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色温图谱


NO. 1 2 3 4 5 7 8 9

X

Y

实测色温(K)
14610 9655 7572 6081 6622 8268 9310 5400

计算色温(K)
14000 9000 7000 6300 6500 7100 8500 5600

Δ色温

色温(K)
610 655 572 -219 122 1168 810 -200

0.2675 0.2809 0.2820 0.3001 0.3027 0.3207 0.3172 0.3562 0.3137 0.3352 0.3023 0.3118 0.2916 0.2960 0.3352 0.3604

NO. 10 11 13

X

Y

实测色温(K)
6122 4628 4436

计算色温(K)
5800 4800 4700

Δ色温 色温(K)
322 -172 -264

0.3222 0.3446 0.3519 0.3950 0.3599 0.4021

NOTE:Δ色温=实测色温-计算色温(根据相对色温线)

结论: 结论:

1.根据实际测试的色标可看出:不在色温线上面的色坐标点,可以通过相对色温 线的方式求出该点色温. 2.向下延长各个相对色温线,基本交汇在一点(X:0.33 Y:0.20).依此点坐标: 2500K 相对色温线与 X 轴的夹角约为 30 度. 25000K 相对色温线与 2500K 相对色温线之间的夹角约为 90 度. 250000K 相对色温线与 2000K 相对色温线之间的夹角约为 100 度. 具体见上图所示. 3.根据上图白光色坐标分布图与相对色温线的关系,现在许多分光参数表是根据 色温方式划分各个 BIN 等级(色标分布图是参照早期日亚白光色标分布图制作). 这样分当然具有一定的好处。 4.工厂色标分布图所对应的的色温范围为:4000K~16000K. 5.采用白光计算机(T620)测试出的色温值与根据相对色温线所计算出的色温值 有一定的差别,机台测试出的色温值只能做一个参考值.根据相对色温线所计算 出的色温值与机台测试的色温值之间的差别详见上表 Δ 色温值.

相关色温 8000-4000K 的白光 LED 的发射光谱和色品质特性

摘要:文章报告和分析了 8000K、6400K、5000K 和 4000K 四种色温的白光 LED 的发射光谱、色品质 和显色性等特性,它们与工作条件密切相关。随着正向电流 IF 的增加,色品坐标 x 和 y 值逐渐减小,色 温增大,发生色漂移,而光通量呈亚线性增加,光效逐渐下降。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 光谱的形状和发射峰发生变化。白光 LED 的特性在 很大程度上受 InGaN 蓝光 LED 芯片性能的制约。 人们可以实现 8000-4000K 四种色温白光 LED, 显色指数高, 且制作的白光 LED 的色容差可以达到很小,实现优质的白光照明光源。 从上世纪 90 年代末到现在,白光 发光二极管的出现和快速发展,引起人们极大的热情,白光 LED 具有低压、低功耗、高可靠,长寿命及固 体化等优点。其量大的吸引力和期望是作为继白炽灯泡、荧光灯及高强度气体放电灯(HID)后的第四代 照明新光源——具有庞大的照明市场和显著的节能前景的光源,是符合环保、节能要求的绿色照明光源。 因此,受到日美和欧洲各国政府和商家的重视,他们制定发展规划和目标,且大集团公司在技术和资金上 进行联合和重组。2003 年 6 月我国政府也推出“半导体照明工程”,以期大力推动我国白光 LED 的发展。 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 Ф5mm 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、 不同色温白光 LED 的光谱特性 2.1 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 Ф5 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: 体系黄色荧光体被蓝光激发的光致发光光谱所组成, Ce 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。 2.2 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。 2. 5000K 的白光 LED 色温 5118K 的白光 LED 的发射光谱 3 (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。 2.4 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 Tc≤4000K 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 3.1 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 值逐渐 偏离,到 IF=70,80mA 时,偏离非常严重。 3.2 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。 3.3 白光 LED 的光通和光效 制作的白光 LED 的光通(Φ)和光效(η)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 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 光谱的形状和发射峰发生变化。白光 LED 的上述特性与 InGaN 蓝光 LED 芯片性能密切相关,在很 大程度上受其制约。


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