LED的光色組合照明系統(tǒng)推動(dòng)了照明理念的變革，LED光源的顯色性問(wèn)題引起國(guó)際上廣泛爭(zhēng)議，CRI不能表示白光LED的顯色范圍。美國(guó)提出的CQS、GAI等評(píng)價(jià)方法也只是對(duì)CRI的修修補(bǔ)補(bǔ)。人眼的視覺(jué)認(rèn)知特性與非視覺(jué)感知決定了對(duì)照明質(zhì)與量的要求，應(yīng)根據(jù)LED高色飽和度產(chǎn)生的視覺(jué)效果對(duì)照明、物體色和固有色有更加深刻的理解，探索采用高色飽和度LED組合照明系統(tǒng)，滿足人們對(duì)科學(xué)、安全、健康、舒適性照明的需求。
關(guān)鍵詞：LED 照明 理論 創(chuàng)新
前言
LED產(chǎn)業(yè)技術(shù)發(fā)展迅速，發(fā)光效率160lm/w的產(chǎn)品已面市，高質(zhì)量的白光——顯色指數(shù)CRI在90以上，色溫3000K，100lm/w以上的光源已大批量生產(chǎn)，LED進(jìn)入功能性照明的時(shí)代已來(lái)臨。
LED高色飽和度的特性，可實(shí)現(xiàn)數(shù)字化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化的多光譜組合調(diào)控，能夠滿足不同視覺(jué)作業(yè)和功能性照明的需求。而基于傳統(tǒng)普朗克黑體輻射理論形成的色溫、顯色指數(shù)、色差修正等照明國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，與使用高色飽度LED組合光源的視覺(jué)認(rèn)知與非視覺(jué)感知效果相差較大。實(shí)踐表明，這引起物理光度學(xué)、物理色度學(xué)與目視光度學(xué)、目視色度學(xué)的差距拉大。也使得光度學(xué)、色度學(xué)、測(cè)量學(xué)、色彩工程學(xué)等受到嚴(yán)重的挑戰(zhàn)，引發(fā)照明理論的創(chuàng)新。以下是我們提出高色飽和度LED色光組合照明引起國(guó)際爭(zhēng)議的問(wèn)題，探討高色飽和度LED組合照明將成為照明的新亮點(diǎn)、新熱點(diǎn)。
一、 對(duì)照明本質(zhì)的理解
人工照明是光源系統(tǒng)、被照物體和觀察者三者之間聯(lián)動(dòng)作用的綜合效應(yīng)。LED光源可發(fā)出色飽和度高的單色光，多種色光的組合使被照物體更加鮮艷奪目，對(duì)人的生理、心理產(chǎn)生非同尋常的影響。我們認(rèn)為照明是多種學(xué)科技術(shù)交叉的系統(tǒng)工程。理對(duì)物的解釋是科學(xué)，情對(duì)物的表達(dá)是藝術(shù)，情與理的結(jié)合是心理，照明的本質(zhì)是物、理、情的結(jié)合，如圖1所示。
目前所有照明理論和標(biāo)準(zhǔn)大都局限和定位于視看要求，對(duì)于生物學(xué)和心理學(xué)的效應(yīng)和要求還顧及不多。豐富多彩的LED照明系統(tǒng)使“光與健康”的命題空前活躍，國(guó)際上已開(kāi)過(guò)多次高水平的研討會(huì)，包括醫(yī)學(xué)家、建筑師、照明專家共同從正面研討發(fā)揮LED照明系統(tǒng)的潛能。
圖1. 照明的本質(zhì)是物、理、情的結(jié)合
總之，人的視覺(jué)認(rèn)知和非視覺(jué)感知決定對(duì)照明質(zhì)與量的要求。人工照明除滿足人們視覺(jué)作業(yè)的功能性需求外，還要滿足人的生理、心理需求，以及滿足人對(duì)照明舒適、健康、安全的要求。以人為本，人們需要生活在和諧的光環(huán)境中。
二、 LED光源顯色性引起國(guó)際性爭(zhēng)議
1. LED光源的CRI測(cè)試值與目視效果存在很大差異
40年來(lái)，國(guó)際上沿用顯色指數(shù)CRI評(píng)價(jià)照明光源的質(zhì)量，但是不少RGB三基色LED光源混合成白光照亮物體時(shí)，視覺(jué)效果很好，但CRI數(shù)值不到30。如圖2所示，3500K的RGB三基色LED光源CRI數(shù)值只有27。
圖2.3500K的RGB三基色LED光譜圖及CRI數(shù)值
實(shí)驗(yàn)表明LED的CRI指數(shù)值與視覺(jué)效果之間并沒(méi)有內(nèi)在的聯(lián)系。CIE(TC1-62)技術(shù)報(bào)告 177:2007中提出，在一系列的光源對(duì)比中，技術(shù)委員會(huì)的結(jié)論是“CIE的CRI不適用于表示白光LED光源的顯色范圍”。CRI指數(shù)值與人的視覺(jué)效果之間沒(méi)有內(nèi)在聯(lián)系。CIE推薦定量評(píng)價(jià)光源顯色性的方法是1974年修訂的“測(cè)色法”，規(guī)定2種標(biāo)準(zhǔn)照明體和14種試驗(yàn)顏色樣品，選擇1~8種試驗(yàn)樣品來(lái)計(jì)算一般顯色指數(shù)CRI，這些樣品都是中等明度和中等色飽和度的樣品，如圖3所示。對(duì)光源和樣品規(guī)定有太大的局限性，特別不能表征高色飽和度光源(組合)對(duì)高色飽和度物體照明的視覺(jué)效果。
圖3. CRI計(jì)算用8種測(cè)試樣本
2. NIST提出CQS修正CRI
LED光源技術(shù)日新月異的快速發(fā)展，CIE、IEC、ISO等國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)制定需要與時(shí)俱進(jìn)，加快基礎(chǔ)理論的研究與實(shí)踐。美國(guó)NIST(美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)研究院)提出用CQS(Color Quality Scale)色品質(zhì)度來(lái)評(píng)價(jià)光源顏色的質(zhì)量，將測(cè)試樣品擴(kuò)大到15種，如圖4所示。白熾燈及不同組成方式的白光LED測(cè)試結(jié)果如圖5所示。
圖4. CQS色品質(zhì)度計(jì)算用15種測(cè)試樣本
圖5.不同光源CRI與CQS測(cè)試數(shù)據(jù)比較
3. ASSIST提出GAI改進(jìn)CRI
美國(guó)ASSIST(美國(guó)固態(tài)照明技術(shù)與系統(tǒng)聯(lián)合會(huì))提出在CRI的基礎(chǔ)上增加GAI(Gamut Area Index)全色域指數(shù)，目的是將照明目標(biāo)物加以區(qū)分。通過(guò)觀察者試驗(yàn)的統(tǒng)計(jì)分析表明，低色溫和高色溫光源的CRI和GAI都比較高時(shí)，觀測(cè)者接受度較高，如圖6和圖7所示。
圖6.低色溫的CRI和GAI數(shù)值及觀測(cè)者接受度
圖7.高色溫的CRI和GAI數(shù)值及觀測(cè)者接受度
除了CQS、GAI以外，這些年也有提出夫勒特利指數(shù)Rf、顏色偏愛(ài)指數(shù)CPI(colour preference index)、色分辨指數(shù)CDI(colour discrimination index)等，這些都是對(duì)CRI修修補(bǔ)補(bǔ)。根本問(wèn)題是：一方面，CRI參考光源是一個(gè)連續(xù)光譜，用它來(lái)衡量不連續(xù)光譜的光源不是很合適;另一方面，標(biāo)準(zhǔn)色的選擇上CRI采用8個(gè)中等明度和中等飽和度的樣品，不能代表色飽和度高的物體。我們認(rèn)為L(zhǎng)ED光源的特性需要重新規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)照明體，增加高色飽和度色光輻射與連續(xù)輻射組合的概念，組成新的標(biāo)準(zhǔn)光源，重新定義光源顯色性和測(cè)試方法。
三、 關(guān)于物體色和固有色的概念
照明系統(tǒng)必須通過(guò)被照明物體來(lái)評(píng)價(jià)其照明品質(zhì)，物體有不同的材質(zhì)、形狀、顏色和光學(xué)特性，最后由觀測(cè)者來(lái)評(píng)價(jià)觀察效果。目前，人們是企圖用物理的方法客觀地測(cè)量人的主觀感受，觀測(cè)者對(duì)光的感受受到傳統(tǒng)、經(jīng)驗(yàn)、習(xí)慣、偏好、環(huán)境和人的心理等因素的影響。人們約定用規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)光源照射物體呈現(xiàn)的顏色為物體色和固有色，而當(dāng)前規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)光源都是連續(xù)譜輻射。
我們認(rèn)為色飽和度高的物體、顏料、染料等用連續(xù)譜輻射光照射的色澤沒(méi)有用相應(yīng)的色飽度高的單色輻射光源照明鮮艷。增加色飽和度高的色光照射相應(yīng)的色飽和度高的物體，才能呈現(xiàn)物體“真實(shí)”的顏色，用色飽和度高的橙色光照射柑橙，柑橙看上去會(huì)更鮮艷誘人，這是橙子的真正固有顏色，而不是色彩“欺騙”。同樣，在現(xiàn)實(shí)生活中賣(mài)肉的用100w白熾燈(顯色指數(shù)CRI=100)時(shí)要加紅燈罩，以增加紅光，使得肉顯得更加鮮紅新鮮。
事實(shí)上，光源提高物體的色飽和度會(huì)使視覺(jué)清晰度和視亮度增加，進(jìn)而增加人的喜悅感和舒適度。LED高色飽和度光源組合的應(yīng)用將成為未來(lái)照明的新亮點(diǎn)、新熱點(diǎn)。
四、 高色飽和度LED組合照明的幾點(diǎn)思考
照明是技術(shù)與藝術(shù)、美學(xué)、生理學(xué)、心理學(xué)、人因工程等相融合的綜合性交叉學(xué)科工程。歷史上CIE、IEC等國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)是隨著光源和視覺(jué)認(rèn)知的發(fā)展而發(fā)展的。LED光源的多樣性和它引起的生理、心理光學(xué)效應(yīng)使原有的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)失效，我們可以與國(guó)際大公司站在同一起跑線上，共同研究制定新的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。
LED可調(diào)控色光技術(shù)和多光譜組合為創(chuàng)新照明產(chǎn)品提供廣闊的發(fā)展空間，其高飽和度色光應(yīng)用到商業(yè)照明，更能展現(xiàn)LED光源的魅力，這需要新的理論體系支撐產(chǎn)業(yè)技術(shù)發(fā)展。
LED在滿足各種功能性照明需求的同時(shí)，還要滿足人們對(duì)照明的科學(xué)、安全、健康與舒適性的生理和心理需求。這將推動(dòng)光度學(xué)、色度學(xué)、色彩學(xué)、測(cè)量學(xué)等理論創(chuàng)新，引發(fā)照明理念和光文化革命性的變化。
參考文獻(xiàn)
[1] CIE No.13-2-1974.Method of measuring and specifying color rendering properties of light sources.
[2] Davis,W. and Ohno,Y.,“Development of a Color Quality Scale(CQS)”,Sixth International Lighting Research Symposium on Light and Color,Orlando,FL(2006).
[3] W.Davis and Y.Ohno,“The Color Quality Scale”,Optical Engineering, 49(3): 033602(2010) .
[4] 何開(kāi)鈞.高色飽和度LED的應(yīng)用是未來(lái)照明的新亮點(diǎn).海峽兩岸第十七屆照明科技與營(yíng)銷研討會(huì)專題報(bào)告暨論文集.2010年11月.
[5] 趙英等主編.松果體與褪黑素.上?？茖W(xué)技術(shù)文獻(xiàn)出版社.
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