波长及颜色.doc

1、 三、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）W3四、颜色波长 红：R1：610nm-615nmR2：615nm-620nmR3：620nm-625nmR4：625nm-6

2、30nmR5：630nm-635nmR6：635nm-640nm 黄：Y1：580nm-585nmY2：585nm-590nmY3：590nm-595nm 琥珀色：A1：600nm-605nmA2：605nm-610nm 兰绿：G1：515nm-517.5nmG2：517.5-520nmG3：520nm-525nm G4：525nm-530nm G5：530nm-535nmG6：535nm-540nm 兰：B1：455nm-460nmB2：460nm-462.5nmB3：462.5nm-465nmB4：460nm-465nmB5：465nm-470nmB6：470nm-475nmB7：475n

3、m-480nmB8：480nm-485nmB9：485nm-490nm 黄绿：K1：560nm-565nmK2：565nm-570nmK3：570nm-575nmK4：575nm-580nm 纯绿： C1：490nm-495nmC2：495nm-500nmC3：500nm-515nm图文：颜色的度量CIE1931 色度图明度、色调和饱和度称为颜色视觉三特性。明度就是明亮的程度；色调是由波长决定的色别，如 700nm 光的色调是红色，579nm 光的色调是黄色，510nm 光的色调是绿色等等；饱和度就是纯度，没有混入白色的窄带单色，在视觉上就是高饱和度的颜色。光谱所有的光都是最纯的颜色光，加入白

4、色越多，混合后的颜色就越不纯，看起来也就越不饱和。国际照明委员会（CIE）1931 年制定了一个色度图，用组成某一颜色的三基色比例来规定这一颜色，即用三种基色相加的比例来表示某一颜色，并可写成方程式：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，它们的和等于 1，即 RG B1， “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

5、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（X Y）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。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，Y 03162。设色度图上有一颜色 S，由 C 通过

6、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

7、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。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

8、。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

9、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

10、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

11、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、 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

12、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 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 L

13、ED 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。23 5000K 的白光 LED 色温 5118K 的白光 LED 的发射光谱（如图 3 所

14、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。24 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

15、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31 色品坐标 光源的色品坐标是一个重要参数。图 5

16、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。32 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

17、 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/

18、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

19、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。