LED光源色坐標(biāo)檢測技術(shù)研究

色坐標(biāo)是表征LED光源顏色特性的核心參數(shù)之一，它通過數(shù)字形式在色度圖上精確描述光源的發(fā)光顏色。色坐標(biāo)的準(zhǔn)確檢測對于LED光源的生產(chǎn)質(zhì)量控制、顏色一致性管理以及應(yīng)用場景的光色設(shè)計至關(guān)重要。

一、 檢測項目

LED光源的色坐標(biāo)檢測并非孤立進(jìn)行，它是一系列光色度參數(shù)檢測中的關(guān)鍵一環(huán)。主要檢測項目包括：

1. 色品坐標(biāo)：

   • 定義與解釋： 通常指CIE 1931 XYZ色度系統(tǒng)中的(x, y)坐標(biāo)或CIE 1976 UCS均勻色度系統(tǒng)中的(u', v')坐標(biāo)。它描述了光源發(fā)光顏色在色度圖上的具體位置。

   • 技術(shù)意義： 色坐標(biāo)是計算其他色度參數(shù)的基礎(chǔ)，直接決定了光源的表觀顏色（如紅、綠、藍(lán)、白等）。

2. 相關(guān)色溫：

   • 定義與解釋： 當(dāng)光源所發(fā)射光的顏色與黑體在某一溫度下輻射光的顏色最接近時，黑體的溫度即為該光源的相關(guān)色溫，單位為開爾文(K)。

   • 技術(shù)意義： 主要用于描述白光LED的色表，從低色溫的“暖黃”到高色溫的“冷藍(lán)”。其計算依賴于色坐標(biāo)在色度圖上的位置與黑體軌跡的關(guān)系。

3. 色純度/主波長：

   • 定義與解釋： 色純度表示光源顏色接近單一光譜色的程度。主波長是通過將光源色坐標(biāo)與參考白點相連，延長線與光譜軌跡相交點所對應(yīng)的波長。

   • 技術(shù)意義： 用于表征彩色LED（如紅、綠、藍(lán)）顏色的飽和度和鮮艷度。色純度越高，顏色越飽和。

4. 色容差：

   • 定義與解釋： 表征被測光源的色坐標(biāo)與標(biāo)準(zhǔn)目標(biāo)色坐標(biāo)在色度圖上的偏離程度，通常以SDCM（色彩匹配標(biāo)準(zhǔn)偏差）為單位。

   • 技術(shù)意義： 是評價光源顏色一致性的關(guān)鍵指標(biāo)。在批量生產(chǎn)中，色容差越小，說明不同光源之間的顏色差異越小。

5. 顯色指數(shù)：

   • 定義與解釋： 衡量光源還原物體真實顏色的能力參數(shù)，包括一般顯色指數(shù)Ra和特殊顯色指數(shù)Ri。

   • 技術(shù)意義： 雖然顯色指數(shù)的計算基于光源的相對光譜功率分布，但其測試系統(tǒng)與色坐標(biāo)檢測系統(tǒng)高度一致，通常作為綜合光色性能一并檢測。

二、 檢測范圍

LED光源色坐標(biāo)檢測覆蓋了從芯片到最終燈具的各類產(chǎn)品，主要包括：

1. LED芯片與晶圓： 在封裝前對基礎(chǔ)發(fā)光材料的顏色特性進(jìn)行篩選和評估。

2. LED封裝器件： 包括貼片型、直插型等各種封裝的單色或白色LED，這是生產(chǎn)過程中質(zhì)量控制的核心環(huán)節(jié)。

3. LED模塊與燈條： 由多個LED組合而成的發(fā)光單元，檢測其整體混光后的色坐標(biāo)均勻性和一致性。

4. LED光源： 指集成有驅(qū)動電路、具備標(biāo)準(zhǔn)接口的替換性光源，如LED球泡燈、LED燈管、LED射燈等。

5. LED燈具： 完整的照明裝置，檢測其最終出光面的光色性能，包括空間顏色均勻性。

6. 特殊應(yīng)用LED： 如用于顯示背光、汽車照明、植物照明、醫(yī)療照明等領(lǐng)域的LED，對其色坐標(biāo)有更嚴(yán)格和特殊的要求。

三、 標(biāo)準(zhǔn)方法

為確保檢測結(jié)果的準(zhǔn)確性和可比性，檢測過程需遵循國內(nèi)外相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。

1. 國際標(biāo)準(zhǔn)：

   • CIE 015:2018《色度學(xué)》： 提供了色度計算的基礎(chǔ)理論與方法。

   • IES LM-79-19： 規(guī)定了固態(tài)照明產(chǎn)品電氣和光度測量的批準(zhǔn)方法，對測試環(huán)境、儀器和程序有明確要求。

   • IEC 62612： 針對自鎮(zhèn)流LED燈的性能要求，包含了色坐標(biāo)和色容差的測試方法。

   • ANSI C78.377： 規(guī)定了固態(tài)照明產(chǎn)品的色度規(guī)范，明確了白光LED在色度圖上的目標(biāo)區(qū)域和色容差四邊形。

2. 中國國家標(biāo)準(zhǔn)：

   • GB/T 7922-2008《照明光源顏色的測量方法》： 規(guī)定了光源顏色測量的通用方法。

   • GB/T 24824-2009《普通照明用LED模塊測試方法》： 針對LED模塊的光電性能測試，包含色度參數(shù)。

   • GB 7000.1-2015《燈具 第1部分：一般要求與試驗》： 對燈具的安全和性能提出要求，相關(guān)測試方法可參考。

   • GB/T 30413-2013《嵌裝式燈具性能要求》： 等具體燈具性能標(biāo)準(zhǔn)中也包含對色坐標(biāo)的要求和測試指引。

四、 檢測儀器

LED光源色坐標(biāo)檢測的核心設(shè)備是光譜輻射計。

1. 核心設(shè)備：光譜輻射計

   • 功能原理： 該儀器通過分光系統(tǒng)將被測LED光源發(fā)出的光分解成不同波長的光譜，測量每個波長上的輻射強(qiáng)度，從而獲得光源的相對光譜功率分布數(shù)據(jù)。所有色度參數(shù)（色坐標(biāo)、相關(guān)色溫、顯色指數(shù)等）均可通過此基礎(chǔ)數(shù)據(jù)精確計算得出。

   • 關(guān)鍵組件： 主要包括入射光學(xué)系統(tǒng)（如積分球、余弦校正器）、單色儀（或色散元件）、探測器陣列（如CCD或光電二極管陣列）及信號處理電路。

   • 性能要求：

     • 波長精度： 通常要求優(yōu)于±0.5nm，確保光譜數(shù)據(jù)準(zhǔn)確。

     • 光譜分辨率： 通常要求在5nm以下，以分辨光譜細(xì)節(jié)。

     • 動態(tài)范圍與線性度： 保證在不同亮度下測量的準(zhǔn)確性。

2. 輔助設(shè)備：積分球

   • 功能： 用于測量總光通量以及實現(xiàn)光源的空間混光。將被測LED光源置于積分球中心，其內(nèi)壁涂有高反射率的漫反射材料，使光線在球內(nèi)多次反射后形成均勻的照度。光譜輻射計通過積分球壁上的開口測量此均勻光，從而獲得代表光源整體發(fā)光特性的光譜數(shù)據(jù)，避免因光源自身角度特性導(dǎo)致的測量誤差。

   • 尺寸要求： 積分球的直徑需遠(yuǎn)大于被測樣品的尺寸，以減小樣品自身遮擋引入的誤差。

3. 校準(zhǔn)設(shè)備：

   • 標(biāo)準(zhǔn)燈： 包括光譜輻射照度標(biāo)準(zhǔn)燈和光譜輻射亮度標(biāo)準(zhǔn)燈，用于對光譜輻射計進(jìn)行絕對光譜響應(yīng)的校準(zhǔn)，是保證測量結(jié)果溯源至國家基準(zhǔn)的關(guān)鍵。

   • 色溫標(biāo)準(zhǔn)燈： 用于日常工作的快速驗證和系統(tǒng)穩(wěn)定性檢查。

結(jié)論

LED光源色坐標(biāo)檢測是一項系統(tǒng)性的精密測量工作，它依賴于對檢測項目的深刻理解、對標(biāo)準(zhǔn)方法的嚴(yán)格執(zhí)行以及對高精度光譜輻射計和配套設(shè)備的正確使用。隨著LED技術(shù)向更高光質(zhì)、更廣應(yīng)用領(lǐng)域發(fā)展，對其色坐標(biāo)及其他色度參數(shù)的檢測精度和效率提出了更高要求，持續(xù)完善檢測技術(shù)體系對于推動整個LED產(chǎn)業(yè)的高質(zhì)量發(fā)展具有重要意義。