LED照明中色温因素的研究

By | 2020年7月24日

  本文讨论了LED照明中色温要素对照明成果、显色指数及对人视觉才能的影响、完成LED照明色温可调理的办法及色温正在LED检测中的影响;并测验考试行使正在LED照明光学零碎中退出降色温光学薄膜的办法,对影响LED照明成果、显色指数、视觉感触及光强检测的色温要素进行讨论。别的也讨论了正在照明、影视及拍照等泛滥LED照明使用畛域中达到理想光色办法中色温的影响要素。

  要害词:LED照明,色温,起落色温光学薄膜,显色指数,天然白光。

  跟着白光LED技巧的迅速倒退,LED照明正逐渐进入了各个使用畛域,尤为是LED发光效率超过白炽灯及荧光灯后,LED照明正逐渐以其明显的节能劣势拓展到占寰球电力耗费2成的一般照明畛域。今朝,寰球LED的市场超越100亿美圆,并以年均增进率超越20%倒退起来一个新型的“绿色照明”产业[1]。

  今朝,正在LED照明中,白光LED的发光效率、配光设计、光衰等成绩都已失去了很好地改善。但正在LED显色指数、色温及对人视觉才能的影响方面,因为今朝以InGaNa蓝色LED芯片为根底光源激起稀土石榴石黄色荧光粉的混色办法所限,正在作为一般照明光源的白光LED的光谱、色品坐标、相干色温及显色指数等均很难合乎现行的CIE及我国的相干规范[2]。

  从LED发光光谱下去剖析,因为此种混色计划中,蓝光光谱太高而红光光谱的偏偏少(见图1)[3],使患上此类白光LED色温只能是5000K以上的高色温光源,低显色性的。日前支流白光LED色温次要集中正在5600-6500K。

  而现有支流一般平易近用灯具(如白炽灯及路线用低压钠床)则是低色温,色温次要集中正在2700-3200K。而因为生理要素及心思习气要素使然,人们已习气于现有支流照明灯具低色温下的温馨感及可视度。关于白光LED普遍以为过于扎眼,这其实就是因为白光LED的色温范畴恰恰相称于太阳天然白光的色温范畴(5500-6800)内。

  

  对红、绿、蓝三基色LED组合发射的白光,调理红、绿、蓝的工作电流能够使显色性失去肯定的进步,乃至能使显色指数达到90。然而这类办法电流的调理复杂,老本较年夜;且没有同的基色光衰水平没有同,从而招致分歧性较差。

  以是,作为平易近用照明用的LED光源普通采纳荧光粉转换型白光LED(此类白光LED显色指数普通为80阁下)。但此类白光LED光源的光色特点遭到工作电流以及温度的影响又比拟显著。表1所示为没有同工作温度下LED光源的参数变动[4],因而可知跟着白光LED灯具温度降低,不只发光效率有所降落,其色温也显著降低了。当温度年夜于50℃时,色温偏偏高,显色指数随之降落。次要因为温度降低,蓝光波峰红移,荧光粉波峰变平整而劣化。

  

  因而,与白炽灯以及低压钠灯等罕用灯具相比,荧光粉白光LED正在色温与显色指数方面的优势难以经过工况方面的办法处理,今朝钻研职员也试图经过掺杂白色荧光体等办法研发低色温高显色性的白光LED,但因为此类白光LED中激起蓝光的缩小、红光与近红外光局部增多对散热的影响、LED封装技巧及老本要素的限度,此类白光LED的发光强度必定会有所降落。如表2所示[5]。

  

  为了升高白光LED的色温,进步其显色性与视觉成果,除了了正在其芯片、发光资料与封装构造方面进行改良,也能够测验考试正在LED照明光学零碎中退出降色温光学薄膜的办法达到升高LED灯具的色温。

  

  图2给出了罕用降色温滤光片的光谱曲线。降色温光学薄膜是正在LED灯具前镀制多层的光学干预薄膜,经过调整薄膜的厚度与折射率的陈列,针对白光LED发光曲线,克制高色温波段光的经过,以达到使透过光线色温升高的目的。与之原理相似的另有升色温滤光片。升、降色温滤光片宽泛使用于拍照、影视等畛域,调理色温,弥补色调,以顺应没有同光线、环境下的需求。

  降色温滤光片正在LED照明光学零碎中的测验考试使用有明显的成果,今朝曾经有钻研职员针对超高亮度红色LED开发了一系列降色温光学薄膜,可依据使用需要将原色温为5500K的红色LED降为色温4500K~2800K等。

  降色温滤光片能够使用正在多种场所的LED照明中:

  正在都会路线照明中使用LED灯具与现有支流照明比拟,此中次要的一致点恰是色温要素的争执。LED路灯支持者以为,高色温白光用于路线照明有两头视觉效应,可视性好,觉得比低色温黄光更亮堂;拥护者则以为,低色温黄光透雾性好,觉得暖和,比“扎眼”的高色温白光更受市平易近欢送[5]。

  今朝,综合发光效率与升高色温的思考,LED都会路线照明中支流色温区间正在5500-6500K之间,若再升高色温,则LED发光效率必定难以达到应用要求或要添加老本了。故此关于高效率,高色温的LED路灯,正在其照明零碎内使用降色温滤光片,能够达到效率升高较小而色温年夜幅升高的成果。同时,针对没有同人群、环境关于照明光源色温的没有同要求,能够采纳没有同的降色温光学薄膜,而不必对LED进行年夜的革新,很年夜地进步了LED照明的实用范畴。

  正在拍照、影视等对色调、色温要求较高的场合,LED照明的使用遭到更年夜的限度。中华群众共以及国行业规范《电视演播室灯光零碎设计标准》(条则阐明)的第二条[6]中规则:

  “演播室演区光的色温,外洋有两种规范:3050±150K;3000±150K,通过正在国际试验,当色温为2850K时,白均衡被毁坏,电视图象色彩欠佳。故本标准确定演区光的色温为3050±150K。”

  而对黑白片子胶片而言,有灯光型胶片以及眼光型胶片两种。用卤钨灯照明时用灯光型胶片,正在日光下拍片时用日光型胶片。正在黑白电视中,摄像机只容许正在约莫3000K的色温下能力失去精良的色再现。这些都对照明光源提出了严格的色温要求,而前文所述的降色温滤光片则能够较好地以低老本处理白光LED正在这些场合使用的成绩。

  论断:

  白光LED的色平和显色性是其使用推行的一年夜优势。红、绿、蓝三基色LED组合发射的白光显色性较好但调理复杂且分歧性较差,罕用的荧光粉转换白光LED正在这方面的优势也难以经过工况方面的办法处理,掺杂白色荧光体等办法制造的白光LED的发光强度则有所降落。为了升高白光LED的色温,进步其显色性与视觉成果,能够测验考试正在LED照明光学零碎中退出降色温滤光片的办法。

  降色温滤光片正在LED照明光学零碎中的测验考试使用有明显的成果,可依据使用需要将原色温为5200K的白光LED降为色温4500K~2800K等。降温滤光片正在LED都会照明、拍照、影视等畛域能很好地处理白光LED色温太高的成绩,推动其正在此类场合中的使用。

  参考文献:

  [1]吕地理. 中国LED市场剖析与瞻望. 电源技巧使用, 2010, 13 (1): 1~12.

  [2]陶玖祥, 李洪波. LED光源之平安认证. 中国照明电器, 2007, 3: 22~26.

  [3]Zhang Louying, Zhang Li. Research on Mechanism of High Power LED
Luminous Attenuation. Semiconductor Technology, 34(15): 474~477.

  [4]金尚忠, 张树生. 白光照明LED灯温度特点的钻研. 光源与照明, 2004, 4: 6~8.

  [5]吴春海. 发光二极管(LED)路灯色温的考虑与抉择. 光源与照明, 2010, 1: 33~34, 46.

  [6]中华群众共以及国行业规范. GYJ 45-1992 电视演播室灯光零碎设计标准(条则阐明): 58~59.

  作者:卫红,王小辉,周鸿飞,刘志宇,曹一鸣,黄涌

  (广州市光电机技巧钻研院,广州 510663)