光的色彩相關(guān)溫度（CCT）被定義為“普朗克輻射體的溫度，其感知的顏色在相同的亮度和特定的觀察條件下最接近于給定刺激的顏色?！边@是一個(gè)對(duì)工程師有用的定義，并幫助他們?cè)凇袄浒住?，“中性白”和“暖白”這樣的分組下對(duì)白光LED的輸出進(jìn)行分類。消費(fèi)者對(duì)科學(xué)定義不太感興趣，但仍然很挑剔用于家庭，商業(yè)或工業(yè)場(chǎng)所的LED照明照明。

本文解釋了CCT是什么，并展示了如何使用它來為商業(yè)白光LED分類照明應(yīng)用。最后，我們將了解為什么固態(tài)照明制造商會(huì)遇到提供覆蓋全系列CCT光源的設(shè)備的麻煩。

白如何白？

盡管LED比傳統(tǒng)照明具有明顯的優(yōu)勢(shì) - 例如功效，壽命和緊湊性 - 但LED在消費(fèi)者照明方面的應(yīng)用面臨一些阻力。雖然證據(jù)有些軼事，但批評(píng)者聲稱，白色LED照明燈具發(fā)出的光線“粗糙”并不像白熾燈泡的“溫暖”那樣令人愉悅。

熱衷于滿足客戶愿望的LED制造商一直致力于開發(fā)更接近傳統(tǒng)光源照明顏色（或“溫度”）的LED。

為了量化光的顏色，業(yè)界采用了國(guó)際照明委員會(huì)（CIE）于1931年建立的方法。該組織定義了一個(gè)用三個(gè)坐標(biāo)x，y描述的色度（顏色）空間。和z。在該空間中，x，y坐標(biāo)定義顏色，z定義光源的亮度。在彩色空間包絡(luò)的邊緣周圍指示單色波長(zhǎng)（例如，藍(lán)色為465nm，綠色為530nm，紅色為620nm）。

圖1顯示了CIE xy 1931色度圖。該圖包括普朗克軌跡（黑線），其對(duì)應(yīng)于白熾“黑體”看起來隨著溫度變化而輻射的顏色（以開爾文（K）定義的色溫）。作為背景，黑體是吸收所有入射電磁輻射的實(shí)體，與頻率或入射角無關(guān)。這種處于熱平衡狀態(tài)（即在恒定溫度下）的物體根據(jù)普朗克定律發(fā)射電磁輻射，這意味著它的光譜僅由溫度決定，而不是由人體的形狀或成分決定。

圖1：具有普朗克軌跡和相關(guān)色溫線的CIE xy 1931色度圖。

與軌跡相交的線代表恒定的CCT，其中感知的顏色最接近于在相同亮度和特定觀察條件下的理想輻射器的顏色。 白色LED制造商試圖制造發(fā)出顏色在該位置上或附近的光的產(chǎn)品。

改變CCT

有幾種方法可以從LED產(chǎn)生“白色”光，但最常見的是將藍(lán)色LED與釔鋁石榴石（YAG）熒光粉結(jié)合使用。來自LED的一部分藍(lán)光被磷光體吸收，然后由于稱為斯托克斯位移的現(xiàn)象而將其重新發(fā)射為白光（參見TechZone文章“更白，更亮的LED”）。

圖2顯示了OSRAM OSLON SSL白光LED的相對(duì)光譜發(fā)射（該芯片在350 mA時(shí)產(chǎn)生126 lm，效率為116 lm/W）。請(qǐng)注意，光譜不是波長(zhǎng)的均勻混合;在藍(lán)色區(qū)域（LED的直接貢獻(xiàn)）中出現(xiàn)相當(dāng)大的峰值，在磷光體產(chǎn)生的黃色/紅色區(qū)域中具有進(jìn)一步的駝峰。盡管如此，這些波長(zhǎng)的組合非常接近白色，當(dāng)然足以愚弄人眼。

圖2：來自O(shè)SRAM OSLON SSL白光LED的相對(duì)光譜發(fā)射。 （虛線鐘形曲線是人眼靈敏度函數(shù)。）

通過對(duì)熒光粉化學(xué)物質(zhì)進(jìn)行微小改動(dòng)，制造商可以改變白光LED的CCT。圖3顯示了具有不同CCT的白色LED的光譜如何變化。此示例顯示了Cree XLamp XM-L2系列的LED。這些芯片在700 mA時(shí)產(chǎn)生310 lm，功效為153 lm/W.

圖3：不同CCT的Cree白光LED的相對(duì)光譜發(fā)射。

請(qǐng)注意，“較暖”的白光LED實(shí)際上具有較低的CCT。這些設(shè)備的輸出包含更多的紅色波長(zhǎng)，即使人類的感知要求顏色是溫暖的，它也會(huì)將輻射移向普朗克軌跡的較冷端。 “酷”白色LED發(fā)出更多藍(lán)色，并且輻射被歸類為更熱，盡管人類還有另一種感覺，即確定光線更涼爽。

制造商生產(chǎn)的白光LED的輸出分為“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顏色的LED。即使來自同一批次的設(shè)備也具有略微不同的光譜。相反，制造商將具有相似CIE顏色坐標(biāo)的設(shè)備分組為“箱”。分組由CIE顏色空間上的小四邊形確定，這些四邊形的垂直集具有相同的CCT。圖4說明了分箱原理。

圖4：CIE顏色空間上的每個(gè)四邊形定義包含相同標(biāo)稱顏色的LED的箱柜。垂直集具有相同的CCT。 （由歐司朗提供。）

區(qū)域變化

工程師考慮使用哪種類型的白光LED用于下一個(gè)照明項(xiàng)目時(shí)面臨一個(gè)艱難的決定，因?yàn)闆]有任何一種顏色適合所有市場(chǎng)。

一些制造商試圖通過開發(fā)發(fā)出全波長(zhǎng)光譜以模擬日光的LED來克服區(qū)域變化，推斷這是一種很好的策略，因?yàn)槿搜弁耆m應(yīng)這種光源。然而，兩個(gè)挑戰(zhàn)阻礙了這種方法。首先，由于技術(shù)原因，與其他白色類型相比，“日光”白色LED對(duì)最大功效具有相對(duì)低的上限。其次，事實(shí)證明許多消費(fèi)者 - 可能是因?yàn)樗麄冮L(zhǎng)大了白色的白熾燈 - 不喜歡這些設(shè)備的光線“粗糙”。

其他LED制造商已經(jīng)跟隨熒光燈制造商的領(lǐng)先地位。這些LED旨在滿足消費(fèi)者對(duì)目標(biāo)市場(chǎng)的偏好。例如，在美國(guó)，暖白色占優(yōu)勢(shì)，而在日本，中性白色是優(yōu)選的。其他國(guó)家更喜歡更高的CCT（冷卻）管，高達(dá)7，500 K.為了使事情變得更加復(fù)雜，消費(fèi)者更喜歡不同的工作場(chǎng)所;例如，4200 K在美國(guó)是常見的辦公室照明。

好消息是，一旦工程師縮小了選擇范圍，他們會(huì)發(fā)現(xiàn)Cree，OSRAM和Seoul Semiconductor等主要制造商提供覆蓋全系列CCT的白光LED。例如，首爾半導(dǎo)體最新的Acrich Multi Junction Technology（MJT）提供MJT 3528--一個(gè)容量為107 lm，40 mA，82 lm/W芯片 - 跨越CCT范圍2，600至7000 K.或者，MJT 6540提供為在這些4，000至6，500 K光源的CCT范圍內(nèi)更換熒光燈管。該芯片在20 mA時(shí)產(chǎn)生29 lm，效率為112 lm/W.