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1、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=eV=h,=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,:辐射波长的频率 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,LED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
2、(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,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.,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E:Ei=(ur,i-uk,i)2+(vr,i-vk,i)2+(wr,i-wk,i)21/2=ui2+vi2+wi21/2 计算对某个样品的显色指数Ri:Ri=100-4.6 Ei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
3、数Ra:Ra=Ri/8.,关于特殊显色指数R i数值的感性说明:Ei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Ei=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-2530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
4、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。,颜色的辨别定量肯定与视觉细胞的分布有关。先后有2和10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
5、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(2);虚线:1964(10).,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2,1964年是10.2内都是锥状细胞,中心视觉,无杆状细胞;10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=()x Y=()y Z=
6、()z():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.()=()S()-Y是物体的透光率;()=()S()-Y是物体的反光率;()=()S()-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2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
7、的是CIE的1976uv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
8、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.,u,v为0.004和0.007化为x,y的数值和意义得x=0.0156,y=0.0161.在6500K处,u,v为0.004时,x=0.0110,y=0.0117.u,v为0.004和0.007化为x,y的数值和意义 结论:x,y 的值 u,v的值；高色温处的要求更高；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率和光源光谱有光光,不一定显色差的光表现不好.看5500K色温的LED表现差于阳光 极差,绿色也差 优于阳光结论:不是说CRI差一点的都不可用,需要发现它的使用对象.,7.人的喜爱色温 1941 Kruithof图,谢 谢!,
