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难倒一批照明企业,近场测试如何对颜色不均匀进行仿真?

LED光源颜色不均匀一直是个难题,有时还会出现明显的黄圈和蓝圈,特别是做COB光源,芯片排布不合理会加剧这种现象,近场测试怎样对颜色不均匀进行仿真?能否在产品设计之初就解决好颜色均匀性问题?
刘小波 · 2019-06-14
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大众对品质要求越来越高,反应在照明上面,不仅对光强、照度分布有要求,对颜色及其分布的要求也越来越高。这也是令许多设计师和厂商头疼的事情。

虽然有很多现象可导致颜色不均匀的现象,不过究其本质,基本来源于三个方面:

1、光在材料中的色散,体现为不同波长光在材料中的折射率不同,导致的不同波长的光具有不同的光程差,因此出现颜色差异;通常称为色散现象;

2、材料对不同波长光的反射率或透过率不同也会导致颜色的变化;

3、白光LED不同方向上的颜色不一致。由于白光LED在照明上应用非常多,这个可能是最主要的色差来源。

在实际产品中,这几种因素会进行叠加,使得情况变得更加复杂。

对于第一和第二种情况,在获取材料特性数据(光谱散射特性)条件下,可以通过选择材料以及通过补偿设计来修正。而第三种情况,如果可以获得光谱的Ray File则同样可以通过补偿设计进行优化。也就是说,在我们的光源近场文件里面,每一根光线都包含有光谱信息,而且与实际情形一致,不同光线的光谱不尽相同,则可以进行优化设计。

然而这并非易事,下面我们重点分析第三种情况,并提出我们的解决方案。

这还要从白光LED原理说起,白光LED基本上由蓝光芯片+荧光粉组成,荧光粉吸收蓝光激发出黄光,由蓝光+黄光组成我们看到的白光。



在工艺上,我们很难控制不同方向荧光粉的量,因此造成不同方向的蓝光和黄光比例不一致,导致白光LED本身必然存在空间颜色不均匀现象。

以下是某型号白光LED蓝光及黄光远场光强分布3D示意图(通过TechnoTeam免费软件3D View截取)。


经过材料的色散、反射,使得这种颜色不均匀更加严重,更麻烦的是,白光LED的空间不均匀是没有规律、随机的。

根据上述内容,我们现在知道白光LED有这样两个光学特性:

1、白光LED空间颜色不均匀是由蓝光和黄光比例不一致导致,蓝黄比是重点;

2、如果只观察蓝光或黄光的光谱形状,基本是一致的,这个是由蓝光芯片和荧光粉的特性决定的。

基于这两个特性,我们提出如下全光谱Ray File测试解决方案:

我们可以将蓝光和黄光分别进行近场测试,得到两个Ray File 文件,然后将归一化的蓝光和黄光光谱信息分别融合进蓝光和黄光Ray File,在仿真时,将这两个光谱Ray file导入仿真软件,就可以获得这个光源全光谱的ray file。


如果单凭描述还不能直观感受测试过程,那么接下来,我们来看一个实际案例。测试对象:4-Chip LED,带透镜。


测试步骤:

1、对准

2、测试空间光谱特性,并计算平均光谱、整体蓝黄光光通量、光通补偿系数

3、运行近场测试,得到蓝光、黄光Ray file,和整体光通量

4、进行格式转换,生成光谱Ray File

5、在仿真软件中分别导入蓝光、黄光光谱Ray file,进行色散补偿设计。

具体步骤如下:

1、对准


Theta = 90°, Phi = 0°)


Theta = 90°, Phi = 90°)


Theta = 0°, Phi = 0°

2、测试空间光谱特性,并计算平均光谱、整体蓝黄光光通量、光通补偿系数

依据LM79-08 标准,测试不同方位的光谱、色度信息,可用于表征该LED的空间颜色特性。


对于光谱Ray file来讲,我们可以计算出如下几个信息:

1、根据不同位置的光谱计算平均光谱,并分为两个光谱文件,蓝光和黄光;

2、根据平均光谱与光度探头的光谱匹配信息、X1(蓝光)、X2(黄光)波段光谱响应特性,计算光通补偿系数和蓝光、黄光光通比


3、运行近场测试,得到蓝光、黄光Ray file,和整体光通量

本例采用0.75°x0.75°步进测试,分别获得,蓝光: 86879 幅图像,生成原始光线783304608条;黄光86881 幅图像,原始光线 746292085。

4、进行格式转换,生成光谱Ray File

根据需要的格式,在Convert 801 免费格式转换软件中进行。


5、在仿真软件中分别导入蓝光、黄光光谱Ray file,进行色散补偿设计。


以上便是全光谱Ray File测试的全过程。

小结:

对于光源颜色比较严格的情况下,采用含有光谱信息的Ray File,在仿真设计阶段进行相应的补偿设计,可以极大的消除光源颜色不均匀现象。而光源的光谱Ray file 采用分别测试蓝光、黄光Ray file,结合各自波段的特征光谱信息,可以取得高解析度的光谱Ray File文件。而且,测试速度、效率完全满足产业需求。

以上就是我针对这一问题给出的解答,如果想了解更加深入的信息,或光谱Ray File测试服务,欢迎联络光傲科技。

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认证行家
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从事光电计量测试行业近20年,将国际先进的计量测试技术和产品与国内计量院所、显示行业、照明行业,以及航空、航天部门实际需求结合,提出“测试就是生产力”理念,将计量测试与生产、研发深度关联,以最优化的测试方案解决研发、生产中的问题和困扰。尤其对显示优化校正、近场光、光环境评价有丰富经验。
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