Dlaczego trójskładnikowe diody LED w diodzie RGB są tak niezrównoważone?

Niedawno sprecyzowałem niektóre diody LED RGB dla projektu, kiedy zauważyłem, że oceny millicandela dla trzech kolorów rzadko są zbliżone do tej samej liczby. (tj. 710 mcd czerwony, 1250 mcd zielony, 240 mcd niebieski).

Czy to w jakiś sposób się anuluje, czy oznacza to, że dioda LED zawsze będzie wyglądać żółtawo?

Ponadto, dlaczego producenci produkują takie niezrównoważone diody LED? Czy nie byłoby sensowniej sparować 3 diody LED o tej samej jasności?

Przykład: CLY6D-FKC-CK1N1D1BB7D3D3 wykonany przez Cree

Brzmi dobrze. Aby uzyskać biel (6500 K) przy użyciu luminoforów NTSC (telewizja kolorowa), względne intensywności wynoszą G = 0,59, R = 0,3, B = 0,11 - większość energii jest w kolorze zielonym, a najmniej w niebieskim. (nieco inaczej zaokrąglone liczby w Wikipedii ) Przy jednakowej intensywności niebieski byłby najjaśniejszy. Rzeczywiste liczby będą się tutaj różnić (diody LED nie luminofory), ale względne intensywności są w rzeczywistości bardziej podobne niż się spodziewałem.

Ciekawy komentarz Spehro w pewien sposób wyjaśnia, dlaczego. Candela to definicja natężenia światła ważona tak, aby 100 mcd światła czerwonego, zielonego lub niebieskiego było postrzegane jako równie jasne.

Teraz, gdy rozumiem proces konwersji przestrzeni kolorów - nie wynika z tego, że mieszanie równych postrzeganych intensywności R, G, B spowoduje, że postrzegamy jako biały!

Rzeczywiście, jak to możliwe? Nasze oczy są najbardziej wrażliwe na zieleń. Tak więc rzeczywista intensywność zielonego światła jest zmniejszona w definicji Candeli, aby dać taką samą postrzeganą intensywność jak czerwony, niebieski (Nitpick: Myślę, że zamiast tego inne intensywności są zwiększone). Następnie, aby zmieszać trzy i zrobić biel, musimy zwiększyć postrzeganą intensywność zielonego światła, aby przywrócić właściwą intensywność w mieszanym świetle. (Dlatego zmierzona intensywność musi być największa przy długości fali, w której nasze oczy są najbardziej wrażliwe. W przeciwnym razie nie miałoby to sensu!)

Innymi słowy, 100 mcd każdego czerwonego, zielonego i niebieskiego zawiera znacznie mniej rzeczywistej energii na zielonym kanale, podczas gdy prawdziwe białe światło zawierałoby w przybliżeniu jednakową energię w każdym kanale - stąd definicja „białego szumu” w elektronice.

EDYCJA: Ciekawy artykuł umieszcza wydajności kwantowe czerwonych i niebieskich diod LED w regionie 70-80%, znacznie powyżej wydajności (przed 2008 r.) Zielonych diod LED (w końcu to skala sprzedaży!). To sprawia, że ​​jest prawdopodobne, że niezależnie od przyczyny niskiej intensywności niebieskich diod LED, nie jest to trudne.

Zatem względne intensywności trzech diod LED w pytaniu są próbą cofnięcia tego ważenia i dopasowania diod LED przez producenta, aby generowane światło było w przybliżeniu białe przy prądzie znamionowym.

Ilustracja (źródło obrazu) Na moich oczach przynajmniej na powyższej ilustracji G jest zdecydowanie najjaśniejszym pierwiastkiem, z R drugą i B najciemniejszą, ale po zmieszaniu dają całkiem niezłą biel.

Nie twierdzę, że inne odpowiedzi są błędne, ale brakuje im dwóch ważnych punktów. Jeden z nich, który uważam za najbardziej odpowiedni.

Diody RGB-LED nie są przeznaczone do wytwarzania białego światła. Mają one dotrzeć do pewnej gamy Wikipedii na gamut , tj. Przestrzeni kolorów, którą może wyświetlać dioda LED. I robią. Jeśli trzy kanały są napędzane z 8-bitową rozdzielczością, prawdopodobnie tylko mniej niż 1% wszystkich możliwych ustawień da lekką mieszankę w locus Planckiana. Wikipedia o locus planckian , gdzie można znaleźć białe światło. Można się więc domyślać, że białe światło nie jest głównym celem LED RGB.

Gama jest wynikiem analizy przypadku użycia przeprowadzanej przez producenta. W większości przypadków przypadek użycia wymaga dużej mocy wyjściowej dla kolorów sygnałów takich jak czerwony, zielony i żółty, ale tylko ograniczona moc przy wytwarzaniu białego światła.

Nawet jeśli przypadek użycia obejmuje wszechobecne paski LED RGB, nie jest konieczne ani możliwe uderzenie w miejsce Planckiana podczas jazdy wszystkimi diodami LED w 100%. Ludzkie oko toleruje wiele elips MacAdama z dala od locus Planckiego, gdy nie ma dobrego źródła światła do porównania, a nawet więcej, gdy właściciel oka dostał diody LED po okazyjnej cenie.

Jak napisałem w moim komentarzu, rozmiar matrycy trzech kolorów jest zwykle równy, co prowadzi do prawie równej mocy elektrycznej i cieplnej wszystkich trzech układów. To i ograniczona przepustowość obecnego dostępnego procesu epitaksjalnego ostatecznie uniemożliwia producentom „zadowolenie wszystkich”. Dlatego jest bardzo mało prawdopodobne, aby urządzenie RGB uderzyło w locus Planckiana, gdy jest napędzane w 100%. Co więcej, nawet gdyby istniał układ RGB o tej właściwości, nie osiągnąłby tego samego wyniku w temperaturze otoczenia tylko o 20 ° wyższej.

Jest jeszcze jeden fakt do rozważenia, czy białe światło jest pożądane przy 100% natężeniu dla wszystkich diod LED. Każda z kolorowych diod LED wytwarza wąskie spektrum wokół tak zwanej dominującej długości fali . Aby imitować białe spektrum razem, muszą albo mieć sąsiadujące garby widmowe, albo wytwarzać więcej światła, jeśli ich dominująca długość fali jest daleka od sąsiednich diod LED. W przypadku RGB zielony jest w rzeczywistości w długiej szczelinie między R i B. Tak więc moc wyjściowa musi zostać zwiększona, aby wygenerować ten sam trójbok co światło dzienne. Oznacza to, że zielona dioda LED przenosi główny ładunek, zapewniając strumień dla światła, które wydaje się białe. Oko dzięki swoim właściwościom metamerycznym jest raczej wybaczające w odniesieniu do faktycznej „formy” widma.$λ_{dom}$

Skandalicznie fatalne odwzorowanie kolorów bieli generowanej przez RGB to kolejna historia .

Diody LED w różnych kolorach są wykonane z całkiem różnych materiałów, procesów i wzorów. Nie ma gwarancji, że okażą się tej samej jasności. Bardziej sensowne jest umieszczanie tam bardziej wydajnych diod LED, gdy są one dostępne, niż degradowanie bardziej wydajnych w celu dopasowania do najmniej wydajnego koloru. Pewnie będą musieli biegać przy różnych prądach (lub cyklach roboczych), aby uzyskać balans bieli, ale to nie jest wielka sprawa.

Jeśli zwrócisz szczególną uwagę na specyfikację, zauważysz, że wartości mcd są podawane z mniej więcej równą mocą (30 mW) zastosowaną do każdej diody LED. zakładając, że nasze oko zobaczy „biały”, gdy trzy kolory będą miały tę samą jasność, jednym ze sposobów na osiągnięcie tego byłoby zmniejszenie jasności czerwonych i zielonych diod LED i zwiększenie jasności niebieskiej diody LED. Zakładając, że jasność jest proporcjonalna do prądu, zmniejszyłbym prąd zielonej diody LED do 5ma, czerwony LED do 8,8ma, a niebieski zwiększy się do 26ma. Dzięki temu każda dioda LED zapewnia około 625 mcd. Oczywiście zakłada to, że niebieska dioda LED może obsłużyć 26 mA, w przeciwnym razie prądy musiałyby zostać proporcjonalnie zmniejszone w oparciu o maksymalny prąd, który niebieska dioda LED może obsłużyć.

Odpowiedź na twoje główne pytanie dotyczy po prostu ograniczeń produkcyjnych i cenowych. W przypadku drugiego pytania ... nie, nie musi wyglądać żółtawo, zależy to tylko od dokładności, z jaką równoważymy prądy z diodami LED (i jasnością tła). W przypadku trzeciego pytania odpowiedź jest podobna do pierwszego przypadku, optymalizacja procesu produkcyjnego dyktuje jednakowy rozmiar matrycy, proces osadzania itp.