LED灯具光谱的表达模式与方法探析

吴育林，梁明

(广东凯西欧照明有限公司,广东佛山,528000)

LED灯具光谱的表达模式与方法探析

吴育林，梁明

(广东凯西欧照明有限公司,广东佛山,528000)

文章详细分析了LED灯具显色指数及光谱特性；提出了一种基于光健康和光营养的LED灯具光谱的表达模式与方法；实践表明，新的LED光谱分析具有良好特性及具有一定健康作用。

LED灯具 ；显色特性；光谱指数；表达模式

1 LED灯具显色特性分析

光源对物体颜色的还原能力称为显色性，显色性采用显色指数(CRI)来表征，是评价照明光源的一个重要指标。显色性指数的高低，表示物体在该光源下“变色”和“失真”的程度，显色指数(CRI)高的光源对物体颜色的还原能力更强，更接近物体在自然光下颜色表现。色度学中将黑体光源或标准照明体D作为参照光源，将其显色指数定义为100。这样的光源具有比较完整、均匀、连续光谱。当光源光谱中某段波长辐射功率很少或缺失，被照物体反射光颜色会产生明显的色移，色差会很大，光源的显色指数就会很低。LED灯具光谱图如图1所示。

图1 灯具光谱图（LED灯具的积分球测试报告）

目前，市场上使用的白光LED大部分是使用蓝光芯片激发黄色荧光粉这一传统的方式获得的，得到的白光其实是蓝光与黄绿光混光的结果。然而，由蓝光激发黄绿光得到的光谱，光谱成分相对较少，混合光线的显色指数相对较低，一般是80左右。同时由于光谱中红光成分缺失，显色指数评价体系中对于红色评价的R9会很低。所以要提升LED整体的显色指数，需在光谱中增加红光成分。

2 LED光的颜色及波长

光的颜色是否可以看见是由它的波长决定的，光的波长是以纳米为单位的也说是十亿分之一米。发光二极管发出的光几乎都是一致的也就是说它几乎都是在一个波长，发出非常纯的颜色。以下是光的颜色和它的波长。

中红外线红光，波长为4600nm-1600nm，不可见光 ；低红外线红光光波长为1300nm-870nm，不可见光，850nm-810nm，几乎不可见光 ；近红外线光波长780nm时，当直接观察时可看见一个非常暗淡的樱桃红色光 ，波长770nm时，当直接观察时可看见一个深樱桃红色光，740nm时，深樱桃红色光；红色光700nm，深红色，660nm，红色，645nm，鲜红色，630nm-620nm，橙红；橙色光波长615nm，红橙色光 ，610nm，橙色光，605nm，琥珀色光；黄色光波长590nm时，“钠“黄色，585nm，黄色，575nm，柠檬黄色/淡绿色；绿色波长为570nm-525nm,其中570nm-淡青绿色，565nm-青绿色，555nm-550nm-鲜绿色，525nm-纯绿色；蓝绿色505nm-青绿色/蓝绿色，500nm-淡绿青色，495nm-天蓝色；蓝色波长为475nm-450nm，其中475nm-天青蓝，470nm-460nm-鲜亮蓝色，450nm-纯蓝色，444nm-深蓝色，30nm-蓝紫色；紫色波长为405-395nm，其中405nm-纯紫色，400nm-深紫色，近紫外线光395nm-带微红的深紫色，UV-A型紫外线光，370nm-几乎是不可见光，受木质玻璃滤光时显现出一个暗深紫色。白光发光二极管有微黄色的到略带紫色的白光。白光发光二极管的色温范围有低至4000K到12000K。常见的白光发光二极管通常都是6500K-8000K范围内。

3 LED光作用

白色光有完美的颜色特性，但它会损害适应暗光的视觉，所以当一定光源熄灭后视觉上需要一定的时间来重新适应。红色光通常是用作夜视。红光不会引起你瞳孔过分收缩和一旦红光熄灭时眼睛不需要重新适应黑暗。红色也通常在单色相片处理被用作为“安全”颜色因为它不会损坏正在冲印的底片黄色光有着红色光和白色光的一些优点。黄色光另外一优点就是当你阅读时减少因为长时间阅读而导致眼睛疲劳的反射和眩目的光。绿色光也可以用作为夜视，绿色光还特别适用于在夜晚的时候阅读地图或图表。它还不那么容易被夜视装备发现，便很容易被人眼发现，绿色光的亮度比红色光低。蓝色光可被用作在夜晚阅读地图和通常很受军事人员青睐，因为蓝色光增加了对比度的水平。它还可以用作戏院和演出时的后台工作灯色。蓝绿光有着相似绿光和蓝光的夜视优点，但随着蓝绿光的颜色特性的提高，一些用户因为这个原因喜欢用蓝绿光。红外线红光是与夜视装备一起使用的。否则人的眼睛是看不到红外线光的。紫外光通常是用作识别钞票是否伪造，一些紫外发光二极管照明物在夜总会和派对上很受欢迎，它们被用来使荧光物质发出更亮的光。

4 LED灯具显色指数分析

除了荧光灯，近些年来使用的LED也已被用作照明灯。物体在这些光源下显示的色貌与其在自然光下原色貌进行比较，两者的接近程度就是光源的"显色性"。光源显示的色调越接近自然原色，其显色性就越好（或越高）。显色指数是对灯或其他光源显色性的量化结果，旨在提供客观标准。显色指数表示被测光源和标准光源数值 的接近程度。最大值为100。显色差异越大，值越小，说明被测光源显示的颜色和自然原色的差距越大。标准光源和被测光源的色温相同。（光源的黑体轨迹与太阳光对应。）显色指数包括一般显色指数(Ra)和特殊显色指数（R1至R15）。显色指数采用直观显示，便于理解。被测光源和标准光源的色差一目了然，条形图显示一般显色指数Ra（特殊显色指数R1至R8的平均值）和15种特殊显色指数（R1至R15）。可见图1。

LED光谱特性主要参数包括：色品坐标，相关色温，主波长，色纯度，质心波长，色比，峰值波长，半宽度，显色指数，R1-R15数值。颜色在待评价光源照射下的反射光，与同亮度、基本同色温的标准光源照射下的反射光，相比较；没差异为100，差异越大数值越小]。

R1到R8的平均值为一般显色指数Ra。显色指数里的R1到R15，分别表示日光下的颜色。显色指数Ra，是前8种颜色显色指数的平均值。

5 新的LED灯具光谱的表达模式及方法

原来对于显色指数的表达模式是基于一般照明的需求，随着照明领域向着光健康，光保健，光医疗过渡。以前传统的表达模式已经不能满足现实需求了。

基于光健康的理论和实际需要，本文采用新的方式表达显色指数及R1-R15，如图2所示。

图2 光谱营养显色指数

其中，K1就是R1，依此类推，K15就是R15。KH就是Ra。

凯迅光谱营养星级标准是根据一般显色指数和特殊显色指数的数值来区分不同的等级，一般地说，其数值越大，等级越高。三星级的KH值要大于等于90，五星级的KH值要大于等于95，七星级的KH值要大于等于98，相应的K1-K15的数值也会有一定提升或降低的变化，比如说K12饱和蓝色的数值是随着等级的提升而减少的，而K9饱和红色的数值是随着等级的提升而增加的，为什么呢？因为一般来说，K12饱和蓝色对眼睛是有伤害的，它会损害视网膜，对人的视觉系统造成不可逆的损伤，所以要减少它在光谱里的相对能量，以减低对眼睛的伤害；K9饱和红色能加快血液循环，加速皮肤的排毒代谢，对人体的健康起到了促进作用，所以要增加它在光谱里的相对能量。

凯迅光营养图一共分为4大区域：中心区是凯迅的商标；往外一层是显色指数区，它由15个扇形区域紧密组合，扇形的圆缺一一对应着K1-K15的具体数值；再往外一层是隔离区，用于区别最外层的指数名称；最外层就是显色指数的名称。

6 结论

最近几年随着环保要求，LED灯具应用领域越来越广泛。本文通过分析LED光谱显色特性以及光谱表达模式和方法，旨在LED光谱健康应用领域设计出新型灯具，满足人们视觉上对光的追求，同时更能体现了LED新型灯具在社会中的潜力无量。由此可见，LED灯具未来发展的空间是非常可观的。

[1]王荣.半导体光电器件LED在光谱分析中的应用研究[D].西北大学,2015.

[2]陆海川.LED室内照明灯具研究[D].电子科技大学,2014.

[3]万欢,陈建昌,曾平,等.高显指LED灯具的研究与开发[J].照明工程学报,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