LED燈具光譜的表達模式與方法探析

吳育林，梁明

(廣東凱西歐照明有限公司,廣東佛山,528000)

LED燈具光譜的表達模式與方法探析

吳育林，梁明

(廣東凱西歐照明有限公司,廣東佛山,528000)

文章詳細分析了LED燈具顯色指數及光譜特性；提出了一種基于光健康和光營養的LED燈具光譜的表達模式與方法；實踐表明，新的LED光譜分析具有良好特性及具有一定健康作用。

LED燈具 ；顯色特性；光譜指數；表達模式

1 LED燈具顯色特性分析

光源對物體顏色的還原能力稱為顯色性，顯色性采用顯色指數(CRI)來表征，是評價照明光源的一個重要指標。顯色性指數的高低，表示物體在該光源下“變色”和“失真”的程度，顯色指數(CRI)高的光源對物體顏色的還原能力更強，更接近物體在自然光下顏色表現。色度學中將黑體光源或標準照明體D作為參照光源，將其顯色指數定義為100。這樣的光源具有比較完整、均勻、連續光譜。當光源光譜中某段波長輻射功率很少或缺失，被照物體反射光顏色會產生明顯的色移，色差會很大，光源的顯色指數就會很低。LED燈具光譜圖如圖1所示。

圖1 燈具光譜圖（LED燈具的積分球測試報告）

目前，市場上使用的白光LED大部分是使用藍光芯片激發黃色熒光粉這一傳統的方式獲得的，得到的白光其實是藍光與黃綠光混光的結果。然而，由藍光激發黃綠光得到的光譜，光譜成分相對較少，混合光線的顯色指數相對較低，一般是80左右。同時由于光譜中紅光成分缺失，顯色指數評價體系中對于紅色評價的R9會很低。所以要提升LED整體的顯色指數，需在光譜中增加紅光成分。

2 LED光的顏色及波長

光的顏色是否可以看見是由它的波長決定的，光的波長是以納米為單位的也說是十億分之一米。發光二極管發出的光幾乎都是一致的也就是說它幾乎都是在一個波長，發出非常純的顏色。以下是光的顏色和它的波長。

中紅外線紅光，波長為4600nm-1600nm，不可見光 ；低紅外線紅光光波長為1300nm-870nm，不可見光，850nm-810nm，幾乎不可見光 ；近紅外線光波長780nm時，當直接觀察時可看見一個非常暗淡的櫻桃紅色光 ，波長770nm時，當直接觀察時可看見一個深櫻桃紅色光，740nm時，深櫻桃紅色光；紅色光700nm，深紅色，660nm，紅色，645nm，鮮紅色，630nm-620nm，橙紅；橙色光波長615nm，紅橙色光 ，610nm，橙色光，605nm，琥珀色光；黃色光波長590nm時，“鈉“黃色，585nm，黃色，575nm，檸檬黃色/淡綠色；綠色波長為570nm-525nm,其中570nm-淡青綠色，565nm-青綠色，555nm-550nm-鮮綠色，525nm-純綠色；藍綠色505nm-青綠色/藍綠色，500nm-淡綠青色，495nm-天藍色；藍色波長為475nm-450nm，其中475nm-天青藍，470nm-460nm-鮮亮藍色，450nm-純藍色，444nm-深藍色，30nm-藍紫色；紫色波長為405-395nm，其中405nm-純紫色，400nm-深紫色，近紫外線光395nm-帶微紅的深紫色，UV-A型紫外線光，370nm-幾乎是不可見光，受木質玻璃濾光時顯現出一個暗深紫色。白光發光二極管有微黃色的到略帶紫色的白光。白光發光二極管的色溫范圍有低至4000K到12000K。常見的白光發光二極管通常都是6500K-8000K范圍內。

3 LED光作用

白色光有完美的顏色特性，但它會損害適應暗光的視覺，所以當一定光源熄滅后視覺上需要一定的時間來重新適應。紅色光通常是用作夜視。紅光不會引起你瞳孔過分收縮和一旦紅光熄滅時眼睛不需要重新適應黑暗。紅色也通常在單色相片處理被用作為“安全”顏色因為它不會損壞正在沖印的底片黃色光有著紅色光和白色光的一些優點。黃色光另外一優點就是當你閱讀時減少因為長時間閱讀而導致眼睛疲勞的反射和眩目的光。綠色光也可以用作為夜視，綠色光還特別適用于在夜晚的時候閱讀地圖或圖表。它還不那么容易被夜視裝備發現，便很容易被人眼發現，綠色光的亮度比紅色光低。藍色光可被用作在夜晚閱讀地圖和通常很受軍事人員青睞，因為藍色光增加了對比度的水平。它還可以用作戲院和演出時的后臺工作燈色。藍綠光有著相似綠光和藍光的夜視優點，但隨著藍綠光的顏色特性的提高，一些用戶因為這個原因喜歡用藍綠光。紅外線紅光是與夜視裝備一起使用的。否則人的眼睛是看不到紅外線光的。紫外光通常是用作識別鈔票是否偽造，一些紫外發光二極管照明物在夜總會和派對上很受歡迎，它們被用來使熒光物質發出更亮的光。

4 LED燈具顯色指數分析

除了熒光燈，近些年來使用的LED也已被用作照明燈。物體在這些光源下顯示的色貌與其在自然光下原色貌進行比較，兩者的接近程度就是光源的"顯色性"。光源顯示的色調越接近自然原色，其顯色性就越好（或越高）。顯色指數是對燈或其他光源顯色性的量化結果，旨在提供客觀標準。顯色指數表示被測光源和標準光源數值 的接近程度。最大值為100。顯色差異越大，值越小，說明被測光源顯示的顏色和自然原色的差距越大。標準光源和被測光源的色溫相同。（光源的黑體軌跡與太陽光對應。）顯色指數包括一般顯色指數(Ra)和特殊顯色指數（R1至R15）。顯色指數采用直觀顯示，便于理解。被測光源和標準光源的色差一目了然，條形圖顯示一般顯色指數Ra（特殊顯色指數R1至R8的平均值）和15種特殊顯色指數（R1至R15）。可見圖1。

LED光譜特性主要參數包括：色品坐標，相關色溫，主波長，色純度，質心波長，色比，峰值波長，半寬度，顯色指數，R1-R15數值。顏色在待評價光源照射下的反射光，與同亮度、基本同色溫的標準光源照射下的反射光，相比較；沒差異為100，差異越大數值越小]。

R1到R8的平均值為一般顯色指數Ra。顯色指數里的R1到R15，分別表示日光下的顏色。顯色指數Ra，是前8種顏色顯色指數的平均值。

5 新的LED燈具光譜的表達模式及方法

原來對于顯色指數的表達模式是基于一般照明的需求，隨著照明領域向著光健康，光保健，光醫療過渡。以前傳統的表達模式已經不能滿足現實需求了。

基于光健康的理論和實際需要，本文采用新的方式表達顯色指數及R1-R15，如圖2所示。

圖2 光譜營養顯色指數

其中，K1就是R1，依此類推，K15就是R15。KH就是Ra。

凱迅光譜營養星級標準是根據一般顯色指數和特殊顯色指數的數值來區分不同的等級，一般地說，其數值越大，等級越高。三星級的KH值要大于等于90，五星級的KH值要大于等于95，七星級的KH值要大于等于98，相應的K1-K15的數值也會有一定提升或降低的變化，比如說K12飽和藍色的數值是隨著等級的提升而減少的，而K9飽和紅色的數值是隨著等級的提升而增加的，為什么呢？因為一般來說，K12飽和藍色對眼睛是有傷害的，它會損害視網膜，對人的視覺系統造成不可逆的損傷，所以要減少它在光譜里的相對能量，以減低對眼睛的傷害；K9飽和紅色能加快血液循環，加速皮膚的排毒代謝，對人體的健康起到了促進作用，所以要增加它在光譜里的相對能量。

凱迅光營養圖一共分為4大區域：中心區是凱迅的商標；往外一層是顯色指數區，它由15個扇形區域緊密組合，扇形的圓缺一一對應著K1-K15的具體數值；再往外一層是隔離區，用于區別最外層的指數名稱；最外層就是顯色指數的名稱。

6 結論

最近幾年隨著環保要求，LED燈具應用領域越來越廣泛。本文通過分析LED光譜顯色特性以及光譜表達模式和方法，旨在LED光譜健康應用領域設計出新型燈具，滿足人們視覺上對光的追求，同時更能體現了LED新型燈具在社會中的潛力無量。由此可見，LED燈具未來發展的空間是非常可觀的。

[1]王榮.半導體光電器件LED在光譜分析中的應用研究[D].西北大學,2015.

[2]陸海川.LED室內照明燈具研究[D].電子科技大學,2014.

[3]萬歡,陳建昌,曾平,等.高顯指LED燈具的研究與開發[J].照明工程學報,2016, 27(6):78-84.

The expression pattern and method of LED lamp spectrum are analyzed

Wu Yulin, Liang Ming
(Guangdong cassio lighting co., LTD,Foshan Guangdong,528000)

In this paper, the color index and spectral characteristics of LED lamps are analyzed in detail. This paper presents an expression pattern and method based on light health and light nutrition LED lighting spectra. The practice shows that the new LED spectrum analysis has good properties and health effects.

LED lamps; Color feature; Spectral index; Expression pattern