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1、色度学的基本知识在LED上的应用上海市照明学会章海骢一.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59
2、00.1GaP: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显色指数>90的光谱: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日光光谱色品图中的等色温轨迹1960的u,v色空间图中黑体
3、轨迹线等间隔划分后得到各个色温点;在各个色温点上做垂直线得到等色温线(相关色温CCT)1Mird=106/Tc自然界的色温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的得来八块板的孟塞尔坐标和名称八块板的光谱反射率曲线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
4、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.不同CRI的显色情况：关于特殊显色指数Ri数值的感性说明:1)ΔEi的单位是NBS色差单位,1个NBS单位即ΔEi=1,那么1个NBS单位代表什么呢?,相当于最优实验条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.2)Ri
5、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.∴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:R9为负值的说明这样的评价方法对RGB得到白光中的问题:1.RGB得到白光的光谱:缺了某些光谱成分;2.CRI中的色板是淡色;3.CRI较小,但目视显色效果尚可.CQS(颜色质量系统)为了弥补CRI方法中的问题,将样板颜色变成连续的偏饱和的变化.由偏饱和
6、的红到紫的构成几乎连续的变化.1.增加1块,共15块的结果评价,每块的份量减轻,一个样片显色不好,在总的评价中的影响变小;2.一个样片的颜色不是面面俱到(不象淡色);CQS和CRI的样板的不同113.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。物体的颜色应由观察的器官---眼睛定义的,不是天生的,可能是多种多样
7、的。颜色的辨别､定量肯定与视觉细胞的分布有关。先后有2º和10º的实验数据。原因见图。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
8、);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
