LED的显色性.doc

LED的显色性问题 显色性是一个相对值，在太阳光下或白炽灯的照射下物体的显色性定为100，在其他光的照射下物体的显色性就0100的范围中，目前LED灯具的显色性一般在60-80 一问题来源 关于LED的显色性与测试方法的合理性问题的提出，应该是来源于测试LED的显色数比较低，而某些人看到LED的实际照明似乎可以接受，由此对现在显色指数的测量计算方法提出质疑。认为现有的显色指数计算不符合像LED这样的非连续光谱的光源。甚至有人说，LED实测的显色指数不高，可是实际照明看起来被照物品却很鲜艳，应该是显色指数高（这实际上是错误的观点，后面再谈）。那么，显色指数和实际观察的关系到底如何？现有的显色指数还能反映LED的显色性吗？二基本概念概述 要阐述上面的问题，首先要搞明白基本理论和概念。没有基础的标准，比较就没有普遍的意义。1什么是光源的显色性？ 光源的显色性，就是当光源照射物体时，物体所反映出的颜色与太阳光照射它是所反映出的颜色的符合程度。2物体的颜色和光的颜色(1)光的颜色：是指电磁波作用与人眼时，人眼对某些波长范围的电磁波有可分辨、可见的反应。由于人眼细胞的特殊性，人眼对光色的感受会与光谱分布、强度相关。这种特殊性会使得人对看到的颜色的波长判断失误。比如，当着红光和绿光混合时，人眼感受到的是黄色，而这束混合光就根本没有黄色波长的成份。(2)物体的颜色：是物体对照射到它上面的光，部分或全部吸收了某些波长的光，其余光反射或透射后被人眼所接收后的综合感受。3光源色与物色的区别 光源色是光源发出的各种波长光作用与人眼后，人眼对它所有作用的一个综合感受。人眼只能是对一束光有一个“单一”颜色的感受，即要么是红光、要么是草绿色光等，人眼不能分辨出这束光色是单一波长的光，还是由哪几种波长的光所混合的。 物色是物体吸收和反射或透射入射光的综合结果。没有入射光，物体就没有了颜色。入射光色（或波谱含量）不同，物体的颜色就不同。 图1所示表明，光源色和物体色产生差别的原因。同时也表明，我们讲光源色和物体色时，观察的角度是不同的。4显色性的评价 对一个光源的显色性评价方法及测量方法，这是一个比较大的专题，本文就不做介绍，读者可参考GB/T 5702光源显色性评价方法。这里只是做些解释，帮助大家理解。 根据显色性的定义，只要光源的光谱含量及相应波长的强度完全符合阳光的光谱分布，就是完全显色。实际上，人造光源都很难达到这样的状况。这些光源或多或少缺少某些波长的光，而且，其含有的波长中，各波长的强度比例也不见得符合阳光的波谱。 在评定显色性时，有15个比较色样。这15个色样，每一个都有相应的的波谱强度分布。这15个色样是从日光的光谱分布中选择的。光源的显色性，不是靠人眼去观察对比的，而是由仪器分析出光源的波谱分布，然后根据每个色样波谱分布，抽取光源中的波谱来对比，看它们的符合程度。15种色样的比较结果的平均值就是所谓的显色指数。 但是，一般的仪器测试报告中，给出的是显色指数其实是“平均显色指数”-Ra，它只是8种典型显色指数的平均值，没有包括另外7个特殊显色指数。如此一来，我们可以看到，Ra包含的信息是很不完整的。就利用它来评价光源的显色性来讲，Ra高，实际显色方面还可能出现问题；而Ra低，实际显色方面一定会出现问题。应该用全部15个色块的显色指数平均得到的平均显色指数CRI才更好。实际上，颜色是有无数种的，仅仅用1 5个特殊的颜色，并不能准确反映某光源与日光的真实差异。通常认为白炽灯的显色指数为100%，这只是说Ra是100%。实际上，白炽灯的光谱分布和日光光谱的分布差异还是很大的，参见图2。在白炽灯下看偏蓝色的物体时，颜色会有失真。三LED白光的显色性问题 对于由LED来产生白光用来照明，有两种方式来制造白光。一种是某种颜色的LED和荧光粉配合产生白光；另一种是用多种单色LED混合白光。1LED芯片加荧光粉的白光照明的显色性问题 用蓝光芯片加荧光粉来产生白光是目前通用的方法。就现在所使用的黄色荧光粉技术来看，其产生的白光光谱分布，与太阳光的光谱分布相差很大。这就是这种白光LED的显色性差的根源。白光LED与阳光及白炽灯的光谱对比见图2。可以看到，白光LED在青色和红色方面的光谱含量严重不足，蓝光成份太多。显色指数Ra不高也就不言而喻了。而且在测试结果中可以看到，这种LED的特殊显示指数Ra=0（深红色）。 本来这应该没有什么好说的了。可是，很多人似乎不服气，认为是显色性的测试比较方法有问题。一个观点是，现在的显色性比色方法是针对连续光谱的光源的不适合LED这样“非连续”光谱的光源。可是，我们可以看到，这种单色光激发荧光粉得到的白光，其光谱仍然是连续的！只不过是各波长的能量比与日光相比有很大的差异而已。持有“非连续”光谱说法的人，也许是认为蓝光激发荧光粉，荧光粉只是发出单黄色的光而已，仅仅是蓝光加黄光混合的白光。若真是如此，这样的白光LED的显色指数就会更低了。实际上，蓝光激发荧光粉后，荧光粉所释放的光，其光谱不是单一的黄光，而是涵盖了可见光谱的很大部分，只不是以黄绿光为峰值的山峰形分布。 其实，不管你是什么光源，只要你的光谱分布和日光的光谱分布不同，显色指数就会降低。光谱分布是指包含的波长的量及相应的强度。 有人说，白光LED照物体，看起来会比其它光源鲜艳，应该是显色指数高。这种说法不对！蓝光芯片加黄色荧光粉的白光LED，它的某些波段比较强，比如蓝色区域、黄色区域，但在另一些波段，则光强不足，如青色、红色。因此，它只能是对某些颜色过度照明显得“鲜艳”，实际上这是失真的体现，它并不表示和日光下的颜色相同。而是对某些颜色反映不足。用蓝色芯片加荧光粉的白光LED，照射蓝色物体时，确实看来比较鲜艳，可是用来照射红色物体时，就会失真。比如照射肉类，显得暗淡。 所谓的照明鲜艳，并不一定代表颜色的真实！2多种单色LED混合白光的显色性问题 有人说，用R、G、B三色LED混合白光的显色性高。这是一个错误认识！ 这种错误应该是将光源颜色和观察物体颜色的不同给搞混淆了。这两个概念的差别在基本概念一节里一节讲过了，可以参看图1来理解。 R、G、B三色LED混光，虽然肉眼可以看到他们混出各种颜色，实际上，他们混合成白光后的显色性却是很低的！一般不超过70。因为这种光源是由三个波普较窄的R、G、B光混合，其波谱分布与阳光的波谱分布相差很大。最明显的，严重缺少黄色区域的光谱含量。参看图3。若是用R、Y、G、B四色混光，则可以轻易将显色指数提高到82。即使如此，单色LED混合光的波谱中还是有严重不足的部分，参看图4。尤其是缺少650mm以上的红色LED，显色指数再提高也困难。 四、 后记 上面讲述了一些基本概念，以及对LED的显色性进行了分析。现在的显色性评价方法其不适应LED的地方不是贬低了LED，实际是拔高了LED的显色性，尤其是一般测试报告及日常谈论的只是8个典型显色指数的平均显色指数Ra，LED在特殊显色指数方面的不足没有展现出来。至于现有的显色指数的评价方法是否合理，这是专业人士考虑的问题。我这里只是简单说说。一个光源的显色性能高低，要看它的光谱分布与日光光谱的差异。这样的比较计算，可能会比较费时费力。现有的计算方法是在无数中颜色中特别挑选8个非饱和色来做为对比标准，然后求它们的平均值，得到的就是“平均显色指数”Ra。虽然有增加了6个（中国7个）饱和度较高的颜色，但现有的测试系统给出的报告中，列出了共15个颜色的显色指数，但最终“告知”的结果却是Ra，公众实际得到和传播的数据只是Ra。 有人已经提出改进显色指数的评价方法【3】，提出色质指数CQS，与CRI不同之处在于比较色块的选择和对数据的计算方法。但是，不管怎么样，评价光源的显色能力，对有点专业知识的人，对比光谱分布更为准确。对不了解专业知识的人，用简单的数据一一显色指数一一比较明了。至于这个“简单的数据”，需要专业人士做科学的设计与计算。白光LED的显色指数要提高，需