LED显色性探索

LED 显色性探索
金鹏 北京大学绿色照明系统中心
行业的现状
? 技术不断提升 – 光效 – 标准化 (zhaga, 光组件) – 可靠性 ? 市场广阔 ? 认同度高

行业的现实
? 设备淘汰,不断投入 – 封装 (工艺更新) – 组装 (自动化) ? 过高的承诺 – 5万小时, 5年质保 ? 繁多的检测 – UL, LM80, 标杆, CQC ? 海外的壁垒 (专利, 认证, 标准) ? 国内价格红海 ? 创新 vs 资本
– 中小企业狭缝求生
下一个核心问题?

视锥细胞
2°视角在 2米外的面积仅有2.2?cm, Lumen?仅在黄斑中心凹区有效
Lumen?和 Lux?仅在这个区域有效

视觉中的变量
? ? ? ? ? ? ? Brightness Color Contrast Acuity Color contrast Field-of-view Motion 亮度 颜色, 谱线 对比度 分辨度 色彩对比度 视场 运动
显色性研究
光源对物体颜色的显现程度称为光源的显色性，即光源还原 物体真实颜色的能力。
光源的光谱功率分布（Spectra?Power?Distribution）决定了 光源的显色性，日光、白炽灯等具有连续光谱功率分布的光源的显色 性较好。 此外，有研究表明，除具有连续光谱功率分布的光源之外，特定光谱 组成光谱也能有很好的显色性能。

CRI 82 12x36W 荧光灯
CRI 29 6x36W 光谱优化的LED
显色指数在现代照明领域的缺陷
1.LED光谱为窄带光谱，用显色指数评价这种光源的显色 性时很可能造成不公正的情况 2.在计算一般显色指数时CRI系统只取前八个中等饱和颜 色样品的特殊显色指数的算数平均值，这种选色方式对于 饱和色成分较多的光谱的显色值偏差较大 3.CRI显色指数可能存在负值，这是不符合逻辑的表征 结论：CIE的CRI不适用于表示白光LED光源的显色性能， CRI指数值与人的视觉效果之间没有内在的联系

LED的显色性能模型
模型一： 色品质度CQS（Color?Quality?Scale） 由美国国家标准技术研究院NIST提出。采用了15种饱和度高的颜色样 品；在CIE推荐的均匀色度空间CIE1976LAB中计算样品在待测光源和参 照光源下的色差，并用新的色适应转换方程CMCCAT2000进行色适应调 整；最终计算15个样品特殊色品质度的均方根作为一般色品质度。
CRI
模型二 全色域指数GAI（Gamut?Area?Index） GAI是由美国固态照明技术与系统联合会ASSIST提出的。GAI计算 时，用等能光谱的照明体作为参照光源，其数值是CRI前8个颜色样 品在这两个光源下在CIE1976LUV上的色域面积之比。 模型三 颜色偏爱指数CPI（Color?Preference?Index） 由Thorton在1974年提出，利用了人们对于一些颜色有特殊偏爱的 特点，使用CRI的前八个颜色样品，在CIE1976LUV色度空间中计 算待测光源照射下和完美光源照射下颜色样品的色差，最终计算出 CPI的数值。CPI最大值为156，且在计算时对于所有的颜色样品都 取了同样的相同的权重。 模型四 色分辨指数CDI（Color?Discrimination?Index） 采用标准照明体C作为参照光源。CDI方法采用CRI的前8个颜色样 品，并定义在C照明体下色分辨指数为100。参照照明体下8个颜色 样品在CIE1976LUV色度空间中色域面积和C照明体下的色域面积 （0.005）之比作为参照照明体的色分辨指数权重，从而计算出 CDI。

国际照明委员会规定亮度 范围在0.001~3cd/m2内为 中间视觉 绝大部分户外照明和部 分室内照明都属于中间 视觉范畴
Purjinye 效应
明视觉
暗视觉人眼敏感度曲线
明视觉人眼敏感度曲线
中间视觉
暗视觉

人眼色觉
人眼 色觉
三种锥细胞 选择吸收辐 射光谱
神经信号传输与处理
视觉中枢产生色觉
颜色视觉分析模型是由VonKries提出是阶段理论(stagetheory，也叫区域理论 zonetheory）
J.J.Vos,P.L.Walraven.Onthederivationofthefovealreceptorprimaries[J].VisionResearch,Vol.11,Issue8,pp. 799–818,1971
人眼色觉
线性
对数
微观：三种色觉色素
宏观：视锥细胞敏感度曲线

优质光源
光通量 显色性 色温
……
VS 人眼色觉
如何降低“蓝光”危害
光谱“瘦身” ？= 降低能耗
优化中间视觉下 人眼色觉的 LED 光谱功率分布

偏好选择
颜色匹配
形状识别
光谱对可视性影响
钠灯 20 lux
光谱优化, 6 lux

Color?vision?at?Schiphol?airport?parking?24W?v.s.?400W?background?

北京大学 绿色照明系统中心
20余篇论文涉及中间视 觉，道路照明，光学设 计, 智能照明, 聚光太阳 能电池和LED封装; 13 项发明专利，1项国际 专利 , 3 项专利转让。