led的色度學(xué)的基本知識2010-12-28

1、色度學(xué)的基本知識在LED上的應(yīng)用,上海市照明學(xué)會章海驄,一.概述 LED輻射的特性,決定了它的單色性 Eg=e?ΔV=hν, λ=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),ν:輻射波長λ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.,常用各個顏色LED的峰值波長,LED光譜圖,白光的產(chǎn)生 1)用紅(R),綠(G),

2、蘭(B)三色混合.(加色法),RGB混色在色品圖上的表現(xiàn),2)用藍光LED+黃色熒光粉YAG（BY法） 在480nm處有低谷,熒光粉的進步,顯色指數(shù)>90的光譜:,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1.色溫和相關(guān)色溫 發(fā)光體發(fā)出顏色與黑體(基準照明體)發(fā)出相同時,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,

3、光源中常用的色溫分檔(GB50034-2004):注意:各國的分檔略有差別.,2.顯色指數(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的計算1)分別計算8塊色板(i)在標準光源r和被計算光源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

4、/2 計算對某個樣品的顯色指數(shù)Ri: Ri=100-4.6 ΔEi式中,4.6是對標準熒光燈Ra=50時的調(diào)整系數(shù).對1-8個樣品的一般顯色指數(shù)Ra: Ra=Σ Ri/8.,關(guān)于特殊顯色指數(shù)R i數(shù)值的感性說明: 1)ΔEi的單位是NBS色差單位, 1個NBS單位即ΔEi=1,那么1個NBS單位代表什么呢?,相當(dāng)于最優(yōu)實驗條下人眼能感知恰可察覺的

5、5倍,∴ 0.2個NBS色差單位是剛好能察覺. 2)Ri的數(shù)值1(1%)相當(dāng)于0.22個NBS色差單位. Ri相差5就是1個NBS單位.∴ Ri的數(shù)值差1是可以識別的.1個NBS單位相當(dāng)于色度坐標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呈負值,往往達到-25—30的水平,影響顯色指數(shù)達80.請看DOE規(guī)定的LED燈泡數(shù)據(jù):,R9為負值的說明,這樣的評價方法對RGB得到白光中的

6、問題:1.RGB得到白光的光譜:缺了某些光譜成分;2.CRI中的色板是淡色;3.CRI較小,但目視顯色效果尚可.,CQS(顏色質(zhì)量系統(tǒng)) 為了彌補CRI方法中的問題,將樣板顏色變成連續(xù)的偏飽和的變化.由偏飽和的紅到紫的構(gòu)成幾乎連續(xù)的變化.1.增加1塊,共15塊的結(jié)果評價,每塊的份量減輕,一個樣片顯色不好,在總的評價中的影響變小;2.一個樣片的顏色不是面面俱到(不象淡色);,3.色坐標 顏色的定量表述離不開

7、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胞。,兩種不同視覺細胞的光譜光視效率 明視覺:555nm; 暗視覺:507nm.,眼睛內(nèi)錐狀視覺細胞的特點之一。 錐狀細胞中有視紅質(zhì)?視綠質(zhì)和視藍質(zhì)?？吹轿矬w顏色。 錐狀細胞對顏色的分辨就是色度學(xué)的基礎(chǔ)。 物體的顏色應(yīng)由觀察的器官---眼睛定義的,不是天生的,可能是多種多樣的。,

8、顏色的辨別?定量肯定與視覺細胞的分布有關(guān)。先后有2º和10º的實驗數(shù)據(jù)。原因見圖。,將顏色用數(shù)字表達出來，目的： 計算?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(B)三原色相加混合出來。 C=R+G+B,三個原色和

9、它們的光譜 曾經(jīng)將三個原色選650nm,530nm,460nm(1929)和630nm,542nm,460nm(1931)真實的光.但在匹配某些顏色時和計算中出現(xiàn)了負值。,為此必須選擇實際不存在的另外三個原色。 實線:1931(2º); 虛線:1964(10º).,使新的三原色在色度圖上符合以下要求： 1）包含整個光譜軌跡，且為正值； 2）光譜軌跡在540nm-700nm在色度圖中

10、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2º,1964年是10º. 2º內(nèi)都是錐狀細胞,中心視覺,無桿狀細胞; 10º內(nèi)更接近實際,有部分邊緣的錐狀細胞.,顏色量度的形象比喻,三刺激值X,Y,Z的計算 X=Σ φ(λ)?x?Δλ

11、 Y=Σφ(λ)?y?Δλ Z=Σφ(λ)?z?Δλφ(λ):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. φ(λ)=τ(λ)?S(λ)----Y是物體的透光率; φ(λ)=ρ(λ)?S(λ)----Y是物體的反光率; φ(λ)=β(λ)

12、?S(λ)----Y是物體的亮度因數(shù).,,,,3)色坐標x,y,z的計算 x= X/(X+Y+Z) y=Y/(X+Y+Z) z=Z/(X+Y+Z),1931年2º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 ?與一個顏色有相同色差值的軌跡是橢圓; ? 不同顏色,相同

13、色差,在圖中反映的距離不同,得到一個個大小不同的橢圓;,為了使色差相同點形成圓形,不同顏色的色差有相同的表現(xiàn),進行坐標變換后,就可以得到---均勻色空間.其中DOE推薦的是CIE的1976u’v’均勻色空間, u’,v’和X,Y間的坐標變換: u’=4X/(X+15Y+3Z) v’=9Y/(X+15Y+3Z),色差0.007在CIE76年均勻色空間u’,v’圖中的表示,是一個圓.,彩色LED在色品圖上的

14、位置 非單色光譜所以不在最外邊上,色品圖的作用之一---BY法(配熒光粉): 1)熒光粉向紅移動,產(chǎn)生白光的BY法說明,配出不同色溫的白光LED,Y4156Y4750,三。LED的色特性 1.為什么要重視LED的色--- 光色的變化遠大于傳統(tǒng)光源!！ ?新的時候變化（結(jié)溫） ---結(jié)溫增高后的光譜變化(藍移); ---自身的色不均勻,色不均勻性造成的照明效果的

15、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,這就是要更改計算Ra方法的原由. 辦法就是另立一套考慮該因素后的標準色板.,3。白光的規(guī)定和白

16、光中色坐標的劃分,LED色坐標在1964年均勻色坐標中的表示,根據(jù)DOE規(guī)定的色度范圍看CALIPER檢測A燈的色度的結(jié)果,請看一次CARLIPER檢測中MR16燈的色偏差,什么是光色算好的?適合人眼.光源光色的色坐標在普朗克黑體軌跡線上.此段是呈白色的光源,上下偏差有一個范圍,范圍內(nèi)的也屬白色光源.,白色偏差圖,有8檔Δu,v,,ANSI規(guī)定的色溫和偏差,BIN的劃分 深色的是ANSI的要求,Rebel的白色bin

17、ning的劃分,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,u’和v’的變化≤0.007.,Δ u’, Δ v’為0.004和0.007化為x,y的數(shù)值和意義得Δx=0.0156, Δ y=0.0161. 在6500K處, Δ u’, Δ v’為0.004時, Δx=0.0110, Δ y=0.0117. Δ u’, Δ v’為

18、0.004和0.007化為x,y的數(shù)值和意義 結(jié)論:① Δx,Δ y 的值> Δ u’,Δ v’的值； ②高色溫處的要求更高； ③相當(dāng)于5-6個NBS色差,容易察覺。,5。BY法白光LED顯色性的問題 480nm的凹谷使N0.5，6兩塊板的顯色受到影響。,6.物體的色再現(xiàn) 與物體表面的光譜反射率和光源光譜有光光,不一定顯色差的光表現(xiàn)不好.