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LED照明产品白光定义及其光色一致性研究

发布日期:2020-06-15 点击次数:935

王书晓

 

摘要:LED照明产品在室内照明应用中,如何去评价其光源间颜色一致性,已成为标准制定中的一个重要问题。本文简单介绍了当前国际上关于光源色度性能要求的,并通过综述分析提出了我国新版《建筑照明设计标准》关于半导体照明产品白光定义及其光色一致性的修改建议。

关键词:LED照明产品,白光定义,光色一致性,MacAdam椭圆

 

人工作生活中主要使用白光光源进行照明,因此照明产品在建筑照明中应用,首先需要解决的问题就是其光色是否满足白光定义及范围,因此很多国家标准也对白光进行了明确定义。

相同光源间存在较大色差的话势必影响视觉环境的质量。比如传统光源中的金卤灯的光源间光色一致性相比于荧光灯有较大的差距,从而导致金卤灯很难在室内照明应用中得到推广。与金卤灯相似,白光LED光源之间也存在着较为明显的色差,根据美国照明研究中心(LRC)的研究表明,很多LED光源间的色差甚至超过了12倍MacAdam椭圆。这样巨大的色差显然影响了LED照明产品在室内照明中的应用。因此LED照明产品在室内照明应用中,如何去评价其光源间颜色一致性,就成为当前标准制定中的一个重要问题。下面将简单介绍当前国际上关于光源色度性能要求的标准内容。

1美国ANSI标准《半导体照明产品色度要求》C78.377-2011

美国ANSI_ANSLG C78.377标准利用偏离黑体普朗克曲线距离Duv来定义白光,具体指标见表1:

表1 初始相关色温允许偏差

设计色温CCT (K)

色温允许测量值(K)

Duv

2700

2725±145

-0.006 to 0.006

3000

3045±175

-0.006 to 0.006

3500

3465±245

-0.006 to 0.006

4000

3985 ±275

-0.005 to 0.007

4500

4503±243

-0.005 to 0.007

5000

5028±283

-0.004to 0.008

5700

5665±355

-0.004to 0.008

6500

6530±510

-0.003to 0.009

为了保证光源之间的一致性,在此基础上,该标准有对不同标称色温光源的色坐标进行了明确的界定,见表2及图1:

表2 LED照明产品色坐标点

设计色温(K)

2700

3000

3500

4000

中心点

色坐标

x

y

x

y

x

y

x

y

0.4578

0.4101

0.4338

0.403

0.4073

0.3917

0.3818

0.3797

顶点坐标

0.4813

0.4319

0.4562

0.426

0.4299

0.4165

0.4006

0.4044

0.4562

0.426

0.4299

0.4165

0.3996

0.4015

0.3736

0.3874

0.4373

0.3893

0.4147

0.3814

0.3889

0.369

0.367

0.3578

0.4593

0.3944

0.4373

0.3893

0.4147

0.3814

0.3898

0.3716

设计色温(K)

4500

5000

5700

6500

中心点

色坐标

x

y

x

y

x

y

x

y

0.3611

0.3658

0.3447

0.3553

0.3287

0.3417

0.3123

0.3282

顶点坐标

0.3736

0.3874

0.3551

0.376

0.3376

0.3616

0.3205

0.3481

0.3548

0.3736

0.3376

0.3616

0.3207

0.3462

0.3028

0.3304

0.3512

0.3465

0.3366

0.3369

0.3222

0.3243

0.3068

0.3113

0.367

0.3578

0.3515

0.3487

0.3366

0.3369

0.3221

0.3261

 

图1 CIE1931坐标系下LED照明产品色坐标点分布图

2欧盟COMMISSION REGULATION (EC) No 245/2009

欧盟标准规定白光光源色坐标应满足以下要求:

其具体范围见图2:

 

图2 欧盟标准规定白光光源色区域图

3 《一般照明用LED模块性能要求》IEC/PAS 62717

该标准对LED模块按照其色度性能,根据其偏离对应标准色坐标点的距离划分为四类,从而同时对LED模块的白光定义和一致性做出了规定,如表3:

图3 颜色差异性分类

对应标准色坐标点的MacAdam椭圆大小

颜色差异性分类

初始值

维持值

3SDCM

3

3

5SDCM

5

5

7SDCM

7

7

>7SDCM

>7

>7

而各模块的色容差可以根据下式计算得出:

    

式中n为对应的颜色差异分类,而标准色坐标点可见表4:

 

表4 标准色坐标信息

“颜色”

F6500

6400

0.313

0.337

F5000

5000

0.346

0.359

F4000

4040

0.380

0.380

F3500

3450

0.409

0.394

F3000

2940

0.440

0.403

F2700

2720

0.463

0.420

等系数均可由表5查的:

图5 MacAdam 计算参数表

“颜色”

F6500

86×104

-40×104

45×104

F5000

56×104

-25×104

28×104

F4000

39.5×104

-21.5×104

26×104

F3500

38×104

-20×104

25×104

F3000

39×104

-19.5×104

27.5×104

F2700

44×104

-18.6×104

27×104

而这一方法也应用于双端荧光灯、节能灯及金卤灯等传统光源的颜色一致性评价中。

4《光源显色性评价方法》GBT 5702-2003 

与ANSI C78.377标准相似,国家标准GB5702中规定,在1960色坐标下,一个白光光源的色坐标与标准光源的色坐标Δc应小于5.4×10-3(相当于15MK-1)。

5小结

为了便于对不同标准之间进行比较,我们将几种标准要求绘制在同一个图中(见图3),可知欧盟关于白光的定义最为宽松,远大于其他标准的应用。而IEC标准与规定的MacAdam椭圆与ANSI标准位置略有不同,这主要是原因是两种标准体系下标准色坐标点及系数取值上略有不同所致。同时考虑到我国现行照明产品标准主要是依据IEC标准中MacAdam椭圆方法评判产品颜色一致性,为了便于不同产品之间的可比性,因此在本标准中仍采用此方法,且规定“选用同类光源的色容差不应大于5 SDCM。”

 

 

图3 不同标准规定光色一致性定义对比图

由于采用此方法评判产品色度一致性,其要求比ANSI标准中关于偏离黑体普朗克曲线距离Duv的要求更加严格(如图4所示),因此本标准将只规定光源与标准色坐标点之间的色容差,而不再对白光定义做明确要求。

 

图4白光定义对比图图


参考文献

1、半导体照明产品色度要求 C78.377-2011

2、COMMISSION REGULATION (EC) No 245/2009

3、一般照明用LED模块性能要求IEC/PAS 62717

4、光源显色性评价方法  GB/T  5702-2003

 

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