2021年3月整理各种波长及其颜色.pptx

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1、1、芯片发光颜色（COLW） 红 （Red）：R（610nm-640nm） 黄 （Yellow）：Y（580nm-595nm） 兰（Blue）：B（455nm-490nm） 兰绿（Cyan）：C（ 490nm-515nm） 绿（Green）：G（501nm-540nm） 紫（Purple）：P（380nm-410nm） 琥珀（Amber）：A（590nm-610nm） 白（White）：W2 黄绿（Kelly）：K（560nm-580nm） 暖白（Warm white）W3 2、颜色波长,式中，（C）代表某一种颜色，（R）、（G）、（B）是红、绿、蓝三基色，R、G、B 是每种颜色的比例系数，它

2、们的和等于 1，即 RGB1，“C”是指匹配即在视觉 上颜色相同，如某一蓝绿色可以表达为,如果是二基色混合，则在三个系数中有一个为零；如匹配白色，则 R、G、B 应 相等。 任何颜色都用匹配该颜色的三基色的比例加以规定，因此每一颜色都在色度图 中占有确定的位置。色度图中： X 轴色度坐标相当于红基色的比例； Y 轴色度坐标相当于绿基色的比例。图中没有Z 轴色度坐标（即蓝基色所占的 比例），因为比例系数 XYZ1，Z 的坐标值可以推算出来，即 1 一（XY） Z,国际照委会制定的CIE1931 色度图如附图 31。色度图中的弧形曲线上的各点是 光谱上的各种颜色即光谱轨迹，是光谱各种颜色的色度坐标

3、。红色波段在图的右下 部，绿色波段在左上角，蓝紫色波段在图的左下部。图下方的直线部分，即连接 400nm 和 700nm 的直线，是光谱上所没有的、由紫到红的系列。靠近图中心的 C 是白色， 相当于中午阳光的光色，其色度坐标为X03101，Y03162。 设色度图上有一颜色S，由 C 通过S 画一直线至光谱轨迹O 点（590nm），S 颜 色的主波长即为 590nm，此处光谱的颜色即 S 的色调（橙色）。某一颜色离开 C 点至 光谱轨迹的距离表明它的色纯度，即饱和度。颜色越靠近 C 越不纯，越靠近光谱轨 迹越纯。S 点位于从 C 到 590nm 光谱轨迹的 45处，所以它的色纯度为 45（色纯

4、 度（CSCO）100。从光谱轨迹的任一点通过 C 画一直线抵达对侧光谱轨迹,的一点，这条直线两端的颜色互为补色（虚线）。从紫红色段的任一点通过 C 点画一 直线抵达对侧光谱轨迹的一点，这个非光谱色就用该光谱颜色的补色来表示。表示 方法是在非光谱色的补色的波长后面加一C 字，如 536G，这一紫红色是 536nm 绿 色的补色。 CIE1931 色度图有很大的实用价值，任何颜色，不管是光源色还是表面色，都 可以在这个色度图上标定出来，这就使颜色的描述简便而准确了。例如为了保证颜 色标志的正确辨认和交通安全的管制，在CIE1931 色度图上规定了具体的范围，它 适用于各种警告信号和颜色标志的编码

5、。再如在CIE1931 色度图上，可推出由两种 颜色相混合所得出的各种中间色。如 Q 和S 相加，得出 Q 到 S 直线的各种中间颜色， 如T 点，由 C 通过T 抵达 552nm 的光谱色，可由 552nm 的波长颜色看出T 的色调， 并可由T 在 C 与 552nm 光谱色之间所占位置看出它的纯度。 在实际应用中，如彩色电视、彩色摄影（乳胶处理）或其它颜色复现系统都需 要选择适当的红（R）、绿（G）、蓝（B）三基色，用来复现白色和各种颜色，所选 定的（R）、（G）、（B）在色度图上的位置形成一个三角形。应使（R）、（G）、（B） 三角形尽量能包括较大面积，同时（R）、（G）、（B）线应尽量

6、靠近光谱轨迹，以复 现比较饱和的红、绿、蓝等颜色。 尽管短短的几年来，白光 LED 的研发和应用取得举世瞩目的成绩，但目前还存 在诸多问题，只能用于一些特殊的领域中。我们注意到，目前普通的白光 LED 与用作照明光源白光 LED 的概念是有质的差异，并不是越“白”越好。人们对用 作照明的白光光源有着严格的要求，国际和我国早已制定标准。照明光源有六个 严格的标准色温区：6400K、5000K、4000K、3450K、2900K 及 2700K 及其相应 的色域，照明光源的色品质参数是相互关联的。必须同时得到满中，方可称为合 格的照明光源。尽管目前作为照明光源白光 LEDs 还没有国际CIE 标准

7、及中 国的国家标准，但是应当参照国际CIE 和中国国家标准来要求和指导白光LEDs 新照明光源的发展和应用。迄今有关不同色温度，高显色性白光 LED 的色品质 和光谱特性报道欠缺。本文按照国家照明光源标准，报告和分析所研发的 8000-4000K 不同色温的白光LED 的发射光谱、色品质及光电特性。 1、 实现相关色温原理和实验 从市场上可以很方便地购得多家公司提供的 不同等级的 InGaN 蓝光 LED 芯片。这些芯片样品可分为发射波长 455-460nm、 460-465nm 及465-470nm；光强一般在40mcd 以上。蓝芯片尺寸大多为320X320um 左右。依据发光学光转换和色度

8、学原理，采用蓝光 LED 芯片和可被蓝光有效激 发的荧光粉有机组合成白光 LED 技术实现白光。荧光粉选择是多样性的，可以 是一种黄色荧光粉或黄色和红色混合荧光粉。调控各发光颜色强度比，实现各种 色温的白光。将含有荧光粉的优质高透过率树脂胶仔细涂覆在蓝芯片周围，用常 规的封装工艺和环氧树脂封装成常规 5mm 子弹型和半球型白光 LED。白光,LED 的发射光谱，色品技及其他光电特性由浙大三色仪器有限公司生产的型号 为 SPR-920D 型光谱辐射分析仪测试记录。该仪器配有一个 0.5m 的积分球及直 流电源。所有实验均在室温下进行，白光LED 的发射光谱在正向电流IF=20mA 下测试。 2、

9、 不同色温白光LED 的光谱特性 21 8000K 的白光LED 7000-10000K 白光呈现发蓝高色温的白光。在照明 光源标准中没有这个标准。它是不能有作普通家庭照明光源的。这种高色温发蓝 的白光 LED 可以用于要求不严的特殊照明和指示中，有一定用途。图 1 给出相 关色温为 8070K 的半球 5 白光 LED 的发射光谱。它是由 InGaN 蓝光 LED 的 电致发光光谱和稀土 YAG：Ce 体系黄色荧光体被蓝光激发的光致发光光谱所组 成，两光谱的本质是不同的。这样构成相关色温为 8070K 的发蓝的白光光谱， 色品坐标x=0.2979，y=0.2939，在黑体轨迹的附近。 22

10、6400K 的白光 LED 图 2 是在正向电流IF=20mA 下的色温为 6450K 的白光LED 的发射光谱。它是属于 色温为 6400K 的日光色。是目前照明光源使用的最广泛的色温之一。其光谱所 组成。和图 1 光谱相比，黄成份的光谱增强，色温降低。此时白光 LED 中的蓝 光 EL 光谱和只有 InGaN LED 的蓝光光谱相比是有差异的，因为发生荧光体高 效的吸收蓝光和光转换的辐射传递。而这种光吸收（激发）与荧光体的激发光谱 密切相关。由于这种荧光体光转换过程致使白光 LED 中的蓝光光谱的能量分布、 发射峰以及半高宽等性质发生变化。所涂覆的荧光粉越多，蓝色光谱变化越严重， 在低色温

11、的白光LED 中更为明显。 该白光 LED 的色品坐标 X=0.3146，Y=0.3360，它们落在 CIE 标准色度图 6400K 标准色温的色容差图的最内圈，其色容差 1.9，很满意，显色指数 Ra 为 82，完全符合照明光源的要求。 5000K 的白光LED 色温 5118K 的白光LED 的发射光谱（如图 3 所示）， 它属于标准色温为 5000K 的中性白光。光谱性质和上述相同，只是光谱中的黄 成份的比例增加。该白光 LED 的色品坐标 X=0.3422，Y=0.3543，其色容差在 5000K 标准色温的色域中为 2.1，很满意，Ra=81。完全符合照明光源的光色参 数要求。若要提

12、高显色指数 Ra，需要增加光谱中的红成份，可能牺牲光效。此 外，在IF=20mA 下，白光LED 的光转换倍数高达 4.9 倍。这里所说的光转换倍 数（B）定义是在某一正向电流IF 和不同的色温下，是不同的。 4000K 的白光LED 迄今有关符合照明光源标准要求的 4000K 白光LED 光谱和色品质的报告很少。这是因为仅用稀土 YAG：Ce 体系黄色荧光体难以制 作合乎要求的Tc4000K 的白光 LED，显色指数低，色品质差。为此，需要加入 适量的红色荧光体，补足光谱中红成份。图 4 为我们开发 4019K 白光LED 的发 射光谱，它属于标准的色温为 4000K 的冷白色。光谱中黄和橙

13、成份增加，相对 光谱中蓝成份的比例进一步下降。该白光 LED 的色品坐标X=0.3810，Y=0.3815， 在标准 4000K 色温的色容差的最内圈中，其色容差为 0.6，显色指数Ra=82。色 品质甚佳，完全符合照明光的严格要求。 3、白光LED 的性质与IF 的关系 色品坐标 光源的色品坐标是一个重要参数。图 5 给出 5000K 白光 LED 在不同正向电流IF 驱动下的色品坐标X 和 Y 值的变化曲线。这条曲线给绘在标 准 6400K 色温的色容差图中，具有直观动态感。其中纵坐标为 Y 值，横坐标为 X 值，而上横坐标为 IF（mA）。显然，随 IF 增加，色品坐标 X 和 Y 值逐

14、渐偏离， 到IF=70，80mA 时，偏离非常严重。 相关色温 由上述色品坐标X 和 Y 值随IF 的变化，指明发生色漂移， 这必然在相关色温中也呈现反映。图 6 表示白光LED 在不同IF 工作下的相关色 温变化规律。显然，随着 IF 增加，相关色温 Tc（K）逐渐增加，由日光色变为 蓝白色。这是因为随正向电流IF 的增加，白光LED 的发射光谱，特别是InGaN,LED 蓝芯片的发射光谱发生很大变化，导致白光的发光颜色、色品质等性能改 变。 33 白光 LED 的光通和光效 制作的白光 LED 的光通（）和光效（） 随施加的正向电流IF 的变化曲线（如图 7 所示）。光通呈亚线性增加，趋向

15、饱和， 而光效逐渐下降。白光 LED 的光效下降与 Taguchi 等人的结果是一致的。白光 LED 的光通和光效的这种变化，在不同色温的白光LED 中是一致的。对这种小 功率白光LED 来说，既要照顾光通量，又要考虑光效，故一般选择在 IF=20mA 下工作。 早期Nakamura 等人已指出，InGaN/AlGaN DH 蓝光 LED 的光输出功 率随IF 增加呈亚线性增加。我们认为，引起白光效随IF 增加逐渐降低的因素是 多方面的。首先，蓝光InGaN 芯片的发光效率随IF 增加而逐渐降低的因素是多 方面的。首先，蓝光InGaN 芯片的发光效率随 IF 增加而逐渐下降；第二，随着 IF

16、增加，P-N 结温快速升高，结温和环境温度上升，对半导体蓝光芯片和荧光粉 的发光将产生严重的温度猝灭；第三，由于在白光 LED 中发生蓝光黄光光转 换过程，产生光吸收的辐射传递，不仅使白光光谱中的蓝芯片的 EL 的发射光谱 形状和发射峰发生变化，而且蓝光效率下降在荧光体的光效下降和光衰程度似乎 比 InGaN 蓝芯片更快。实际上是荧光体的发光效率受蓝芯片下降的“诛连”和强 烈的制约。 4、结束语 综上所述，采用蓝光 LED 芯片和荧光体有机结合是可以 成功地开发出 8000-4000K 不同色温段，显色指数高，色品质优良，符合照明光 源 CIE 严格标准要求的白光 LED。制作的白光 LED 的色容差可以达到很小。 8000K、6400K、5000K 和 4000K 四种色温的白光LED 的发射光谱、色品坐标、 显色性等光色特性与工作条件密切相关。随着白光 LED 的正向电流增加，色品 坐标 X 和 Y 值逐渐减小，而相关色温逐步增大，致使色漂移；而光通量呈亚线 性增加，光效却逐渐下降。由于在白光 LED 中发生光转换过程，产生光吸收的 辐射传递，致使白光中 InGaN 芯片的蓝色EL