LED照明顏色質(zhì)量指數(shù)解決方案

盡管多年來(lái)照明行業(yè)已探討過(guò)評(píng)價(jià)顏色質(zhì)量的方法，但 LED 照明的快速成功使得對(duì)改善衡量標(biāo)準(zhǔn)的需求更加迫切。 顯色指數(shù) (CRI) 已經(jīng)使用多年，但 LED 技術(shù)現(xiàn)在極大拓寬了“白”光微調(diào)特征范圍。 業(yè)內(nèi)已提出多種替代評(píng)價(jià)方法來(lái)解決此問(wèn)題。 在缺乏行業(yè)共識(shí)的情況下，Cree 找到了自己的方式，為照明設(shè)計(jì)人員提供他們所需的保障。

CRI 及其限制

CRI 的計(jì)算依據(jù)是當(dāng)待測(cè)光源和相同相關(guān)色溫的參考光源照射在黑體或普朗克軌跡上時(shí)，在八個(gè)標(biāo)準(zhǔn)樣品顏色中所測(cè)得的色調(diào)平均變化。 5000K 及以上 CCT 對(duì)應(yīng)國(guó)際照明委員會(huì) (CIE) 定義的日光白。 由于人類感知將日光視為最真實(shí)的顯色，燈在測(cè)試中的顯色性越接近參考光源參數(shù)的顏色，保真度就越高，CRI 指數(shù)就越高。 其遵循的標(biāo)準(zhǔn)就是，日光的 CRI 為 100。 實(shí)現(xiàn) CRI 值接近 100 的電力照明被認(rèn)為是最理想的：無(wú)論在室內(nèi)或室外，人們通常喜歡體驗(yàn)令人感到舒適、自然的照明。

由于如今的 LED 技術(shù)拓寬了磷光劑轉(zhuǎn)換發(fā)射器產(chǎn)生的白光微調(diào)特征的范圍，CRI 作為顏色質(zhì)量指數(shù)的限制日益明顯。

盡管 CIE 已定義十四種參考顏色，僅前八種被用于計(jì)算 CRI。 結(jié)果是基于結(jié)果 R1 到 R8 的平均值 Ra。 顏色 1 到 8 被認(rèn)為可代表大多數(shù)對(duì)象。 實(shí)際上，它們是中等飽和度的淡色，如圖 1 所示。 其他六種顏色，包括高飽和度顏色（紅、黃、綠、藍(lán)）、膚色和橄欖綠，不影響 CRI 的計(jì)算。 圖 2 展示了 CIE 定義的這六種顏色，以及第 15 種顏色—由日本 JIS 標(biāo)準(zhǔn)定義的亞洲人膚色。

圖 1：用于計(jì)算 CRI 的 R1-R8 顏色。

圖 2：由 CIE 定義、但不用于計(jì)算 CRI 的 R9-R15 顏色，因此對(duì)于在 LED 燈具上較為明顯的顏色質(zhì)量而言，CRI 提供的表示并不完整。

現(xiàn)在的 CRI 方法允許燈具實(shí)現(xiàn)更高的顯色指數(shù)，即使其顯示飽和色的能力可能降低。 紅色的顏色去飽和特性特別明顯，因?yàn)檫@類顏色強(qiáng)烈影響皮膚色調(diào)的感知。 準(zhǔn)確可靠地顯現(xiàn)飽和色，尤其是紅色，在有些應(yīng)用中也很重要，如零售和醫(yī)療健康。

NIST 的顏色質(zhì)量等級(jí) (CQS)

照明行業(yè)考慮各種 CRI 替代方法已有一段時(shí)間。 美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究院 (NIST) 提出了顏色質(zhì)量等級(jí) (CQS) 方案。 根據(jù) NIST，提議的其他度量標(biāo)準(zhǔn)包括舒適度指數(shù)、顏色偏好指數(shù)、顏色辨別指數(shù)、對(duì)比度感覺(jué)指數(shù)、顯色能力和色域面積指數(shù)。 以上指數(shù)均未被接受為標(biāo)準(zhǔn)，看起來(lái) CRI 由于相沿成習(xí)且容易理解而繼續(xù)受到青睞。

NIST 的 CQS 提議就是在待測(cè)范圍內(nèi)納入飽和色。 與 CRI 類似，它生成單個(gè)數(shù)字的指數(shù) Qa，但這種情況下，它是表示所有顏色的顯色質(zhì)量的平均值，包括飽和色。 此外，CQS 在設(shè)計(jì)上也用于防止某些顏色達(dá)到非常高的保真度、但其他顏色的結(jié)果卻較差的燈具獲得達(dá)到較高整體指數(shù)的較好平均評(píng)分。 CRI 系統(tǒng)的缺點(diǎn)之一就是會(huì)出現(xiàn)這類情況，這就會(huì)讓某些低劣的燈具宣稱具有出色性能。 CIE 已慎重考慮是否采納 CQS 作為能克服 CRI 某些缺點(diǎn)的替代方法，但尚未達(dá)成一致。

IES 的新提議

同時(shí)，美國(guó)照明工程協(xié)會(huì) (IES) 已提議采用另一種方法，依靠更廣泛的測(cè)試來(lái)評(píng)價(jià)光源的色彩還原能力。 這種新興的測(cè)試方法稱為 TM-30-15，提議采用九十九種色樣，均勻分布整個(gè)色彩空間內(nèi)。 此外，除保真度之外，TM-30-15 還測(cè)量色域，并使用 CCT 介于 4500K 和 5500K 之間的混合參考光源。 該測(cè)試方法也生成顏色矢量圖，它是色調(diào)與飽和度變化的視覺(jué)描繪。 因此，根據(jù) TM-30-15 表示的燈具性能包括保真度指數(shù) Rf、相對(duì)色域指數(shù) Rg，以及顏色矢量圖（圖 3）。 盡管保真度指數(shù)是使用比 CRI 或 CQS 更多的色樣計(jì)算的，但由于它是平均數(shù)，所以更高的值也不總能表示出更好的顏色質(zhì)量。 伴隨的 Rg 和顏色矢量圖可為用戶評(píng)價(jià)燈具在給定應(yīng)用中的可能性能提供更多信息。

圖 3：測(cè)試燈具（紅色軌跡）與參考（藍(lán)色軌跡）的 TM-30-15 顏色矢量圖比較。 來(lái)源：IES。

TM-30-15 是 2015 年 9 月引入的，由于引入時(shí)間相對(duì)很短，行業(yè)回應(yīng)尚未明朗化。 這一評(píng)價(jià)體系可能顯得過(guò)于復(fù)雜并且耗時(shí)，因而對(duì)商業(yè)照明企業(yè)缺乏吸引力。

盡管缺乏更適合于 LED 照明特點(diǎn)的顏色質(zhì)量評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)方面的共識(shí)，但高質(zhì)量模塊和光引擎生產(chǎn)商需要出于客戶利益考慮來(lái)量化產(chǎn)品性能，并且也需要追求將自己的產(chǎn)品與質(zhì)量低劣的其他產(chǎn)品區(qū)分開來(lái)。

使用既定的 CRI 測(cè)試方法測(cè)量，表示 R9-R15 范圍中的其他特殊顏色指數(shù)可以更好地表示良好的光質(zhì)量和顏色再現(xiàn)。 能源之星框架意識(shí)到顯現(xiàn)紅色是消費(fèi)者和專業(yè)應(yīng)用中的最大興趣所在，因此它要求合格的燈具表現(xiàn)出高于 80 的 CRI 和大于零的 R9。 最終用戶只會(huì)知道 CRI 值，但值得注意的是，至少一家照明廠商已表示，允許 R9 變化甚至降至負(fù)值的靈活性會(huì)有利于提升某些應(yīng)用中的顏色質(zhì)量。

對(duì)于針對(duì)具體應(yīng)用（如零售或醫(yī)療健康領(lǐng)域）的照明，具有與鹵素?zé)艋虬谉霟粝噫敲赖募t色調(diào)復(fù)原能力是至關(guān)重要。CRI 大于 90 以及 R9大于 60 已被推薦為適合的最低基準(zhǔn)。

在缺乏共識(shí)的情況下…

燈具和模塊的制造商和最終用戶都偏好使用單個(gè)數(shù)字表示顏色質(zhì)量。 在缺乏優(yōu)于 CRI 的公認(rèn)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的情況下，Cree已采用相同的方式來(lái)尋求相同的目標(biāo)，通過(guò)同時(shí)根據(jù) CRI 和 R9 性能以及效能來(lái)區(qū)分其 TrueWhite? 品牌的LED 照明產(chǎn)品。 TrueWhite 產(chǎn)品組合，包括燈具（如槽箱式照明設(shè)備和筒燈）以及 LED 模塊（如 LMH020 和 LMR040），保證 CRI 值大于 90 并同時(shí)確保較高的 R9 以及130-150 lm/W 的效能和均勻的暖色溫或冷色溫。

TrueWhite 技術(shù)采用各種工藝確保精確的顏色管理，并在整個(gè)產(chǎn)品生命周期中可靠保留了高度的顏色一致性。 這些工藝包括高性能磷光體轉(zhuǎn)換 LED 混合搭配紅色和非飽和或者藍(lán)移黃色 LED 的互補(bǔ)色光 (“BSY+R”) 的專利組合。 此外，頻譜開槽技術(shù)利用釹玻璃的特性來(lái)提供逼真的室內(nèi)照明。 摻雜釹的玻璃可以提高對(duì)特定波長(zhǎng)的吸收，從而使色域增加、對(duì)比度提高。 這是過(guò)去在白熾燈中使用的成熟技術(shù)。

作為顏色質(zhì)量的專有度量標(biāo)準(zhǔn)，TrueWhite 為照明設(shè)計(jì)人員提供最低性能保障，這在極度依賴準(zhǔn)確紅色顯現(xiàn)的場(chǎng)景中非常具有價(jià)值。 這類場(chǎng)景包括醫(yī)院，準(zhǔn)確的紅色對(duì)于診斷諸如皮膚或傷口護(hù)理評(píng)價(jià)等至關(guān)重要，并且暖色調(diào)的舒適照明可為患者和來(lái)訪者營(yíng)造溫暖的氛圍。 零售商也可從接近陽(yáng)光質(zhì)量、良好呈現(xiàn)飽和顏色的照明中獲益，如有助于以最具吸引力的方式為客戶呈現(xiàn)衣服，或者以最能引起食欲的方式呈現(xiàn)食物。 車輛展示和服務(wù)區(qū)域也需要注重明亮、逼真的顏色表現(xiàn)，從而以最好的方式展示車輛，并為潛在買家留下良好印象。

結(jié)論

一段時(shí)間以來(lái)，照明行業(yè)十分清楚，需要更加準(zhǔn)確的顏色質(zhì)量指數(shù)來(lái)替代 CRI，即一種更能滿足 LED 照明行業(yè)需求的方法。 盡管 CRI 的缺點(diǎn)不言而喻，但要在選擇替代方法方面達(dá)成共識(shí)卻并非易事。 有些組織已提出一些尚未被廣泛采用的替代方法。 Cree 根據(jù)易于理解并受到照明設(shè)計(jì)人員信任的度量標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)其 TrueWhite 產(chǎn)品組合中的產(chǎn)品設(shè)立了一系列高參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)，從而實(shí)現(xiàn)了可靠的顏色質(zhì)量、一致性和能效保障。