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如安在CIE色度空间来规划更好的发光二极管
大多数灯光师带LED作业理解是怎样委员会国际歌DE L’Eclairage(CIE)1931 X，Y色彩空间(或CIE色度空间上)被用作根底表征白光LED。从纯色或白色LED的输出能够在色彩(色彩)和饱满度(纯度)方面用x被界说并在图上y坐标。
可是，很少有工程师理解为什么CIE色度空间上运作杰出，为LED的剖析东西。部分原因是天然光作为基准LED输出。这是由于太阳被以为是完美的照冥具(到咱们的眼睛现已变得彻底演进)是黑体辐射发射在广泛带宽的光。照明技能，有关与波长移荧光体纯色LED中是仅有的是一个挨近抱负的人工光源，由于它们能够挨近地模仿太阳的光谱功率散布(SPD)，一起约束能量发射到可见光谱。
从黑体辐射器的输出能够被制作在CIE色彩空间，可作为LED的色彩相关温度(CCT)的基准的轨道的方法。 CCT是表征LED的一个重要参数，使得制作商能够供应一系列的白光器材，以满意多种运用。
本文着眼于CIE色度空间上的来历 – 梦想了很久以前的LED都是有用的干流照明的主意 – 并阐明怎么运用它来协助现代LED的开展和表征。
大天然的黑体辐射
在人类发现人工光照耀的仅有来历是太阳。数百万年的进化已形成眼睛都运行在阳光下优化和人类的天然光等舒适和安全联络起来。
太阳是(约)黑体辐射体发光热进程的成果。光被界说为电磁辐射肉眼可见的。在阳光下，这种电磁辐射的首要来历是从原子被交融的热能在恒星的芯鼓励。
这种激起是高度无规的，但在微观尺度上，从黑体光发射可运用普朗克规律精确建模。该法描绘了黑色机身的热平衡，在必定的温度下所宣布的电磁辐射。在给定波长(包含那些在不可见光谱例如红外线和紫外线)为不同温度的黑体改动发射的能量;例如，在较低温度下更长(更红)波长分配和黑色的机身将宣布暗赤色。温暖的黑色体从亮堂的黄色，以蓝白色宣布在较短(更蓝)波长更多的精力和规模的色彩，由于他们变得更热。
黑体的SPD的曲线示出的浓度，作为波长的函数，一个辐射或光衡量的如从光源辐射能量或辐射通量。在太阳外表的温度约为5250 K和它宣布的特征黄白色的中温星峰值排放(或许并不古怪考虑如安在Sun现已影响了眼睛的进化)中的可见部分谱。图1示出了各种黑色组织的SPD – 包含Sun的模仿发射在5000的K – 掩盖在电磁波谱的可见部分。
黑体辐射光谱功率散布的图画
图1：黑体辐射在选定的温度光谱能量散布。
(需求留意的是大气，这尤其是散射蓝光，改动了太阳的色彩在地球外表，当太阳开支经过更少的气氛它的光线传达，会呈现更多的“天然”(即黄白色)，而在晚上，例如，光跋涉经过的大气的较厚层，因此会呈现更红的蓝色波长的光被散射到更大的程度。)
CIE色度空间
CIE色度空间上来历于一系列的试验由威廉大卫·怀特和约翰协会在20世纪20年代末完结的。下图供应了第一个确认的量化物理纯色之间在可见电磁频谱和生理感知色彩的人文色彩的视觉联络。
眼睛不检测一切色彩天公地道。例如，在视网膜上的彩传感锥体最灵敏的绿光。这些特别的细胞的灵敏度尾部脱敏捷朝蓝(和赤色)的光谱的一部分。锥体’在472毫微米灵敏度为蓝色光，例如，仅10%的那对555nm处的绿色。
什么特别新颖关于CIE色彩空间是，它运用了一组的配色函数是一个“规范”的人类观察者的色呼应的数值的阐明。的配色函数相关联物理发生的光的光谱具有特定的三色值 – 因此考虑到眼睛的光感受器的改动的灵敏度。
CIE色度空间答应色度色彩运用两个导出的参数，x和y被制作的(色彩的质量，独立发光的指示)。不x和y中的色彩空间的一切值对应于可见的色彩。而是，一切的可见色彩被包含由“光谱轨道”和所界说的包络线内“紫色线。”该光谱轨道是一条曲线，绘出的x，y的值的色彩包含在整个可见光谱的单一波长。上的轨道的编号对应的色彩的波长。紫线 – 直线轨道由赤色和蓝色的混合的 – 构成了CIE色度空间的下鸿沟(图2)。
CIE色度空间图画
图2：CIE色彩空间表明普朗克轨道的方位。
一种五颜六色的色彩是由它的频谱上根本色彩(例如，赤色，橙色，黄色，绿色，蓝色，或紫色)来确认。包含一个或几个波长色彩的饱满度总是比光相同的色彩，但具有更宽的光谱带宽更大。越大光谱带宽(下降饱满度)进一步在x，y色度坐标移动从光谱轨道。在该图的色彩的中心区域是去饱满和表现出柔软的色彩。移动满足远到图中的中心和色彩成为白色和白色。白色一般被描绘为一个不存在的色彩和由许多波长。的最近点到在CIE色彩空间“纯”白的是，相当于将SPD在可见光谱的每个波长表现出持平的能量的点。这点有时标记为“E”上的CIE色空间，可是最小的感兴趣LED制作商的，由于这种技能不容易自身借给持平能量的光源的制作。
即一般包含在CIE色彩空间的另一要害特征是普朗克(或黑体)位点。这些是各种温度下的黑体的色度坐标从1000 K(深赤色)至10,000 K和上面的曲线(蓝白色)，参见图2的上方。
表征LED灯
之前，他们被以为用于照明运用，LED灯开端盛行的运用，如目标和标志。红，绿，蓝设备持续在他们的数十亿美元，以制作和LED制作商加入了其他照明设备制作商运用CIE色度空间上，以自己的产品特色。
色彩和饱满度(由LED的主波长确认的)能够运用图表清晰界说。 LED的色彩被界说为光谱轨道经过从等于能量在点(E)的线经过在x，LED的y坐标相交的波长。饱满是由LED的x的方位来确认，Y沿着这条线的坐标。假如x，y坐标是共同E中的纯度为0。的LED待着朝向光谱轨道纯度增大的线的坐标，到达1在轨道(图3)。
色彩和饱满度的LED图画
图3：CIE色彩空间能够用来清晰界说的LED和其它光源的色彩和饱满度。 (剑桥大学出版社供应)[1]
这么多的纯色彩的LED，在这里咱们关怀的是用于照明运用的白色设备。 CIE色彩空间能够被用于指示规模(或“域”)的色彩的组合红，绿，蓝(RGB)LED可发生。的光的细心混合是发生“白”发光二极管的一种方法。或许x和RGB组合的y坐标的规模将落入一个三角形，其极点是在x内，三源的y坐标(参照技能专区文章“第三种方法为白光LED”)。
可是，当今的大多数商业白光LED照明运用结合了宝蓝色钇铝石榴石(YAG)荧光粉LED。大多数LED的光子被磷光体吸收，而且，经过称为斯托克斯移位的处理，被从头发射在光谱的黄色和赤色部分。剩下的蓝色光子发射不受影响，并用黄色和赤色的光结合发生白光(见技能专区的文章“更白，更亮的LED”)。
图4显现了欧司朗的OSLON SSL白光LED的相对光谱发射(该芯片具有106流明/瓦，在350毫安/的成效2.95 V)。需求留意的是大的峰值呈现在蓝色区域(从LED的直接奉献)，以进一步驼峰由磷光体发生的黄色和赤色区域。
欧司朗OSLON SSL白光LED光谱功率散布的图画
图4：来自欧司朗OSLON SSL白光LED光谱功率散布。虚线钟形曲线是人眼的灵敏度函数。
完美的人工光
虽然在CIE色彩空间由几十年早商业的LED，但事实上，纯色LED与波长移荧光结盟是一个挨近抱负的人工光源，用于匹配黑体辐射体的SPD和约束能量发射到在可见光谱使得图中的抱负机制，开发和检定白光LED。
与传统照明竞赛，LED厂商尽力出产出优质的产品。显色指数(CRI)和相关色温度(CCT)界说了从设备质量轻。
CRI是的光源的重现各种物体的色彩忠实地在与抱负的或天然的光源比较的才能的定量丈量。阳光作为基准，具有100的CRI(见技能专区的文章“什么是显色指数，它为什么如此重要?”)。今世的LED，如Cree的的XLamp XM-L2芯片)和欧司朗的OSLON SSL宗族(在700毫安/ 2.9V的153流明/瓦)具有的CRI为8085的规模内。
虽然CRI没有在CIE色度空间界说，CCT最绝的是。 CCT被界说为“普朗克[或黑体]散热器的感知的色彩最类似，一个给定的影响在相同的亮度和在特定观看条件下的温度”。
经过略微改动的荧光化学，制作商能够改动他们的白光LED的色温。图5示出了怎么白色LED具有不同色温的光谱改动。这个比如显现了Cree公司的XLamp XM-L2系列LED。
相对光谱排放量为Cree白光LED的图片
图5：相对光谱排放不同色温的Cree公司白光LED。
请留意，“暖”白光LED实践上有较低的相关色温。来自这些设备的输出中含有较多的赤色波长的光，其中将移动到普朗克轨道的较冷端的辐射，即便人的感知决议了色彩是温暖。 “冷”白光LED发射更蓝，和辐射被归类为热，虽然再次，人类有一个替代的感知，其确认的光冷却器。制作商出产白色LED，归类为“暖白”(2600至3700CCT)，“中性白”(3700为5000 K CCT)和“冷白”(50008300 K)输出。
这些产品系列合适不同的运用。例如，顾客更喜爱暖白色家用设备，而企业发现，职工在冷白光照明功率更高。
这是不或许的牢靠制作彻底相同的CCT的发光二极管。相反，制作商组具有类似CIE色坐标转换成“垃圾桶”的分组是经过与这些四边形具有相同CCT笔直套CIE色度空间小四边形确认(见技能专区的文章“界说的白光LED的色彩特性“)。
杰出的LED规划
顾客乐意替代时间短的，低功率的传统光源与固态照明，假如制作商能供应的产品宣布高品质的光。 CIE色度空间上现已证明一个名贵的东西LED厂商开发这样的产品，由于它考虑到了眼睛的不同感光度不同的色彩，并选用人工照明在普朗克轨道的方法确认排放量的色彩的重要依据温度升高的黑色体。
有关本文中评论的部件的更多信息，请供应给拜访该向Digi-Key网站的产品信息页面的链接。
