全光谱摄影照明COB项目开发

全光谱摄影照明COB项目开发

杨伟洪,黄德冰,何玉宝

开发晶照明（厦门）有限公司  福建厦门，361000

摘要：随着COB光源亮度及寿命的提高，应用的领域也越来越广泛，最早可用于室内外灯具等常规照明，例如：室内的筒灯、射灯、球泡灯、T5/T8灯管，以及室外的洗墙灯、电光源、路灯等，现在，随着光源的不断发展提升，已经能够应用于一些特殊的照明，其中全光谱摄影照明COB是比较新的一种高规格的COB应用。本论文主要着重于描述全光谱摄影照明COB项目开发的开发背景、前期设计研究以及设计出的产品性能的介绍。

摄影照明常用三点照明，也称为记录式照明，需要用到的灯具包括关键灯、补光灯、背光灯，关键灯是其中最亮最强的灯，具体功率根据实际要求，但他功率也不能太小，一般范围可以从60瓦到1W瓦，目前市面上最大的COB摄影灯瓦数大约为1200W，给予被摄主体打光，应与相机侧面成15至45度角。补光灯用于补充关键灯留下的任何阴影，此灯的亮度不需要有关键灯那么亮，应该让它始终小于关键灯的亮度。背光灯则为被摄主体的后侧添加柔和光线，起到美化整体图像的作用，它可以将出片观感成倍提升。本论文主要进行开发的是关键灯。

摄影照明的关键灯，市场上使用的光源类型有很多，COB由于其发光面是圆形，出光均匀，容易配光，照射出来的效果更优异，且可靠性能好，被作为目前市场摄影灯的主要选择之一，其瓦数主要从60W至1200W，要求极高的色彩还原性，能还原被照物体的颜色，使拍摄展示出来的画面更加真实，同时，需要使用的瓦数也高，以便提供足够的照度、亮度来使被照物体展示的更明亮、清晰，其中主要涉及到的关键参数有：R1-R15、TLCI、Rg、Rf、CRI、照度、光色均匀度，COB要使用与摄影照明，需要针对这些关键参数进行优化提高，在保证产品寿命的基础上，达到摄影照明的规格要求，特别是其中的CRI、R9和R12以及光色均匀性，要求接近自然光的颜色，是开发过程中需要重点攻克的关键，基于这么严苛的要求，目前，市场上的COB方案几乎都很难达到，仅有全光谱的COB和目标规格比较接近，本论文描述对全光谱COB的进一步优化，通过各方面参数的提高改进，来满足摄影照明的要求；

关于照度，是指物体被照亮的程度，采用单位面积所接受的光通量来表示，表示单位为勒克斯(lx) ，即 lm/m2 。 1 勒克斯等于 1 流明(lumen , lm)的光通量均匀分布于 1m2 面积上的光照度。照度是以垂直面所接受的光通量为标准 。

所以要提升照度，主要是通过提升光通量来满足。关于CRI（光源对于物体颜色呈现的程度称为显色性，通常也叫做显色指数）、R1-R15（R1，淡灰红色，R2，暗灰黄色，R3，饱和黄绿色，R4，中等黄绿色，R5，淡蓝绿色，R6，淡蓝色，R7，淡紫蓝色，R8，淡红紫色，R9，饱和红色，R10，饱和黄色，R11，饱和绿色，R12，饱和蓝色，R13，白种人肤色，R14，树叶绿色，R15，黄种人肤色）、TLCI（TLCI全称电视照明一致性指数。与CRI相比,TLCI可以更加真实地反映LED光源在摄像机上的色彩表现）、Rg(Rg:色彩饱和度指数,100表示饱和度相同,过高过低都认为不好)、Rf(Rf:色彩逼真度指数,跟显指概念类似)，都是用来反应色彩还原能力的参数，都可以通过优化光谱，使光谱和标准光谱接近的方式来提高。关于光色均与度，用来反映照射出来光圈的颜色分布均匀性，主要是通过优化BOM及制程参数来保证。

    对于高CRI、高R1-R15的产品，相同瓦数下，对应的亮度水平也越低，照度也偏低，要提高亮度，最直接的方式就是提高产品的瓦数，以提高产品整体的亮度输出，所以，产品的瓦数也会偏高，COB要做的瓦数越大，BOM的选材需要更严格，以确保产品的可靠性，最关键的物料有基板、晶片和胶水，超过600W后的COB，基板需要使用特殊的铜基符合镜面铝，再确保散热的情况下，保证基板表面的反射率，确保亮度的最优输出，同时选择耐温更高的晶片，比如TJ能达到150度，以及耐温高的胶水，比如耐温大于250度，同时还需要优化工艺制程，常规非沉淀荧光胶面温度远大于沉淀制程的胶面温度，选择沉淀制程可以很好的控制胶面温度，减少胶水的耐温压力，同时减少胶面温度过高带来的荧光粉激发效率的下降，影响亮度的输出。

    关于CRI、R1-R15、Rg、Rf，都是通过不同角度来反应光源对被照物体颜色还原能力的参数，这些参数多与光源的输出光谱息息相关，为了达到更高的规格，需要使光源的输出光谱接近标准光谱，越接近标准光谱，光源的显色性能就越高，CRI用来表示R1-R8平均的显色性能，R9-R15用来表示其余颜色分别的还原性能，它能更好的反应摄影照明的显色性能，通过以下数据可以反映出这个规律，光谱和标准光谱越接近，R1-R15的各参数就越接近100，R1-R8高，相对的CRI也就高，而光谱和标准光谱在某些区域有差异，与这些区域相关的R1-R15的对应参数就会偏低：

常规3000K                          全光谱3000K

TLCI是摄影照明的关键参数，之前使用的显色指数（CRI）评价体系，即使测量值已经非常好，但是对LED光源的显色性进行的评估也并不能够完全体现图像材料中真实的色彩。因此欧洲广播联盟（EBU）发布了电视照明一致性指数（TLCI）来评估显色性。与CRI直接评估灯具的显色性不同， TLCI完整的模拟了电视摄像机和显示器的特定色彩表现。它使用如下色温记录和回放设备相关的参考颜色，因此能够更精确地评估颜色呈现。和CRI一样，这个等级最高为100，数字越高越好。

TLCI参考的色温：

    产品瓦数如果要做高，COB基板就需要用更大的尺寸，以满足散热的需求，基板瓦数不小于600W的时候，可以考虑用铝基板，成本相对较低，如果散热不够就加厚铝基板的厚度或者尺寸，如果大于600W，就要考虑用铜等导热能力更强的基板，避免产品温度太高，造成产品寿命太低，但是使用大基板尺寸会造成点胶过程中荧光粉的沉淀分布不均匀，造成最后点亮光色的不均匀，主要原因是由于基板大平整度的要求就会很高，只要有一些轻微的不平整，就可能造成荧光粉沉到基板的一侧，蓝光激发荧光粉的时候，荧光粉多的部分色温就比较低，荧光粉少的位置色温就比较高，出光的颜色也就不均匀，所以，这个时候基板要选择一定的厚度，比如1.0mm或者更厚，确保基板的抗折能力，防止变形翘曲，同时，还要控制点胶制程中同一颗COB的点胶次数，使胶水可以最短时间流平整个发光面，以利于胶面快速流平，同时COB沉淀的过程需要有沉淀的平台，也需要控制沉淀平台的平整度，这些都会影响到荧光粉沉淀的均匀性，进而影响到光色。

产品设计过程中，还需要考虑荧光粉配比的搭配，通过荧光粉配比的优化来改善光源的输出光谱，使光源光谱更接近标准光谱，举例，如果光谱如下图，可以看到590nm左右区域有凹谷，可以通过增加短波红粉使整个光谱更平滑，这样光谱就会和标准光谱更接近（黑色线为标准光谱）,同时，如果蓝光区域和标准光谱不贴合，也可以增加其他波段的晶片进行调整，比如，480nm左右的波谷可以考虑用470-480nm的晶片进行填补。

基于以上各关键参数提高方向的考虑，就可以设计出符合摄影照明规格的方案，如下是设计出来的300W摄影灯具的样品不同电流下的参数，能够使产品在不同电流调节下，参数仍然保持一个很高，接近100的水平，对应的色彩还原能力也达到很高的水平。

    对应产品的TLCI也达到了99，能极大了还原摄影过程中被照物体的真实颜色。

为了让产品颜色偏红点，摄影照明的色点会控制在黑体曲线下方，通过控制DUV来实现这个效果，DUV小于0，色点就会在黑体曲线下方，此300W的DUV控制在0至-0.004，摄影灯的照度也是关键参数，此300W的照度达到了13000lx以上,以确保提供充足的亮度照明。

    随着国家政策的进一步利好，越来越多的需求将会被释放，摄影灯行业将紧密结合产业上下游的资源，充分掌握用户需求拜年话，极大丰富行业应用场景。目前，我国的摄影灯行业发展尚处在起步阶段。摄影灯在数码摄像机上的作用如同闪光灯在数码相机中的作用，想拍黑暗的物体，一定要用到这些辅助光源，否则噪点会非常大，光靠后期的处理是不够的，对于不少数码摄像机新手来说，摄影灯似乎是一个多余的没有太大必要的东西，也是最容易被忽视的数码摄像机配件，随着摄影照明相关先进信息的输入，摄影灯的前景是可期的，摄影灯中关键的COB光源也会随之不断发展放量。