摘要
相比较传统的卤素灯和氙气灯，LED具有独到的优势，如寿命长，发光效率高，响应速度快，体积小，设 计可塑性强等。近几年来，LED已逐渐被应用在汽车前照灯中，尤其是在高端车型中。然而，与传统光源相比，LED车灯也有必须考虑的独特问题，光色性能便是其中一个重要方面。由于其本身发光特性以及温度影响，LED 车灯极易出现颜色漂移以及空间颜色不均匀的现象，这些现象不仅仅会影响整个车体的外观，也会带来安全 隐患。本文将重点分析LED车灯的特性以及不良光色性能的成因，介绍相关标准中对车灯光色性能的要求。
并探讨LED车灯光色性能的测量方案。
关键词：LED车灯，空间颜色不均匀性，相关标准，测量方案。
LatestStandardandMeasurementTechnologiesonTheSpatialColorNonuniformityofLEDAutoLamps
Yan Huang'shengu¹ZhjunGuo²Jiangen Pan²
1EVERFINE Institute of Optoelectronics
2EVERFINE Photo-E-Info Co., Ltd.
Abstract
IncomparisonwithconventionallampssuchasHalogenLampandHighIntensityDischarge,LEDhasthe unusualstrengths withlonglifetime, higheficiency,fast response,smallsize, high plasticityandsoon.In thelast fewyears,LEDappliedforautoheadlampsingraduallyandespeciallyforluxuryautos.However,thecompare betweenLEDlampsandconventionallamps,LEDalsohastheunusualproblemtoconsider.Thephotochromic performance is an important part of them.Due to the spccial characteristics of luminesence and temperture influence, LED auto lamp casiliy to appear the spactial color nonuniformity and color drif. These apperances not only bring the satety problem ,but also influence the auto apperance.
Thispaper will major introduce the spatial color distribution of LED characterstics, and analyze the reasons of poorphotochromicperformance.Thecolorspecificationrequirementsof LEDautolampswillbeintroducedin relatived standards and discuss the measurement methods of LED color performance.
Keywords:LED auto lamps, spatial color nonuniformity, relevant standards, measurement solutions.
1.前言
LED是一种将电能直接转化为光能的半导体器件，早期在车仪表等指示灯上获得初步应用，随着LED技术的突飞猛进，LED已经广泛应用于汽车仪表背照明、操作开关、顶灯、阅读灯、门锁灯等车内照明上。近年来，尤其在部分高端车型中，LED已逐渐被应用到汽车前照灯中，如首次应用LED作为大灯的雷克萨斯的LS600h/LS600hL车型，奥迪R8等。随着LED成本的降低和技术的发展，一些中端型汽车也逐步采用LED作为 车前大灯的照明装置。
与传统光源相比，LED具有较多优势，例如，寿命长，目前LED的宣称寿命达上万小时甚至更高，意味着 在整车的设计寿命中LED元件都不需要更换，相比之下，氙气灯的寿命仅为3000小时左右，而卤素灯的寿命 则更短；LED抗震性强，不易破碎，能够很好的适合各种环境；另一个LED的巨大优势在于LED元件体积小， 紧凑便于布置和造型设计，可以极大满足汽车厂商在设计上的需求，打破过去灯光系统对造型创新的束缚， 使人们可以拥有更具有创新的汽车产品。
2.前照灯的相关标准
国际上汽车灯光标准主要有两大系统，一是欧洲的ECE体系，另一个是美国的SAE体系，目前我国的汽 车灯光标准以ECE体系作为参照。
标准中，除了对前照灯的配光性能提出了明确细致的要求外，也对车灯的颜色等提出了要求。比较典型 的是在GB25991-2010《汽车用LED前照灯》的标准中，对光色有如下规定：LED前照灯的光色应为白色。在显色性方面，标准要求LED红光成分在整个可见光范围内的含量要满足大于等于0.05,值得注意的是，测量 应在至少两个方向上进行，即近光50V和远光HV点上进行测量。
另外，SAE标准对红色，黄色，蓝色、白色等灯光的色品坐标也有着严格的规定，必须落在下图所示的区 域范围内。实际上，使用LED作为光源的汽车前照灯极易出现光色漂移以及空间颜色不均匀的现象，要保证 色品坐标完全落在所要求的范围内，空间颜色的测量如同空间光度分布测量一样必要。[1,2]
图1色品图上相应的区域范围
如果控制不当，空间颜色不均匀不仅仅会影响整个车体的外观，而且会带来安全隐患。空间颜色不均匀 是指光源或灯具在空间各个方向上所发出的光颜色不一致的现象，司机在不均匀的光色中驾驶会有不舒适感。
3.LED车灯的空间颜色不均匀性问题
由于LED不同于一些传统的灯源，这让LED的产品评估和相关技术质量检测成为焦点，尤其是LED灯源存在空间颜色不均匀性的问题。
图2 LED光学设计效果(左)和LED实际照明效果(右)
LED在内的新型光源和灯具的发光特性与传统光源的灯具往往存在较大的差异，与传统照明产品不同，LED产品往往是整体化设计且必须进行二次配光，对于照明常用的白光LED,常使用蓝光LED和黄绿色荧光粉得到 白光。在某颗LED芯片上方的荧光粉由于工艺的限制分布并不均匀，这将导致在不同的出光方向上蓝光和黄 绿光的混合比例发生变化，进而导致LED芯片的空间颜色分布不均匀。还有一种导致原因是由多颗RGBLED 灯珠组成而产生的白光，由于每颗灯珠每产生颜色等差异，也都会产生颜色不均匀性问题。
更重要的是，LED对热十分敏感，在高温下LED的光输出和颜色都会发生较大变化，如图3所示。在密闭的车 灯环境中，不仅LED光源整体的温度会比较高，而且受散热结构的影响，在不同区位的LED所处的温度也不一样， 这进一步加剧了LED车灯的空间颜色不均匀现象。
图3 LED随温度发生颜色不均匀性变化
研究发现LED的空间颜色不均匀及局部亮度过高易产生眩光等现象，会影响灯具产品的外观，甚至在照 明中存在安全隐患。所以LED的空间颜色不均匀性受到广泛的关注，目前在许多普通照明用LED标准中, 均要求全面考察LED的空间颜色不均匀性，LED的空间颜色分布性能越来越得到关注和重视。对车灯的颜色均 匀性要求虽然没有普通照明的高，但现有车灯标准中仅以两点来测量评价LED车灯的颜色性能可能存在不足。
4.LED车灯的测量方案探讨与测试结果分析
普通照明用LED的空间颜色测量方案已经比较成熟，一般采用分布光谱辐射计来实现。分布光谱辐射计 一般由分布光度计和光谱辐射计组合而成，光谱辐射计采集空间各方向上的光信号，并测量分析出颜色参数， 如色坐标、色温、显色指数等。北美IESLM-79和中国GB/T24824标准中都有较为详细对空间颜色均匀性测 量的规定，为进一步实现该测量的国际标准化，国际照明委员会成立了TC2-74“光辐射源的空间光谱 辐射度学”的技术委员会，目前该TC的工作进展顺利，有望在2014年底完成草案初稿。
LED车灯的空间颜色测量可参考普通照明光源或灯具的测量方法，采用分布光谱辐射计进行测量与分析。分布光谱辐射计一般由分布光度计和高精度快速光谱辐射计组成。对于车灯测试而言，分布光度计一般采用 高精度A-a分布光度计，图4所示为典型的高精度A-a空间光谱辐射测量的解决方案，分布光度计的转角精度 为±0.01°。而对光谱辐射计的性能有较高要求；
1) 测量速度要求高，过长的测量速度会增加时间成本；
2) 测量精度要求高，光谱辐射测量相关的IESLM-58-13最新版本于2013年底推出，对光谱辐射计的带宽、 杂散光等性能均具有严格的规定，并要求杂散光的数量级小于10'的范围内。
3)较宽的线性动态范围，尤其是测量产品种类丰富、产品更新换代快的情况下，只有足够宽的线性动态范 围，才能满足各类LED车灯的测量需求，如LED前照灯、刹车灯和信号灯等。
除了设备上的方案外，实际的颜色分布测量方法也十分重要。CIE TC2-74研究的主要包括：测量距离、扫 描方式和采样间隔的确定等内容,目前已有大量研究成果出台,这些成果都可以直接应用到LED车灯 的空间颜色均匀性测量中。
图 4 车灯测量用分布光度计(左)和高精度快速光谱辐射计(右)
LED车灯的空间颜色分布实测结果
为比较LED车灯的实际性能，选取LED车前照灯和传统的氙气前照灯，在上述的分布光谱辐射计上进行 测量。根据实测结果，LED车灯和传统的氙气灯的色温分布图有很大的区别，一般氙气车灯的色温差在200K 左右，而LED车灯色温差则可达到1500K以上。
5.总结
随着LED车灯的应用趋势的到来，LED的空间颜色不均匀性问题已不容忽视。从测试的结果中，我们可以看到LED车灯空间色温分布存在较大差异，具有较为明显的空间颜色不均匀性现象，这些现象会给LED车灯 在实际应用中带来影响，于此同时，空间颜色不均匀性的测量也需要引起人们的注意与重视。本文中所介绍 的光色空间分布测量方法以及测量设备布局能够全面评价车灯的光度和色度性能，还可以为LED车灯提供更 准确的数据，为日后的LED车灯的研究与推广应用有重要意义。
参考文献
[1]SAEJ578-2002 Color Specification
[2]ECERegualtionNO.112Unformprovisionsconcerningtheapprovalof motorvehicleheadlampsemittingan asymmeterical pssing beam or driving beam or both and equipped with filament lamps
[3]IES LM-79 Electrical and Photometric Measurements of Solid-State Lighting Products
[4] CIE Technical Report TC2-74 Goniospectroradiometry of Optical Radiation Sources Draft 2.0
[5] Jiangen Pan,Sheng Li,Songyuan Ceng,Wangyang Zhang,Distance Dependence in Spatial Chromaticity Measurement, Proceedingof CIE2012”LightingQualityand Energy Efficiency”,Hangzhou2012,426-432(2012).
[6]ShengLi,CongChen,QianLi,JiangenPan,A NovelContinuousScanningMethodforGoniospectroradiometry。
