LED色彩與工藝 發(fā)光強度等基礎知識介紹

LED 是取自 Light Emitting Diode 三個(gè)字的縮寫(xiě)，中文譯為“發(fā)光二極管”，顧名思義發(fā)光二極管是一種可以將電能轉化為光能的電子器件具有二極管的特性。目前不同的發(fā)光二極管可以發(fā)出從紅外到藍間不同波長(cháng)的光線(xiàn)，目前發(fā)出紫色乃至紫外光的發(fā)光二極管也已經(jīng)誕生。除此之外還有在藍光 LED 上涂上熒光粉，將藍光轉化成白光的白光 LED。

LED的色彩與工藝：
　
制造LED的材料不同，可以產(chǎn)生具有不同能量的光子，借此可以控制LED所發(fā)出光的波長(cháng)，也就是光譜或顏色。歷史上第一個(gè)LED所使用的材料是砷(As)化鎵(Ga) ,其正向PN結壓降(VF，可以理解為點(diǎn)亮或工作電壓)為1.424V，發(fā)出的光線(xiàn)為紅外光譜。另一種常用的LED材料為磷(P)化鎵(Ga)，其正向PN結壓降為2.261V，發(fā)出的光線(xiàn)為綠光。

基于這兩種材料，早期 LED工業(yè)運用GaAs1-xPx材枓結構，理論上可以生產(chǎn)從紅外光一直到綠光范圍內任何波長(cháng)的LED，下標X代表磷元素取代砷元素的百分比。一般通過(guò)PN結壓降可以確定LED的波長(cháng)顏色。其中典型的有GaAs0.6P0.4 的紅光 LED，GaAs0.35P0.65 的橙光LED，GaAs0.14P0.86 的黃光 LED等。由于制造采用了鎵、砷、磷三種元素，所以俗稱(chēng)這些LED為三元素發(fā)光管。而GaN（氮化鎵）的藍光 LED 、GaP 的綠光 LED和GaAs紅外光LED，被稱(chēng)為二元素發(fā)光管。而目前最新的工藝是用混合鋁(Al)、鈣(Ca) 、銦(In)和氮(N)四種元素的AlGaInN 的四元素材料制造的四元素LED，可以涵蓋所有可見(jiàn)光以及部份紫外光的光譜范圍。

發(fā)光強度：

發(fā)光強度的衡量單位有照度單位（勒克司Lux）、光通量單位（流明Lumen）、發(fā)光強度單位（燭光　Candle power）

1CD（燭光）指完全輻射的物體，在白金凝固點(diǎn)溫度下，每六十分之一平方厘米面積的發(fā)光強度。（以前指直徑為2.2厘米，質(zhì)量為75.5克的鯨油燭，每小時(shí)燃燒7.78克，火焰高度為4.5厘米，沿水平方向的發(fā)光強度）

1L（流明）指1 CD燭光照射在距離為1厘米，面積為1平方厘米的平面上的光通量。

1Lux（勒克司）指1L的光通量均勻地分布在1平方米面積上的照度。

一般主動(dòng)發(fā)光體采用發(fā)光強度單位燭光　CD，如白熾燈、LED等；反射或穿透型的物體采用光通量單位流明L，如LCD投影機等；而照度單位勒克司Lux，一般用于攝影等領(lǐng)域。三種衡量單位在數值上是等效的，但需要從不同的角度去理解。比如：如果說(shuō)一部LCD投影機的亮度（光通量）為1600流明，其投影到全反射屏幕的尺寸為60英寸（1平方米），則其照度為1600勒克司，假設其出光口距光源1厘米，出光口面積為1平方厘米，則出光口的發(fā)光強度為1600CD。而真正的LCD投影機由于光傳播的損耗、反射或透光膜的損耗和光線(xiàn)分布不均勻，亮度將大打折扣，一般有50％的效率就很好了。

實(shí)際使用中，光強計算常常采用比較容易測繪的數據單位或變向使用。對于LED顯示屏這種主動(dòng)發(fā)光體一般采用CD／平方米作為發(fā)光強度單位，并配合觀(guān)察角度為輔助參數，其等效于屏體表面的照度單位勒克司；將此數值與屏體有效顯示面積相乘，得到整個(gè)屏體的在最佳視角上的發(fā)光強度，假設屏體中每個(gè)像素的發(fā)光強度在相應空間內恒定，則此數值可被認為也是整個(gè)屏體的光通量。一般室外LED顯示屏須達到4000CD／平方米以上的亮度才可在日光下有比較理想的顯示效果。普通室內LED，最大亮度在700～2000 CD／平方米左右。
　　
單個(gè)LED的發(fā)光強度以CD為單位，同時(shí)配有視角參數，發(fā)光強度與LED的色彩沒(méi)有關(guān)系。單管的發(fā)光強度從幾個(gè)mCD到五千mCD不等。LED生產(chǎn)廠(chǎng)商所給出的發(fā)光強度指LED在20mA電流下點(diǎn)亮，最佳視角上及中心位置上發(fā)光強度最大的點(diǎn)。封裝LED時(shí)頂部透鏡的形狀和LED芯片距頂部透鏡的位置決定了LED視角和光強分布。一般來(lái)說(shuō)相同的LED視角越大，最大發(fā)光強度越小，但在整個(gè)立體半球面上累計的光通量不變。

當多個(gè)LED較緊密規則排放，其發(fā)光球面相互疊加，導致整個(gè)發(fā)光平面發(fā)光強度分布比較均勻。在計算顯示屏發(fā)光強度時(shí)，需根據LED視角和LED的排放密度，將廠(chǎng)商提供的最大點(diǎn)發(fā)光強度值乘以30％～90％不等，作為單管平均發(fā)光強度。

一般LED的發(fā)光壽命很長(cháng)，生產(chǎn)廠(chǎng)家一般都標明為100,000小時(shí)以上，實(shí)際還應注意LED的亮度衰減周期，如大部分用于汽車(chē)尾燈的UR紅管點(diǎn)亮十幾至幾十小時(shí)后，亮度就只有原來(lái)的一半了。亮度衰減周期與LED生產(chǎn)的材料工藝有很大關(guān)系，一般在經(jīng)濟條件許可的情況下應選用亮度衰減較緩慢的四元素LED。

配色、白平衡：

白色是紅綠藍三色按亮度比例混合而成，當光線(xiàn)中綠色的亮度為69%，紅色的亮度為21％，藍色的亮度為10％時(shí)，混色后人眼感覺(jué)到的是純白色。但LED紅綠藍三色的色品坐標因工藝過(guò)程等原因無(wú)法達到全色譜的效果，而控制原色包括有偏差的原色的亮度得到白色光，稱(chēng)為配色。

當為全彩色LED顯示屏進(jìn)行配色前，為了達到最佳亮度和最低的成本，應盡量選擇三原色發(fā)光強度成大致為3:6:1比例的LED器件組成像素。

白平衡要求三種原色在相同的調灰值下合成的仍舊為純正的白色。

原色、基色：

原色指能合成各種顏色的基本顏色。色光中的原色為紅、綠、藍，下圖為光譜表，表中的三個(gè)頂點(diǎn)為理想的原色波長(cháng)。如果原色有偏差，則可合成顏色的區域會(huì )減小，光譜表中的三角形會(huì )縮小，從視覺(jué)角度來(lái)看，色彩不僅會(huì )有偏差，豐富程度減少。

LED發(fā)出的紅、綠、藍光線(xiàn)根據其不同波長(cháng)特性和大致分為紫紅、純紅、橙紅、橙、橙黃、黃、黃綠、純綠、翠綠、藍綠、純藍、藍紫等，橙紅、黃綠、藍紫色較純紅、純綠、純藍價(jià)格上便宜很多。三個(gè)原色中綠色最為重要，因為綠色占據了白色中69％的亮度，且處于色彩橫向排列表的中心。因此在權衡顏色的純度和價(jià)格兩者之間的關(guān)系時(shí)，綠色是著(zhù)重考慮的對象。