LED照明新技術發展中標準光源應用的要求

黃 彥，楊春宇，段 然

(重慶大學 建筑城規學院；山地城鎮與新技術教育部重點實驗室，重慶 400050)

LED研究

LED照明新技術發展中標準光源應用的要求

黃 彥，楊春宇，段 然

(重慶大學 建筑城規學院；山地城鎮與新技術教育部重點實驗室，重慶 400050)

隨著新一代照明光源LED的飛速普及，圍繞新技術發展的各種應用需求不斷出現，部分行業技術指標及標準可能面臨較大修訂。通用的標準照明體已廣泛應用于紡織、印染、顏料、化工等需要進行色彩管理的領域，標準光源在指標定量、制備實現等方面或將遇到技術調整的需求，文章著重從實踐應用層面分析了目前主要標準光源的技術標準及實現情況，并針對其在LED技術革新中的應用發展做了討論。

LED照明；新技術；標準光源；光譜功率分布

1 標準照明體與標準光源

1.1 標準照明體

可以影響客觀物體色彩的可見光波長范圍，具有特定的光譜功率分布，定義為“照明體”。

照明體最關鍵的指標即光譜功率分布，照明體是由參數確定的理想化的客體，照明體不一定是人工光源，具有某些光譜功率分布的照明體也不一定可以通過人工光源來實現。標準照明體是指由CIE推薦的用于色度學等領域的照明體，包括標準照明體A、B、C、D，部分照明體色品坐標如圖1所示。

標準照明體A：色品坐標位于黑體軌跡上，代表完全輻射體絕對溫度為2 856 K時的相對光譜功率分布。

標準照明體B：色品坐標點緊靠黑體軌跡，代表相關色溫約為4 874 K的直射陽光，光色相當于中午的陽光。

標準照明體C：色品坐標緊靠黑體軌跡下方，代表相關色溫為6 774 K的平均晝光。光色近似薄云天空的白光。

標準照明體D65：色品坐標位于黑體軌跡偏G(綠)方向，代表相關色溫為6 504 K的晝光。

其他標準照明體D，是除了標準照明體D65以外的其他晝光的模擬，如D50、D55、D75等，各照明體的相關色溫分別是5 000 K，5 500 K及7 500 K。

實踐中一般現在采用標準照明體D代表晝光，標準照明體A、C則廣泛應用于色度學以及測量實驗中。

圖1 u’—v’圖中的黑體軌跡和A，C，D照明體

1.2 標準光源及實現

“光源”是指能發光的物理輻射體，包括各種人工或自然光源，比如燈、太陽。為了實現以上CIE規定的標準照明體的要求，于是就規定了相應的標準光源，以具體實現標準照明體所要求的光譜能量分布(見圖2)。通俗的說，某個人工光源如果在其照射下觀察到的物體顏色與在自然光線下觀察到的物體顏色非常相似，那么這個人工光源可以稱為標準光源。

圖2 標準照明體的相對光譜功率分布

針對標準光源的實現，CIE推薦了以下通過現有人工光源進行模擬和實現的方法。

標準光源A：由色溫為2 856 K的充氣螺旋鎢絲燈實現，其光色偏黃。

標準光源B：色溫為4 874 K，由A光源加罩B型D-G(戴維斯-吉伯遜)液體濾光器組成，光色相當于中午日光。

標準光源C：色溫為6 774 K，由A光源加罩C型D-G液體濾光器組成，光色相當于有云的天空光。

標準光源D65：目前CIE還沒有推薦相應的標準光源。現在研制的3種模擬D65人造光源分別為帶濾光器的高壓氙弧燈、帶濾光器的白熾燈和熒光燈。

在實踐中液體濾光器需要十分仔細的配置，使用也很不方便。因而，經常用近似的玻璃濾光器替代，當然所有獲得的光譜透射特性不可能如所希望的那樣準確。

2 標準光源的應用

因為人工照明環境中人眼對色彩的判斷會因觀察條件與自然光條件(太陽光)的區別而產生差異，標準光源的重要作用即為色彩的觀察創造良好、穩定的，能看到盡可能真實色彩的環境(見圖3)，在標準光源照明環境中，才能在不同的色彩應用領域準確地評價色彩管理的成果。

圖3 D65標準光源箱(多光源)

標準光源B、C都可以由A光源通過濾光的方式實現，比實測的日光視覺感受更偏粉紅，在實踐應用中，有部分對熒光材料及染料技術的特定照明需求，對光源中的紫外輻射部分有一定的要求，加之B、C光源設備較為復雜等原因，CIE在后期的技術報告中提出逐步淘汰B、C光源而采用D光源作為標準日光的代表，因此對D光源的模擬是實踐應用中亟待解決的問題。D65照明體的主要用途是加權計算物體色的三刺激值和其他色度數據，可廣泛應用于紡織印染、服裝皮革、噴涂電鍍、顏料化工、印刷包裝等顏料管理領域。此外，隨著照明與視覺科學技術的發展，對于城市、建筑等室內外照明領域，同樣需要以標準光源作為科學評價光環境視覺功效的基礎環境條件，如商業照明中存在的色差及“同色異譜”現象，博物館及美術館環境中，不同展品在標準光源觀察條件與渲染照明之間的主觀視覺效果評價、對比等。在所有視覺應用領域，如果缺少標準光源的橋梁和媒介作用，將無法正確建立對視看或評估對象的真實物理色彩評價。

3 標準光源的關鍵參數

色彩管理實踐運用中，因為色彩管理目的是為了還原真實的物理色彩，在各種工藝流程中使色彩視覺損失最小化，對光源要求盡可能模擬不同時間的天然光，CIE規定的標準光源都是具有特定的色溫和光譜能量分布的，其中最關鍵的是采用人工光源的技術，對不同日光環境進行模擬。不論是什么應用類別的標準光源實現，其關鍵參數即色溫和顯色指數的實現(光譜)，色溫為光源色彩表現指標，顯色性則是衡量視覺質量的指標。光源色溫為人們視覺所習慣，顯色性是光源質量最重要的指標，顯色性直接影響著視看目標物體的視覺顏色感受。

4 LED新技術發展對標準光源的要求

隨著各行業領域對色彩管理品質的不斷提升，LED新一代光源及相關技術的發展，對標準光源的參數實現、應用方法等提出了不同的要求。

熱輻射光源如鎢絲燈等，是已經廣泛使用的人造光源，其技術參數以及制造工藝相當成熟，由熱輻射光源配合相應手段實現的標準光源為較多測試方法、測色儀器所普遍使用。因LED光源窄光譜功率分布的特性，目前市面上主流白光LED的實現方法主要為藍光芯片激發紅黃熒光粉實現，LED光譜特征與傳統熱輻射光源、氣體放電光源有著較大的差異，隨著LED新技術的飛速發展，各種LED器件的制備方法不斷推陳出新，因此，在對LED器件光度、色度參數進行測試和評估時，對標準光源的相關參數要求及實現方式，可能也需相應地做出技術變更及調整。

LED產品的推廣應用及技術發展，對標準光源應用發展的要求主要包括兩個方面。

1)LED產品的測試

對現階段標準光源及標準觀測環境的技術指標定義，是否能滿足LED照明產品的測試要求，即仍采用傳統的標準光源制備方法及相應觀測技術手段作為條件，如何能有效提升對樣品光度、色度參數測試的精確度。

主要與LED產品自身的光度、色度參數和傳統光源產品的差異有關，發光機理決定了現階段大部分常規LED產品為面(半球)發光光源，一般通過透鏡、反射器等手段，在半球空間內對光進行再分配，相對傳統光源來說，可能存在局部光通空間密度較大的情況；同時，LED器件顯色性與發光效率、光譜功率分布之間也存在相互影響的關系，在各種因素的影響下，傳統標準光源及觀察環境條件下定義的指標參數如亮度、均勻度等，能否滿足LED產品的測試要求，保證測試的科學性和精確度，是應當進一步研究的課題。

2)LED產品在標準光源實現及測試中的應用

由于LED與傳統光源在發光原理、光譜功率分布等方面的差異，采用傳統標準光源為基準的測試設備對LED產品進行檢測時，測試結果的可靠性和穩定性容易受到影響；同時，隨著光度、色度測試儀器朝著高效、便攜的方向不斷發展，若考慮采用LED光源作為測試儀器的標準光源，則需要考慮白光LED在某些波段光譜功率分布的缺失，國內某些廠家已經開始采用特定的混光技術，制造出具有相對均衡光譜功率分布的LED光源(見圖4)，可以進一步提升測試系統效率和響應速度，也可在一定程度上保證儀器對新型LED光源產品測試結果的準確性和可靠性。

圖4 通過特定混光技術解決白光LED光源的光譜缺失問題

5 結 論

LED作為新一代光源目前已被廣泛應用于各種領域，隨著LED技術應用研究的不斷深入，LED照明產品在制備效能、發光效率以及色彩表現方面正發生著翻天覆地的變化，在技術飛速發展的進程中，應針對LED光源器件光度、色度指標與傳統光源的差異進行深入的分析和研究，結合實驗測量、儀器制備及光學電子等相關專業知識，促進基于LED新技術的測試標準、測試方法以及標準光源器件的更新和技術發展，從而科學、準確地評價LED照明產品在實踐應用中的視覺表現。

[1] 喻柏林，荊其誠.光源的色溫和CIE標準光源[J]. 國外計量,1977(1).

[2] 胡能忠，吳錦全. 透過模擬CIE標準光源實現動態全頻譜照明[C]∥海峽兩岸第十六屆照明科級與營銷研討會，2009.

[3] 劉霖，黃巖.標準光源的重要性與主要判斷指標[J].印刷質量與標準化, 2008(1):41- 43.

Apply requirements of standard luminaries in the development of LED new technology

Huang Yan，Yang Chunyu，Duan Ran，Chen Ting,Zhao Wen,Xiang Yiyan

(Faculty of Architecture and Urban Planning,Key Laboratory of New Technology for Construction of Cities in Mountain Area,Ministry of Education,Chongqing Uuiversity,Chongqing 400045)

with the popularity od LED application,various kinds of apply requirements continue to emerge,several occupation standards need yo be revised.universal standard illuminanys have wildly be used in textile,printing and dyeing,pigment,chemical industry fields which need color managment,the technology of index quantification and realization of standard illuminants should be adjusted and amended.the paper focused on the analtsis of technology standards and implement methods of univsrsal standard illuminants in practice.

LED lighing;new technology;standard illuminant;spectral power distribution

2016- 01-18

黃彥，男，博士，主要從事建筑光學研究。