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LED照明產品白光定義及其光色一致性研究

發布日期:2020-06-15 點擊次數:910

王書曉

 

摘要:LED照明產品在室內照明應用中,如何去評價其光源間顏色一致性,已成為標準制定中的一個重要問題。本文簡單介紹了當前國際上關于光源色度性能要求的,并通過綜述分析提出了我國新版《建筑照明設計標準》關于半導體照明產品白光定義及其光色一致性的修改建議。

關鍵詞:LED照明產品,白光定義,光色一致性,MacAdam橢圓

 

人工作生活中主要使用白光光源進行照明,因此照明產品在建筑照明中應用,首先需要解決的問題就是其光色是否滿足白光定義及范圍,因此很多國家標準也對白光進行了明確定義。

相同光源間存在較大色差的話勢必影響視覺環境的質量。比如傳統光源中的金鹵燈的光源間光色一致性相比于熒光燈有較大的差距,從而導致金鹵燈很難在室內照明應用中得到推廣。與金鹵燈相似,白光LED光源之間也存在著較為明顯的色差,根據美國照明研究中心(LRC)的研究表明,很多LED光源間的色差甚至超過了12倍MacAdam橢圓。這樣巨大的色差顯然影響了LED照明產品在室內照明中的應用。因此LED照明產品在室內照明應用中,如何去評價其光源間顏色一致性,就成為當前標準制定中的一個重要問題。下面將簡單介紹當前國際上關于光源色度性能要求的標準內容。

1美國ANSI標準《半導體照明產品色度要求》C78.377-2011

美國ANSI_ANSLG C78.377標準利用偏離黑體普朗克曲線距離Duv來定義白光,具體指標見表1:

表1 初始相關色溫允許偏差

設計色溫CCT (K)

色溫允許測量值(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

為了保證光源之間的一致性,在此基礎上,該標準有對不同標稱色溫光源的色坐標進行了明確的界定,見表2及圖1:

表2 LED照明產品色坐標點

設計色溫(K)

2700

3000

3500

4000

中心點

色坐標

x

y

x

y

x

y

x

y

0.4578

0.4101

0.4338

0.403

0.4073

0.3917

0.3818

0.3797

頂點坐標

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

設計色溫(K)

4500

5000

5700

6500

中心點

色坐標

x

y

x

y

x

y

x

y

0.3611

0.3658

0.3447

0.3553

0.3287

0.3417

0.3123

0.3282

頂點坐標

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

 

圖1 CIE1931坐標系下LED照明產品色坐標點分布圖

2歐盟COMMISSION REGULATION (EC) No 245/2009

歐盟標準規定白光光源色坐標應滿足以下要求:

其具體范圍見圖2:

 

圖2 歐盟標準規定白光光源色區域圖

3 《一般照明用LED模塊性能要求》IEC/PAS 62717

該標準對LED模塊按照其色度性能,根據其偏離對應標準色坐標點的距離劃分為四類,從而同時對LED模塊的白光定義和一致性做出了規定,如表3:

圖3 顏色差異性分類

對應標準色坐標點的MacAdam橢圓大小

顏色差異性分類

初始值

維持值

3SDCM

3

3

5SDCM

5

5

7SDCM

7

7

>7SDCM

>7

>7

而各模塊的色容差可以根據下式計算得出:

    

式中n為對應的顏色差異分類,而標準色坐標點可見表4:

 

表4 標準色坐標信息

“顏色”

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

,,等系數均可由表5查的:

圖5 MacAdam 計算參數表

“顏色”

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

而這一方法也應用于雙端熒光燈、節能燈及金鹵燈等傳統光源的顏色一致性評價中。

4《光源顯色性評價方法》GBT 5702-2003 

與ANSI C78.377標準相似,國家標準GB5702中規定,在1960色坐標下,一個白光光源的色坐標與標準光源的色坐標Δc應小于5.4×10-3(相當于15MK-1)。

5小結

為了便于對不同標準之間進行比較,我們將幾種標準要求繪制在同一個圖中(見圖3),可知歐盟關于白光的定義最為寬松,遠大于其他標準的應用。而IEC標準與規定的MacAdam橢圓與ANSI標準位置略有不同,這主要是原因是兩種標準體系下標準色坐標點及系數取值上略有不同所致。同時考慮到我國現行照明產品標準主要是依據IEC標準中MacAdam橢圓方法評判產品顏色一致性,為了便于不同產品之間的可比性,因此在本標準中仍采用此方法,且規定“選用同類光源的色容差不應大于5 SDCM?!?/span>

 

 

圖3 不同標準規定光色一致性定義對比圖

由于采用此方法評判產品色度一致性,其要求比ANSI標準中關于偏離黑體普朗克曲線距離Duv的要求更加嚴格(如圖4所示),因此本標準將只規定光源與標準色坐標點之間的色容差,而不再對白光定義做明確要求。

 

圖4白光定義對比圖圖


參考文獻

1、半導體照明產品色度要求 C78.377-2011

2、COMMISSION REGULATION (EC) No 245/2009

3、一般照明用LED模塊性能要求IEC/PAS 62717

4、光源顯色性評價方法  GB/T  5702-2003

 

上一條LED高桿照明的應用研究
下一條基于《綜合防控兒童青少年近視實施方案》的 教室照明改造工程的光環境設計、施工與測量方法

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