各種波長及其顏色

1、1、芯片發(fā)光顏色（COLW）紅（Red）: R （610nm-640nm） 黃（Yellow）: Y （580nm-595nm） 蘭（Blue）: B （455nm-490nm） 蘭綠（Cyan）: C （ 490nm-515nm） 綠（Green）： G （501nm-540nm） 紫（Purple）： P （380nm-410nm） 琥珀（Amber）： A （590nm-610nm） 白（White）： W2黃綠（Kelly）： K （560nm-580nm） 暖白（Warm white） W32、顏色波長 紅：R1: 610nm-615nmR2: 615nm-620nmR3: 620n

2、m-625nmR4: 625nm-630nmR5: 630nm-635nmR6: 635nm-640nm 黃：Y1 : 580nm-585nmY2 : 585nm-590nmY3 : 590nm-595nm 琥珀色：A1: 600nm-605nmA2: 605nm-610nm 蘭綠：G1: 515nm-517.5nmG2: 517.5-520nmG3: 520nm-525nmG4: 525nm-530nmG5: 530nm-535nm蘭：81: 455nm-460nm82: 460nm-462.5nm83: 462.5nm-465nm84: 460nm-465nm85: 465nm-470nm

3、86: 470nm-475nm87: 475nm-480nm88: 480nm-485nm89: 485nm-490nm黃綠：K1 : 560nm-565nmK2 : 565nm-570nmK3: 570nm-575nmK4 : 575nm-580nm純綠：C1: 490nm-495nmC2: 495nm-500nmC3: 500nm-515nmG6: 535nm-540nm圖文：顏色的度量CIE1931色度圖明度、色調(diào)和飽和度稱為顏色視覺三特性。明度就是明亮的程度；色調(diào)是由波 長決定的色別，如700nm光的色調(diào)是紅色，579nm光的色調(diào)是黃色，510nm光的色 調(diào)是綠色等等；飽和度就是純度，

4、沒有混入白色的窄帶單色，在視覺上就是高飽和 度的顏色。光譜所有的光都是最純的顏色光，加入白色越多，混合后的顏色就越不純，看起來也就越不飽和。國際照明委員會（CIE） 1931年制定了一個色度圖，用組成某一顏色的三基色 比例來規(guī)定這一顏色，即用三種基色相加的比例來表示某一顏色，并可寫成方程式：式中，（C）代表某一種顏色，（R）、（G）、（B）是紅、綠、藍三基色，R、G、B 是每種顏色的比例系數(shù)，它們的和等于 1,即R+G+B=1, C”是指匹配即在視覺上顏色相同，如某一藍綠色可以表達為:(0)0.。65)+031(0) + 0.63(3)如果是二基色混合，則在三個系數(shù)中有一個為零；如匹配白色，則

5、R、G、B應(yīng)相等。任何顏色都用匹配該顏色的三基色的比例加以規(guī)定，因此每一顏色都在色度圖中占有確定的位置。色度圖中：X軸色度坐標相當于紅基色的比例;Y軸色度坐標相當于綠基色的比例。圖中沒有 Z軸色度坐標（即藍基色所占的比例），因為比例系數(shù)X + Y + Z=1, Z的坐標值可以推算出來，即1 一 （X + Y）=Z。5口0.70附圖SI CIE 1931色度圖國際照委會制定的CIE1931色度圖如附圖31。色度圖中的弧形曲線上的各點是 光譜上的各種顏色即光譜軌跡，是光譜各種顏色的色度坐標。紅色波段在圖的右下 部，綠色波段在左上角，藍紫色波段在圖的左下部。圖下方的直線部分，即連接400nm 和70

6、0nm的直線，是光譜上所沒有的、由紫到紅的系列。靠近圖中心的C是白色，相當于中午陽光的光色，其色度坐標為 X = 0. 3101, Y = 0. 3162。設(shè)色度圖上有一顏色S,由C通過S畫一直線至光譜軌跡。點（590nm）, S顏 色的主波長即為590nm，此處光譜的顏色即S的色調(diào)（橙色）。某一顏色離開C點至 光譜軌跡的距離表明它的色純度，即飽和度。顏色越靠近C越不純，越靠近光譜軌跡越純。S點位于從C到590nm光譜軌跡的45%處，所以它的色純度為45% （色純 度%= （CS/CO） x 100o從光譜軌跡白任一點通過 C畫一直線抵達對側(cè)光譜軌跡 的一點，這條直線兩端的顏色互為補色 （虛線

7、）。從紫紅色段的任一點通過 C點畫一 直線抵達對側(cè)光譜軌跡的一點，這個非光譜色就用該光譜顏色的補色來表示。表示 方法是在非光譜色的補色的波長后面加一 C字，如536G,這一紫紅色是536nm綠 色的補色。CIE1931色度圖有很大的實用價值，任何顏色，不管是光源色還是表面色，都 可以在這個色度圖上標定出來，這就使顏色的描述簡便而準確了。例如為了保證顏 色標志的正確辨認和交通安全的管制，在 CIE1931色度圖上規(guī)定了具體的范圍，它 適用于各種警告信號和顏色標志的編碼。再如在 CIE1931色度圖上，可推出由兩種 顏色相混合所得出的各種中間色。如Q和S相加，得出Q到S直線的各種中間顏色， 如T點

8、，由C通過T抵達552nm的光譜色，可由552nm的波長顏色看出T的色調(diào), 并可由T在C與552nm光譜色之間所占位置看出它的純度。在實際應(yīng)用中，如彩色電視、彩色攝影（乳膠處理）或其它顏色復(fù)現(xiàn)系統(tǒng)都需要選擇適當?shù)募t（R）、綠（G）、藍（B）三基色，用來復(fù)現(xiàn)白色和各種顏色，所選定白（R）、（G）、（B）在色度圖上的位置形成一個三角形。應(yīng)使（R）、（G）、（B）三角形盡量能包括較大面積，同時（R）、（G）、（B）線應(yīng)盡量靠近光譜軌跡，以復(fù)現(xiàn)比較飽和的紅、綠、藍等顏色。盡管短短的幾年來，白光LED的研發(fā)和應(yīng)用取得舉世矚目的成績，但目前還存 在諸多問題，只能用于一些特殊的領(lǐng)域中。我們注意到，目前普通的

9、白光LED與用作照明光源白光LED的概念是有質(zhì)的差異，并不是越 白”越好。人們對用 作照明的白光光源有著嚴格的要求，國際和我國早已制定標準。照明光源有六個 嚴格的標準色溫區(qū)：6400K、5000K、4000K、3450K、2900K及2700K及其相應(yīng) 的色域，照明光源的色品質(zhì)參數(shù)是相互關(guān)聯(lián)的。必須同時得到滿中，方可稱為合 格的照明光源。盡管目前作為照明光源 白光LEDs還沒有國際CIE標準及中 國的國家標準，但是應(yīng)當參照國際 CIE和中國國家標準來要求和指導(dǎo)白光 LEDs 新照明光源的發(fā)展和應(yīng)用。迄今有關(guān)不同色溫度，高顯色性白光LED的色品質(zhì)和光譜特性報道欠缺。本文按照國家照明光源標準，報告

10、和分析所研發(fā)的 8000-4000K不同色溫的白光LED的發(fā)射光譜、色品質(zhì)及光電特性。1、實現(xiàn)相關(guān)色溫原理和實驗從市場上可以很方便地購得多家公司提供的 不同等級的InGaN藍光LED芯片。這些芯片樣品可分為發(fā)射波長 455-460nm、 460-465nm及465-470nm；光強一般在40mcd以上。藍芯片尺寸大多為320X320um 左右。依據(jù)發(fā)光學(xué)光轉(zhuǎn)換和色度學(xué)原理，采用藍光LED芯片和可被藍光有效激發(fā)的熒光粉有機組合成白光LED技術(shù)實現(xiàn)白光。熒光粉選擇是多樣性的，可以 是一種黃色熒光粉或黃色和紅色混合熒光粉。調(diào)控各發(fā)光顏色強度比，實現(xiàn)各種 色溫的白光。將含有熒光粉的優(yōu)質(zhì)高透過率樹脂膠仔

11、細涂覆在藍芯片周圍，用常規(guī)的封裝工藝和環(huán)氧樹脂封裝成常規(guī)中5mm子彈型和半球型白光 LED。白光LED的發(fā)射光譜，色品技及其他光電特性由浙大三色儀器有限公司生產(chǎn)的型號 為SPR-920D型光譜輻射分析儀測試記錄。該儀器配有一個0.5m的積分球及直流電源。所有實驗均在室溫下進行，白光 LED的發(fā)射光譜在正向電流IF=20mA 下測試。2、不同色溫白光LED的光譜特性2. 1 8000K的白光LED 7000-10000K白光呈現(xiàn)發(fā)藍高色溫的白光。在照明 光源標準中沒有這個標準。它是不能有作普通家庭照明光源的。 這種高色溫發(fā)藍 的白光LED可以用于要求不嚴的特殊照明和指示中，有一定用途。圖 1給出

12、相 關(guān)色溫為8070K的半球5白光LED的發(fā)射光譜。它是由InGaN藍光LED的 電致發(fā)光光譜和稀土 YAG: Ce體系黃色熒光體被藍光激發(fā)的光致發(fā)光光譜所組 成，兩光譜的本質(zhì)是不同的。這樣構(gòu)成相關(guān)色溫為8070K的發(fā)藍的白光光譜，色品坐標x=0.2979, y=0.2939,在黑體軌跡的附近。2. 2 6400K的白光LED圖2是在正向電流IF=20mA下的色溫為6450K的白光LED的發(fā)射光譜。它是屬于 色溫為6400K的日光色。是目前照明光源使用的最廣泛的色溫之一。其光譜所 組成。和圖1光譜相比，黃成份的光譜增強，色溫降低。此時白光LED中的藍光EL光譜和只有InGaN LED的藍光光譜

13、相比是有差異的，因為發(fā)生熒光體高 效的吸收藍光和光轉(zhuǎn)換的輻射傳遞。 而這種光吸收（激發(fā)）與熒光體的激發(fā)光譜 密切相關(guān)。由于這種熒光體光轉(zhuǎn)換過程致使白光 LED中的藍光光譜的能量分布、 發(fā)射峰以及半高寬等性質(zhì)發(fā)生變化。所涂覆的熒光粉越多，藍色光譜變化越嚴重， 在低色溫的白光LED中更為明顯。該白光LED的色品坐標 X=0.3146, Y=0.3360,它們落在 CIE標準色度圖 6400K標準色溫的色容差圖的最內(nèi)圈，其色容差 1.9,很滿意，顯色指數(shù) Ra為 82,完全符合照明光源的要求。2.3 5000K的白光LED色溫5118K的白光LED的發(fā)射光譜（如圖3所示）， 它屬于標準色溫為5000

14、K的中性白光。光譜性質(zhì)和上述相同，只是光譜中的黃 成份的比例增加。該白光 LED的色品坐標 X=0.3422, Y=0.3543 ,其色容差在 5000K標準色溫的色域中為 2.1,很滿意，Ra=81。完全符合照明光源的光色參 數(shù)要求。若要提高顯色指數(shù) Ra,需要增加光譜中的紅成份，可能犧牲光效。此 外，在IF=20mA下，白光LED的光轉(zhuǎn)換倍數(shù)高達4.9倍。這里所說的光轉(zhuǎn)換倍 數(shù)（B）定義是在某一正向電流IF和不同的色溫下，是不同的。2.4 4000K的白光LED迄今有關(guān)符合照明光源標準要求的 4000K白光LED 光譜和色品質(zhì)的報告很少。這是因為僅用稀土YAG: Ce體系黃色熒光體難以制作

15、合乎要求的Tc04000Kl勺白光LED,顯色指數(shù)低，色品質(zhì)差。為此，需要加入 適量的紅色熒光體，補足光譜中紅成份。圖 4為我們開發(fā)4019K白光LED的發(fā) 射光譜，它屬于標準的色溫為 4000K的冷白色。光譜中黃和橙成份增加，相對 光譜中藍成份的比例進一步下降。 該白光LED的色品坐標X=0.3810, Y=0.3815, 在標準4000K色溫的色容差的最內(nèi)圈中，其色容差為 0.6,顯色指數(shù)Ra=820色 品質(zhì)甚佳，完全符合照明光的嚴格要求。3、白光LED的性質(zhì)與IF的關(guān)系3.1色品坐標 光源的色品坐標是一個重要參數(shù)。圖5給出5000K白光LED 在不同正向電流IF驅(qū)動下的色品坐標X和Y值的

16、變化曲線。這條曲線給繪在標 準6400K色溫的色容差圖中，具有直觀動態(tài)感。其中縱坐標為 Y值，橫坐標為 X值，而上橫坐標為IF （mA）。顯然，隨IF增加，色品坐標X和Y值逐漸偏離， 到IF=70, 80mA時,偏離非常嚴重。3. 2相關(guān)色溫 由上述色品坐標X和Y值隨IF的變化，指明發(fā)生色漂移， 這必然在相關(guān)色溫中也呈現(xiàn)反映。圖6表示白光LED在不同IF工作下的相關(guān)色溫變化規(guī)律。顯然，隨著IF增加，相關(guān)色溫Tc （K）逐漸增加，由日光色變?yōu)?藍白色。這是因為隨正向電流IF的增加，白光LED的發(fā)射光譜，特別是InGaNLED藍芯片的發(fā)射光譜發(fā)生很大變化，導(dǎo)致白光的發(fā)光顏色、色品質(zhì)等性能改3. 3

17、白光LED的光通和光效 制作的白光LED的光通（）和光效（城 隨施加的正向電流IF的變化曲線（如圖7所示）。光通呈亞線性增加，趨向飽和， 而光效逐漸下降。白光LED的光效下降與Taguchi等人的結(jié)果是一致的。白光 LED的光通和光效的這種變化，在不同色溫的白光LED中是一致的。對這種小功率白光LED來說，既要照顧光通量，又要考慮光效，故一般選擇在IF=20mA下工作。 早期Nakamura等人已指出，InGaN/AlGaN DH藍光LED的光輸出功 率隨IF增加呈亞線性增加。我們認為，引起白光效隨IF增加逐漸降低的因素是 多方面的。首先，藍光InGaN芯片的發(fā)光效率隨IF增加而逐漸降低的因素是多 方面的。首先，藍光InGaN芯片的發(fā)光效率隨IF增加而逐漸下降；第二，隨著 IF增加，P-N結(jié)溫快速升高，結(jié)溫和環(huán)境溫度上升，對半導(dǎo)體藍光芯片和熒光粉 的發(fā)光將產(chǎn)生嚴重的溫度猝滅；第三，由于在白光LED中發(fā)生藍光一黃光光轉(zhuǎn)換過程，產(chǎn)生光吸收的輻射傳遞，不僅使白光光譜中的藍芯片的EL的發(fā)射光譜形狀和發(fā)射峰發(fā)生變化，而且藍光效率下降在熒光體的光效下降和光衰程度似乎 比InGaN藍芯片更快。實際上是熒光體的發(fā)光效率受藍芯片下降的誅連”和強烈的制約。4、結(jié)束語綜上所述，采用藍光LED芯片和熒光體有機結(jié)合是可以 成功地開發(fā)出8000-4000K不同色溫段，顯色指數(shù)