LED照明工程師工作最了解國際照明委員會(CIE)1931 x，y的顏色空間(或CIE顏色空間)是用來表征白光LED的基礎上。純彩色或白色發光二極管的輸出可以根據圖上的x和y坐標定義顏色(色相)和飽和度(純度)。

　　然而，很少有工程師能理解為什么CIE顏色空間能夠很好地用作LED分析工具。部分原因是自然光被用作LED輸出的基準。這是因為太陽被認為是完美的照明器(我們的眼睛已經完全進化)是一個黑色的輻射體，它能在寬的帶寬上發光。在照明技術中獨一無二的，與波長轉換磷光體相配套的純彩色LED是一種近乎理想的人工光源，因為它們能夠很好地模擬太陽光譜功率分布(SPD)，同時限制能量發射到可見光譜。

　　黑體輻射體的輸出可以在CIE顏色空間的軌跡上繪制，作為LED色溫相關的參考(CCT)。CCT是表征發光二極管的一個重要參數，它允許制造商提供一系列白光器件以滿足許多應用。

　　本文著眼于起源的CIE色空間––的想象早在LED照明––主流實踐并解釋如何使用它來幫助和現代LED特性的發展。

　　大自然的黑色輻射體

　　在人類發現人造光之前，光的唯一來源是太陽。數百萬年的進化導致眼睛在陽光下運作，人類自然將這種光線與舒適和安全聯系起來。

　　太陽是一個黑體輻射體，由于熱過程而發出光。光被定義為眼睛可見的電磁輻射。在太陽中，這種電磁輻射的主要來源是由恒星核心的聚變熱能激發的原子。

　　這種激發是高度隨機的，但在宏觀尺度上，黑體的光發射可以用普朗克定律精確地模擬出來。該定律描述黑體在一定溫度下在熱平衡時發出的電磁輻射。發出的能量在一個給定的波長(包括那些在非可見光譜，如紅外線和紫外線)對不同溫度下的黑色的身體變化;例如，在較低的溫度下，較長的波長(紅)支配和黑體發出暗紅色的。較溫暖的黑體在更短(更藍)的波長上發出更多的能量，顏色從明亮的黃色到藍白色的顏色，因為它們變得更熱。

　　黑體的SPD的圖說明了濃度，如波長的函數，輻射或光度的量，如光源的輻射能或輻射通量。太陽表面的溫度大約是5250 K，它散發出一種具有峰值發射的中溫恒星特有的黃白色顏色(也許不必考慮太陽在可見光譜中如何影響眼睛的演化)。圖1顯示了各種黑色的身體，SPDs––包括太陽發射在5000 K––覆蓋在電磁頻譜的可見部分的模擬。

　　黑體輻射體光譜功率分布圖

　　圖1：黑體輻射體在選定溫度下的光譜功率分布。

　　(注意，特別是散射藍光的大氣，會改變地球表面的太陽色。)。當太陽在頭頂，光線穿過少大氣所以顯得更加“自然”(即黃白)而在晚上，例如，光線穿過厚層的大氣，因此顯示為藍色波長分散到更大的程度的紅。)

　　CIE顏色空間

　　CIE色彩空間是由William David Wright和John Guild在20世紀20年代后期進行的一系列實驗中得出的。該圖提供了可見光電磁光譜中物理純顏色和人類色覺中生理感知顏色之間的第一個定量聯系。

　　眼睛不能同時檢測所有顏色。例如，視網膜中的顏色敏感錐對綠光最敏感。這些特殊細胞的敏感性迅速地向光譜的藍色部分(紅色部分)迅速脫落。例如，錐體對472納米藍光的敏感度只有10%到555納米的綠色。

　　CIE顏色空間特別新奇的是它使用了一組顏色匹配函數，這些函數是對“標準”人類觀察者的色響應的數值描述。顏色匹配函數副身體產生的光譜與特定的刺激值–因此考慮到眼睛的光受體敏感性的變化。

　　CIE顏色空間允許使用兩個派生參數x和y繪制顏色的顏色(獨立于發光的質量的指示)，而不是在顏色空間中x和y的所有值對應于可見的顏色。相反，所有可見的顏色都包含在一個由“光譜軌跡”和“紫色線”定義的信封中，這個光譜軌跡是一個曲線，它描繪了整個可見光譜中包含單一波長的顏色的x，y值。軌跡上的數字與顏色的波長相對應。紫色線條——由紅色和藍色混合而成的直線軌跡——形成CIE顏色空間的下邊界(圖2)。

　　CIE顏色空間的圖像

　　圖2：CIE顏色空間展示普朗克軌跡位置。

　　顏色的色相取決于光譜上的基本顏色(例如紅、橙、黃、綠、藍或紫)。包含一個或幾個波長的顏色的飽和度總是大于同一色調的光，但具有更寬的光譜帶寬。光譜帶寬越大(飽和度越低)，x，y色度坐標進一步從光譜軌跡移動。在圖的中心區域，顏色被淡化，呈現柔和的色調。移動到足夠遠到圖表的中心，顏色變成白色和白色。白色通常被描述為沒有顏色，由許多波長組成。CIE顏色空間中最接近“純”白的點是相當于在可見光譜中的每個波長上顯示相同能量的SPD的點。這一點有時被稱為“E”的CIE色彩空間，但對LED制造商是最小的興趣，因為該技術不容易自己的平等能源光源的制造。

　　另一個重要的功能，通常包括在CIE顏色空間是普朗克(或黑體)軌跡。這是一個由1000 K(深紅色)到10000 K以上的不同溫度(藍白色)的黑體顏色坐標圖，見圖2。

　　表征LED

　　在考慮照明應用之前，LED在諸如指示器和標牌等應用領域很受歡迎。紅色、綠色和藍色設備繼續以數十億美元的速度生產，LED制造商與其他照明制造商一起使用CIE顏色空間來描述他們的產品。

　　色調(由LED的主導波長決定)和飽和度可以用圖表明確定義。發光二極管的色調被定義為通過同一個能量點(e)的線通過LED的x，y坐標相交的光譜軌跡上的波長。飽和是由LED的x，y坐標沿這條線的位置決定的。如果x，y坐標與e一致，則純度為0。由于LED的坐標沿著譜線移動，軌跡純度增加，軌跡達到1(圖3)。

　　發光二極管的色調和飽和度圖像

　　圖3：CIE顏色空間可以用來顯式地定義發光二極管和其他光源的色相和飽和度。(劍橋大學出版社)(1)

　　對于純彩色LED，我們關心的是白色的照明設備。CIE顏色空間可以用來指示紅色、綠色和藍色(RGB)LED可以產生的顏色的范圍(或色域)。仔細混合光是產生“白色”發光二極管的一種方法。可能的X和Y坐標的RGB組合的范圍將落在三角形的頂點的x，y坐標的三個來源(見高新區第“第三方法為白光LED”)。

　　然而，今天大多數商業白光LED用于照明應用結合了藍色的LED與釔鋁石榴石(YAG)熒光粉。大多數LED的光子都被熒光粉吸收，并且被稱為斯托克斯位移的過程在光譜中的黃色和紅色部分重新發射。剩下的藍色發射光子的影響及與黃光與紅光結合產生白色(見高新區的文章“潔白，明亮的LED”)。

　　圖4顯示了從一個歐司朗奧斯朗SSL白光LED的相對光譜發射(這個芯片有106流明/瓦的療效在350 mA / 2.95 V)。注意大的峰出現在藍色區域(LED的直接貢獻)，在熒光粉產生的黃色和紅色區域有一個更大的駝峰。

　　來自歐司朗奧斯朗SSL白光LED光譜功率分布圖像

　　圖4：從歐司朗奧斯朗SSL白光LED光譜功率分布。虛線鐘形曲線是人眼敏感的函數。

　　完美的人造光

　　雖然CIE顏色空間早了幾十年的商業LED，事實上與波長轉換熒光粉純彩色LED盟軍近理想的人工光源匹配一個黑體和限制能量發射的可見光譜的SPD使圖開發和表征的白光LED的理想機構。

　　為了與傳統照明相競爭，LED制造商努力生產高質量的產品。顯色指數(CRI)和顏色相關溫度(CCT)從設備定義光質量。

　　CRI是一種定量地測量光源與理想或自然光源相比，忠實地再現各種物體顏色的能力。陽光被作為一個基準，擁有一臺100(見高新區的文章“什么是顯色指數和它為什么重要?“)。如當代LED Cree公司的XLamp xm-l2芯片(153流明/瓦，在700 mA / 2.9 V))和歐司朗的奧斯朗SSL家人CRIs在80至85的范圍內。

　　雖然在CIE顏色空間中沒有定義CRI，但CCT無疑是。CCT的定義是“普朗克黑體] [或散熱器的感知顏色最接近的一個給定的刺激在同一亮度在特定的觀察條件下的溫度。”

　　通過對熒光化學進行細微的改變，制造商可以改變其白色LED的持續時間。圖5顯示了不同CCT的白光LED的光譜變化。這個例子顯示了從Cree公司的XLamp LED xm-l2家庭。

　　對CREE白光LED的相對光譜輻射圖像

　　圖5：CREE白光LED的相對光譜排放不同CCT。

　　請注意，“回暖”白光LED有更低的CCT。從這些設備的輸出包含更多的紅光，將輻射的普朗克軌跡冷卻器端即使人類感知使然，色彩溫馨。“酷”白色LED發出更多的藍色，輻射被歸類為熱，雖然再次，人類有另一種看法，決定了光是涼的。生產商生產的白色LED的輸出被歸類為“暖白色”(2600至3700 K CCT)，“中性白”(3700至5000 K CCT)和“酷白色”(5000至8300 K)。

　　這些產品適用于不同的用途。例如，消費者喜歡家里的暖白色設備，而企業則發現員工在涼爽的白光照明下更有效率。

　　不可能可靠地制造完全相同的CCT LED。相反，集團廠家設備與類似的CIE色坐標為“垃圾箱”。分組是由這些四邊形具有相同的CCT垂直設置在CIE顏色空間小四邊形的確定(見高新區第“決定性的白光LED的顏色特性)。

　　高級LED設計

　　如果制造商能夠提供高質量的照明產品，消費者愿意用固態照明取代短命的、低效的傳統光源。CIE顏色空間證明了一個寶貴的工具，為LED制造商的開發這樣的產品，因為它考慮到人眼對光的敏感性不同，不同的顏色和采用的普朗克軌跡定義從溫度的增加，黑色的身體顏色的形式排放的人工照明的重要參考。

總結

以上是生活随笔為你收集整理的CIE颜色空间是如何用来设计更好的led的的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

如果覺得生活随笔網站內容還不錯，歡迎將生活随笔推薦給好友。