LED照明新技术发展中标准光源应用的要求

黄 彦，杨春宇，段 然

(重庆大学 建筑城规学院；山地城镇与新技术教育部重点实验室，重庆 400050)

LED研究

LED照明新技术发展中标准光源应用的要求

黄 彦，杨春宇，段 然

(重庆大学 建筑城规学院；山地城镇与新技术教育部重点实验室，重庆 400050)

随着新一代照明光源LED的飞速普及，围绕新技术发展的各种应用需求不断出现，部分行业技术指标及标准可能面临较大修订。通用的标准照明体已广泛应用于纺织、印染、颜料、化工等需要进行色彩管理的领域，标准光源在指标定量、制备实现等方面或将遇到技术调整的需求，文章着重从实践应用层面分析了目前主要标准光源的技术标准及实现情况，并针对其在LED技术革新中的应用发展做了讨论。

LED照明；新技术；标准光源；光谱功率分布

1 标准照明体与标准光源

1.1 标准照明体

可以影响客观物体色彩的可见光波长范围，具有特定的光谱功率分布，定义为“照明体”。

照明体最关键的指标即光谱功率分布，照明体是由参数确定的理想化的客体，照明体不一定是人工光源，具有某些光谱功率分布的照明体也不一定可以通过人工光源来实现。标准照明体是指由CIE推荐的用于色度学等领域的照明体，包括标准照明体A、B、C、D，部分照明体色品坐标如图1所示。

标准照明体A：色品坐标位于黑体轨迹上，代表完全辐射体绝对温度为2 856 K时的相对光谱功率分布。

标准照明体B：色品坐标点紧靠黑体轨迹，代表相关色温约为4 874 K的直射阳光，光色相当于中午的阳光。

标准照明体C：色品坐标紧靠黑体轨迹下方，代表相关色温为6 774 K的平均昼光。光色近似薄云天空的白光。

标准照明体D65：色品坐标位于黑体轨迹偏G(绿)方向，代表相关色温为6 504 K的昼光。

其他标准照明体D，是除了标准照明体D65以外的其他昼光的模拟，如D50、D55、D75等，各照明体的相关色温分别是5 000 K，5 500 K及7 500 K。

实践中一般现在采用标准照明体D代表昼光，标准照明体A、C则广泛应用于色度学以及测量实验中。

图1 u’—v’图中的黑体轨迹和A，C，D照明体

1.2 标准光源及实现

“光源”是指能发光的物理辐射体，包括各种人工或自然光源，比如灯、太阳。为了实现以上CIE规定的标准照明体的要求，于是就规定了相应的标准光源，以具体实现标准照明体所要求的光谱能量分布(见图2)。通俗的说，某个人工光源如果在其照射下观察到的物体颜色与在自然光线下观察到的物体颜色非常相似，那么这个人工光源可以称为标准光源。

图2 标准照明体的相对光谱功率分布

针对标准光源的实现，CIE推荐了以下通过现有人工光源进行模拟和实现的方法。

标准光源A：由色温为2 856 K的充气螺旋钨丝灯实现，其光色偏黄。

标准光源B：色温为4 874 K，由A光源加罩B型D-G(戴维斯-吉伯逊)液体滤光器组成，光色相当于中午日光。

标准光源C：色温为6 774 K，由A光源加罩C型D-G液体滤光器组成，光色相当于有云的天空光。

标准光源D65：目前CIE还没有推荐相应的标准光源。现在研制的3种模拟D65人造光源分别为带滤光器的高压氙弧灯、带滤光器的白炽灯和荧光灯。

在实践中液体滤光器需要十分仔细的配置，使用也很不方便。因而，经常用近似的玻璃滤光器替代，当然所有获得的光谱透射特性不可能如所希望的那样准确。

2 标准光源的应用

因为人工照明环境中人眼对色彩的判断会因观察条件与自然光条件(太阳光)的区别而产生差异，标准光源的重要作用即为色彩的观察创造良好、稳定的，能看到尽可能真实色彩的环境(见图3)，在标准光源照明环境中，才能在不同的色彩应用领域准确地评价色彩管理的成果。

图3 D65标准光源箱(多光源)

标准光源B、C都可以由A光源通过滤光的方式实现，比实测的日光视觉感受更偏粉红，在实践应用中，有部分对荧光材料及染料技术的特定照明需求，对光源中的紫外辐射部分有一定的要求，加之B、C光源设备较为复杂等原因，CIE在后期的技术报告中提出逐步淘汰B、C光源而采用D光源作为标准日光的代表，因此对D光源的模拟是实践应用中亟待解决的问题。D65照明体的主要用途是加权计算物体色的三刺激值和其他色度数据，可广泛应用于纺织印染、服装皮革、喷涂电镀、颜料化工、印刷包装等颜料管理领域。此外，随着照明与视觉科学技术的发展，对于城市、建筑等室内外照明领域，同样需要以标准光源作为科学评价光环境视觉功效的基础环境条件，如商业照明中存在的色差及“同色异谱”现象，博物馆及美术馆环境中，不同展品在标准光源观察条件与渲染照明之间的主观视觉效果评价、对比等。在所有视觉应用领域，如果缺少标准光源的桥梁和媒介作用，将无法正确建立对视看或评估对象的真实物理色彩评价。

3 标准光源的关键参数

色彩管理实践运用中，因为色彩管理目的是为了还原真实的物理色彩，在各种工艺流程中使色彩视觉损失最小化，对光源要求尽可能模拟不同时间的天然光，CIE规定的标准光源都是具有特定的色温和光谱能量分布的，其中最关键的是采用人工光源的技术，对不同日光环境进行模拟。不论是什么应用类别的标准光源实现，其关键参数即色温和显色指数的实现(光谱)，色温为光源色彩表现指标，显色性则是衡量视觉质量的指标。光源色温为人们视觉所习惯，显色性是光源质量最重要的指标，显色性直接影响着视看目标物体的视觉颜色感受。

4 LED新技术发展对标准光源的要求

随着各行业领域对色彩管理品质的不断提升，LED新一代光源及相关技术的发展，对标准光源的参数实现、应用方法等提出了不同的要求。

热辐射光源如钨丝灯等，是已经广泛使用的人造光源，其技术参数以及制造工艺相当成熟，由热辐射光源配合相应手段实现的标准光源为较多测试方法、测色仪器所普遍使用。因LED光源窄光谱功率分布的特性，目前市面上主流白光LED的实现方法主要为蓝光芯片激发红黄荧光粉实现，LED光谱特征与传统热辐射光源、气体放电光源有着较大的差异，随着LED新技术的飞速发展，各种LED器件的制备方法不断推陈出新，因此，在对LED器件光度、色度参数进行测试和评估时，对标准光源的相关参数要求及实现方式，可能也需相应地做出技术变更及调整。

LED产品的推广应用及技术发展，对标准光源应用发展的要求主要包括两个方面。

1)LED产品的测试

对现阶段标准光源及标准观测环境的技术指标定义，是否能满足LED照明产品的测试要求，即仍采用传统的标准光源制备方法及相应观测技术手段作为条件，如何能有效提升对样品光度、色度参数测试的精确度。

主要与LED产品自身的光度、色度参数和传统光源产品的差异有关，发光机理决定了现阶段大部分常规LED产品为面(半球)发光光源，一般通过透镜、反射器等手段，在半球空间内对光进行再分配，相对传统光源来说，可能存在局部光通空间密度较大的情况；同时，LED器件显色性与发光效率、光谱功率分布之间也存在相互影响的关系，在各种因素的影响下，传统标准光源及观察环境条件下定义的指标参数如亮度、均匀度等，能否满足LED产品的测试要求，保证测试的科学性和精确度，是应当进一步研究的课题。

2)LED产品在标准光源实现及测试中的应用

由于LED与传统光源在发光原理、光谱功率分布等方面的差异，采用传统标准光源为基准的测试设备对LED产品进行检测时，测试结果的可靠性和稳定性容易受到影响；同时，随着光度、色度测试仪器朝着高效、便携的方向不断发展，若考虑采用LED光源作为测试仪器的标准光源，则需要考虑白光LED在某些波段光谱功率分布的缺失，国内某些厂家已经开始采用特定的混光技术，制造出具有相对均衡光谱功率分布的LED光源(见图4)，可以进一步提升测试系统效率和响应速度，也可在一定程度上保证仪器对新型LED光源产品测试结果的准确性和可靠性。

图4 通过特定混光技术解决白光LED光源的光谱缺失问题

5 结 论

LED作为新一代光源目前已被广泛应用于各种领域，随着LED技术应用研究的不断深入，LED照明产品在制备效能、发光效率以及色彩表现方面正发生着翻天覆地的变化，在技术飞速发展的进程中，应针对LED光源器件光度、色度指标与传统光源的差异进行深入的分析和研究，结合实验测量、仪器制备及光学电子等相关专业知识，促进基于LED新技术的测试标准、测试方法以及标准光源器件的更新和技术发展，从而科学、准确地评价LED照明产品在实践应用中的视觉表现。

[1] 喻柏林，荆其诚.光源的色温和CIE标准光源[J]. 国外计量,1977(1).

[2] 胡能忠，吴锦全. 透过模拟CIE标准光源实现动态全频谱照明[C]∥海峡两岸第十六届照明科级与营销研讨会，2009.

[3] 刘霖，黄岩.标准光源的重要性与主要判断指标[J].印刷质量与标准化, 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

黄彦，男，博士，主要从事建筑光学研究。