CCT在商业白光LED分类照明中的应用

光的色彩相关温度（CCT）被定义为“普朗克辐射体的温度，其感知的颜色在相同的亮度和特定的观察条件下最接近于给定刺激的颜色。”这是一个对工程师有用的定义，并帮助他们在“冷白”，“中性白”和“暖白”这样的分组下对白光LED的输出进行分类。消费者对科学定义不太感兴趣，但仍然很挑剔用于家庭，商业或工业场所的LED照明照明。

本文解释了CCT是什么，并展示了如何使用它来为商业白光LED分类照明应用。最后，我们将了解为什么固态照明制造商会遇到提供覆盖全系列CCT光源的设备的麻烦。

白如何白？

尽管LED比传统照明具有明显的优势 - 例如功效，寿命和紧凑性 - 但LED在消费者照明方面的应用面临一些阻力。虽然证据有些轶事，但批评者声称，白色LED照明灯具发出的光线“粗糙”并不像白炽灯泡的“温暖”那样令人愉悦。

热衷于满足客户愿望的LED制造商一直致力于开发更接近传统光源照明颜色（或“温度”）的LED。

为了量化光的颜色，业界采用了国际照明委员会（CIE）于1931年建立的方法。该组织定义了一个用三个坐标x，y描述的色度（颜色）空间。和z。在该空间中，x，y坐标定义颜色，z定义光源的亮度。在彩色空间包络的边缘周围指示单色波长（例如，蓝色为465nm，绿色为530nm，红色为620nm）。

图1显示了CIE xy 1931色度图。该图包括普朗克轨迹（黑线），其对应于白炽“黑体”看起来随着温度变化而辐射的颜色（以开尔文（K）定义的色温）。作为背景，黑体是吸收所有入射电磁辐射的实体，与频率或入射角无关。这种处于热平衡状态（即在恒定温度下）的物体根据普朗克定律发射电磁辐射，这意味着它的光谱仅由温度决定，而不是由人体的形状或成分决定。

图1：具有普朗克轨迹和相关色温线的CIE xy 1931色度图。

与轨迹相交的线代表恒定的CCT，其中感知的颜色最接近于在相同亮度和特定观察条件下的理想辐射器的颜色。 白色LED制造商试图制造发出颜色在该位置上或附近的光的产品。

改变CCT

有几种方法可以从LED产生“白色”光，但最常见的是将蓝色LED与钇铝石榴石（YAG）荧光粉结合使用。来自LED的一部分蓝光被磷光体吸收，然后由于称为斯托克斯位移的现象而将其重新发射为白光（参见TechZone文章“更白，更亮的LED”）。

图2显示了OSRAM OSLON SSL白光LED的相对光谱发射（该芯片在350 mA时产生126 lm，效率为116 lm/W）。请注意，光谱不是波长的均匀混合;在蓝色区域（LED的直接贡献）中出现相当大的峰值，在磷光体产生的黄色/红色区域中具有进一步的驼峰。尽管如此，这些波长的组合非常接近白色，当然足以愚弄人眼。

图2：来自OSRAM OSLON SSL白光LED的相对光谱发射。 （虚线钟形曲线是人眼灵敏度函数。）

通过对荧光粉化学物质进行微小改动，制造商可以改变白光LED的CCT。图3显示了具有不同CCT的白色LED的光谱如何变化。此示例显示了Cree XLamp XM-L2系列的LED。这些芯片在700 mA时产生310 lm，功效为153 lm/W.

图3：不同CCT的Cree白光LED的相对光谱发射。

请注意，“较暖”的白光LED实际上具有较低的CCT。这些设备的输出包含更多的红色波长，即使人类的感知要求颜色是温暖的，它也会将辐射移向普朗克轨迹的较冷端。 “酷”白色LED发出更多蓝色，并且辐射被归类为更热，尽管人类还有另一种感觉，即确定光线更凉爽。

制造商生产的白光LED的输出分为“暖白”（2600至3700 K CCT），“中性白”（3700至5000 K CCT）和“冷白”（5000至8300 K）。不可能可靠地制造完全相同颜色的LED。即使来自同一批次的设备也具有略微不同的光谱。相反，制造商将具有相似CIE颜色坐标的设备分组为“箱”。分组由CIE颜色空间上的小四边形确定，这些四边形的垂直集具有相同的CCT。图4说明了分箱原理。

图4：CIE颜色空间上的每个四边形定义包含相同标称颜色的LED的箱柜。垂直集具有相同的CCT。 （由欧司朗提供。）

区域变化

工程师考虑使用哪种类型的白光LED用于下一个照明项目时面临一个艰难的决定，因为没有任何一种颜色适合所有市场。

一些制造商试图通过开发发出全波长光谱以模拟日光的LED来克服区域变化，推断这是一种很好的策略，因为人眼完全适应这种光源。然而，两个挑战阻碍了这种方法。首先，由于技术原因，与其他白色类型相比，“日光”白色LED对最大功效具有相对低的上限。其次，事实证明许多消费者 - 可能是因为他们长大了白色的白炽灯 - 不喜欢这些设备的光线“粗糙”。

其他LED制造商已经跟随荧光灯制造商的领先地位。这些LED旨在满足消费者对目标市场的偏好。例如，在美国，暖白色占优势，而在日本，中性白色是优选的。其他国家更喜欢更高的CCT（冷却）管，高达7，500 K.为了使事情变得更加复杂，消费者更喜欢不同的工作场所;例如，4200 K在美国是常见的办公室照明。

好消息是，一旦工程师缩小了选择范围，他们会发现Cree，OSRAM和Seoul Semiconductor等主要制造商提供覆盖全系列CCT的白光LED。例如，首尔半导体最新的Acrich Multi Junction Technology（MJT）提供MJT 3528--一个容量为107 lm，40 mA，82 lm/W芯片 - 跨越CCT范围2，600至7000 K.或者，MJT 6540提供为在这些4，000至6，500 K光源的CCT范围内更换荧光灯管。该芯片在20 mA时产生29 lm，效率为112 lm/W.