各種波長(zhǎng)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（Warmwhite）W32、顏色波長(zhǎng) 紅：R1:610nm-615nmR2:615nm-620nmR3:620nm-625nmR4:625nm-630nmR5:630nm-6

2、35nmR6:635nm-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-470nm86: 470nm-475nm87: 475nm-480nm88: 480nm-485nm89

3、: 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(chēng)為顏色視覺(jué)三特性。明度就是明亮的程度；色調(diào)是由波長(zhǎng)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，沒(méi)有混入白色的窄帶單色，在視覺(jué)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

4、起來(lái)也就越不飽和。國(guó)際照明委員會(huì)（CIE）1931年制定了一個(gè)色度圖，用組成某一顏色的三基色比例來(lái)規(guī)定這一顏色，即用三種基色相加的比例來(lái)表示某一顏色，并可寫(xiě)成方程式：式中，（C）代表某一種顏色，（R）、（G）、（B）是紅、綠、藍(lán)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(jué)上顏色相同，如某一藍(lán)綠色可以表達(dá)為:(0)0.。65)+031(0)+0.63(3)如果是二基色混合，則在三個(gè)系數(shù)中有一個(gè)為零；如匹配白色，則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

5、標(biāo)相當(dāng)于紅基色的比例;Y軸色度坐標(biāo)相當(dāng)于綠基色的比例。圖中沒(méi)有Z軸色度坐標(biāo)（即藍(lán)基色所占的比例），因?yàn)楸壤禂?shù)X+Y+Z=1,Z的坐標(biāo)值可以推算出來(lái)，即1一（X+Y）=Z。5口0.70附圖SICIE1931色度圖國(guó)際照委會(huì)制定的CIE1931色度圖如附圖31。色度圖中的弧形曲線上的各點(diǎn)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(biāo)。紅色波段在圖的右下部，綠色波段在左上角，藍(lán)紫色波段在圖的左下部。圖下方的直線部分，即連接400nm和700nm的直線，是光譜上所沒(méi)有的、由紫到紅的系列?？拷鼒D中心的C是白色，相當(dāng)于中午陽(yáng)光的光色，其色度坐標(biāo)為X=0.3101,Y=0.3162。設(shè)色度圖上有一

6、顏色S,由C通過(guò)S畫(huà)一直線至光譜軌跡O點(diǎn)（590nm）,S顏色的主波長(zhǎng)即為590nm，此處光譜的顏色即S的色調(diào)（橙色）。某一顏色離開(kāi)C點(diǎn)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(diǎn)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）x100o從光譜軌跡白任一點(diǎn)通過(guò)C畫(huà)一直線抵達(dá)對(duì)側(cè)光譜軌跡的一點(diǎn)，這條直線兩端的顏色互為補(bǔ)色（虛線）。從紫紅色段的任一點(diǎn)通過(guò)C點(diǎn)畫(huà)一直線抵達(dá)對(duì)側(cè)光譜軌跡的一點(diǎn)，這個(gè)非光譜色就用該光譜顏色的補(bǔ)色來(lái)表示。表示方法是在非光譜色的補(bǔ)色的波長(zhǎng)后面加一C字，如536G,這一紫紅色是536nm綠色的補(bǔ)色

7、。CIE1931色度圖有很大的實(shí)用價(jià)值，任何顏色，不管是光源色還是表面色，都可以在這個(gè)色度圖上標(biāo)定出來(lái)，這就使顏色的描述簡(jiǎn)便而準(zhǔn)確了。例如為了保證顏色標(biāo)志的正確辨認(rèn)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(hào)和顏色標(biāo)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(diǎn)，由C通過(guò)T抵達(dá)552nm的光譜色，可由552nm的波長(zhǎng)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(shí)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(dāng)?shù)募t（R

8、）、綠（G）、藍(lán)（B）三基色，用來(lái)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(gè)三角形。應(yīng)使（R）、（G）、（B）三角形盡量能包括較大面積，同時(shí)（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(lán)等顏色。盡管短短的幾年來(lái)，白光LED的研發(fā)和應(yīng)用取得舉世矚目的成績(jī)，但目前還存在諸多問(wèn)題，只能用于一些特殊的領(lǐng)域中。我們注意到，目前普通的白光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(duì)用作照明的白光光源有著嚴(yán)格的要求，國(guó)際和我國(guó)早已制定標(biāo)準(zhǔn)。照明光源有六個(gè)嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)色溫區(qū)：6400K、5000K、4000K、3450K、29

9、00K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(shí)得到滿中，方可稱(chēng)為合格的照明光源。盡管目前作為照明光源一一白光LEDs還沒(méi)有國(guó)際CIE標(biāo)準(zhǔn)及中國(guó)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，但是應(yīng)當(dāng)參照國(guó)際CIE和中國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)來(lái)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(bào)道欠缺。本文按照國(guó)家照明光源標(biāo)準(zhǔn)，報(bào)告和分析所研發(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(shí)現(xiàn)相關(guān)色溫原理和實(shí)驗(yàn)從市場(chǎng)上可以很方便地購(gòu)得多家公司提供的不同等級(jí)的InGaN藍(lán)光LED芯片。這些芯片樣品可分為發(fā)射波長(zhǎng)455-460nm、460

10、-465nm及465-470nm；光強(qiáng)一般在40mcd以上。藍(lán)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(lán)光LED芯片和可被藍(lán)光有效激發(fā)的熒光粉有機(jī)組合成白光LED技術(shù)實(shí)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(qiáng)度比，實(shí)現(xiàn)各種色溫的白光。將含有熒光粉的優(yōu)質(zhì)高透過(guò)率樹(shù)脂膠仔細(xì)涂覆在藍(lán)芯片周?chē)?，用常?guī)的封裝工藝和環(huán)氧樹(shù)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(hào)為SPR-920D型光譜輻射分析儀測(cè)試記錄。該儀器配有一個(gè)0.5m的積分球及直流電源。

11、所有實(shí)驗(yàn)均在室溫下進(jìn)行，白光LED的發(fā)射光譜在正向電流IF=20mA下測(cè)試。2、不同色溫白光LED的光譜特性2. 18000K的白光LED7000-10000K白光呈現(xiàn)發(fā)藍(lán)高色溫的白光。在照明光源標(biāo)準(zhǔn)中沒(méi)有這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)。它是不能有作普通家庭照明光源的。這種高色溫發(fā)藍(lán)的白光LED可以用于要求不嚴(yán)的特殊照明和指示中，有一定用途。圖1給出相關(guān)色溫為8070K的半球5白光LED的發(fā)射光譜。它是由InGaN藍(lán)光LED的電致發(fā)光光譜和稀土YAG:Ce體系黃色熒光體被藍(lán)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(lán)的白光光譜，色品坐標(biāo)x=0.2979,y=0.2939,在黑

12、體軌跡的附近。2.26400K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(qiáng)，色溫降低。此時(shí)白光LED中的藍(lán)光EL光譜和只有InGaNLED的藍(lán)光光譜相比是有差異的，因?yàn)榘l(fā)生熒光體高效的吸收藍(lán)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(guò)程致使白光LED中的藍(lán)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(lán)色光譜變化越嚴(yán)重，在低色溫的白光LED中更為明顯。該白光LED的

13、色品坐標(biāo)X=0.3146,Y=0.3360,它們落在CIE標(biāo)準(zhǔn)色度圖6400K標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)色溫為5000K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(biāo)X=0.3422,Y=0.3543,其色容差在5000K標(biāo)準(zhǔn)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

14、轉(zhuǎn)換倍數(shù)高達(dá)4.9倍。這里所說(shuō)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(biāo)準(zhǔn)要求的4000K白光LED光譜和色品質(zhì)的報(bào)告很少。這是因?yàn)閮H用稀土YAG:Ce體系黃色熒光體難以制作合乎要求的Tc04000K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(bǔ)足光譜中紅成份。圖4為我們開(kāi)發(fā)4019K白光LED的發(fā)射光譜，它屬于標(biāo)準(zhǔn)的色溫為4000K的冷白色。光譜中黃和橙成份增加，相對(duì)光譜中藍(lán)成份的比例進(jìn)一步下降。該白光LED的色品坐標(biāo)X=0.3810,Y=0.3815,在標(biāo)準(zhǔn)4000K色溫的色容差的最內(nèi)圈中

15、，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(yán)格要求。3、白光LED的性質(zhì)與IF的關(guān)系3.1色品坐標(biāo)光源的色品坐標(biāo)是一個(gè)重要參數(shù)。圖5給出5000K白光LED在不同正向電流IF驅(qū)動(dòng)下的色品坐標(biāo)X和Y值的變化曲線。這條曲線給繪在標(biāo)準(zhǔn)6400K色溫的色容差圖中，具有直觀動(dòng)態(tài)感。其中縱坐標(biāo)為Y值，橫坐標(biāo)為X值，而上橫坐標(biāo)為IF（mA）。顯然，隨IF增加，色品坐標(biāo)X和Y值逐漸偏離，到IF=70,80mA時(shí),偏離非常嚴(yán)重。3. 2相關(guān)色溫由上述色品坐標(biāo)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

16、著IF增加，相關(guān)色溫Tc（K）逐漸增加，由日光色變?yōu)樗{(lán)白色。這是因?yàn)殡S正向電流IF的增加，白光LED的發(fā)射光譜，特別是InGaNLED藍(lán)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(duì)這種小功率白光LED來(lái)說(shuō)，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，

17、InGaN/AlGaNDH藍(lán)光LED的光輸出功率隨IF增加呈亞線性增加。我們認(rèn)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(lán)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(lán)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(duì)半導(dǎo)體藍(lán)光芯片和熒光粉的發(fā)光將產(chǎn)生嚴(yán)重的溫度猝滅；第三，由于在白光LED中發(fā)生藍(lán)光一黃光光轉(zhuǎn)換過(guò)程，產(chǎn)生光吸收的輻射傳遞，不僅使白光光譜中的藍(lán)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(lán)光效率下降在熒光體的光效下降和光衰程度似乎比InGaN藍(lán)芯片更快。實(shí)際上是熒光體的發(fā)光效率受藍(lán)芯片下降的誅連”和強(qiáng)烈的制約。4、結(jié)束語(yǔ)綜上所述，采用藍(lán)光LED芯片和熒光體有機(jī)結(jié)合是可以成功地開(kāi)發(fā)出8000-4000K不同色溫段，顯色指數(shù)高，