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

Hört sich richtig an. Um Weiß (6500 K) mit NTSC-Leuchtstoffen (Farbfernsehen) zu erhalten, sind die relativen Intensitäten G = 0,59, R = 0,3, B = 0,11 – die meiste Energie liegt im Grün, am wenigsten im Blau. (etwas anders gerundete Zahlen in Wikipedia ) Bei gleicher Intensität würde Blau am hellsten erscheinen. Die tatsächlichen Zahlen werden hier abweichen (LEDs, nicht Phosphore), 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 ist, dass 100 mcd rotes, grünes oder blaues Licht als gleich hell empfunden werden.

Nun, da ich den Prozess der Farbraumkonvertierung verstehe, folgt daraus nicht, dass das Mischen gleich 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 für Grün. Die tatsächliche Intensität des grünen Lichts wird also in der Definition der Candela reduziert , um die gleiche wahrgenommene Intensität wie Rot, Blau zu ergeben (Nitpick: Ich glaube, die anderen Intensitäten werden stattdessen erhöht). Um die drei dann zu mischen und weiß zu machen, müssen wir die wahrgenommene Intensität des grünen Lichts erhöhen, um die richtige Intensität im gemischten Licht wiederherzustellen. (Deshalb muss die gemessene Intensität bei der Wellenlänge am größten sein, wo unsere Augen am empfindlichsten sind. Das würde sonst keinen Sinn machen!)

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

BEARBEITEN: Ein interessanter Artikel platziert die Quanteneffizienz von roten und blauen LEDs im Bereich von 70-80%, weit über der von (vor 2008) grünen LEDs (schließlich ist es ein Verkaufsargument!). Dies macht es wahrscheinlich, dass, was auch immer der Grund für die geringe Intensität der blauen LEDs ist, es nicht so ist, dass sie schwierig herzustellen sind.

Die relativen Intensitäten der drei fraglichen LEDs sind also der Versuch des Herstellers, diese Gewichtung rückgängig zu machen und die LEDs so anzupassen, dass das erzeugte Licht bei Nennstrom ungefähr weiß ist.

Abbildung (Bildquelle) Zumindest für meine Augen ist G in der obigen Abbildung bei weitem die hellste Primärfarbe, R die zweite und B die dunkelste, aber wenn sie gemischt werden, erzeugen sie ein ziemlich gutes Weiß.

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

RGB-LEDs sind nicht dazu gedacht, weißes Licht zu erzeugen. Sie sollen einen bestimmten Farbraum erreichen , der von der LED darstellbar ist. Und das tun sie. Wenn die drei Kanäle mit einer 8-Bit-Auflösung angesteuert werden, werden wahrscheinlich nur weniger als 1 % aller möglichen Einstellungen eine Lichtmischung auf der Planckschen Ortskurve ergeben. Wikipedia über den Planckschen Ort , wo weißes Licht zu finden ist. Man kann also vermuten, dass weißes Licht nicht das primäre Ziel einer RGB-LED ist.

Die Farbskala ist ein Ergebnis der Anwendungsfallanalyse, die ein Hersteller durchführt. In den meisten Fällen erfordert der Anwendungsfall eine hohe Leistung für Signalfarben wie Rot, Grün und Gelb, aber 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, die Plancksche Ortskurve zu treffen, wenn alle LEDs mit 100 % betrieben werden. Das menschliche Auge toleriert viele MacAdam-Ellipsen abseits der Planckschen Ortskurve, wenn es keine gute Lichtquelle zum Vergleich hat und noch mehr, wenn der Besitzer des Auges die LEDs zum Schnäppchenpreis bekommen hat.

Wie ich in meinem Kommentar geschrieben habe, ist die Chipgröße der drei Farben normalerweise gleich, was zu einer nahezu gleichen elektrischen und thermischen Nennleistung für alle drei Chips führt. Dies und die begrenzte Bandbreite der derzeit verfügbaren Epitaxieverfahren hindern die Hersteller schließlich daran, "es allen recht zu machen". Daher ist es äußerst unwahrscheinlich, ein RGB-Gerät zu bekommen, das die Plancksche Ortskurve trifft, wenn es mit 100 % angesteuert wird. Obendrein, selbst wenn es einen RGB-Chip mit dieser Eigenschaft gäbe, würde er bei einer nur 20° höheren Umgebungstemperatur nicht das gleiche Ergebnis liefern.

Wenn weißes Licht bei 100 % Strom für alle LEDs gewünscht wird, muss noch eine weitere Tatsache berücksichtigt werden. Farb-LED erzeugen jeweils ein schmales Spektrum um ihre sogenannte dominante Wellenlänge$λ_{dom}$. Damit sie gemeinsam ein weißes Spektrum imitieren, müssen sie entweder benachbarte spektrale Buckel haben oder mehr Licht erzeugen, wenn ihre dominante Wellenlänge weit von den benachbarten LEDs entfernt ist. Bei RGB befindet sich der grüne tatsächlich in einer langen Lücke zwischen R und B. Daher muss die Ausgangsleistung erhöht werden, um den gleichen Tristimulus wie Tageslicht zu erzeugen. Das bedeutet, dass die grüne LED die Hauptlast trägt, indem sie den Fluss für ein weiß erscheinendes Licht bereitstellt. Das Auge verzeiht aufgrund seiner metameren Eigenschaften eher die eigentliche "Form" des Spektrums.

Die unverschämt miserable Farbwiedergabe von RGB-generiertem Weiß ist eine andere Geschichte .

LEDs unterschiedlicher Farben werden mit ganz unterschiedlichen Materialien und Prozessen und Designs hergestellt. Es gibt keine Garantie, dass sie die gleiche Helligkeit haben. Es ist sinnvoller, effizientere LEDs einzusetzen, wenn sie verfügbar sind, anstatt die effizienteren zu verschlechtern, um die am wenigsten effiziente Farbe zu erreichen. Sicher müssen sie mit unterschiedlichen Strömen (oder Arbeitszyklen) betrieben werden, um einen Weißabgleich zu erhalten, aber das ist keine große Sache.

Wenn Sie die Spezifikationen genau beachten, werden Sie feststellen, dass die mcd-Werte mit ungefähr gleicher Leistung (30 mW) angegeben sind, die auf jede LED angewendet wird. Unter der Annahme, dass unser Auge "weiß" sieht, wenn die drei Farben die gleiche Leuchtkraft haben, wäre eine Möglichkeit, dies zu erreichen, die Helligkeit der roten und grünen LEDs 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, den der roten LED auf 8,8 mA reduzieren und den Strom der blauen LED auf 26 mA erhöhen. Dadurch würde jede LED ungefähr 625 mcd liefern. Dies setzt natürlich voraus, dass die blaue LED 26 mA verarbeiten kann, wenn nicht, müssten die Ströme proportional reduziert werden, basierend auf dem maximalen Strom, den die blaue LED verarbeiten kann.

Die Antwort auf Ihre Hauptfrage sind einfach die Herstellungs- und Preisbeschränkungen. Zu Ihrer zweiten Frage ... nein, es muss nicht gelblich aussehen, es hängt nur von der Genauigkeit ab, mit der Sie die Ströme zu den LEDs (und Hintergrundhelligkeit) ausgleichen. Für die dritte Frage ist die Antwort ähnlich wie im ersten Fall, die Optimierung des Herstellungsprozesses diktiert gleiche Die-Größe, Abscheidungsprozess usw.