Warum sind die drei Komponenten-LEDs in einer RGB-LED so unsymmetrisch?

Ich habe kürzlich einige RGB-LEDs für ein Projekt spezifiziert, als ich bemerkte, dass die Millicandela-Bewertungen für die drei Farben selten in der Nähe der gleichen Anzahl liegen. (dh 710 mcd Rot, 1250 mcd Grün, 240 mcd Blau).

Geht das irgendwie kaputt oder sieht die LED immer gelblich aus?

Warum stellen Hersteller solche unsymmetrischen LEDs her? Wäre es nicht sinnvoller, 3 LEDs mit ungefähr derselben Helligkeit zu koppeln?

Beispiel: CLY6D-FKC-CK1N1D1BB7D3D3 von Cree

Hört sich richtig an. Um mit NTSC-Leuchtstoffen (Color TV) Weiß (6500K) zu erhalten, betragen die relativen Intensitäten G = 0,59, R = 0,3, B = 0,11. (geringfügig anders gerundete Zahlen in Wikipedia ) Bei gleicher Intensität würde Blau am hellsten erscheinen. Die tatsächlichen Zahlen werden hier abweichen (LEDs, keine Leuchtstoffe), aber die relativen Intensitäten sind tatsächlich ähnlicher als ich erwartet hatte.

Spehros interessanter Kommentar erklärt in gewisser Weise, warum. Die Candela ist eine Definition der Lichtstärke, die so gewichtet wird, dass 100 mcd rotes, grünes oder blaues Licht als gleich hell wahrgenommen werden.

Wenn ich jetzt den Prozess der Farbraumkonvertierung verstehe, folgt daraus nicht, dass das Mischen gleicher wahrgenommener Intensitäten von R, G, B zu dem führt, was wir als weiß sehen!

In der Tat, wie kann es? Unsere Augen sind am empfindlichsten gegenüber Grün. Daher wird die tatsächliche Intensität des grünen Lichts in der Definition der Candela reduziert , um dieselbe wahrgenommene Intensität wie bei Rot und Blau zu erhalten (Nitpick: Ich glaube, die anderen Intensitäten werden stattdessen erhöht). Um die drei zu mischen und weiß zu machen, müssen wir die wahrgenommene Intensität des grünen Lichts erhöhen, um die korrekte Intensität im gemischten Licht wiederherzustellen. (Deshalb muss die gemessene Intensität bei der Wellenlänge, bei der unsere Augen am empfindlichsten sind, am größten sein. Andernfalls ergibt das keinen Sinn!)

Mit anderen Worten, jeweils 100 mcd von Rot, Grün und Blau enthalten viel weniger tatsächliche Energie auf dem grünen Kanal, wohingegen echtes weißes Licht in jedem Kanal ungefähr die gleiche Energie enthalten würde - daher die Definition von "weißem Rauschen" in der Elektronik.

BEARBEITEN: In einem interessanten Artikel wird die Quanteneffizienz von roten und blauen LEDs in einem Bereich von 70-80% platziert, der weit über der von (vor 2008) grünen LEDs liegt (immerhin ein Verkaufsargument!). Dies macht es wahrscheinlich, dass die blauen LEDs, ungeachtet des Grundes für die geringe Intensität, nicht schwer herzustellen sind.

Die relative Intensität der drei in Frage kommenden LEDs ist also der Versuch des Herstellers, diese Gewichtung rückgängig zu machen und die LEDs so anzupassen, dass das erzeugte Licht bei Nennstrom annähernd weiß ist.

Illustration (Bildquelle) Zumindest für meine Augen ist G in der obigen Illustration mit Abstand die hellste Primärfarbe, wobei R und B am dunkelsten sind. Wenn sie jedoch gemischt werden, ergeben sie ein ziemlich gutes Weiß.

Ich behaupte nicht, dass die anderen Antworten falsch sind, aber sie verpassen zwei wichtige Punkte. Eine davon halte ich für die relevanteste.

RGB-LEDs sollen kein weißes Licht erzeugen. Sie sollen eine bestimmte Gamut- Wikipedia auf Gamut erreichen , dh den Farbraum, der von der LED angezeigt werden kann. Und sie tun es. Wenn die drei Kanäle mit einer 8-Bit-Auflösung angesteuert werden, ergeben wahrscheinlich nur weniger als 1% aller möglichen Einstellungen eine leichte Mischung auf dem Planckschen Locus. Wikipedia über Planckian Locus , wo weißes Licht zu finden ist. Man kann also vermuten, dass weißes Licht nicht das Hauptziel einer RGB-LED ist.

Die Skala ist ein Ergebnis der vom Hersteller durchgeführten Use-Case-Analyse. In den meisten Fällen erfordert der Anwendungsfall eine hohe Ausgangsleistung für Signalfarben wie Rot, Grün und Gelb, jedoch nur eine begrenzte Leistung bei der Erzeugung von weißem Licht.

Selbst wenn der Anwendungsfall die allgegenwärtigen RGB-LED-Streifen abdeckt, ist es weder notwendig noch möglich, den Planck'schen Ort zu treffen, wenn alle LED zu 100% angesteuert werden. Das menschliche Auge toleriert viele MacAdam-Ellipsen abseits des Planckschen Ortes, wenn es keine gute Lichtquelle zum Vergleich hat, und noch mehr, wenn der Besitzer des Auges die LEDs zu einem günstigen Preis erhalten hat.

Wie ich in meinem Kommentar schrieb, ist die Chipgröße der drei Farben normalerweise gleich, was zu einer nahezu gleichen elektrischen und thermischen Leistung für alle drei Chips führt. Dies und die begrenzte Bandbreite des derzeit verfügbaren epitaktischen Prozesses hindern die Hersteller letztendlich daran, "allen zu gefallen". Daher ist es äußerst unwahrscheinlich, dass ein RGB-Gerät den Planckschen Locus trifft, wenn es mit 100% angesteuert wird. Selbst wenn es einen RGB-Chip mit dieser Eigenschaft gäbe, würde er bei einer Umgebungstemperatur von nur 20 ° nicht dasselbe Ergebnis erzielen.

Es ist eine weitere Tatsache zu berücksichtigen, ob für alle LEDs weißes Licht mit 100% Strom gewünscht wird. Farb-LED erzeugen jeweils ein enges Spektrum um ihre sogenannte dominante Wellenlänge . Damit sie zusammen ein weißes Spektrum imitieren können, müssen sie entweder benachbarte spektrale Buckel haben oder mehr Licht erzeugen, wenn ihre dominante Wellenlänge weit von den benachbarten LEDs entfernt ist. Bei RGB liegt die grüne tatsächlich in einer langen Lücke zwischen R und B. Daher muss die Ausgangsleistung erhöht werden, um den gleichen Farbraum wie das Tageslicht zu erzeugen. Dies bedeutet, dass die grüne LED die Hauptlast bei der Bereitstellung des Lichtstroms für ein weiß erscheinendes Licht trägt. Das Auge verzeiht aufgrund seiner metameren Eigenschaften eher die tatsächliche "Form" des Spektrums.$λ_{dom}$

Die unerhörte Farbwiedergabe von RGB-erzeugtem Weiß ist eine andere Geschichte .

LEDs unterschiedlicher Farben werden mit ganz unterschiedlichen Materialien und Prozessen und Designs hergestellt. Es gibt keine Garantie dafür, dass sie dieselbe Helligkeit haben. Es ist sinnvoller, effizientere LEDs einzusetzen, wenn sie verfügbar sind, als die effizienteren zu verschlechtern, um die Farbe mit der geringsten Effizienz zu erreichen. Sicher, sie müssen mit unterschiedlichen Strömen (oder Arbeitszyklen) laufen, um einen Weißabgleich zu erzielen, aber das ist keine große Sache.

Wenn Sie die technischen Daten genau beachten, werden Sie feststellen, dass die mcd-Werte mit ungefähr gleicher Leistung (30 mw) für jede LED angegeben werden. Unter der Annahme, dass unser Auge "weiß" sieht, wenn die drei Farben die gleiche Leuchtkraft haben, besteht ein Weg, dies zu erreichen, darin, die Helligkeit der roten und grünen LED zu verringern und die Helligkeit der blauen LED zu erhöhen. Unter der Annahme, dass die Helligkeit proportional zum Strom ist, würde ich den Strom der grünen LED auf 5 mA, die rote LED auf 8,8 mA und die blaue LED auf 26 mA reduzieren. Dies würde dazu führen, dass jede LED ungefähr 625 mcd liefert. Dies setzt natürlich voraus, dass die blaue LED 26 mA verarbeiten kann. Andernfalls müssten die Ströme proportional zum maximalen Strom reduziert werden, den die blaue LED verarbeiten kann.

Die Antwort auf Ihre Hauptfrage sind einfach die Herstellungs- und Preisbeschränkungen. Für Ihre zweite Frage ... nein, es muss nicht gelblich aussehen, es hängt nur von der Genauigkeit ab, mit der Sie die Ströme auf die LEDs (und die Hintergrundhelligkeit) abstimmen. Bei der dritten Frage ist die Antwort ähnlich wie im ersten Fall, da die Optimierung des Herstellungsprozesses die gleiche Größe der Matrize, den Abscheidungsprozess usw. vorschreibt.