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，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(qiáng)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(dú)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(diǎn)及不良光色性能產(chǎn)生原因進(jìn)行研究，對有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)對車燈光色性能要求進(jìn)行介紹，對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、操作開關(guān)、頂燈、閱讀燈、門鎖燈等車內(nèi)照明上。近年來，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。

相對于傳統(tǒng)光源來說,LED有更多的優(yōu)點(diǎn)，比如，使用壽命長，現(xiàn)在LED聲稱的使用壽命達(dá)到了幾萬小時乃至更高，這就決定了整車設(shè)計使用壽命內(nèi)LED元件均無需替換，相比較而言，氙氣燈的壽命只有3000小時左右，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，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(biāo)準(zhǔn)

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

標(biāo)準(zhǔn)中，除了對前照燈的配光性能提出了明確細(xì)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(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)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(jìn)行，即近光50V和遠(yuǎn)光HV點(diǎn)上進(jìn)行測量。

此外,SAE標(biāo)準(zhǔn)中對于紅、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題，應(yīng)確保色品坐標(biāo)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。空間顏色不均表現(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(diǎn)，尤其是LED燈源存在空間顏色不均勻性的問題。

圖2 LED光學(xué)設(shè)計效果（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，須二次配光，對照明中經(jīng)常用到的白光LED來說，通常采用藍(lán)光LED加黃綠色熒光粉來獲取白光。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(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，也都會產(chǎn)生顏色不均勻性問題。

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(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高容易出現(xiàn)眩光，對燈具產(chǎn)品外觀造成影響，甚至給照明帶來隱患。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LED車燈顏色性能的衡量和評估標(biāo)準(zhǔn)會有不足之處。

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(jìn)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(biāo)，色溫和顯色指數(shù)進(jìn)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(jìn)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。針對車燈測試，分布光度計通常都是使用精度很高的A-ɑ分布光度計來進(jìn)行測量，其中圖4是測量A-ɑ空間光譜輻射的典型方案，分布光度計轉(zhuǎn)角精度在±0.01o以內(nèi)。而且對于光譜輻射計性能也提出了更高的要求:

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(yán)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(shí)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。

LED車燈的空間顏色分布實(shí)測結(jié)果

為了對比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中對其進(jìn)行了實(shí)測。從測量結(jié)果來看,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)用趨勢的到來，LED的空間顏色不均勻性問題已不容忽視。從測試的結(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LED車燈的實(shí)際使用產(chǎn)生影響，于此同時空間顏色不均勻性測量需得到關(guān)注和重視。文中所述光色空間分布檢測方法及測量設(shè)備布局可對車燈光度及色度性能進(jìn)行綜合評估，同時也能為LED車燈檢測提供更為精確的信息，對今后LED車燈研究及推廣應(yīng)用具有重要指導(dǎo)意義。