【技术文章】白光叶片LED点灯过程中泛黄图像的研究及对策

原文：《Research on Yellowish Image During White Light Blade Led Lit-On and Its Countermeasures》

作者： 李祥兵

编译：赵晨尧，郭雨欣

指导：林燕丹

简介：从白光的原理和考核指标入手，通过一个H项目实践，从材质、造型、结构、LED、环境温度等方面探讨白光叶片发黄的根本原因。并提出改进的技术方案。尝试改进后的结果表明，照明图像更加纯白，可以有效消除客户的抱怨。这些对策和试验对未来光片前照灯的构想具有重要意义。

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引言

白光LED是传统白炽灯、荧光灯的重要替代品，以达到高效照明图像。它始终具有电压更低、功耗更低、寿命更长、可靠性更高、可维护性好等特点，符合绿色照明工程环保节能的要求，在汽车照明和信号应用方面前景广阔。通常，白光总是由暖白光、纯白光和冷白光组成。对于广大用户来说，他们希望通过LED技术在道路上看到纯白色的照明图像，比荧光灯更亮，视觉图像更清晰，夜间行车更安全。对于信号装置和车内照明，用户希望看到更稳定的灯光颜色，以确保不会给驾驶员和其他道路使用者带来任何不适的形象。然而，由于受孕期间的不确定性，当白色 LED 点亮时，通常会感知到黄色的图像。它不仅是由LED本身造成的，也与当前照明设备的技术有关。 LED灯点亮后的黄色图像不仅会降低客户的感知质量，还可能被视为“产品老化”缺陷，从而在很大程度上影响驾驶感受和购车意愿。因此，在LED灯的构思过程中，找到解决泛黄图像的技术方案非常重要。

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LED白光的形成机制

1、光的混合原理

光作为一种电磁波，总是由可见光（380-780nm）、红外线（780nm-1mm）和紫外线（100-380nm）组成。白光总是由许多不同的颜色混合而成。

（1）三原色：三原色中，如果两种颜色中的任何一种不能通过混合产生第三种颜色，则这三种颜色可称为三原色。

（2）加法混合原理：当两个或两个以上的灯相互混合时，发光强度是不同颜色的总和，如绿+红=黄，绿+蓝=青；红色+ 蓝e= 品红。

（3）白光是原光和介质颜色相加产生的：红+青=白；绿色+品红=白色；蓝色+黄色=白色。

2、白光形成的原理

如上分析，白光是不同颜色的混合。白光LED可分为单芯片、双芯片、三芯片和四芯片。对于单芯片等，对于单芯片的LED，白光总是由单个LED二极管和荧光粉产生。在这种情况下，总是通过以下方式实现：

蓝色 LED 二极管产生的蓝光透过黄色荧光粉，激活黄光与蓝光混合。这种方式的效率相对较低。

对于多片式LED，总是通过以下方式实现：

两个或两个以上的 LED二极管混合。对于白光，它总是由蓝色 LED 和黄色 LED 混合而成。由于蓝光LED成本较低，一般采用蓝光LED和荧光灯混合。

通过与三种原色（RGB：红、绿、蓝）混合产生白光。这种方式需要三种原色的比例好，否则会产生其他颜色。

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评估白色LED灯的指标

一般来说，评估白光的色彩表现有三个指标：色温、显色性和照明效率。在汽车照明过程中，GB4785-2019对不同功能的色温和显色性提出了具体要求，例如家用照明色温低于5000K，显色性高于80，道路照明的色温需要为4000+/-50K 。因此，管理好 LED 灯的色温和渲染非常关键。

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基于H项目的LED黄色图像调查

1、H项目的发展背景

H项目是全球项目之一，前照灯位置灯分为两部分：位于前照灯内部的位置灯（通过厚叶片实现）和独立于前照灯的位置灯。前照灯内的光导是45度倾角的光导，从顶部到底部是一条直线。前照灯外的另一个位置灯位于前照灯的上部区域，从左到右呈弧形造型。在开发过程中，方位灯的两方在正前方的视野中呈现出良好的形象（均匀性好，纯白光）。

2、来自导光材料的黄色图像

PC一直被用作导光板的材料。 PC 材料的图像偏黄的原因是在注射过程中没有添加Polymsj等额外的试剂。普通光刃带PC，距离20cm以上会呈现淡黄色图像。背后的原因是注射过程中没有额外的药剂。这种附加剂在 LED 点亮时可能不会造成差异，但在 LED 点亮时会造成很大差异。

3、造型

通常，车灯造型与人类视觉感知之间存在联系。两者的区别在于发光强度、颜色和均匀性。例如，前照灯内部和上方位置灯的照明图像显示了不同的照明图像，例如不均匀性和黄色图像。为避免这些问题，就要求设计师在构思过程中为不同方位灯提供相似的风格，以保证不同功能的统一形象。

4、不同的结构

厚光导的传输方式根据LED的不同位置，有直传和侧传两种。如图1和图2所示，如果LED本身显示偏黄图像，对于直接传输方式，由于荧光粉的反射，与黄色荧光粉混合后会导致图像偏黄。对于间接传输方式，第一次传输后黄色图像不会投射到屏幕上，因此不同视点都不会出现黄色图像。

图1 方向照明与侧照明

5、色仓选择错误

对于同一类型的 LED，它总是有许多不同的颜色箱，其中一些可能是黄色的，另一些可能是蓝色的。如图 3 所示，M1 和 M2 是纯白光，色温为 5500k，L1 和 L2 是暖白光，而 N1、N2、P1 和 P2 是冷白光（蓝色）。其中，P1 和 P2 比 N1 和 N2 更蓝。

图2 颜色箱

6、LED的结构

如图 3（左）所示，蓝色是蓝色 LED 芯片，而黄色是荧光粉。 a 和 b 代表照明边界，即在 a 和 b 线以上，LED 发出的蓝光将与黄色荧光粉混合产生白光。但是，对于低于a和b的光，由于光的反射，这些区域的光很差，所以蓝光不能与黄色荧光粉有效地混合，并且在周边区域会出现淡黄色的图像。

图3 LED点亮时图像偏黄的机理

7、温度

LED是一种对湿度和温度敏感的元件。对于蓝色LED，当环境温度较高时，发生光损失时，蓝光与黄色荧光粉不能有效混合，会产生更多的黄色图像，如图3（右）所示。

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光刃偏黄的对策

1、电流调整

白光是蓝光和黄色荧光粉的混合，通过增加LED的电流，蓝色LED的发光强度会更强，这给了蓝光和黄色荧光粉混合的更多可能性。如图 3 所示，当混合白光投射到屏幕上时，屏幕上的光的一般图像会更白一些，尽管周围还有一个黄色的圆环。通过对比调整前的淡黄色环，已经衰减了很多。显色性与正向电流的关系如图4示，当正向电流增加10 mA 时，正向电压将增加 800mV，LED 工作电压的变化将改善照明图像的颜色。

图4 显色性与正向电流的关系

2、避免直射光透过厚光刃

如前所述，当白光通过光片时，直射光会通过透镜（厚光片）放大黄色图像，因此会出现黄色图像。如果将LED和灯片设计成一定的角度，即采用间接透光方式改变发光方向，就会大大改善偏黄的图像。

3、改变LED类型

通常，更换 LED 有两种方法：对于相同类型的 LED，选择白色较多的 BIN。另一种方法是使用带硅环的LED，将淡黄色的光隐藏在白光周围，这样就可以形成纯白光。

图5 带Si膜的LED

4、在入射平面添加颗粒

颗粒的作用是扩散来自 LED 的光。如果在入射平面上加上颗粒，则平面将是一个粗糙的表面，即使传输方式仍然是反射和折射，但反射的光会更多。另外，通过在光入射平面上添加颗粒，由于反射的增强，白光中的黄色元素会相应减少，因此添加颗粒后一般图像会更白。

5、更换导光材料

PC和PMMA是目前生产光导的主要材料。相对而言，PC导光板在射出后偏黄，通过加入光传输材料可以改善。虽然 PMMA 更白，但其极限温度相对低于 PMMA，所以它总是应用在后灯位置或停止等尾灯上。因此，在气候老化性能良好的前提下，采用PMMA的光导更有利于获得更纯净的白光。

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结论与展望

不同测量的实践发现，LED导光板发黄的图像主要是LED本身造成的。通过在光入射处添加颗粒，可以大大改善偏黄的图像。尽管在工业化阶段改变透光结构等其他对策对淡黄色图像没有太大改善，但如果在构想过程中能够综合考虑所有因素，则可以在很大程度上解决淡黄色图像。程度。因此，本文所讨论的解决方案对以后的构想和质量改进具有重要意义。