相比較傳統(tǒng)的鹵素燈和氙氣燈，LED具有獨到的優(yōu)勢，如壽命長，發(fā)光效率高，響應(yīng)速度快，體積小，設(shè)計可塑性強等。近幾年來，LED已逐漸被應(yīng)用在汽車前照燈中，尤其是在高端車型中。然而，與傳統(tǒng)光源相比，LED車燈也有必須考慮的獨特問題，光色性能便是其中一個重要方面。

LED車燈因自身發(fā)光特性和溫度影響，很容易產(chǎn)生顏色漂移和空間色彩不均等問題，不僅影響車體整體外觀，而且還存在安全隱患。文章將圍繞LED車燈特點及不良光色性能產(chǎn)生原因進行研究，對有關(guān)標準對車燈光色性能要求進行介紹，對LED車燈光色性能進行論述

1.前言

LED是一種將電能直接轉(zhuǎn)化為光能的半導體器件，早期在車儀表等指示燈上獲得初步應(yīng)用，隨著LED技術(shù)的突飛猛進，LED已經(jīng)廣泛應(yīng)用于汽車儀表背照明、操作開關(guān)、頂燈、閱讀燈、門鎖燈等車內(nèi)照明上。隨著LED成本的降低和技術(shù)的發(fā)展，一些中端型汽車也逐步采用LED作為車前大燈的照明裝置。

與傳統(tǒng)光源相比，LED具有較多優(yōu)勢，例如，壽命長，目前LED的宣稱壽命達上萬小時甚至更高，意味著在整車的設(shè)計壽命中LED元件都不需要更換，相比而言，氙氣燈的壽命只有3000小時左右，鹵素燈的壽命則更短；LED抗震性好、不易損壞、能很好地適用于多種環(huán)境；LED另外一個很大的優(yōu)點是LED元件尺寸小、結(jié)構(gòu)緊湊、易于布置、造型設(shè)計，能大大滿足汽車廠商的設(shè)計要求，它突破了以往燈光系統(tǒng)在造型創(chuàng)新方面的桎梏，讓人們能夠有更加新穎的汽車產(chǎn)品。

2.前照燈的相關(guān)標準

國際上汽車燈光標準主要有兩大系統(tǒng)，一是歐洲的ECE體系，另一個是美國的SAE體系，目前我國的汽車燈光標準以ECE體系作為參照。

標準中，除了對前照燈的配光性能提出了明確細致的要求外，也對車燈的顏色等提出了要求。比較典型的是在GB25991-2010《汽車用LED前照燈》的標準中，對光色有如下規(guī)定：LED前照燈的光色應(yīng)為白色。在顯色性方面，標準要求LED紅光成分在整個可見光范圍內(nèi)的含量要滿足大于等于0.05，值得注意的是，測量應(yīng)在至少兩個方向上進行，即近光50V和遠光HV點上進行測量。

此外,SAE標準中對于紅、黃、藍、白等光線的色品坐標有嚴格規(guī)定，須落入如下圖區(qū)域范圍。事實上，以LED為光源的汽車前照燈很容易產(chǎn)生光色漂移和空間顏色不均等問題，應(yīng)確保色品坐標充分落入規(guī)定范圍，空間顏色測量與空間光度分布測量同樣是必需的。[1,2]

圖1 色品圖上相應(yīng)的區(qū)域范圍

若把控不好，空間顏色不均不僅影響車體整體外觀，還可能造成安全隱患?？臻g顏色不均表現(xiàn)為光源或者燈具向空間各方向輻射出的光線顏色不勻，駕駛員在不勻光線顏色下行車產(chǎn)生不適感。

3.LED車燈的空間顏色不均勻性問題

由于LED不同于一些傳統(tǒng)的燈源，這讓LED的產(chǎn)品評估和相關(guān)技術(shù)質(zhì)量檢測成為焦點，尤其是LED燈源存在空間顏色不均勻性的問題。

圖2 LED光學設(shè)計效果（左）和LED實際照明效果（右）

LED在內(nèi)的新型光源和燈具的發(fā)光特性與傳統(tǒng)光源的燈具往往存在較大的差異，與傳統(tǒng)照明產(chǎn)品不同，LED產(chǎn)品往往是整體化設(shè)計且必須進行二次配光，對于照明常用的白光LED，常使用藍光LED和黃綠色熒光粉得到白光。某LED芯片之上熒光粉受工藝限制而分布不均，會造成不同出光方向藍光與黃綠光摻混比例改變，繼而造成LED芯片空間色彩分布不均。也有造成原因為多個RGB LED燈珠所形成的白光因各個燈珠各自所形成的色彩等不同，同樣存在色彩不均勻性。

更重要的是，LED對熱十分敏感，在高溫下LED的光輸出和顏色都會發(fā)生較大變化，如圖4所示。在密閉的車燈環(huán)境中，不僅LED光源整體的溫度會比較高，而且受散熱結(jié)構(gòu)的影響，在不同區(qū)位的LED所處的溫度也不一樣，這進一步加劇了LED車燈的空間顏色不均勻現(xiàn)象。

圖3 LED隨溫度發(fā)生顏色不均勻性變化

研究發(fā)現(xiàn)LED的空間顏色不均勻及局部亮度過高易產(chǎn)生眩光等現(xiàn)象，會影響燈具產(chǎn)品的外觀，甚至在照明中存在安全隱患。所以LED的空間顏色不均勻性受到廣泛的關(guān)注，目前在許多普通照明用LED標準中[1,2]，均要求全面考察LED的空間顏色不均勻性，LED的空間顏色分布性能越來越得到關(guān)注和重視。對車燈的顏色均勻性要求雖然沒有普通照明的高，但現(xiàn)有車燈標準中僅以兩點來測量評價LED車燈的顏色性能可能存在不足。

4.LED車燈的測量方案探討與測試結(jié)果分析

常用照明用LED空間色彩檢測方案已較為成熟，通常使用分布光譜輻射計進行檢測。分布光譜輻射計通常是將分布光度計與光譜輻射計結(jié)合在一起，光譜輻射計在空間各個方向收集光信號并對顏色參數(shù)如色坐標，色溫和顯色指數(shù)進行測量與分析。

LED車燈空間色彩測量可以借鑒一般照明光源或者燈具測量方法，使用分布光譜輻射計對其進行測量和分析。分布光譜輻射計通常包括分布光度計與高精度快速光譜輻射計兩部分。而對光譜輻射計的性能有較高要求：

1)測量速度要求高，過長的測量速度會增加時間成本；

2)測量精度要求高，光譜輻射測量相關(guān)的IES LM-58-13最新版本于2013年底推出，對光譜輻射計的帶寬、雜散光等性能均具有嚴格的規(guī)定,并要求雜散光的數(shù)量級小于10-4的范圍內(nèi)。

3)線性動態(tài)范圍大，特別是在測量產(chǎn)品種類豐富，產(chǎn)品更新?lián)Q代迅速時，只有線性動態(tài)范圍足夠大，才能夠滿足LED前照燈，剎車燈，信號燈等各種LED車燈測量的需要。

除了設(shè)備上的方案外，實際的顏色分布測量方法也十分重要。CIE TC2-74研究的主要包括：測量距離、掃描方式和采樣間隔的確定等內(nèi)容[4]，目前已有大量研究成果出臺[5,6]，這些成果都可以直接應(yīng)用到LED車燈的空間顏色均勻性測量中。

5.LED車燈的空間顏色分布實測結(jié)果

為比較LED車燈的實際性能，選取LED車前照燈和傳統(tǒng)的氙氣前照燈，在上述的分布光譜輻射計上進行測量。根據(jù)實測結(jié)果，LED車燈和傳統(tǒng)的氙氣燈的色溫分布圖有很大的區(qū)別，一般氙氣車燈的色溫差在200K左右，而LED車燈色溫差則達到1500K左右。

6.總結(jié)

在LED車燈應(yīng)用發(fā)展趨勢下,LED空間色彩不均勻性已經(jīng)無法忽視。由試驗結(jié)果可以看出,LED車燈空間色溫分布有很大的不同，有著比較明顯的空間顏色不均勻性，這都將對LED車燈的實際使用造成一定的影響，于今，空間顏色不均勻性測量還需關(guān)注和重視。本文中所介紹的光色空間分布測量方法以及測量設(shè)備布局能夠全面評價車燈的光度和色度性能，還可以為LED車燈提供更準確的數(shù)據(jù)，為日后的LED車燈的研究與推廣應(yīng)用有重要意義。