浅谈色彩照度计在LED灯具测量中的应用

　　前沿

　　随着LED（发光二极管）大幅度在照明领域应用的提升，LED已迅速进入照明市场并逐步取代传统光源，许多照明厂家在收获LED的高能效所带来的喜悦同时，也不忘对LED的发光属性及色度改进作深入研究。

　　LED（Light Emitting Diode），发光二极管，是一种固态的半导体器件，它可以直接把电转化为光。LED的心脏是一个半导体的晶片，晶片的一端附在一个支架上，一端是负极，另一端连接电源的正极，使整个晶片被环氧树脂封装起来。半导体晶片由两部分组成，一部分是P型半导体，在它里面空穴占主导地位，另一端是N型半导体，在这边主要是电子。但这两种半导体连接起来的时候，它们之间就形成一个“P-N结”。当电流通过导线作用于这个晶片的时候，电子就会被推向P区，在P区里电子跟空穴复合，然后就会以光子的形式发出能量，这就是LED发光的原理。而光的波长决定光的颜色，是由形成P-N结材料决定的。

　　由于具有与传统照明光源截然不同的空间发光特性，原本适用传统光源的测量方法如光通量（Luminous Flux）、光强度（Luminous Intensity）及光效（efficacy）的测量，已不能满足对LED照明产品的品质控制。 LED（Light-Emitting-Diode中文意思为发光二极管）是一种能够将电能转化为可见光的半导体，它改变了白炽灯钨丝发光与节能灯三基色粉发光的原理，而采用电场发光。据分析，LED的特点非常明显，寿命长、光效高、无辐射与低功耗。LED的光谱几乎全部集中于可见光频段，其发光效率可超过150lm/W（2010年）。将LED与普通白炽灯、螺旋节能灯及T5三基色荧光灯进行对比，结果显示：普通白炽灯的光效为12lm/W，寿命小于2000小时，螺旋节能灯的光效为60lm/W，寿命小于8000小时，T5荧光灯则为96lm/W，寿命大约为10000小时，而直径为5毫米的白光LED光效可以超过150lm/W，寿命可大于100000小时。有人还预测，未来的LED寿命上限将无穷大。

　　目前，针对整个LED灯具或发光面积大的LED灯泡，其光度和色度的检测与单颗LED截然不同，LED灯具（如LED路灯，LED灯管）面积较大，发光方向性强，在实际照明环境中，我们更关心灯盘或灯管的照度、均匀度、亮度，灯具在点亮后温度与颜色的变化以及灯具对人眼感觉的影响。

　　与传统照明灯具相比，LED灯具发光特性的不同主要表现为：

　　1）LED灯盘由许多单颗LED组成，不同颗粒间一致性不同容易导致亮度和色温有差异；

　　2）即使同一批次的单颗LED也会产生色度和主波长飘移，从而引起灯具整体的色度和照度不均匀；

　　3）LED发光有很强的方向性，一般LED发光是中间亮、两侧暗；灯具的光学设计至关重要；

　　4）LED灯在点亮后颜色和亮度会随温度升高发生变化，所以随着时间的推移，LED灯具会出现色温偏移、亮度和色温不均匀等现象。

　　在实验室，一般可通过积分球或分布式光度计进行测量，但这无法替代灯具在现场安装后的实地测量。而现场的实地测量就要求能有一款小巧、方便携带，同时测量准确的照度、亮度和色温测量计。

　　轻巧的色度和色温测量计CL-200A，LED照明色彩测量的理想工具

　　2010年8月，百年光学产品老店柯尼卡美能达针在CL-200的基础上，针对LED市场推出了新一代的色彩照度计CL-200A，一款既可以用于测量整个LED灯具也可以测量单颗LED照度和色度、色温的便携轻巧型仪器。

　　老产品CL-200已经在传统照明行业拥有广泛的客户。新品CL-200A对传感器技术作了改进，使之与CIE制定的人眼视觉匹配函数非常吻合，保证了测量的，尤其在测量LED等非连续性发光光谱的光源时；同时CL-200A在CL-200的基础上增加了LED常用的色纯度和主波长测定功能。CL-200A还可以通过配套电脑软件评定LED的等级，方便直观地为工程师对提供LED灯具光度和色度参考。

　　作为的光学测量，柯尼卡美能达的新品色彩照度计可用于LED光源或者投影仪光源的照度、色度、色温、主波长和色纯度等参数测量，为众多LED灯具和LED模组以及投影仪生产商的设计研发部门和生产部门提供了可靠的测量工具。

　　对从事LED照明灯具设计和舞台射灯研发的人员来说，CL-200A也是理想的测量工具。为了更好地了解照明环境及舞台空间的色温、色度、照度等数据，以指定空间内光度和色度的分配，实现二次配光设计，方便工程人员与LED灯具供应商作进一步的数据沟通，使用CL-200A进行测量无疑是为灯具研发工程师提供精准的灯光改良参照，也为照明工程调光提供了惬意的设计方向。

　　CL-200A完全符合关于非有害接触物质的欧洲RoHS标准，以五号碱性或充电电池为电源，设计便携轻巧，可帮助测量人员简便实现户外测量作业。下面让我们了解下色彩照度计CL-200A的功能及其应用：

　　我们可以用色彩照度计CL-200A的测量什么

　　1）  照度值

　　2）相关色温 CCT （用来表示颜色和温度联系的方法，单位： K ）

　　3）xy色坐标 （1931 CIE定义色度图）， u’v’色坐标 （1976 CIE定义），三刺激值

　　4）主波长 （单位： nm）

　　5）色纯度

　　6）单灯混色充分度

　　7）批次间灯具的色差

　　8）透镜配光效果评估

　　如何在品控和研发中应用CL-200A？

　　色彩照度计 CL-200A 的主要功能

　　1 适用于白光LED的品质控制

　　为了很好地混合白光，通常会用LED发散的蓝光和磷发出的黄光混合。但由于LED发出的蓝光谱线分布较广，容易导致混合出的白光不稳定。因此，LED灯通常会使用多个LED组合而成，有利于颜色的混合和稳定。

　　通常同一批次的LED发光的辐射曲线会有所偏移，而且LED在蓝光波段能量较集中，与传统光源相比，LED色度与主波长的偏移误差明显增大。针对这一特性，CL-200A可以更好地测出误差，协助研发工程师解决LED在颜色表现方面的问题。

　　常规应用：

　　1） 测量每个LED的发光特性并划分等级

　　2） 测量磷的发光特性并划分等级

　　3） 根据不同等级的LED和磷，组合成期望的白光

　　4） 检测输出的光线质量并配成白色LED灯

　　2 可拆卸的测量探头

　　仪器的测量探头可从主机身上拆卸下来，并通过一根连接线与主机相连，这样可使测量探头单独进入积分球、暗室、检测系统等装置。机身可选配一套适配器和连接线，多可连30个探头同时测量，方便测量灯具的照度均匀度。

　　3 内置LED评级功能

　　LED背光源以高效侧发光的背光源为引人注目，LED作为LCD背光源应用，具有寿命长、发光效率高、无干扰和性价比高等特点， 已广泛应用于电子手表、手机、BP机、电子计算器和刷卡机上，随着便携电子产品日趋小型化，LED背光源更具优势，因此背光源制作技术将向更薄型、低功耗和均匀一致方面发展。LED是手机关键器件，一部普通手机或小灵通约需使用10 只LED器件，而一部彩屏和带有照相功能的手机则需要使用约20 只LED器件。现阶段手机背光源用量非常大，一年要用35 亿只LED芯片。目前我国手机生产量很大，而且大部分LED背光源还是进口的，对于国产LED产品来说，这是个极好的市场机会。

　　CL-200A配置的数据管理软件CL-S10w可针对LED行业中为关心的色彩变化，提供一个量化数据和评级的功能。让操作人员在掌握颜色数据基础上对LED进行色品评级，对灯具的光斑进行测量，方便对多个LED灯在色坐标、色温、色纯度等方面进行综合对比，为研发人员了解灯具的光度和色度表现提供了重要参数。

　　4 多点测量及用户校准功能

　　CL-200A多可扩展连接30个测量探头同时进行多点测量。另外，用户校准的功能可使测量数据更接近理想的目标值。CL-200A可通过单点校准或RGB校准进行用户校准。

　　柯尼卡美能达为客户提供的光学传感技术和解决方案，除了有适用于LED照明的色彩照度计CL-200A，还有适用于照明亮度和色度方面检测的分光辐射色彩亮度计CS-2000、色彩亮度计CS-200、CS-100A等。柯尼卡美能达专注为客户提升光学测量的重要价值。

　　CL-200A应用

　　Longman Lighting根据内部制定的测量标准SDC, 以圆形LED灯具为例，在距离灯具中心1-2米处放置一个大尺寸黑屏，灯光垂直投影在黑屏上产生圆弧形光斑。以光斑中心为光强点，从中心向外缘光强从100%-0%递减，在圆周内5%照度梯度范围内按照不同照度梯度和每个象限上均匀取8个点，并分别用CL-200A测每个点的色度值，然后用SDC公式计算RGB的混色充分度比例。

　　对非圆形LED灯具，灯具垂直投射在黑屏上产生光斑，透过在不同的光束角和测量距离，在1平米的黑屏上等分取11×11=121个点，并用CL-200A测定每个点的色度值（x,y），然后根据SDC公式计算RGB混光充分度比例。以下是SDC计算方法和对其他类型灯具的测量方法：

　　SDC 的定义：

　　SDC是网络智能化的设备，通常在本地网设置，有内置和外置两种模式。内置模式是指将用户数据库内置于汇接局中，外置模式是指引入独立的网元SDC来存储用户数据。无论哪种模式，实现机制是一样的，都是在每次呼叫接续前，由系统首先根据主被叫号码查询SDC。

　　Full 指整体混合的效果，F指颜色的数量，θ指颜色的次序