一致相关色温对LED照明的重要性及如何通过颜色混合实现这一性能

制造商努力生产相关色温(CCT)和发光输出一致的led，但有些变化是不可避免的，消费者注意没有太大差异。如果来自每个设备的光被灯的内部光学器件完全混合，则构成单个灯的几个led的CCT的一些变化不是问题。然而，对于较大的内部空间或外部照明，当几个照明器彼此靠近使用时，颜色和亮度的变化会变得非常明显。

一个解决方案是要求灯具制造商购买已经由制造商分类的白色led，以匹配CCT和发光输出组或盒子。这种方法的缺点是价格昂贵。

另一种方法是在两个或更多的盒子中使用发光二极管来产生期望的结果。这样做的好处是可以生产颜色一致的灯具，而且比从一个盒子里买led灯便宜。

本文解释了CCT对LED照明的重要性，以及如何通过从分立的盒子中进行选择来实现这一点。然后描述了如何通过混合几个盒子中不同颜色的led来达到相同的效果混色).

一致性问题

有几种方法可以生产白光LED，但最常见的商业方法是将钇铝石榴石(YAG)磷光体与皇家蓝光LED结合使用。led发出的大多数光子被磷光体吸收，这种现象称为斯托克斯频移，并以不同的波长重新发射，主要是光谱的黄色部分。直接从LED逸出的蓝色光子和来自磷光体的黄色发射的组合产生了良好的近似白光。

对磷光体化学的巧妙控制使LED制造商能够生产出具有不同CCT的器件，这些器件位于普朗克黑体轨迹上和CIE xy 1931色度图的白色区域内(图1)。并且x和y坐标确定特定色度图的颜色空间上的点。

图1: CIE xy 1931色度图，带有普朗克轨迹和相关色温线。

制造商生产各种CCT白光led以适应特定的应用，输出类别为温暖的白色(2600到3,700k)，中性白(3700到5,000k)和冷白(5000到8,300k)。

LED客户可以选择一个CCT 并且做一个灯，知道它会在需要的光度下发出正确波长的光子。理论上是这样，但遗憾的是，实际上事情并不总是那么好。

虽然LED供应商可以让他们的设备发出非常接近指定CCT的光，但固态照明是一项棘手的任务。几乎不可能保证不同批次甚至同一批次的芯片发出相同的颜色。材料和工艺的自然变化决定了晶圆表面产量的变化。一旦基板被切割成单个的led，色度和光通量都会受到影响。

这种自然变化对照明制造商提出了挑战，尤其是如果他们正在寻求为其产品获得能源之星评级。为了获得这样的认可，制造商产品必须符合LED照明应用的一系列严格的性能要求，这些要求在诸如集成LED灯的能源之星计划要求。本文件规定了能源之星批准的LED照明产品的CCT、显色指数(CRI)、流明和色彩保持的要求。(传统照明设备的制造商也采用这些要求来等级产品根据颜色的一致性。)

LED厂商采用的解决方案是保证产品的一致性。这是一个方框它对大规模生产过程中的单个led进行分类，并包含具有相似CIE颜色坐标(或CCT)的设备。分组由CIE色度图上的四边形决定，这些方框的垂直组具有相同的CCT。主要LED制造商使用符合ANSI C78.377-2008 LED分级标准的分级术语和定义。图2显示了来自同一生产批次的设备如何被分类到许多相邻的机柜中。一些盒子包含许多led，而另一些盒子包含很少或没有led。

图2:假设2的色度变化：LED生产操作(Cree提供)。

制造商使用包装作为确保器件颜色一致性的方法的缺点之一是成本高；从单个垃圾箱或一小组垃圾箱中购买led是昂贵的(尤其是如果选择的颜色来自一个盒子或包含少量设备的盒子)。

一些LED制造商通过减少客户可以选择的垃圾桶数量来降低成本。例如，Cree使用这种策略提供他们的Xlamp XM-L EasyWhite产品。如果客户更喜欢从几十个色度盒中选择，那么每个标准色温只有一个大色度盒，这四个色度盒都以普朗克轨迹为中心。从这些较大的容器中选择比从较小的容器中选择便宜，但仍然比使用混色方法昂贵。

混合和搭配

现代LED虽然效率高，但OSLON SSL等单芯片的效率是125 lm/W(3.1 V，350 mA)，输出高达136 lm，单个器件本身不足以满足一般的照明应用。家庭环境中的典型灯具提供800到1200流明的亮度。因此，制造商将几个led组合在一个灯中，以提供令人满意的照明。

通常每个灯有8个led，这偶尔允许灯制造商充分利用颜色混合。这项技术利用了LED的色度和光通量是附加特性的事实。事实上，单个白色LED通过结合皇家蓝色LED和荧光粉的发射来执行颜色混合，如图3所示。

图3:最受欢迎的白色LED使用蓝色和黄色的加法混合，在CIE xy 1931色度图的白色区域中的普朗克轨迹上产生色度。

混色的作用是因为人类颜色感知的关键特性。对于人类的眼睛来说，当它们有相同的三色刺激值时，两个光源看起来颜色相同，不管用于生成它们的光的光谱分布如何。(三刺激值是三种测量方法中的一种。人类视网膜中的视杆细胞对观察到的光源的不同波长和亮度做出反应。)

通过使用三色加法模型。从LED输出的光的三原色值由色度(色度图中的x，Y)和通量(=Y)导出。

特定LED的实际三色值可计算如下：

如上所述，来自多个设备的三色值提供了额外的效果，因此四个设备的组合将产生：

所以：

这种额外的效果允许制造商通过组合来自四个不同的垃圾箱而不是单个(昂贵的)垃圾箱的led输出来降低灯的成本并满足他的CCT要求。

照明设计师应该注意这样一个事实，即只有当灯远离观察者时，混合才能很好地进行，所以四个灯箱中每个LED发出的光都被混合当它到达观察者的眼睛。或者，灯具将需要一组位于LED附近的辅助光学器件，以彻底地混合离开灯之前的光。

实际例子

考虑一个照明设计师所面临的挑战，他的任务是生产一个多LED照明设备，发出温暖的白色灯光(000 K)。他的第一选择是购买Cree s XP-E LED来自bin 7D3，完全符合规格。然而，这也是最昂贵的选择，特别是如果夹具注定要在生产中保持很长一段时间。

第二种选择是通过从两个盒子中购买设备来降低成本。表1详细说明了该公司两种合适的期权的特征。的XP-E产品线。

LED箱代码xy y()imxp-e # 1 8c3p 3 0.4753 0.4263 74xp-e # 27a1q 20.4194 0.3866 87

表1:这两个机柜中的Cree XP-E LED可以结合使用，提供与box 7D3中的单个设备相同色度的光线。

使用上面详述的公式，这两个设备的最终颜色混合如下：

xmix=0.4437

ymix=0.4039

=161 lm

混合均匀时，组合输出与bin 7D3中的设备颜色相同，因此符合原始规格(图4)。

图4:混合来自框7A1和8C3的输出产生来自框7D3的设备的等效颜色(由Cree提供)。

根据灯具的光度要求，照明工程师可以通过组合三箱甚至四箱设备，进一步降低LED的成本。图5示出了四个设备的效果。

图5:在混合中添加了另外两个盒子(7B2和8D4)，以保持与图4所示输出相同的颜色，但将发光输出增加到322 lm(由Cree提供)。

理论上，可以选择任意数量的颜色块来进行颜色混合，但是在实践中，通过使用具有大间距的应用程序来实现和查看查看器的颜色块存在一些实际限制。例如，在光源远离观察者且相对于背景光非常明亮的街道照明中，使用来自宽隔间盒的LED进行混色是非常宽容的。然而，当使用来自非常不同的盒子的led时，非漫射室内应用可能在光源中使用的各种led之间显示可察觉的颜色变化。

熟悉色彩混合技术的照明工程师可以猜测哪个盒子组合收敛于理想的CCT。通过使用主要LED制造商提供的专用软件应用程序，可以加速这一过程。Cree提供他们的Binonator PC软件应用程序，可从公司网站下载，访问受控。

摘要

LED有许多优点，包括高效率、长寿命和坚固耐用，但它们总是很难制造。供应商通过将产品分类成箱来克服这一挑战，每个箱包含一套紧密匹配的设备。然后，照明设备制造商可以从单个盒子中选择led，以满足特定的CCT要求。

然而，先锋照明设备制造商已经改变了组合来自几个不同盒子的产品以获得所需CCT的额外效果，因为这样可以省钱。

仔细选择几个盒子来形成照明器材中的LED，可以确保照明与单个盒子中的LED的比较器材的颜色相匹配，前提是照明设计师注意确保每个LED的贡献通过二次光学器件在器材中彻底混合。