基于颜色的LED照明产品的方法

LED，与所有半导体设备一样，具有材料和工艺变化，产生具有相应性能变化的产品。 LED经过装箱和包装，以平衡制造过程的性质和照明行业的需求。照明级LED产品受固态照明行业，应用要求和行业标准的需求驱动，包括色彩一致性，以及色彩和流明维持。

LED照明对色彩一致性的需求没有什么比图片更能说明每种照明技术需要提供一致的色彩。这是我们试图解决的问题的一个例子。

图1：对颜色一致性的需求涵盖了所有照明技术。虽然这个插图来自一系列HID灯照亮了建筑物的外立面，随着时间的推移，它显示了灯具制造和颜色维护中颜色不一致的不良后果。

美国，欧盟和世界各地日益活跃的工业政策导致严格的设定LED照明应用的性能要求。例如，2010年文件“整体LED灯的能源之星®计划要求” 2 提出了严格的要求，明显高于CFL 3 的要求，这是第一个产业政策强制照明技术。 LED灯要求之前是2008年的文件“固态照明灯具的能源之星计划要求 4 。”在这些文件的每一个中，都有CCT，CRI，流明和颜色维护的要求。能源之星认可的LED照明产品，如下表1和表2所示。

标准项目能源之星要求参考标准/测试方法样品量/特殊要求实验室要求相关色温（CCT）和Duv灯必须具有以下之一指定的CCT（根据ANSI C78.377-2008）与下面列出的7步色度四边形和Duv公差一致（更多信息见附录A）。 LM-79-08 ANSI C78-377-2008每个型号10个单位

-5 base-up

-5 base-down

10个样品中至少有9个必须符合规格DOE CALiPER认可或NVLAP认证for LM-79-08 Nominal CCT Target CCT（K）and tolerance Target Duv and tolerance 2700 K 2725±145 0.000±0.006 3000 K 3045±175 0.000±0.006 3500 K 3465±245 0.000±0.006 4000 K 3985±275 0.001± 0.006表1：按照程序要求（V1.1）对整体LED灯的能源之星要求。

灯具要求相关色温（CCT）灯具必须具有以下指定CCT之一且属于7级色度四边形标称CCT （1） CCT（K）2700 K 2725±145 3000 K 3045±175 3500 K 3465±245 4000 K 3985±275 4500 K 4503±243 5000 K 5028±283 5700 K 5665 ±355 6500 K 6530±510表2：LED灯具的能源之星要求，按程序要求（V1.1）。

这些要求突出了实现既定，可重复的需求结果与LED供应商的制造输出。

基本方法

公司可以通过三种方式与Cree合作，采购LED以实现颜色一致的照明产品：

购买一个或极少数的垃圾箱。一遍又一遍地购买相同的小型零件是一种合理且可重复的策略，但由于LED制造的性质，这绝不是采购LED生产供应的最低成本方式。

With从2009年底开始发布EasyWhite™产品，Cree使其客户能够以类似于原始灯泡规格实践的方式使用LED，例如，仅指定CCT和通量。 Cree代表其客户在构建XLamp MC-E或MP-L LED的EasyWhite版本中执行颜色混合。

传统上与Cree一起使用的最具成本效益的方法是购买XLamp LED的完整版本也就是说，LED生产运行的全部制造产量，包括通量和色度的变化。为了有效地使用完整的分布，客户开发了多LED照明系统和混色配方的专业知识。混色配方提供了灵活的多种解决方案，可以产生可重复的色度结果，并且可以提供前两种方法的成本竞争优势。

本文档的其余部分为那些人提供了一个框架和工具集。想要在他们自己的多LED照明产品中进行混色。

LED binning

LED可以通过多种方式进行表征。对于颜色混合，两个最重要的尺寸是颜色和通量。这些参数作为LED组件制造过程的一部分收集，并且是本文档中讨论的组件装箱的基础。

色度箱

Cree通过在每个ANSI C78中定义子箱来提供业界领先的粒度。适用于温暖，中性和冷白色XLamp产品的377箱。

图2：XLamp暖白色和中性白色垃圾箱。

每个产品系列都有一个装箱和标签文件，为订购Cree LED组件提供必要的规格。

Cree®XLamp®XP系列LED分档和标签，CLD -AP22

Cree®XLamp®MX-6 LED分档和标签，CLD-AP30

Cree®XLamp®MC-E LED分档和标签，CLD-AP20

从2009年12月开始，Cree推出了一款多芯片LED组件XLamp MC-E EasyWhite™。 EasyWhite binning系列的第二个多模具成员宣布推出XLamp MP-L EasyWhite。 EasyWhite表示乘法LED箱的进展的显着简化，如下图所示。而不是几十个色度箱，每个标准色温只有一个色度箱。这种方法也是独特的，因为四个箱中的每一个都以黑体线为中心。

图3：EasyWhite箱。 

助焊剂箱

光通量是一种附加度量，就像感知颜色是添加剂一样。通过布置LED阵列并对整个阵列的通量求和来创建许多类型的灯具。 Cree XLamp LED的特点还在于其标称电流下的光通量5。这种分类的一个例子如下：

Flux Bin Luminous Flux（Im）Flux Bin Luminous Flux（Im）Min。最大。闵。最大。 K2 30.6 35.2 Q3 93.9 100 K3 35.2 39.8 Q4 100 107 M2 39.8 45.7 Q5 107 114 M3 45.7 51.7 R2 114 122 N2 51.7 56.8 R3 122 130 N3 56.8 62.0 R4 130 139 P2 67.2 73.9 S2 148 156 P3 73.9 80.6 S3 156 164 P4 80.6 87.4 S4 164 172 Q2 87.4 93.9表3：示例Cree磁通分档。

在照明规范中使用比色法和分档信息

为了理解为什么多LED混色是一种重要且具有成本效益的制造技术，请在大型生产运行中考虑以下LED的假设分布。没有LED制造商可以在其白光LED中产生均匀的色点;相反，他们生产的批次LED具有不同的颜色分布和光通量，并根据生产结果创建库存。

图4：假设的LED元件分布。 

如果客户想方设法使用更广泛的彩色垃圾箱，那么购买LED的成本要低于仅购买特定垃圾箱的客户。

这三种方法都有说明在下面的插图中以图形方式显示。

三种方法购买单个（或少数）色度箱

图5：购买单个箱 - 价格不敏感的策略。

使用Cree EasyWhite零件

Cree EasyWhite LED采用下一节所述的混色技术制造，具有出色的色彩一致性和制造可重复性。

图6：购买EasyWhite垃圾箱，这是一种结构可重复的策略。

在LED系统中进行颜色混合

对于某些多LED应用，混合各种颜色的白光LED是实现良好色彩质量同时最大限度降低LED成本的一种经济有效的方法。在这个插图中，我们展示了四个LED可以获得相同的感知结果，就像使用来自其中一个中央子线的四个LED一样。

数学上的结果是因为颜色和通量是相加的。 LED通常以色度（1931 CIE色彩空间中的x，y）和光通量（Φ= Y）为特征。

用于混色数学的三刺激值可以按如下方式计算：

组合颜色是添加的三刺激值的结果：

图7：多LED灯具可以使用混色，在LED上花费更少。

当然，有一些与灯具设计有关的警告。为了获得混色的好处，固定装置必须远离观察者，使LED“混合”在一起。或者，必须有一组二次光学器件来混合和均匀化具有略微不同色调的LED阵列。

设计示例：2900 K

此示例以多种方式解决。目标是2900 K灯具，尽可能靠近黑体线。满足该比色要求的Cree子文件是7D3。假设灯具是多LED器件，还有多种其他方法可以满足生产要求。

使用两个箱子的解决方案

img src = 10》图8：两个XLamp XP-E LED暖白混合例如：正确混合，这两个LED的结果会发出看似落在7D3箱中的光，并在下面以图形方式说明。

图9：两个LED以161流明实现箱7D3 。

类似的数学运算可用于实现三个和四个LED的混色效果。

使用三个分档的解决方案

图10：三个LED到以247流明实现bin 7D3。

使用四个箱子的解决方案

使用颜色混合配方，对于每个色度目标，有多种方法可以利用整个生产分布来实现颜色一致且经济高效的系统结果。

Cree的混色工具，Binonator

Cree开发了一种颜色混合工具软件工具，用于自动化颜色和通量数学，并在Cree的整个定义的XLamp颜色分级空间中显示结果输出。 6

Binonator是一个Microsoft Windows应用程序，需要Microsoft Excel的本地副本才能正确执行。它可从Cree网站进行受控访问下载。除了Excel之外，binonator还需要Microsoft .NET 4.0框架才能运行。下载的文件是一个自解压缩的可执行文件，用于在目标计算机上安装应用程序和配置文件。

图11：在322流明下实现Bin 7D3的四个LED。 

联系您的Cree销售代表以获取Binonator下载信息。

该工具允许用户：

指定并可视化N步MacAdam椭圆周围一系列相关色温，以黑体线为中心。

指定一系列LED，每个LED都有相关的颜色和通量分档。

计算产生的通量和色点。/li》

显示上面第1项到第3项的图形结果。

读取和写入配方文件以检索和存储配方数据。

该工具使用以下假设：

任何特定颜色箱中任何LED的颜色点都是箱的平均值或中心。

LED的通量是所选颜色的最小通量助焊箱。

Cree的104个XLamp色箱中的任何一个都可用于创建结果，但使用宽间距和非相邻色箱有实际限制，这是应用，实施和视图ER依赖。例如，街道照明 - 照明设备可以在照明表面上方10米（30英尺）处，照明光源相对于周围环境非常明亮 - 是一种照明应用，非常容易与各种不相邻的颜色混合彩色垃圾箱。虽然非扩散的室内应用（例如基于LED的T8发光管）在并排使用非相邻颜色箱时可能表现出可察觉的颜色变化。在导出初始配方之后，在提交生产之前测试结果非常重要。

应用程序被组织成单位（x，y）颜色空间的图形显示，状态消息框（左下方） ，Target CCT的设置和MacAdam步骤的数量（显示的底部，中间部分）和计算结果（右下侧）。

通过在定义bin的平行四边形中“右键单击”选择任何色度bin 。这将导致显示一个菜单，其中包含所选bin的一对输入值。左侧的下拉菜单是与特定颜色箱相关联的所有通量XLamp通量箱的并集。右侧的单元格接受与bin关联的整数个LED。左键单击“提交”按钮以选择值。生成的bin将更改颜色以表示与bin关联的非零值。在上面的图12中，我们重新创建了图11的手动结果。

图12：Binonator输入屏幕。

显示结果色度点，坐标和光通量结果显示在显示屏的右下角。

图13：Binonator输入细节 - 右键单击bin以进行数据输入。

显示目标CCT和N步麦克亚当椭圆的控件位于显示屏的底部。这些是一对下拉菜单，用于显示以CCT为中心的目标相关色温和N步麦克亚当椭圆。这些项目允许图形显示颜色混合练习的目标约束

图14：CCT，MacAdam和非图形结果的特写。最后，通过单击“文件”对话框，可以将颜色混合配方保存到文件中并读入加密器。

图15：文件对话框 - 读取和写入混色配方。 

LED及其色度和通量分档的集合称为配方，并存储在扩展名为.cbr（Cree binonator recipe）的文件中。 Binonator允许将配方写入文件以进行存储和后续检索。这些文件以基于XML的模式进行组织。

结论

混合是实现一致，可重复的多LED灯具的有效技术。通过Binonator混合软件，Cree提供了一种工具，可以帮助我们的客户为其LED照明产品创建色度箱混合配方。

对于ANSI bin颜色空间中的任何所需色点，有大量的解决方案可供使用Cree的完整分销，实现最佳的LED单位成本并提供一致的色点结果。

灯泡和灯具设计师将需要注意开发适当的方法来模糊LED阵列中的颜色变化。对于非常明亮应用中的冷白光LED，例如路灯，几乎不需要特别考虑混合光学器件。源与观看者的距离与人类视觉系统对蓝色光谱的敏感度降低相结合，使得混合效果容易。暖白光LED阵列需要更加小心，以确保发生适当水平的灯具内混合，从而模糊每个LED的贡献。

图16：示例.cbr文件格式（XML）。