Mengapa tiga komponen LED dalam LED RGB begitu tidak seimbang?

Saya baru-baru ini menentukan beberapa LED RGB untuk suatu proyek, ketika saya perhatikan bahwa peringkat millicandela pada tiga warna jarang mendekati angka yang sama. (yaitu 710mcd Merah, Hijau 1250mcd, Biru 240mcd).

Apakah ini membatalkan entah bagaimana, atau apakah ini berarti bahwa LED akan selalu terlihat kekuningan?

Juga, mengapa produsen membuat LED yang tidak seimbang? Bukankah lebih masuk akal untuk memasangkan 3 LED dengan kecerahan yang kira-kira sama?

Contoh: CLY6D-FKC-CK1N1D1BB7D3D3 dibuat oleh Cree

Kedengarannya benar. Untuk mendapatkan putih (6500K) menggunakan fosfor NTSC (TV berwarna), intensitas relatif adalah G = 0,59, R = 0,3, B = 0,11 - sebagian besar energi berada di hijau, paling tidak di biru. (angka dibulatkan sedikit berbeda di Wikipedia ) Pada intensitas yang sama, biru akan tampak paling terang. Angka sebenarnya akan berbeda di sini (LED bukan fosfor) tetapi intensitas relatif sebenarnya lebih mirip daripada yang saya harapkan.

Komentar Spehro yang menarik menjelaskan beberapa alasan. Candela adalah definisi intensitas cahaya yang ditimbang sedemikian rupa sehingga 100mcd cahaya merah, hijau, atau biru dianggap sama cerahnya.

Sekarang setelah saya memahami proses konversi ruang warna - itu tidak mengikuti dari itu, bahwa pencampuran intensitas yang dirasakan sama R, G, B akan menghasilkan apa yang kita lihat sebagai putih!

Memang bagaimana mungkin? Mata kita paling peka terhadap hijau. Jadi intensitas sebenarnya dari lampu hijau berkurang dalam definisi Candela untuk memberikan yang sama dirasakan intensitas seperti merah, biru (nitpick: Saya percaya intensitas lainnya meningkat sebagai gantinya). Kemudian, untuk mencampur ketiganya dan menjadikannya putih, kita perlu meningkatkan intensitas cahaya hijau untuk mengembalikan intensitas cahaya yang tepat. (Itulah sebabnya intensitas yang diukur harus terbesar pada panjang gelombang di mana mata kita paling sensitif. Itu tidak masuk akal jika tidak!)

Dengan kata lain, masing-masing 100mcd merah, hijau dan biru mengandung lebih sedikit energi aktual pada saluran hijau, sedangkan cahaya putih sejati akan mengandung energi yang kira-kira sama di setiap saluran - karenanya definisi "white noise" dalam elektronik.

EDIT: Sebuah artikel menarik menempatkan efisiensi kuantum LED merah dan biru di wilayah 70-80%, jauh di atas (sebelum 2008) LED hijau (bagaimanapun, ini adalah promosi dagang!). Hal ini memungkinkan, apa pun alasan intensitas rendah LED biru, bukan karena itu yang sulit dibuat.

Jadi intensitas relatif dari tiga LED dalam pertanyaan adalah upaya pabrikan untuk membatalkan bobot ini dan mencocokkan LED sehingga cahaya yang dihasilkan kira-kira putih pada arus pengenal.

Ilustrasi (sumber gambar) Menurut saya setidaknya, dalam ilustrasi di atas, G sejauh ini merupakan primer yang paling terang, dengan R kedua dan B paling gelap, namun ketika dicampur, mereka menghasilkan warna putih yang cukup bagus.

Saya tidak mengklaim jawaban lain salah, tetapi mereka kehilangan dua poin penting. Salah satunya yang menurut saya paling relevan.

RGB-LED tidak dimaksudkan untuk menghasilkan cahaya putih. Mereka dimaksudkan untuk mencapai gamut Wikipedia tertentu pada gamut , yaitu ruang warna yang dapat ditampilkan oleh LED. Dan mereka melakukannya. Jika ketiga saluran digerakkan dengan resolusi 8-bit mungkin hanya kurang dari 1% dari semua pengaturan yang mungkin akan menghasilkan campuran ringan pada lokus Planckian. Wikipedia di lokus planckian , di mana cahaya putih dapat ditemukan. Jadi orang bisa menebak, cahaya putih bukan tujuan utama untuk LED RGB.

Keseluruhan adalah hasil dari analisis use case yang dilakukan pabrikan. Dalam kebanyakan kasus, kasus penggunaan menuntut output tinggi untuk warna sinyal seperti merah, hijau dan kuning tetapi daya hanya terbatas ketika menghasilkan cahaya putih.

Bahkan jika use case menutupi strip LED RGB yang ada di mana-mana, tidak perlu atau tidak mungkin mengenai lokus Planckian saat menggerakkan semua LED pada 100%. Mata manusia mentolerir banyak elips MacAdam dari lokus Planckian ketika tidak memiliki sumber cahaya yang baik untuk dibandingkan dan bahkan lebih ketika pemilik mata mendapatkan LED dengan harga murah.

Seperti yang saya tulis dalam komentar saya, ukuran die dari tiga warna biasanya sama yang mengarah ke peringkat daya listrik dan termal yang hampir sama untuk ketiga chip. Ini dan bandwidth terbatas dari proses epitaxial yang tersedia saat ini akhirnya mencegah produsen untuk "menyenangkan semua orang". Oleh karena itu sangat tidak mungkin untuk mendapatkan perangkat RGB yang mengenai lokus Planckian ketika dikendarai pada 100%. Selain itu, bahkan jika ada RGB-chip dengan properti itu, itu akan gagal menghasilkan hasil yang sama pada suhu sekitar 20 ° lebih tinggi.

Ada satu fakta lagi yang perlu dipertimbangkan jika cahaya putih diinginkan pada arus 100% untuk semua LED. Warna LED masing-masing menghasilkan spektrum sempit di sekitar yang disebut panjang gelombang dominan . Agar mereka meniru spektrum putih bersama-sama, mereka harus memiliki punuk spektral yang berdekatan atau menghasilkan lebih banyak cahaya, jika panjang gelombang dominannya jauh dari LED yang berdekatan. Untuk RGB, yang hijau sebenarnya ada di celah panjang antara R dan B. Jadi daya output harus ditingkatkan untuk menghasilkan tristimulus yang sama seperti siang hari. Ini berarti LED hijau memikul beban utama dalam menyediakan fluks untuk lampu yang tampak putih. Mata berkat sifat metameriknya agak memaafkan tentang "bentuk" sebenarnya dari spektrum.$λ_{dom}$

Render warna yang sangat buruk dari putih yang dihasilkan RGB adalah cerita lain .

LED dengan warna berbeda dibuat dengan bahan dan proses serta desain yang sangat berbeda. Tidak ada jaminan bahwa mereka akan berubah menjadi kecerahan yang sama. Lebih masuk akal untuk menempatkan LED lebih efisien di sana ketika mereka tersedia daripada menurunkan yang lebih efisien untuk mencocokkan warna yang paling tidak efisien. Tentu mereka harus berlari pada arus yang berbeda (atau siklus tugas) untuk mendapatkan keseimbangan putih, tapi itu bukan masalah besar.

Jika Anda memperhatikan spesifikasi, Anda akan melihat bahwa peringkat mcd diberikan dengan daya yang kira-kira sama (30mw) yang diterapkan untuk setiap LED. dengan asumsi bahwa mata kita akan melihat "putih" ketika ketiga warna memiliki luminositas yang sama, salah satu cara untuk mencapai ini adalah dengan mengurangi kecerahan LED merah dan hijau dan meningkatkan kecerahan LED biru. Dengan asumsi kecerahannya sebanding dengan arus, saya akan mengurangi arus LED hijau menjadi 5mA, LED merah menjadi 8,8mA, dan biru akan ditingkatkan menjadi 26mA. Ini akan membuat setiap LED menyediakan sekitar 625 mcd. Tentu saja, ini mengasumsikan LED biru dapat menangani 26 ma, jika tidak, arus harus dikurangi secara proporsional berdasarkan arus maks yang dapat ditangani oleh LED biru.

Jawab pertanyaan utama Anda, hanyalah kendala manufaktur dan harga. Untuk pertanyaan kedua Anda ... tidak, itu tidak harus terlihat kekuningan, itu hanya tergantung pada akurasi yang Anda gunakan untuk menyeimbangkan arus ke LED (dan kecerahan latar belakang). Untuk pertanyaan ketiga, jawabannya mirip dengan kasus pertama, mengoptimalkan proses pembuatan menentukan ukuran die yang sama, proses deposisi, dll.