¿Por qué los LED de tres componentes en un LED RGB están tan desequilibrados?

Suena bien. Para obtener blanco (6500K) usando fósforos NTSC (TV en color), las intensidades relativas son G = 0,59, R = 0,3, B = 0,11: la mayor parte de la energía está en el verde, menos en el azul. (Números redondeados ligeramente diferentes en Wikipedia ) A la misma intensidad, el azul parecería más brillante. Los números reales diferirán aquí (LED, no fósforos), pero las intensidades relativas son en realidad más similares de lo que esperaba.

El interesante comentario de Spehro explica de alguna manera por qué. La Candela es una definición de intensidad luminosa que se pondera de tal manera que 100mcd de luz roja, verde o azul se perciben como igualmente brillantes.

Ahora, según entiendo el proceso de conversión del espacio de color, no se deduce de eso que mezclar intensidades percibidas iguales de R, G, B dará como resultado lo que vemos como blanco.

De hecho, ¿cómo puede? Nuestros ojos son más sensibles al verde. Entonces, la intensidad real de la luz verde se reduce en la definición de Candela para dar la misma intensidad percibida que el rojo, azul (Nitpick: creo que las otras intensidades se incrementan en su lugar). Luego, para mezclar los tres y hacer blanco, necesitamos aumentar la intensidad percibida de la luz verde para restaurar la intensidad correcta en la luz mixta. (Es por eso que la intensidad medida debe ser mayor en la longitud de onda donde nuestros ojos son más sensibles. De lo contrario, ¡eso no tendría sentido!)

En otras palabras, 100mcd de rojo, verde y azul contienen mucha menos energía real en el canal verde, mientras que la luz blanca verdadera contendría aproximadamente la misma energía en cada canal, de ahí la definición de "ruido blanco" en electrónica.

EDITAR: un artículo interesante ubica las eficiencias cuánticas de los LED rojos y azules en la región del 70-80%, muy por encima de los LED verdes (anteriores a 2008) (¡después de todo, es un argumento de venta!). Esto hace probable que, sea cual sea la razón de la baja intensidad de los LED azules, no es que sean difíciles de fabricar.

Entonces, las intensidades relativas de los tres LED en la pregunta son el intento del fabricante de deshacer esta ponderación y hacer coincidir los LED para que la luz generada sea aproximadamente blanca a la corriente nominal.

Ilustración (fuente de la imagen) Al menos para mí, en la ilustración de arriba, G es, con mucho, el primario más brillante, con R en segundo lugar y B más oscuro, sin embargo, cuando se mezclan, producen un blanco bastante bueno.

No pretendo que las otras respuestas sean incorrectas, pero pasan por alto dos puntos importantes. Uno de ellos que considero el más relevante.

Los LED RGB no están destinados a producir luz blanca. Están destinados a alcanzar una cierta gama , es decir, el espacio de color que puede mostrar el LED. Y lo hacen. Si los tres canales se manejan con una resolución de 8 bits, probablemente solo menos del 1% de todas las configuraciones posibles producirán una mezcla ligera en el lugar geométrico de Planck. Wikipedia sobre el lugar geométrico de Planck , donde se puede encontrar la luz blanca. Entonces uno puede adivinar que la luz blanca no es el objetivo principal de un LED RGB.

La gama es el resultado del análisis de casos de uso que realiza un fabricante. En la mayoría de los casos, el caso de uso exige un alto rendimiento para colores de señal como el rojo, el verde y el amarillo, pero solo una potencia limitada cuando se produce luz blanca.

Incluso si el caso de uso cubre las omnipresentes tiras de LED RGB, no es necesario ni posible alcanzar el lugar geométrico de Planck cuando se enciende todo el LED al 100 %. El ojo humano tolera muchas elipses de MacAdam lejos del lugar geométrico de Planck cuando no tiene una buena fuente de luz para comparar y aún más cuando el dueño del ojo consiguió los LED a precio de ganga.

Como escribí en mi comentario, el tamaño de matriz de los tres colores suele ser el mismo, lo que conduce a una clasificación de potencia eléctrica y térmica casi igual para los tres chips. Esto y el ancho de banda limitado del proceso epitaxial actualmente disponible finalmente impiden a los fabricantes "complacer a todos". Por lo tanto, es extremadamente improbable obtener un dispositivo RGB que alcance el lugar geométrico de Planck cuando se conduce al 100 %. Además de eso, incluso si hubiera un chip RGB con esa propiedad, no produciría el mismo resultado a una temperatura ambiente solo 20 ° más alta.

Hay un hecho más a considerar si se desea luz blanca al 100 % de corriente para todos los LED. Cada LED de color produce un espectro estrecho alrededor de su llamada longitud de onda dominante$λ_{dom}$. Para que imiten un espectro blanco juntos, deben tener jorobas espectrales adyacentes o producir más luz, si su longitud de onda dominante está lejos de los LED adyacentes. Para RGB, el verde está, de hecho, en una gran brecha entre R y B. Por lo tanto, la potencia de salida debe aumentarse para generar el mismo triestímulo que la luz del día. Esto significa que el LED verde lleva la carga principal al proporcionar el flujo de una luz que parece blanca. El ojo, gracias a sus propiedades metaméricas, es bastante indulgente con respecto a la "forma" real del espectro.

La reproducción de color escandalosamente abismal del blanco generado por RGB es otra historia .

Los LED de diferentes colores se fabrican con materiales, procesos y diseños bastante diferentes. No hay garantía de que resulten tener el mismo brillo. Tiene más sentido colocar LED más eficientes allí cuando estén disponibles en lugar de degradar los más eficientes para que coincidan con el color menos eficiente. Claro que tendrán que funcionar con diferentes corrientes (o ciclos de trabajo) para obtener un balance de blancos, pero eso no es gran cosa.

Si presta mucha atención a las especificaciones, notará que las clasificaciones de mcd se dan con aproximadamente la misma potencia (30 mw) aplicada a cada LED. suponiendo que nuestro ojo verá "blanco" cuando los tres colores tengan la misma luminosidad, una forma de lograrlo sería reducir el brillo de los LED rojo y verde y aumentar el brillo del LED azul. Suponiendo que el brillo es proporcional a la corriente, reduciría la corriente del LED verde a 5 ma, el LED rojo a 8,8 ma y el azul aumentaría a 26 ma. Esto haría que cada LED proporcionara aproximadamente 625 mcd. Por supuesto, esto supone que el LED azul puede manejar 26 ma, de lo contrario, las corrientes tendrían que reducirse proporcionalmente en función de la corriente máxima que puede manejar el LED azul.

La respuesta a su pregunta principal es simplemente las limitaciones de fabricación y precio. Para su segunda pregunta ... no, no tiene que verse amarillento, solo depende de la precisión con la que equilibre las corrientes a los LED (y el brillo de fondo). Para la tercera pregunta, la respuesta es similar al primer caso, la optimización del proceso de fabricación dicta el mismo tamaño de troquel, proceso de deposición, etc.