2022年举例LED照明灯具产品基础知识.docx

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1、精选学习资料 - - - - - - - - - 举例 LED 照明灯具产品基础学问一、 LED照明技术基本学问1、LED光源的特性1、 高效节能：以相同亮度比较,3W的 LED节能灯 333 小时耗 1 度电,而一般60W白炽灯 17 小时耗 1 度电,一般5W节能灯 200 小时耗 1 度电；2、超长寿命：半导体芯片发光,无灯丝,无玻璃泡,不怕震惊,不易破裂,使用寿命 可达五万小时 一般白炽灯使用寿命仅有一千小时,一般节能灯使用寿命也只有八千小时 3、健康： 光线健康光线中含紫外线和红外线少,和红外线 产生辐射少 一般灯光线中含有紫外线4、绿色环保：不含汞和氙等有害元素,利于回收,一般灯管

2、中含有汞和铅等元素；5、爱护视力：直流驱动,无频闪 一般灯都是沟通驱动,就必定产生频闪 6、光效率高： CREE公司试验室最高光效已达 260lm/W,而市面上的单颗大功率 LED也 已经突破 100lm/W,制成的 LED节能灯,由于电源效率损耗,灯罩的光通损耗,实际光效在 60lm/W,而白炽灯仅为 15lm/W 左右, 质量好的节能灯在 60lm/W 左右, 所以总体来说, 现在 LED节能灯光效与节能灯持平或略优；20XX 年 5 月数据 7、安全系数高：所需电压、电流较小,安全隐患小,于矿场等危急场所 8、市场潜力大：低压、直流供电,电池、太阳能供电,于边远山区及野外照明等缺电、少电

3、场所；2、LED节能灯设计理论 LED的显现打破了传统光源的设计方法与思路,目前有两种最新的设计理念；1. 情形照明： 是以环境的需求来设计灯具；情形照明以场所为动身点,旨在营造一种漂亮、绚丽的光照环境,去烘托场景成效,使人感觉到有场景氛围；2. 情调照明： 是以人的需求来设计灯具；情调照明是以人情感为动身点,从人的角度去 制造一种意境般的光照环境；情调照明包含四个方面：一是环保节能,二是健康, 三是智能 化,四是人性化；是中国第一本引领 LED照明设计潮流的书籍,打破了设计理论长期被国“ 情调照明书”外巨头垄断的局面,使 LED的应用更加简洁为市场所需要；将最新的情调照明设计理念奉献 出来与

4、大家共享,借此期望更多专家学者、设计师参加争论和提出建议；LED有分立和集成两种封装形式；LED分立器件属于传统封装,广泛应用于各个相关的名师归纳总结 领域, 经过四十多年的进展,已形成一系列的主流产品形式；芯片集成 COB模块目前属于个第 1 页,共 25 页- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 性化封装,主要为一些个案性的应用产品而设计和生产,尚未形成主流产品形式；3、LED光源芯片技术（MCPCB光源模组与COB光源模块的特点与比较）传统的 LED做法是： LED光源分立器件MCPCB光源模组 LED灯具,主要是由于没有现成合适的核心光源组件而实行的

5、做法,不但耗工费时, 而且成本较高；实际上,我们可以将“LED光源分立器件MCPCB光源模组” 合二为一,直接将 LED芯片集成在 MCPCB上做成COB光源模块,走“COB光源模块 LED灯具” 的路线,不但省工省时,而且可以节约器件封装的成本；与分立 LED器件相比, COB光源模块在应用中可以节约LED的一次封装成本、光引擎模组制作成本和二次配光成本；在相同功能的照明灯具系统中,实际测算可以降低 30%左右的光源成本, 这对于半导体照明的应用推广有着非常重大的意义；在性能上, 通过合理的设计和微透镜模造, COB光源模块可以有效地防止分立光源器件组合存在的点光、眩光等弊端；仍可以通过加入

6、适当的红色芯片组合,在不明显降低光源效率和寿命的前提下,有效地提高光源的显色性；在应用上,COB光源模块可以使照明灯具厂的安装生产更简洁和便利,有效地降低了应用成本； 在生产上, 现有的工艺技术和设备完全可以支持高良品率的 COB光源模块的大规模制造； 随着 LED照明市场的拓展,灯具需求量在快速增长,我们完全可以依据不同灯具应用的需求,逐步形成系列COB光源模块主流产品,以便大规模生产；COB的 LED可以做到出光很匀称,所以在灯具配光的时候可以简化和削减光损；在应用上, COB的 LED制造的灯具可以做到面发光,而不像一般 光的光度缺失,所以理论上也可以做到更高光效；LED那样是点光源,由

7、于削减了配但是 COB的 LED在制造中要求使用更多的材料,例如荧光粉和硅胶,在成本上并没有优势；另外 COB的 LED串并方式在出厂时都已经固定,不如单粒的大功率LED那样可以自由搭配数量和颜色,调整色温顺电气参数；影响 LED平面光源（ COB平面光源）的寿命及光效最重要的因素之一是结温；LED平面光源（ COB平面光源）的结温是指 LED平面光源（ COB平面光源）集成 LED芯片发光层 P-N结的温度 ,LED 结温其核心就是解决热散失才能的问题；光拓光电公司的工程师们总结出影响LED平面光源（ COB平面光源）结温的高低与下面的因素有关： 芯片结构、 LED芯片本身的封装热阻、二次散

8、热体的热阻 （尤指灯具热阻） 、散热器导热率及散热面积的大小、平面光源模块与二次散热体介面的热阻、COB平面光源的铝基板（或陶瓷基板）的热阻、灯具的结构、额定输入功率大小及使用环境温度；名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页,共 25 页精选学习资料 - - - - - - - - - LED平面光源（ COB平面光源）的结温越低,使用寿命就越长；基于对LED平面光源模块光效与寿命的综合考量,不论功率大小, 最抱负的方法是把LED平面光源的结温掌握在 60以下；解决热散失才能就是降低结温,削减温升的方法有：一、提高 LED芯片的电光转换效率,使尽可能多的输入功率转变成光能；二、削减

9、 LED芯片与外围灯具散热体的执阻,从而提高LED芯片及外围灯具的热散失才能；三、灯具合理的空间设计、外壳材料及COB平面光源基板材料的选用,其目的是降低LED平面光源（ COB平面光源）的热阻；COB的英文全称是chip on board,分为小芯片集成和大芯片集成,主要用在照明产品上面；COB板上芯片 Chip On Board, COB工艺过程第一是在基底表面用导热环氧树脂 一般用掺银颗粒的环氧树脂 掩盖硅片安放点,然后将硅片直接安放在基底表面,热处理至硅片坚固地固定在基底为止,随后再用丝焊的方法在硅片和基底之间直接建立电气连接；裸芯片技术主要有两种形式：一种是 COB技术,另一种是倒装

10、片技术 Flip Chip；板上芯片封装COB,半导体芯片交接贴装在印刷线路板上,芯片与基板的电气连接用引线缝合方法实现,芯片与基板的电气连接用引线缝合方法实现,并用树脂掩盖以确保牢靠性；虽然 COB是最简单的裸芯片贴装技术,但它的封装密度远不如TAB和倒片焊技术；COB主要的焊接方法：1 热压焊利用加热和加压力使金属丝与焊区压焊在一起；其原理是通过加热和加压力,使焊区 如AI 发生塑性形变同时破坏压焊界面上的氧化层,从而使原子间产生吸引力达到“ 键合” 的目的, 此外,两金属界面不平整加热加压时可使上下的金属相互镶嵌；此技术一般用为玻璃板上芯片 COG；2 超声焊超声焊是利用超声波发生器产生

11、的能量,通过换能器在超高频的磁场感应下,快速伸缩产名师归纳总结 生弹性振动, 使劈刀相应振动,同时在劈刀上施加肯定的压力,于是劈刀在这两种力的共同第 3 页,共 25 页- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 作用下,带动AI 丝在被焊区的金属化层如AI 膜 表面快速摩擦,使AI 丝和 AI 膜表面产生塑性变形,这种形变也破坏了AI 层界面的氧化层,使两个纯洁的金属表面紧密接触达到原子间的结合,从而形成焊接；主要焊接材料为铝线焊头,一般为楔形；3 金丝焊球焊在引线键合中是最具代表性的焊接技术,由于现在的半导体封装二、三极管封装都采用 AU线球焊；而且它操作便

12、利、敏捷、焊点坚固 直径为 25UM的 AU丝的焊接强度一般为0.07 0.09N/ 点 ,又无方向性,焊接速度可高达15 点/ 秒以上；金丝焊也叫热 压 超 声焊主要键合材料为金AU 线焊头为球形故为球焊；COB封装流程：第一步： 扩晶； 采纳扩张机将厂商供应的整张LED晶片薄膜匀称扩张,使附着在薄膜表面紧密排列的 LED晶粒拉开,便于刺晶；其次步：背胶；将扩好晶的扩晶环放在已刮好银浆层的背胶机面上,背上银浆；点银浆；适用于散装 LED芯片；采纳点胶机将适量的银浆点在 PCB印刷线路板上；第三步：将备好银浆的扩晶环放入刺晶架中,由操作员在显微镜下将 LED晶片用刺晶笔刺在 PCB印刷线路板上

13、；第四步：将刺好晶的 PCB印刷线路板放入热循环烘箱中恒温静置一段时间,待银浆固化后取出 不行久置, 不然 LED芯片镀层会烤黄,即氧化,给邦定造成困难 ；假如有 LED芯片邦定,就需要以上几个步骤 ; 假如只有 IC 芯片邦定就取消以上步骤；第五步： 粘芯片； 用点胶机在 PCB印刷线路板的 IC 位置上适量的红胶 或黑胶 ,再用防静电设备 真空吸笔或子 将 IC 裸片正确放在红胶或黑胶上；第六步：烘干；将粘好裸片放入热循环烘箱中放在大平面加热板上恒温静置一段时间,也可以自然固化 时间较长 ；第七步：邦定 打线 ；采纳铝丝焊线机将晶片 铝丝进行桥接,即 COB的内引线焊接；LED 晶粒或 I

14、C 芯片 与 PCB板上对应的焊盘第八步： 前测； 使用专用检测工具 按不同用途的COB有不同的设备, 简洁的就是高精密度稳压电源 检测 COB板,将不合格的板子重新返修；名师归纳总结 第九步：点胶；采纳点胶机将调配好的AB胶适量地点到邦定好的LED晶粒上, IC 就用黑第 4 页,共 25 页- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 胶封装,然后依据客户要求进行外观封装；第十步：固化；将封好胶的 不同的烘干时间；第十一步：后测；将封装好的 分好坏优劣；PCB印刷线路板放入热循环烘箱中恒温静置,依据要求可设定PCB印刷线路板再用专用的检测工具进行电气性能测试,

15、区与其它封装技术相比,COB技术价格低廉 仅为同芯片的1/3 左右 、节约空间、工艺成熟；但任何新技术在刚显现时都不行能十全十美,COB技术也存在着需要另配焊接机及封装机、有时速度跟不上以及 PCB贴片对环境要求更为严格和无法修理等缺点；某些板上芯片 CoB 的布局可以改善 IC 信号性能, 由于它们去掉了大部分或全部封装,也就是去掉了大部分或全部寄生器件；然而,相伴着这些技术,可能存在一些性能问题；在全部这些设计中, 由于有引线框架片或 BGA标志, 衬底可能不会很好地连接到 VCC或地； 可能存在的问题包括热膨胀系数 CTE问题以及不良的衬底连接；基本由三种种类：一类：由草帽型小功率 LE

16、D制成的 LED节能灯,电源采纳阻容降压电路；草帽型 LED延用指示灯 LED的封装形式,环氧树脂封装,使得 LED芯片无法将热量散出,光衰严峻, 很多白光 LED,在使用一段时间后,色温变高,慢慢成偏蓝色,变得昏暗；也有厂家致力于开发低光衰的草帽型LED,但是由于没有转变封装形式,光衰照旧没有大的改观；这类LED节能灯产品,为过渡性产品,价格低,质量较差；5050 贴片 LED节能灯二类：由3528 或 5050 贴片中功率LED制成的 LED节能灯,电源也普遍采纳阻容降压电路,也有部分厂家采纳恒流电路,相比草帽型LED,贴片 LED散热稍好,有导热基板,在协作铝基板,能将一部分热量导出；但

17、是由于仍是忽视的 LED的热量,很多中功率贴片 LED节能灯,没有散热器,照旧使用塑料外壳,光衰照旧严峻；采纳阻容降压低端电源,因电网电压不稳,电流有波动,亮度也有波动,价格适中,质量稍好大功率 LED节能灯；名师归纳总结 三类： 由大功率贴片LED制成的 LED节能灯, 电源普遍采纳恒流隔离电路,即有一个恒定的第 5 页,共 25 页电流,如 5W的 LED,通常采纳5 片 1 瓦的 LED芯片,串联,采纳恒流300mA的电流源供电,宽电压电源,使电网波动时,电流没有转变,光通量即亮度维护恒定,5 片贴片- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - LED 光电

18、参数定义及其详解2.1 LED 发光原理LED的实质性结构是半导体 PN结,核心部分由 P 型半导体和 N型半导体组成的晶片,在 P 型半导体和 N型半导体之间有一个过渡层,称为 PN结；其发光原理可以用 PN结的能带结构来做说明； 制作半导体发光二极管的半导体材料是重掺杂的,热平稳状态下的 N区有很多迁移率很高的电子,P 区有较多的迁移率较低的空穴；在常态下及 PN结阻挡层的限制,二者不能发生自然复合,而当给PN结加以正向电压时,由于外加电场方向与势垒区的自建电场方向相反,因此势垒高度降低,势垒区宽度变窄,破坏了 PN结动态平稳,产生少数载流子的电注入 16 ；空穴从 P 区注入 N区,同样

19、电子从 N区注入到 P 区,注入的少数载流子将同该区的多数载流子复合,不断的将余外的能量以光的形式辐射出去；2.2 可见光谱光是肯定波长范畴内的一种电磁辐射；电磁辐射的波长范畴很广,最短的如宇宙射线,其波长只有千兆兆分之几米 10-14-10-15m,最长的如沟通电,其波长可达数千公里；在电磁辐射范畴内, 只有波长为 380nm到 780nm的电磁辐射能够引起人的视觉,这段波长叫做可见光谱,如图 2-1 所示；图 2-1 电磁辐射波谱图 2-1 中所标数均以基本单位表示,即频率为赫兹Hz ,波长为米 m ；由于使用上述单位时, 波长的数值太大,有必要使用更小的单位来度量可见光谱的波长,由此采纳

20、了标准毫微米 又称纳米,符号为 nm,此处 1nm=10-9m；人眼能起视觉反映的最长和最短波长 780nm和 380nm,它们分别处在光谱的红色端与紫色端；名师归纳总结 - - - - - - -第 6 页,共 25 页精选学习资料 - - - - - - - - - 在电磁辐射范畴内,仍有紫外线、x 射线、 射线以及红外线、无线电波等；可见光、紫外线和红外线是原子与分子的发光辐射,称为光学辐射；X 射线、 射线等是激发原子内部的电子所产生的辐射,称为核子辐射； 电振动产生的电磁辐射称为无线电波；对于人来说,能为眼睛感受并产生视觉的光学辐射称为可见辐射；不能为眼睛感受, 也不产生视觉的光学辐

21、射称为不行见辐射；因而, 光学辐射可进一步分为可见辐射和不行见辐射；来自外界的可见辐射刺激人的视觉器官,在脑中产生光、颜色、外形等视觉印象,而获得对外界的熟悉；不行见辐射刺激眼睛时不能产生视觉,而作用在皮肤上有时会产生其它感觉,如紫外线产生疼痛感觉, 红外线产生灼热感觉；严格地说,只有那种能够被眼睛感觉到的、并产生视觉现象的辐射才是可见辐射或可见光,简称光；本文所指的光也就是这个定义上的光；2.3 LED 发光器件光度学参数的测量相关光度学与辐射度学参数有： 1.光通量 vLuminous Flux： 通过发光二极管的正向电流为规定值时,器件光学窗口发射的光通量； 2.发光强度 I vLumi

22、nous Intensity：光源在单位立体角内发射的光通量,可表示为IV=d /d ； 3.相对光谱能量 功率 分布 PRelative Spectral Distributions： 在光辐射波长范畴内,各个波长的辐射能量分布情形； 4.峰值发射波长pPeak-emission Wavelength：光谱辐射功率最大的值所对应的波长；5. 光谱半波宽 Full Width Half Maximum,FWHM：峰值发射波长的辐射功率的1/2 所对应两波长的间隔；2.3.1 LED 光通量在辐射度学上,LED辐射通量 E用来衡量发光二极管在单位时间内发射的总的电磁功率,单位是 W瓦 ；它通常表

23、示 LED在空间 4 度范畴内,每秒钟所发出的功率；LED光源发射的辐射通量中能引起人眼视觉的那部分,称为光通量V,单位是流明 lm ,与辐射通名师归纳总结 量的概念类似,它是LED光源向整个空间在单位时间内发射的能引起人眼视觉的辐射通量；第 7 页,共 25 页但要考虑人眼对不同波长的可见光的光感觉是不同的,国际照明委员会CIE 为人眼对不同波长单色光的灵敏度作了总结,在明视觉条件 亮度为 3cd/m2 以上 下,归结出人眼标准光度观测者光谱光效率函数V ,它在 555nm上有最大值, 此时 1W辐射通量等于683lm,如图 2-2 所示,其中V 为暗视觉条件 亮度为 0.001cd/m2以

24、下 下的光谱光视效率；- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - V）V图 2-2 明视觉和暗视觉条件下的光谱光效率函数明视觉条件下,辐射量向光通量的转化表达式可以表示为：V683780E Vd（2-1 ）380暗视觉条件下,辐射量向光通量的转化表达式可以表示为：V1700780E Vd（2-2 ）380通常的测量以明视觉条件作为测量条件,并且在 LED的测量时, 为了得到精确的测量结果,必需把 LED发射的光辐射功率收集起来,并用合适的探测器 应具有 CIE 标准光度观测者光谱光效率函数的光谱响应 将它线性地转换成光电流,再通过定标确定被测量的大小 20 ；2

25、.3.2 LED 发光强度发光强度的概念要求光源是一个点光源,或者要求光源的尺寸和探测器的面积与离光探测器的距离相比足够小,表示为体角元如图 2-3 所示；图 2-3 点光源的发光强度I V =d C/d ,式中 d 是点光源在某一方向上所张的立名师归纳总结 但是在 LED测量的很多实际应用场合中,往往是测量距离不够长,光源的尺寸相对太大第 8 页,共 25 页- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 或者是 LED与探测器表面构成的立体角太大,在这种近场条件下,并不能很地保证距离平方反比定律, 实际发光强度的测量值随上述几个因素的不同而不同,得到真正的 LE

26、D的发光强度；从而严格地说并不能测量为明白决这个问题,使量测结果可通用比较,CIE 举荐使用“ 平均发光强度” 概念：照射在离 LED肯定距离处的光探测器上的光通量V与由探测器构成的立体角的比值；其中立体角可将探测器的面积S 除以测量距离d 的平方运算得到, 如图 2-7 所示； 因而有如下表达式： IV S d V2（2-3 ）从物理上看, 这里的平均发光强度的概念,不再与发光强度的概念关联得那么紧密,而更多地与光通量的测量和测量机构的设计有关；CIE 关于近场条件下的 LED测量,有两个推荐的标准条件：CIE 标准条件 A和 CIE 标准条件 B；这两个条件都要求,所用的探测器有一个面积为

27、 1cm 2 相应直径为 11.3mm的圆入射孔径 21 ；表 2-1 CIE 举荐的近场标准条件CIE 举荐 LED顶端到探测器的距离 d 立体角 平面角 全角 o标准条件 A 316mm 0.001sr 2o标准条件 B 100mm 0.01sr 6.52.3.3 LED 相对光谱能量分布 P 发光二极管的相对光谱能量分布 P 表示在发光二极管的光辐射波长范畴内,各个波长的辐射能量分布情形,通常在实际场合中用相对光谱能量分布来表示；如图 2-4 所示, 表示各个不同颜色 LED的相对光谱能量分布曲线；一般而言,LED发出的光辐射,往往由很多不同波长的光所组成,而且不同波长的光在其中所占的比

28、例也不同；LED辐射能量随着波长变化而不同, 绘成一条分布曲线相对光谱能量分布曲线；当此曲线确定之后,器件的有关主波长、纯度等相关色度学参数亦随之而定；LED的光谱分布与制备所用化合物半导体种类、性质及 PN结结构（外延层厚度、掺杂杂质）等有关,而与器件的几何外形、封装方式无关；图 2-4 绘出几种由不同化合物半导体及掺杂制得LED光谱响应曲线；名师归纳总结 - - - - - - -第 9 页,共 25 页精选学习资料 - - - - - - - - - 人眼感光图 2-4 LED 光谱分布曲线其中：1. 蓝色 InGaN/GaN 发光二极管,发光谱峰 p=460465nm 2. 绿色 LE

29、D,发光谱峰 p=550nm 3. 红色的 LED,发光谱峰 p=680700nm 4. 红外 LED,发光谱峰 p=910nm 5. 硅光电二极管2.3.4 LED 的峰值波长 p 和光谱半波宽 LED相对光谱能量分布曲线的重要参数用峰值波长 p 和光谱半波宽 这两个参数表示；无论什么材料制成的 LED,都有一个相对光辐射最强处,与之相对应有一个波长,此波长为峰值波长, 它由半导体材料的带隙宽度或发光中心的能级位置打算；光谱半波宽 定义为相对光谱能量分布曲线上,两个半极大值强度处对应的波长差,如图 2-5 所示, 它标志着光谱纯度,同时也可以用来衡量半导体材料中对发光有奉献的能量状态离散度,

30、LED的发光光谱的半宽度一般为 30100nm,光谱宽度窄意味着单色性好,发光颜色鲜明,清晰可见22 ；名师归纳总结 - - - - - - -第 10 页,共 25 页精选学习资料 - - - - - - - - - 图 2-5 光谱半波宽 2.4 LED 发光器件色度学参数的测量 相关色度学参数有：1. 主波长 DDominant Wavelength： 任何一个颜色都可以看作为用某一个光谱色按肯定比例与一个参照光源（如 CIE 标准光源 A、B、C等,能光源 E,标准照明体 D65等）相 混合而匹配出来的颜色,这个光谱色就是颜色的主波长；2.CIE 光谱三刺激值X、Y、 ZSpectra

31、l Tristimulus Values ：X、Y、Z 为颜色的三刺激值,它们的数值表示了三原色匹配该颜色时相互之间的比例； 3.色度坐标 x、y、z（Chromaticity Coordinates）：三刺激值中的每一刺激值与其总和之比；4. 纯度 PPurity：样品颜色接近主波长光谱色的程度就表示该样品颜色的纯度；5. 色温 TCColor Temperature：光源的光辐射所出现的颜色与在某一温度下黑体辐射的颜色相同时,称黑体的温度（TC）为光源的色温度；在光度学中对于 “ 光” 的定义,是相对于可见光而言, 它所具有的波长范畴在 380780nm之间；但是,这区间中,不同波长的辐射

32、进入人眼的颜色感受不同,例如,波长为 700nm的 LED辐射所引起的感觉是红色,波长为 580nm的 LED辐射引起的感觉是黄色,波长为 510nm的 LED辐射引起的感觉是绿色,波长为 450nm的 LED辐射引起的感觉是蓝色等等,表 2-2列出了不同色觉的波长范畴；所以,LED光的颜色与进入人眼的光辐射的相对光谱能量分布有关,当进入到眼睛的光谱辐射波长发生转变或者它们的相对光谱能量分布发生转变时,人眼对光的颜色感受也随着发生变化；名师归纳总结 - - - - - - -第 11 页,共 25 页精选学习资料 - - - - - - - - - 表 2-2 各种颜色光线的波长光色 波长 （

33、 nm 代表波长红（ Red）780630 700 橙（ Orange）630600 620 黄（ Yellow ）600570 580 绿（ Green）570500 550 青（ Cyan）500470 500 蓝（ Blue ）470420 470 紫（ Violet）420380 420 2.4.1 CIE 标准色度学系统CIE 色度学系统是以色光三原色 RGB为准,以光源、物体反射和配色函数运算出 X、Y、Z 刺激值,任何颜色都可以由RGB混色而成,再经过仪器测出光谱辐射能量和反射率值,即可运算出 XYZ三刺激值； 由三色学说的原理,任何一种颜色可以通过红、绿、蓝三原色依据不同比例混

34、合来得到；可是,给定一种颜色,采纳怎样的三原色比例才可以复现出该色,以及这种比例是否唯独,是需要解决的问题,只有解决了这些问题,才能给出一个完整的用RGB来定义颜色的方案；2.4.2 颜色匹配试验把两个颜色调整到视觉相同的方法叫颜色匹配,颜色匹配试验是利用色光加色来实现的；在一块白色屏幕上,上方投射红 R、绿 G、蓝 B 三原色光,下方为待配色光 C,三原色光照耀白屏幕的上半部,待配色光照耀白屏幕的下半部,白屏幕上下两部分用一个黑挡屏隔开,由白屏幕反射出来的光通过小孔抵达右方观看者的眼内；人眼看到的视场范畴在 2 左右,被分成两部分； 在此试验装置上可以进行一系列的颜色匹配试验；待配色光可以通

35、过调节上方三原色的强度来混合形成,当视场中的两部分色光相同时,此时认为待配色光的光色与三原色光的混合光色达到色匹配；不同的待配色光达到匹配时三原色光亮度不同,可用颜色方程表示 2324 ：C=R R+ G G+ B B （2-4 ）式中 C表示待配色光； R 、G 、B 代表产生混合色的红、绿、蓝三原色的单位量；R 、G 、 B 分别为匹配待配色所需要的红、绿、蓝三原色的数量,称为三刺激值；“ ” 表示名师归纳总结 - - - - - - -第 12 页,共 25 页精选学习资料 - - - - - - - - - 视觉上相等,即颜色匹配；2.4.3 CIE-RGB 光谱三刺激值国际照明委员会

36、 （ CIE）规定红、 绿、蓝三原色的波长分别为700nm、546.1nm、435.8nm,CIE-RGB光谱三刺激值是317 位正常视觉者,用CIE 规定的红、绿、蓝三原色光,对等能光谱色从 380nm到 780nm所进行的特地性颜色混合匹配试验得到的；1931 年,CIE 给出了用等能标准三原色来匹配任意颜色的光谱三刺激值曲线,如图 2-6 所示,这样的一个系统被称为CIE-RGB系统；图 2-6 CIE-RGBb r光谱三刺激值g在上面的曲线中,曲线的一部分三刺激值是负数,这说明不行能靠混合红、绿、蓝三种光来匹配对应的光,而只能在给定的光上叠加曲线中负值对应的原色,来匹配另两种原色的混合

37、；对应于在公式（2-4 ）中的权值会有负值,由于实际上不存在负的光谱强度,而且这种运算极不便利,不易懂得,人们期望找出另外一组原色,用于代替CIE-RGB系统,因此,1931 年的 CIE-XYZ 系统利用三种假想的标准原色 X（红）、Y（绿）、Z（蓝）,以便使我们能够得到的颜色匹配函数的三刺激值都是正值；2.4.4 1931CIE-XYZ 系统依据 CIE 举荐的红 R 、绿 G 、蓝 B 三原色的波长为700nm、546.1nm、435.8nm,它名师归纳总结 - - - - - - -第 13 页,共 25 页精选学习资料 - - - - - - - - - 们在 1931CIERGB系

38、统和 1931CIEXYZ系统的坐标为： RGB系统色度坐标 XYZ系统色度坐标 r g b x y z R 1, 0 , 0 0.7347,0.2653 ,0.0000 G 0, 1 , 0 0.2737,0.7174 ,0.0089 B 0, 0 , 1 0.1665,0.0089 ,0.8246 对于光谱波长为 的颜色刺激,其 r 、g 、b 色度坐标对 x 、y 、z 色度坐标的转换关系为：x 0 . 49000 r 0 . 31000 g 0 . 20000 b 0 . 66697 r 1 . 13240 g 1 . 20063 b y = 0 . 17697 r 0 . 81240

39、 g 0 . 01063 b （2-5 ）0 . 66697 r 1 . 13240 g 1 . 20063 b z = 0 . 00000 r 0 . 01000 g 0 . 99000 b 0 . 66697 r 1 . 13240 g 1 . 20063 b 用上式运算出 1931CIERGB系统中各波长的光谱在 1931CIEXYZ系统中的相应的色度坐标,并将各波长的普线的坐标点连接起来就成为 1931CIEXYZ系统色度图,如图 2-7 所示；名师归纳总结 - - - - - - -第 14 页,共 25 页精选学习资料 - - - - - - - - - 图 2-7 1931CIE

40、XYZ系统色度图在求得个光谱波长的 x 、y 、z 的基础上,应用公式（2-6 ）可以运算出 1931CIEXYZ色度系统中的光谱三刺激值 x 、y 、z 为x y z x y z （2-6）x y z 1 由 1931CIE RGB系统转换得到的 x 、y 、z 三条曲线称为“1931CIE XYZ标准色度观看者光谱三刺激值”,如图 2-8 所示,这组曲线分别代表匹配各波长等能光谱刺激名师归纳总结 所需要的红 X 、绿Y 、蓝Z 三原色的量； 国际照明委员会规定1931CIEXYZ系统的y第 15 页,共 25 页与人眼的光谱光效率函数V 一样,即所以,有: xx V y y V （2-7 ）zz V y- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - z yx图 2-8 1931CIEXYZ标准色度观看者光谱三刺激值2.4.5 CIE 色度坐标及主波长运算方法要确定 LED器件的发光颜色,可以用颜色的色度坐标及其主波长来描述；颜色感觉是由于LED光辐射源的光辐射作用于人眼的结果；因此,颜色不仅取决于光刺激,而且仍取决于人眼的视觉特性,依据前面的论述,yV ,假如已知器件的相对光谱能量P 分布函数,依据 CIE的规定,那么由它引起的CIE三刺激值 X、Y、Z可以按下式运算,K为调整因数 X=K780P xd（2-8 ）