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CRI的局限性與解決方案分析

電子設(shè)計 ? 來源:郭婷 ? 作者:電子設(shè)計 ? 2019-01-21 09:30 ? 次閱讀
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LED制造商已經(jīng)接受了顯色指數(shù)(CRI),因為它可以直接比較產(chǎn)品與傳統(tǒng)照明相比如何忠實再現(xiàn)色彩。以這種方式比較光源的能力是有用的,因為它有助于說服消費者固態(tài)照明是主流照明的可行替代方案。但是,一些工程師質(zhì)疑當(dāng)前CRI測試的有效性,因為它僅限于只有八種柔和色調(diào)(R1到R8)。批評者指出,制造商花了很多研究資金,使LED在一項可能無法反映消費者期望的測試中表現(xiàn)良好。例如,在目前的測試中,LED可以被分類為超過80的CRI,但是紅色很差。在家庭環(huán)境中,不良的紅色繁殖可能并不重要(雖然它會讓人看起來很蒼白),但它可能導(dǎo)致LED不再受到食品店,藝術(shù)畫廊和醫(yī)院等的青睞 - 特別是一些競爭對手的鹵素除了出色的紅色渲染外,還有超過90%的CRI.

此外,一些學(xué)術(shù)研究報告稱,觀察者認(rèn)為具有低CRI值的白光LED可以很好地呈現(xiàn)顏色,并使消費者對固態(tài)照明的性能感到滿意對于非關(guān)鍵應(yīng)用程序而言,保留色彩保真度并不重要。

本文定義并回顧了當(dāng)前的CRI測試,解釋了其局限性,并描述了監(jiān)管機構(gòu)和制造商如何應(yīng)對這些弱點。

A CRI簡介

CRI是光源與理想或自然對比,忠實再現(xiàn)各種物體顏色的能力的定量測量光源。該指數(shù)由國際照明委員會(CIE,或“國際照明委員會”英文版)正式確定。今天,CRI是根據(jù)8個CIE標(biāo)準(zhǔn)的色度(或“顏色外觀”)的差異計算出來的。當(dāng)被測光源照射時,然后通過相同相關(guān)色溫(CCT)的參考光源照射顏色樣本。

平均差異越小參考光源和被測光之間的八個樣本的色度,CRI越高(參見TechZone文章“什么是顯色指數(shù)及其重要性?”)。請注意,CRI值小于5分的差異不顯著。例如,CRI為80和84的光源基本相同。

自然光被歸類為CRI為100,是最好的。白熾燈的CRI高于95,而冷白色熒光燈的CRI為62.含稀土熒光粉的熒光燈的CRI值為80或以上,但汞蒸汽燈表現(xiàn)不佳,CRI為45。鹵素?zé)舻腃RI為90或更高,而緊湊型熒光燈(CFL)的測量值約為80更新的測試

CIE在1995年發(fā)布了一份技術(shù)報告,詳細(xì)說明了如何執(zhí)行CRI“測試顏色方法Ra”。1技術(shù)報告定義了八個顏色參考樣本(R1到R8),它們來自Munsell色彩系統(tǒng)。該系統(tǒng)基于色調(diào),值(亮度)和色度(色純度)指定顏色,由Albert H. Munsell教授在20世紀(jì)初創(chuàng)建。參考顏色覆蓋色調(diào)圓,飽和度適中,亮度大致相同。

在90年代中期,CIE的色彩渲染技術(shù)委員會組裝起來更新測試顏色方法,由于其中開發(fā)了“R96a”方法。測試的增強包括增加六種顏色:四種飽和固體(R9至R12)和兩種大地色調(diào)(R13和R14)。圖1顯示了R96a測試的參考顏色托盤,包括原始的八種顏色加上以R9開頭的六種新顏色。

CRI的局限性與解決方案分析

圖1:R96a參考顏色托盤。

委員會解散在1999年,發(fā)布了一份報告但沒有提出確切的建議,部分原因是研究人員和制造商之間存在分歧。因此,R96a沒有被采用,1995年的Ra版本仍然是標(biāo)準(zhǔn)測試。使用紅色,綠色和藍(lán)色(RGB)LED混合的LED燈在CRI Ra測試中得分很低,經(jīng)常在20年代記錄結(jié)果。分?jǐn)?shù)差的原因是RGB LED的光譜功率分布(SPD)顯示出與三個LED的輸出和少數(shù)其他波長相對應(yīng)的尖峰(考慮到LED設(shè)計用于在非常窄的波段內(nèi)產(chǎn)生光,這并不奇怪[圖2])。相比之下,高CRI評分的白熾燈泡會發(fā)出全范圍的波長。

CRI的局限性與解決方案分析

圖2:各個LED發(fā)出的波長周圍RGB LED尖峰的光譜功率分布。

更常見類型的商用白色LED包括與釔鋁石榴石(YAG)磷光體結(jié)合的皇家藍(lán)LED“光子泵”。通過Stokes將藍(lán)色光子從LED轉(zhuǎn)移到其他波長,磷光體有助于LED的輸出(參見TechZone文章“更白,更亮的LED”)。這些類型的LED的制造商通過“調(diào)整”YAG磷光體來擴展其器件的SPD并增強CRI,從而在一定程度上解決了CRI挑戰(zhàn)。用藍(lán)色LED代替紫外LED可以產(chǎn)生進(jìn)一步的改進(jìn)。然而,改變熒光粉以改善CRI的一個主要缺點是它會影響LED的功效 - 而且效率對于LED制造商來說是一個圣杯(參見TechZone文章“熒光粉開發(fā)解決了暖白光LED的低功效”)。 br》盡管如此,商業(yè)產(chǎn)品令人滿意地平衡了CRI和療效。 Philips Lumileds LUXEON 3535系列LED(100 mA/3.1 V時效率為103 lm/W)的CRI為82. Cree的XLamp XM-L2芯片(700 lm/W,700 mA/2.9 V)具有CRI 80歐姆和歐司朗SSL 150白光LED(106流明/瓦,350毫安/2.95伏)的CRI為83.所有三家制造商都提供CRI約為90的低功效設(shè)備。

Red in the面對

然而,一切都不順利。在固態(tài)照明行業(yè)中存在一種觀點,即基于LED的照明的高CRI并不一定意味著該產(chǎn)品是良好的光源。這些批評者指出,一些產(chǎn)品在Ra測試顏色方法中得分很高,但在測試擴展到包括例如R9時效果不佳。

問題在于,雖然R9確實跟蹤CRI,但它只是在非常高的CRI上才能密切關(guān)聯(lián)?;贚ED的照明產(chǎn)品在標(biāo)準(zhǔn)測試中可以獲得高達(dá)80的CRI,但是對于R9記錄的結(jié)果為0。然而R9是一種充滿活力的紅色(參見圖1),在照明應(yīng)用中非常重要,例如食品商店(例如水果和肉類銷售商),藝術(shù)畫廊(圖3)和外科手術(shù)室。在家庭環(huán)境中,R9值較差的光源會使人看起來很蒼白。

圖3:良好的紅色渲染對于美術(shù)館中使用的固態(tài)照明很重要(由歐司朗提供)

監(jiān)管機構(gòu)已經(jīng)注意到當(dāng)前測試的弱點。例如,如果CRI(Ra)大于80且R9大于零,則能量之星現(xiàn)在將LED定義為可接受的。這是一個適度的要求,但至少認(rèn)識到測量的重要性。同樣值得贊揚的是,制造商正在接受R9測試 - 即使它不是行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)CIE CRI測試色方法的一部分 - 并且具有高價值的芯片正在變得可用。

OSRAM制造具有CRI的LED(Ra )95和R9高于90,在1至5 W LED封裝選項中,用于OSLON SSL系列中2700和4000K之間的CCT。同樣,Cree提供一系列具有高CRI(Ra)和R9高于40的產(chǎn)品。一個例子是XLamp XP-E2系列,CRI(Ra)為80,85和90. Philips Lumileds提供一系列產(chǎn)品。高CRI和R9器件,包括LUXEON T系列,包括CCT為3000 K的器件,提供82 lm/W(2.51 V,700 mA),CRI(Ra)為95,

圖4:Philips Lumiled LUXEON T提供高CRI和R9值。

R9自愿添加到標(biāo)準(zhǔn)CRI測試色方法是LED制造商的一個受歡迎的開始。更好的是,一些制造商也在關(guān)注提高其R14設(shè)備的CRI值,這是一種膚色,并聲稱對家用照明很重要。

色彩性能與保真度同樣重要

盡管它們的CRI很低據(jù)報道,RGB LED在視覺上吸引了消費者。事實證明,特別是國內(nèi)消費者并不特別關(guān)注精確的顯色性,更多的是他們的照明產(chǎn)生美學(xué)上令人愉悅的結(jié)果。據(jù)報道,RGB LED很受歡迎,因為它們的光會增加大多數(shù)顏色的感知飽和度,而不會產(chǎn)生令人討厭的色調(diào)偏移。

雖然藍(lán)色LED/YAG熒光粉固態(tài)照明產(chǎn)生更好的CRI結(jié)果,但這需要付出代價 - 一個LED被推廣為“綠色”光源的關(guān)鍵原因。如果制造商沒有滿足CRI限制的壓力,那么白光LED效率可能會更高。

監(jiān)管機構(gòu)正在注意這些異?,F(xiàn)象。例如,美國能源部(DOE)建議在比較光源時考慮色彩保真度和色彩性能.2美國能源部注意到:“CIE顯色指數(shù)基于以下觀點:測試和參考之間的任何顏色都會發(fā)生變化發(fā)光體是不合需要的。雖然這對于需要進(jìn)行關(guān)鍵色彩[保真度]比較的應(yīng)用來說是正確的,但它并未考慮色彩偏移是否具有視覺吸引力?!?/p>

DOE文件還引用了CIE技術(shù)報告177:2007,”白色LED光源的彩色渲染,“其中指出CIE技術(shù)委員會的結(jié)論是,當(dāng)白光LED光源涉及該組時,CIE CRI通常不適用于預(yù)測一組光源的顯色性”等級順序“。

該建議基于對考慮RGB LED和藍(lán)色LED/YAG熒光粉設(shè)備的學(xué)術(shù)研究的調(diào)查。在這些研究期間,觀察者使用具有不同CRI的燈來對照明場景的外觀進(jìn)行排序。通常,這些排名與計算的CRI值之間的相關(guān)性較差。特別是,觀察人士認(rèn)為,20世紀(jì)20年代中期帶有CRI(Ra)的RGB LED似乎能夠很好地呈現(xiàn)顏色 - 這是公眾已經(jīng)達(dá)到的結(jié)論。

測試的局限性

照明工程師負(fù)責(zé)為他們選擇LED下一個夾具應(yīng)考慮產(chǎn)品所針對的應(yīng)用。雖然制造商有助于為其LED提供CRI以便與其他光源進(jìn)行比較,但設(shè)計人員應(yīng)該意識到CIE的1995測試色方法有其局限性。例如,對于未包含在已發(fā)布的CRI中的R9至R14參考顏色,應(yīng)用程序可能需要良好的性能。好消息是,當(dāng)需要良好的紅色和膚色渲染時,幾家公司已經(jīng)制造出具有高R9和R14值的LED。

或者,應(yīng)用可能根本不需要高色彩保真度,可能更多重要的是固態(tài)燈在消費者的感知中如何再現(xiàn)色彩。研究表明,具有低CRI的LED仍會在公眾眼中產(chǎn)生令人愉悅的光。

就其本身而言,DOE建議如果光保真度對應(yīng)用很重要,則CRI(Ra)是一個有用的指標(biāo)。評級LED產(chǎn)品。但是,如果顏色外觀比顏色保真度更重要,那么該組織建議不應(yīng)僅根據(jù)低CRI(Ra)值排除白光LED。

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