�
  中国半导体照明网首页 > LED学院 > 照明知识 > 正文
光源显色指数与白光LED的显色性评价探讨
  2011-4-14  11:19:38    中国半导体照明网 《半导体照明》杂志    李德胜 邹念育 大连工业大学 光子学研究所  行业分类:外延芯片    浏览
 

　　显色性是评价光源质量的重要方面，显色指数是评价光源显色性的重要方法，也是衡量光源颜色特性的重要参数，被广泛应用于评价一般人工照明光源。然而，作为新一代的照明光源，半导体照明光源与传统光源相比有很多的不同，在实践中利用显色指数评价LED显色性也存在一些问题。本文文将介绍CIE制定的显色指数的计算方法，指出利用显色指数评价LED时存在的问题，并就LED显色性评价方法的制定提出建议。

 
  

图1  CIE中1-8号色样

　　CIE除规定了计算一般显色指数用的八种标准颜色样品外，还补充规定了6种计算特殊颜色显色指数的标准颜色样品，供检验光源的某种特殊显色性能选用，分别是彩度较高的红、黄、绿、蓝及叶绿色和欧美人的肤色，如图2所示。我国计算光源显色指数的方法还增加了中国人女性肤色的颜色样品[2]。


图2  CIE中9-14号色样

　　特殊显色指数的计算公式为： （1）

　　其中是参照光源下和待测光源下各种试验色的色差: （2）

　　公式中，r代表参照光源下标；k表示待测光源下标；i表示检验色样序号的下标；U*、V*、W*是均匀颜色空间坐标值，由公式（3）求得。

　　；；；（3）

　　其中，Y表示检验色样CIE 1931三色刺激值Y；u、v表示检验色样的uv坐标值；u0、v0表示照明光源的uv坐标值（uv坐标值的具体计算过程可查阅CIE或国家标准[1,2]。

　　一般显色指数的计算公式为： （4）

　　CIE显色指数广泛用于评价荧光灯和HID灯。但是，显色指数已有40多年的历史，而白光LED却是照明业的新型光源，利用显色指数来评价LED的显色性是否合适尚不明确，并且传统显色指数的计算方法是否适用于白光LED也有待研究。从公式（4）中可以看出，一般显色指数是对8块色样的特殊显色指数取算术平均值，这就使得在测试计算时容易产生问题，例如：某一光源，即使对一两块色样具有很低的特殊显色指数，取平均后同样可以获得较高的一般显色指数值。同样，具有较低的一般显色指数值的光源可能会对一两块色样具有较高的特殊显色指数值。

　　此外，CIE标准中规定的用于计算一般显色指数的8种色样在评价光源时也存在局限性。显色指数值是基于光源对8块标准色样的显色性而得到，8种颜色样品都具有中等彩度和明度，都是非饱和色，它们用于衡量光谱连续且频带较宽的光源的显色性具有不错的结果，而对于评价波形陡峭且频带狭窄的光源则会产生问题，而LED正是这样一种光源。

二、LED的显色性评价探讨

　　许多研究都表明用CIE显色指数来评价LED的显色性会存在很多问题[3-6]。CIE也不推荐采用显色指数来评价LED，并在CIE技术报告：《CIE 177：2007，白光LED光源的显色性》中总结出了显色指数用于评价LED时会出现的若干问题[7]。

　　CIE规定，Ra的数值范围是0~100，Ra值越高，光源的显色性就越好。一般认为Ra≥80，光源的显色性优良；50≤Ra≤79，光源的显色性一般；Ra＜50，光源的显色性较差。按照CIE显色指数计算法，光源的显色指数值与光谱分布密切相关，越接近自然光谱（或者说是标准光谱），显色指数越高。但是利用显色指数评价LED显色性时，却存在一定的问题。以蓝光芯片加黄色荧光粉生成的白光LED为例，如果荧光粉轻微的变化一点点，释放波长虽然只是移动一点点，但显色指数值就会明显的下降，而人眼却几乎观察不到显色性的变化。更需要引起我们注意的是，实际测试中发现，有时候显色指数低的LED甚至会比显色指数高的LED具有更完美的显色性[8]。我们在测试LED灯具时就曾发现，显色指数低的LED灯具照射的物体，有时看起来反而更亮、更生动。

　　图3与图4是美国国家标准与技术研究所（NIST）实际测试的两款LED光源的显色性结果[8]，其中图3所用LED光源的显色指数为80，图4所用LED光源的显色指数为67，但仔细观察会发现，显色指数67的LED，对于大部分颜色的显色性比显色指数80的要好。



�