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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6320.6Ga0.15
2、As0.85P(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处有低谷结温增高后的光谱变化(蓝移)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
3、色品图中的等色温轨迹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RaRa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+Δ
4、w’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Ra的数值的感性说明:ΔEi的单位是NBS色差单位,Ra的数值1(1%)相当于0.22个NBS色差单位.Ra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.∴Ra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
5、.0025的x,y的色度变化.3.色坐标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颜色量度的形象比喻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。使新的三原色在色
6、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.眼睛内视觉细胞的分布1931和1964的光谱三刺激值略有不同.实线:1931(2º);虚线:1964(10º).两种不同视觉细胞的光谱光视效率明视觉:555nm;暗视觉:507nm.三刺激值X,Y,Z的计算X=Σφ(λ)•x•ΔλY=Σφ(λ)•
7、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二.LED的色特性1。BY法的白色LED光谱2。RGB三基色混色白光的光谱采用RGB单色LED得到。3。
8、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4。色差和色变化的规定LED一颗中的颜色变化DOE规定,新的产品,u’和v’的变化≤0.004;产品在寿终时,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
