led照明产品的光色一致性控制技术探讨

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1、LED照明产品的光色一致性控制技术探讨刘腾海李倩袁金玉曹晓彬杭州远方光电信息股份有限公司摘要：光色一致性作为评价LED产品品质的重要方面越受到关注，但目前监管部门的抽检结果却并不理想，LED的光色一致性控制已成为业内亟需解决的课题。本文分析了影响LED光色一致性的主要因素，以及现有的操作方法，更重要的是提出可从根本上解决LED光色不一致问题，并且覆盖全产业链的智能在线全检方案，相比于传统方法，该技术具有高效、准确、成本低等优势。1.概述LED的光色一致包含两个方面：一是指LED产品自身的空间光色分布

2、的均匀性，即空间颜色均匀性，可由色度光谱不均值进行评价；二是指LED个体之间的光色一致性，一般用色容差来表示，二者都会直接影响人们的视觉感受，需要严格控制。随着LED不断发展，消费者对LED的光色品质的要求越来越高，特别是在室内照明中，光色一致性作为评价LED灯具的光色品质的重要依据也越来越受到关注。目前，国际国内标准都对LED产品的光色一致性给出了明确的要求。然而市场上LED质量并不容乐观，抽检不合格的消息频频曝光，抽检的灯具合格率不到50%，其中LED的光色一致性是影响合格率的关键因素。2.影响

3、光色一致性的主要因素2.1LED本身的特性LED产业链较长，从上游的材料外延和芯片制作，到中游封装，再到下游应用产品，每一步的材料或者制造工艺都会影响最终的光色，一家企业很难控制所有的关键流程。同时，LED产品类别多，更新快，如LED球泡灯、射灯、PAR灯、平板灯、筒灯等，每项新产品的投产都会经历质量不稳定期，原材料变化、工艺流程变化、治具改变等，给其质量控制增加了难度。对于LED封装，在实现白光的过程中，需要荧光粉胶层对芯片发出的光进行颜色和能量转换，荧光粉涂覆工艺在一定程度上决定了白光LED光色

4、品质的好坏，若荧光粉涂覆不均匀或形状不规则，将导致出射光局部偏黄或偏蓝，再加上其封装外壳的透射或散射，所形成的白光光色不均匀性会更加明显。同时，散热也会影响LED的光色，特别是对于大功率LED，芯片热量的累积则会直接导致LED光通量和寿命的降低以及颜色漂移。由多LED芯片组成的应用产品，为确保其光色品质，不仅要求所采用的LED器件间具有较好的光色一致性，而且要尽量保证各个散热条件大致相同。此外，颜色漂移也是光色控制中不得不重视问题，特别是在产品运行的早期，漂移程度往往不同，导致LED产品间产生肉眼即

5、可察觉的光色差异。2.2LED封装与LED产品之间的语境不同对于LED的颜色分区，LED封装与LED产品的所采用的标准不同。LED封装通常依据美国标准ANSI的四边形区域分bin，如图1所示。而对于LED产品，我国以及欧盟标准则采用麦克亚当椭圆表示色容差，如；欧盟法规EU1194-2012[]对颜色色容差要求为6步麦克亚当椭圆；我国GB/T24908-2010《普通照明用自镇流LED灯性能要求》[5]对色容差的要求为小于7SDCM；而有些特殊场合则要求更小的色容差。如图1，8个四边形区域和6个椭圆区

6、域并不能一一对应，而且四边形区域的容差范围实际上是要大于相应的7个SDCM的，因此使用四边形分bin的封装LED很难直接被用于产品的生产和控制。LED中下游的语境存在着较大差距，给LED产品的光色一致性控制造成了极大的不利。图1美国ANSI与欧盟IEC标准体系规定的分bin要求3.现有的光色一致性控制方法3.1LED封装的供货控制LED封装产业属于LED产业链的中间环节，对LED的先进性技术和实际应用发挥着承上启下的作用。封装厂家本身会对LED进行分光分色，对颜色分区往往以ANSI的8个四边形区域为

7、基础。而下游厂商在采购封装LED后，也会使用光谱仪积分球系统以及分布光度计系统等质检实验室设备对原材料进行抽检，以确保其光色品质，然而抽检的数量毕竟有限，并不能保证所有封装LED颜色的一致性，给后续的LED产品生产和控制也带来挑战。为了提高LED产品的光色一致性，下游厂商需要为严格地来控制LED封装的品质，往往要限定更小的颜色分bin区域，例如，对每个四边形区域进一步细化至16个小四边形，以实现每一个分bin区域中的LED封装具有更小的色差。然而，该方法虽然有效但却会直接导致成本的大幅提升。3.2L

8、ED产品的测量控制对于LED产品的光色检测控制，大多采用实验室抽检的方式。实验室检测中，常采用光谱仪积分球系统，测量LED的总光通量和色度值，若需获取LED的空间光强分布、空间颜色分布，则采用分布光谱辐射仪系统进行测量。然而LED点亮工作时PN结发热较明显，光辐射输出对温度非常敏感。即便结温小幅升高，光通量衰减亦较大，且颜色也会出现偏漂移。瞬态的测试数据和稳态数据往往差异较大，很多时候甚至会超过10%，不同规格的灯差异也不尽相同，没有规律可循，所以瞬态测量的结果并不能