LED燈具光譜的表達(dá)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(dá)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(xì)分析了LED燈具顯色指數(shù)及光譜特性；提出了一種基于光健康和光營(yíng)養(yǎng)的LED燈具光譜的表達(dá)模式與方法；實(shí)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(shù)；表達(dá)模式

1 LED燈具顯色特性分析

光源對(duì)物體顏色的還原能力稱(chēng)為顯色性，顯色性采用顯色指數(shù)(CRI)來(lái)表征，是評(píng)價(jià)照明光源的一個(gè)重要指標(biāo)。顯色性指數(shù)的高低，表示物體在該光源下“變色”和“失真”的程度，顯色指數(shù)(CRI)高的光源對(duì)物體顏色的還原能力更強(qiáng)，更接近物體在自然光下顏色表現(xiàn)。色度學(xué)中將黑體光源或標(biāo)準(zhǔn)照明體D作為參照光源，將其顯色指數(shù)定義為100。這樣的光源具有比較完整、均勻、連續(xù)光譜。當(dāng)光源光譜中某段波長(zhǎng)輻射功率很少或缺失，被照物體反射光顏色會(huì)產(chǎn)生明顯的色移，色差會(huì)很大，光源的顯色指數(shù)就會(huì)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(cè)試報(bào)告）

目前，市場(chǎng)上使用的白光LED大部分是使用藍(lán)光芯片激發(fā)黃色熒光粉這一傳統(tǒng)的方式獲得的，得到的白光其實(shí)是藍(lán)光與黃綠光混光的結(jié)果。然而，由藍(lán)光激發(fā)黃綠光得到的光譜，光譜成分相對(duì)較少，混合光線的顯色指數(shù)相對(duì)較低，一般是80左右。同時(shí)由于光譜中紅光成分缺失，顯色指數(shù)評(píng)價(jià)體系中對(duì)于紅色評(píng)價(jià)的R9會(huì)很低。所以要提升LED整體的顯色指數(shù)，需在光譜中增加紅光成分。

2 LED光的顏色及波長(zhǎng)

光的顏色是否可以看見(jiàn)是由它的波長(zhǎng)決定的，光的波長(zhǎng)是以納米為單位的也說(shuō)是十億分之一米。發(fā)光二極管發(fā)出的光幾乎都是一致的也就是說(shuō)它幾乎都是在一個(gè)波長(zhǎng)，發(fā)出非常純的顏色。以下是光的顏色和它的波長(zhǎng)。

中紅外線紅光，波長(zhǎng)為4600nm-1600nm，不可見(jiàn)光 ；低紅外線紅光光波長(zhǎng)為1300nm-870nm，不可見(jiàn)光，850nm-810nm，幾乎不可見(jiàn)光 ；近紅外線光波長(zhǎng)780nm時(shí)，當(dāng)直接觀察時(shí)可看見(jiàn)一個(gè)非常暗淡的櫻桃紅色光 ，波長(zhǎng)770nm時(shí)，當(dāng)直接觀察時(shí)可看見(jiàn)一個(gè)深櫻桃紅色光，740nm時(shí)，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(zhǎng)615nm，紅橙色光 ，610nm，橙色光，605nm，琥珀色光；黃色光波長(zhǎng)590nm時(shí)，“鈉“黃色，585nm，黃色，575nm，檸檬黃色/淡綠色；綠色波長(zhǎng)為570nm-525nm,其中570nm-淡青綠色，565nm-青綠色，555nm-550nm-鮮綠色，525nm-純綠色；藍(lán)綠色505nm-青綠色/藍(lán)綠色，500nm-淡綠青色，495nm-天藍(lán)色；藍(lán)色波長(zhǎng)為475nm-450nm，其中475nm-天青藍(lán)，470nm-460nm-鮮亮藍(lán)色，450nm-純藍(lán)色，444nm-深藍(lán)色，30nm-藍(lán)紫色；紫色波長(zhǎng)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(jiàn)光，受木質(zhì)玻璃濾光時(shí)顯現(xiàn)出一個(gè)暗深紫色。白光發(fā)光二極管有微黃色的到略帶紫色的白光。白光發(fā)光二極管的色溫范圍有低至4000K到12000K。常見(jiàn)的白光發(fā)光二極管通常都是6500K-8000K范圍內(nèi)。

3 LED光作用

白色光有完美的顏色特性，但它會(huì)損害適應(yīng)暗光的視覺(jué)，所以當(dāng)一定光源熄滅后視覺(jué)上需要一定的時(shí)間來(lái)重新適應(yīng)。紅色光通常是用作夜視。紅光不會(huì)引起你瞳孔過(guò)分收縮和一旦紅光熄滅時(shí)眼睛不需要重新適應(yīng)黑暗。紅色也通常在單色相片處理被用作為“安全”顏色因?yàn)樗粫?huì)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(yōu)點(diǎn)。黃色光另外一優(yōu)點(diǎn)就是當(dāng)你閱讀時(shí)減少因?yàn)殚L(zhǎng)時(shí)間閱讀而導(dǎo)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(shí)候閱讀地圖或圖表。它還不那么容易被夜視裝備發(fā)現(xiàn)，便很容易被人眼發(fā)現(xiàn)，綠色光的亮度比紅色光低。藍(lán)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?yàn)樗{(lán)色光增加了對(duì)比度的水平。它還可以用作戲院和演出時(shí)的后臺(tái)工作燈色。藍(lán)綠光有著相似綠光和藍(lán)光的夜視優(yōu)點(diǎn)，但隨著藍(lán)綠光的顏色特性的提高，一些用戶(hù)因?yàn)檫@個(gè)原因喜歡用藍(lán)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(shí)別鈔票是否偽造，一些紫外發(fā)光二極管照明物在夜總會(huì)和派對(duì)上很受歡迎，它們被用來(lái)使熒光物質(zhì)發(fā)出更亮的光。

4 LED燈具顯色指數(shù)分析

除了熒光燈，近些年來(lái)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(jìn)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(diào)越接近自然原色，其顯色性就越好（或越高）。顯色指數(shù)是對(duì)燈或其他光源顯色性的量化結(jié)果，旨在提供客觀標(biāo)準(zhǔn)。顯色指數(shù)表示被測(cè)光源和標(biāo)準(zhǔn)光源數(shù)值 的接近程度。最大值為100。顯色差異越大，值越小，說(shuō)明被測(cè)光源顯示的顏色和自然原色的差距越大。標(biāo)準(zhǔn)光源和被測(cè)光源的色溫相同。（光源的黑體軌跡與太陽(yáng)光對(duì)應(yīng)。）顯色指數(shù)包括一般顯色指數(shù)(Ra)和特殊顯色指數(shù)（R1至R15）。顯色指數(shù)采用直觀顯示，便于理解。被測(cè)光源和標(biāo)準(zhǔn)光源的色差一目了然，條形圖顯示一般顯色指數(shù)Ra（特殊顯色指數(shù)R1至R8的平均值）和15種特殊顯色指數(shù)（R1至R15）。可見(jiàn)圖1。

LED光譜特性主要參數(shù)包括：色品坐標(biāo)，相關(guān)色溫，主波長(zhǎng)，色純度，質(zhì)心波長(zhǎng)，色比，峰值波長(zhǎng)，半寬度，顯色指數(shù)，R1-R15數(shù)值。顏色在待評(píng)價(jià)光源照射下的反射光，與同亮度、基本同色溫的標(biāo)準(zhǔn)光源照射下的反射光，相比較；沒(méi)差異為100，差異越大數(shù)值越小]。

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

5 新的LED燈具光譜的表達(dá)模式及方法

原來(lái)對(duì)于顯色指數(shù)的表達(dá)模式是基于一般照明的需求，隨著照明領(lǐng)域向著光健康，光保健，光醫(yī)療過(guò)渡。以前傳統(tǒng)的表達(dá)模式已經(jīng)不能滿足現(xiàn)實(shí)需求了。

基于光健康的理論和實(shí)際需要，本文采用新的方式表達(dá)顯色指數(shù)及R1-R15，如圖2所示。

圖2 光譜營(yíng)養(yǎng)顯色指數(shù)

其中，K1就是R1，依此類(lèi)推，K15就是R15。KH就是Ra。

凱迅光譜營(yíng)養(yǎng)星級(jí)標(biāo)準(zhǔn)是根據(jù)一般顯色指數(shù)和特殊顯色指數(shù)的數(shù)值來(lái)區(qū)分不同的等級(jí)，一般地說(shuō)，其數(shù)值越大，等級(jí)越高。三星級(jí)的KH值要大于等于90，五星級(jí)的KH值要大于等于95，七星級(jí)的KH值要大于等于98，相應(yīng)的K1-K15的數(shù)值也會(huì)有一定提升或降低的變化，比如說(shuō)K12飽和藍(lán)色的數(shù)值是隨著等級(jí)的提升而減少的，而K9飽和紅色的數(shù)值是隨著等級(jí)的提升而增加的，為什么呢？因?yàn)橐话銇?lái)說(shuō)，K12飽和藍(lán)色對(duì)眼睛是有傷害的，它會(huì)損害視網(wǎng)膜，對(duì)人的視覺(jué)系統(tǒng)造成不可逆的損傷，所以要減少它在光譜里的相對(duì)能量，以減低對(duì)眼睛的傷害；K9飽和紅色能加快血液循環(huán)，加速皮膚的排毒代謝，對(duì)人體的健康起到了促進(jìn)作用，所以要增加它在光譜里的相對(duì)能量。

凱迅光營(yíng)養(yǎng)圖一共分為4大區(qū)域：中心區(qū)是凱迅的商標(biāo)；往外一層是顯色指數(shù)區(qū)，它由15個(gè)扇形區(qū)域緊密組合，扇形的圓缺一一對(duì)應(yīng)著K1-K15的具體數(shù)值；再往外一層是隔離區(qū)，用于區(qū)別最外層的指數(shù)名稱(chēng)；最外層就是顯色指數(shù)的名稱(chēng)。

6 結(jié)論

最近幾年隨著環(huán)保要求，LED燈具應(yīng)用領(lǐng)域越來(lái)越廣泛。本文通過(guò)分析LED光譜顯色特性以及光譜表達(dá)模式和方法，旨在LED光譜健康應(yīng)用領(lǐng)域設(shè)計(jì)出新型燈具，滿足人們視覺(jué)上對(duì)光的追求，同時(shí)更能體現(xiàn)了LED新型燈具在社會(huì)中的潛力無(wú)量。由此可見(jiàn)，LED燈具未來(lái)發(fā)展的空間是非常可觀的。

[1]王榮.半導(dǎo)體光電器件LED在光譜分析中的應(yīng)用研究[D].西北大學(xué),2015.

[2]陸海川.LED室內(nèi)照明燈具研究[D].電子科技大學(xué),2014.

[3]萬(wàn)歡,陳建昌,曾平,等.高顯指LED燈具的研究與開(kāi)發(fā)[J].照明工程學(xué)報(bào),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