻色空間u,v圖中的表示,是一個(gè)圓.三。LED的色特性 1.為什么要重視LED的色- 光色的變化遠(yuǎn)大于傳統(tǒng)光源!！ 新的時(shí)候變化（結(jié)溫） -結(jié)溫增高后的光譜變化(藍(lán)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(biāo)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(jì)算Ra方法的原由. 辦法就是另立一套考慮該因素后的標(biāo)準(zhǔn)色板. 3。白光LED色坐標(biāo)的劃分LED

9、色坐標(biāo)在1964年均勻色坐標(biāo)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DOE規(guī)定,新的產(chǎn)品,u和v的變化0.004;產(chǎn)品在壽終時(shí),u和v的變化0.007. u, v為0.004和0.007化為x,y的數(shù)值和意義得x=0.0156, y=0.0161. 在6500K處, u, v為0.004時(shí), x=0.0110, y=0.0117. u, v為0.004和0.007化為x,y的數(shù)值和意義 結(jié)論: x, y 的值 u, v的值； 高色溫處的要求更高； 相當(dāng)于5-6個(gè)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，