LED配色、白平衡

    白色是紅綠藍三色按亮度比例混合而成，當光線中綠色的亮度為69%，紅色的亮度為21％，藍色的亮度為10％時，混色後人眼感覺到的是純白色。但LED紅綠藍三色的色品座標因工藝過程等原因無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，稱為配色。
   當為全彩色LED顯示幕進行配色前，為了達到最佳亮度和最低的成本，應儘量選擇三原色發光強度成大致為3:6:1比例的LED器件組成圖元。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。

多晶LED模組配色頻譜之研究	2011/8/12
LED照明為近 年來綠能產業發展的重點，使用LED 光源來取代各種照明情境的傳統光源，如辦公室格柵燈、走道或大廳使用的PAR 燈等，陸續有產品問世，應用市場前景看好。這些產品大多強調LED 的效率遠超過傳統燈源，卻鮮少提到光的「品質」。所謂光的品質是指光的演色性(Color Rendering)、均勻性及出光角度是否造成炫光等問題，其中，演色性為展現被照物體原色的能力，為照明最重視的部分。然而，白光LED 由於頻譜的特性，發展至今，演色性仍普遍不及傳統燈源，如鹵素燈、陶瓷複金屬燈等。若要提升白光LED 的演色性，可同時使用多種螢光粉的搭配來調整頻譜顏色，但往往無法兼顧發光效率。另一種方法就是除了白光LED 外，再加入其他顏色的LED 晶粒，形成光源模組(Module)，此方法的好處在於可以兼顧演色性與發光效率，同時藉由電流驅動控制，可以改變色光。 高演色性白光LED 之色座標 白光光源的調色除了要盡量達到高演色性之外，還必須考慮色座 標點。圖二為CIE 1931 的色座標(CIE 1931 Color Space)，任何一個光源所發出的可見光，都可經量測、計算得到對應的x 、y 值而描繪在色座標上得到一個座標點。圖中黑色曲線被稱為黑體輻射之蒲朗克曲線(Planckian Locus)，只有座標點剛好座落在此一曲線上的光源色溫，才稱得上是真正的色溫。曲線上不同的點就代表不同色溫(Color Temperature)的白光，由右到左色溫遞增。 圖二、CIE 1931 色座標與蒲朗克曲線分布 RGBW 全蒲朗克曲線高演色性白光LED 模組 上述僅使用單一紅光來調整色座標的方法只適用在 2800K~3200 K 色溫的暖白光，且螢光粉配比、紅光波長確定後，只會與蒲朗克曲線交於一點，也就是只能得到一固定色溫的白光。如果能夠在變動色溫的同時，讓色座標都落於蒲 朗克曲線上，則必須加入紅光以外的晶粒。如圖六所示，當圖五的光源模組再加入單波長(465 nm)的藍光晶粒，則混光後的色座標變動就不只是如圖四般在一條線上，而是如圖六的三角形區塊內(∆RYB)，所以可以調出來的白光就是W’ 與W之間的蒲朗克曲線，即白光的可調色溫範圍大約在3100K~6000K ，然而，雖然理論上一定可以得到這個色溫範圍內的白光，但當色溫越高時，紅光的成分必須越少，這會使得演色性大幅下降。 圖十為工研院自行開發之矽基(Silicon Substrate)可調色溫高演色性白光模組，其中心區域共有64 顆藍光晶粒，並等分四區做不同濃度的螢光粉塗佈。W1~W4 四區在額定電流驅動下色溫分別約為3500K 、4400K 、5700K 、19000K ，藉由調整不同的電流比例可得到由3500K~19000K 的白光色溫，只是這些白光並非都是在蒲朗克曲線上的高演色白光，必須藉由周圍的R 、G 、B 來調光，以達到最佳的色點。例如，我們想要得到2800K 在蒲朗克曲線上的高演色性白光，首先調整W1：W2：W3：W4 = 1：1：0.25：0 ，得到一色溫4088K 偏黃色的白光，其色座標為圖十一的Y1 ，經由計算可知，蒲朗克曲線上色溫為2800K 的點為圖中的P1 ，為了將白光由Y1 移動到P1 ， R 、G 、B 混色後的座標點必須落於Y1 P1 的延伸線上。假如我們讓R 、G 、B 的比例為1.044：0.1831：0.053 ，混色後可得到的座標點為圖中的C1 ，接著只要變化W與RGB 的比重，座標點就會在線段Y1 C1 間呈線性變化，就這樣微調直到色座標逼近P1 點，可得到一色溫2800K 的暖色白光，其頻譜如圖十二所示的黑色虛線，經計算後的演色性(Ra)為89.5 。 圖十二、2800K 高演色白光頻譜及其參與配色的RGBW 個別頻譜 接著，若想得到3800K 的高演色性白光，如繼續使用上述4088K 的W1~W4 配比加上RGB ， 也可以調到蒲朗克曲線上3800K 的點(P2)，但是這樣的方式並不會得到最佳的演色性，較佳的點是由……以上內容為重點摘錄，如欲詳全文請見原文 作者：陳繼峰 / 工研院電光所 ★ 本文節錄自「工業材料雜誌296期」，更多資料請見：http://www.materialsnet.com.tw/DocView.aspx?id=9523