相比較傳統(tǒng)的鹵素?zé)艉碗瘹鉄簦?a target="_blank">LED具有獨(dú)到的優(yōu)勢(shì)，如壽命長(zhǎng)，發(fā)光效率高，響應(yīng)速度快，體積小，設(shè)計(jì)可塑性強(qiáng)等。近幾年來(lái)，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(dú)特問(wèn)題，光色性能便是其中一個(gè)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(wèn)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(diǎn)及不良光色性能產(chǎn)生原因進(jìn)行研究，對(duì)有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)車燈光色性能要求進(jìn)行介紹，對(duì)LED車燈光色性能進(jìn)行論述。

1、前言

LED是一種將電能直接轉(zhuǎn)化為光能的半導(dǎo)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(jìn)，LED已經(jīng)廣泛應(yīng)用于汽車儀表背照明、操作開(kāi)關(guān)、頂燈、閱讀燈、門鎖燈等車內(nèi)照明上。近年來(lái)，尤其在部分高端車型中，LED已逐漸被應(yīng)用到汽車前照燈中，如首次應(yīng)用LED作為大燈的雷克薩斯的LS600h/LS600hL車型，奧迪R8等。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。

相對(duì)于傳統(tǒng)光源來(lái)說(shuō),LED有更多的優(yōu)點(diǎn)，比如，使用壽命長(zhǎng)，現(xiàn)在LED聲稱的使用壽命達(dá)到了幾萬(wàn)小時(shí)乃至更高，這就決定了整車設(shè)計(jì)使用壽命內(nèi)LED元件均無(wú)需替換，相比較而言，氙氣燈的壽命只有3000小時(shí)左右，鹵素?zé)舻膲勖蹋籐ED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(gè)很大的優(yōu)點(diǎn)是LED元件尺寸小、結(jié)構(gòu)緊湊、易于布置、造型設(shè)計(jì)，能大大滿足汽車廠商的設(shè)計(jì)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(biāo)準(zhǔn)

國(guó)際上汽車燈光標(biāo)準(zhǔn)主要有兩大系統(tǒng)，一是歐洲的ECE體系，另一個(gè)是美國(guó)的SAE體系，目前我國(guó)的汽車燈光標(biāo)準(zhǔn)以ECE體系作為參照。

標(biāo)準(zhǔn)中，除了對(duì)前照燈的配光性能提出了明確細(xì)致的要求外，也對(duì)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(biāo)準(zhǔn)中，對(duì)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(biāo)準(zhǔn)要求LED紅光成分在整個(gè)可見(jiàn)光范圍內(nèi)的含量要滿足大于等于0.05，值得注意的是，測(cè)量應(yīng)在至少兩個(gè)方向上進(jìn)行，即近光50V和遠(yuǎn)光HV點(diǎn)上進(jìn)行測(cè)量。

此外,SAE標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)于紅、黃、藍(lán)、白等光線的色品坐標(biāo)有嚴(yán)格規(guī)定，須落入如下圖區(qū)域范圍。事實(shí)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(wèn)題，應(yīng)確保色品坐標(biāo)充分落入規(guī)定范圍，空間顏色測(cè)量與空間光度分布測(cè)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(wèn)題

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

圖2 LED光學(xué)設(shè)計(jì)效果（左）和LED實(shí)際照明效果（右）

LED等新型光源及燈具在發(fā)光特性上通常與傳統(tǒng)光源燈具有很大區(qū)別，區(qū)別于傳統(tǒng)照明產(chǎn)品,LED產(chǎn)品通常采用整體化設(shè)計(jì)，須二次配光，對(duì)照明中經(jīng)常用到的白光LED來(lái)說(shuō)，通常采用藍(lán)光LED加黃綠色熒光粉來(lái)獲取白光。某LED芯片之上熒光粉受工藝限制而分布不均，會(huì)造成不同出光方向藍(lán)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。還有一種導(dǎo)致原因是由多顆RGB LED燈珠組成而產(chǎn)生的白光，由于每顆燈珠每產(chǎn)生顏色等差異，也都會(huì)產(chǎn)生顏色不均勻性問(wèn)題。

更重要的是，LED對(duì)熱十分敏感，在高溫下LED的光輸出和顏色都會(huì)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(huì)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(jìn)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

結(jié)果發(fā)現(xiàn),LED空間色彩不均和局部亮度過(guò)高容易出現(xiàn)眩光，對(duì)燈具產(chǎn)品外觀造成影響，甚至給照明帶來(lái)隱患。因此LED空間顏色不均勻性引起了人們的廣泛關(guān)注，當(dāng)前很多普通照明LED標(biāo)準(zhǔn)[1,2]都要求對(duì)LED空間顏色不均勻性進(jìn)行綜合研究,LED空間顏色分布性能也日益受到人們的重視與關(guān)注。對(duì)于車燈顏色均勻性的要求雖不如普通照明，但是目前車燈標(biāo)準(zhǔn)多采用兩點(diǎn)作為L(zhǎng)ED車燈顏色性能的衡量和評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)會(huì)有不足之處。

4、LED車燈的測(cè)量方案探討與測(cè)試結(jié)果分析

常用照明用LED空間色彩檢測(cè)方案已較為成熟，通常使用分布光譜輻射計(jì)進(jìn)行檢測(cè)。分布光譜輻射計(jì)通常是將分布光度計(jì)與光譜輻射計(jì)結(jié)合在一起，光譜輻射計(jì)在空間各個(gè)方向收集光信號(hào)并對(duì)顏色參數(shù)如色坐標(biāo)，色溫和顯色指數(shù)進(jìn)行測(cè)量與分析。

LED車燈空間色彩測(cè)量可以借鑒一般照明光源或者燈具測(cè)量方法，使用分布光譜輻射計(jì)對(duì)其進(jìn)行測(cè)量和分析。分布光譜輻射計(jì)通常包括分布光度計(jì)與高精度快速光譜輻射計(jì)兩部分。針對(duì)車燈測(cè)試，分布光度計(jì)通常都是使用精度很高的A-ɑ分布光度計(jì)來(lái)進(jìn)行測(cè)量，其中圖4是測(cè)量A-ɑ空間光譜輻射的典型方案，分布光度計(jì)轉(zhuǎn)角精度在±0.01o以內(nèi)。而且對(duì)于光譜輻射計(jì)性能也提出了更高的要求:

1.測(cè)量速度要求高，過(guò)長(zhǎng)的測(cè)量速度會(huì)增加時(shí)間成本；

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

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

除了設(shè)備上的方案外，實(shí)際的顏色分布測(cè)量方法也十分重要。CIE TC2-74研究的主要包括：測(cè)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(tái)[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(cè)量中。

LED車燈的空間顏色分布實(shí)測(cè)結(jié)果

為了對(duì)比LED車燈實(shí)際工作特性，本文選用LED車前照燈與常規(guī)氙氣前照燈在前述分布光譜輻射計(jì)中對(duì)其進(jìn)行了實(shí)測(cè)。從測(cè)量結(jié)果來(lái)看,LED車燈與常規(guī)氙氣燈色溫分布圖差異較大，普通氙氣車燈色溫相差約200K,LED車燈色溫相差達(dá)1500K。

5、總結(jié)

隨著LED車燈的應(yīng)用趨勢(shì)的到來(lái)，LED的空間顏色不均勻性問(wèn)題已不容忽視。從測(cè)試的結(jié)果中，我們可以看到LED車燈空間色溫分布存在較大差異，具有較為明顯的空間顏色不均勻性現(xiàn)象，這些現(xiàn)象將對(duì)LED車燈的實(shí)際使用產(chǎn)生影響，于此同時(shí)空間顏色不均勻性測(cè)量需得到關(guān)注和重視。文中所述光色空間分布檢測(cè)方法及測(cè)量設(shè)備布局可對(duì)車燈光度及色度性能進(jìn)行綜合評(píng)估，同時(shí)也能為L(zhǎng)ED車燈檢測(cè)提供更為精確的信息，對(duì)今后LED車燈研究及推廣應(yīng)用具有重要指導(dǎo)意義。