半導體光源產品質量監督檢驗中心

LED室內照明產品的發展現狀

隨著LED照明產品開始在酒店、會議室、寫字樓、博物館、體育館等室內及戶外場所投入使用。LED光源擁有豐富的色彩和高能效的特點，但是，很多時候人們在LED室內照明產品使用的場所往往會意識到幾個問題：如某些LED燈管產品標稱的光通量參數雖然不錯，可是實際的光照度無法滿足人眼觀察所需達到的要求；其次，有些LED產品雖然色彩絢麗，但是人眼對色溫的感覺往往與產品標稱的不一致，光源對空間顏色的呈現是冷暖色調參次，沒有達到建筑設計的基本要求；還有在一些有高顯色要求的場所如珠寶手飾柜、化妝品專柜、商場超市、醫院、教室、博物館、影藝舞臺等，因為LED光源的顯色性不同而導致物體在光源下失真的情況經常出現。目前，這類問題已引起了行業對LED光源的光色品質研究的重視和探討，特別是對光源色溫和顯色性的規定， 即將頒布的建筑設計標準GB 50034-2013已明確要求在建筑照明場合使用4000K以下色溫，顯色指數Ra﹥80的，高光效的LED室內筒燈和LED相關產品。

為此，對光源進行現場評價對建筑照明和戶外照明都顯得格外重要。在評估過程中，國家標準所關注的顯色指數和色溫無疑是現場測量的重要指標。為了使LED光源的色品質評估具體化，柯尼卡美能達與國家半導體光源質量監督檢測中心合作，以不同廠家生產的白光LED燈管進行現場的效果測試實驗，采用分光輻射照度計CL-500A實測了10種不同的LED燈管產品的照度、顯色指數、色溫、色坐標、峰值波長等基本參數，分別評估它們實際的照明效果。

<光源的顯色性知識>

室內LED光管的測試方法與數據

本實驗采用了柯尼卡美能達的分光輻射照度計CL-500A作為測量儀器，可以讀取光源的一般顯色指數Ra、特殊顯色指數R1~R15、色溫、照度、色坐標、光譜圖線、特征波長、色純度等參數。這臺分光輻射照度計在實驗前已通過國家計量院的計量，在照度和光譜數據方面均達到標準精度要求的誤差范圍。測量數據可在電腦軟件CL-S10w中分析和判斷，具體的測量功能如下：

測量方法：選取10個不同廠家型號的白光LED燈管產品，燈管均由LED封裝陣列組成，正常燃點30分鐘后，在距離LED光管發光面正下方2米處用CL-500A測量產品的照明效果參數。
測量環境：在環境溫度為25℃，背景照度＜0.01lx的暗房。
測量參數：照度、色坐標、色溫、特征波長、一般顯色指數Ra、特殊顯色指數R9 
測量數據如表2所示，重點關注和比較10個LED白光燈管的Ra和R9：

表2、10個廠家LED光管產品的測量參數結果
Table 2. Tested results for ten LED white light samples

室內LED燈管的測試結果分析

按照GB 50034的要求，除了要看光源的一般顯色指數Ra外，當R9的值接近或者大于0時，一般LED產品的顯色指數Ra基本上能保持在80以上，可見LED產品國家標準提到的R9>0是提高產品顯色性的一項關鍵指標，必須加以重視。我們以其中兩款產品比較為例，具體如圖1和圖2所示：

圖1、一般顯色指數Ra=82, 特殊顯色指數R9=5
Figure 1. Sample-1, general color rendering index Ra=82, special color rendering index R9=5

圖2、一般顯色指數Ra=72，R9=-31
Figure 2. Sample-5, general color rendering index Ra=72, special color rendering index R9=-31

其次，對于色溫的評價也很重視。由于目前白光LED主要以藍光激發為主，藍光成分的增加容易使色溫增加，色溫越高，白光LED產生的不舒適眩光感會越強。按照新的建筑照明設計標準GB 50034，色溫低于4000K的白光產品更適用于作為室內照明光源。許多LED室內照明產品偏向把色溫做到4000K以下，滿足人眼在室內觀察的照度之余也不會對眼睛產生過強的眩光。對于戶外道路照明和隧道照明，使用色溫偏暖的產品同樣有利于人眼在夜間行駛過程中對路面和周圍環境的觀察，對行駛安全有著重要的研究意義。

從下圖3的10個產品的色溫表發現，目前測試10個型號的LED光管產品，只有廠家編號-9的產品色溫<4000K，為3974K，如圖紅色標記；其余的有5款型號的產品色溫位于4500K-5500K之間，3款型號的產品色溫位于5500K-6500K之間，1款型號的產品色溫>6500K,為6922K。按照GB 50034-2004征求意見稿要求，室內使用的LED照明產品的色溫<4000K，通過測試只有1家能夠符合要求，而如果按照通常的室內色溫<6500K的要求，則9家產品的色溫均能符合要求。

圖3、10個LED光管的色溫值分布
Figure 3. Test results for color temperature of ten LED white light samples

再從廠家編號-4的光譜成分分析，由光譜測量結果知道廠家編號-4的產品的一般顯色指數Ra為83，特殊顯色指數R9為41，特征波長為451nm，在譜線圖上看到其在550nm和650nm對應的黃綠光和紅光有激發能量的波峰；其它一般顯色指數Ra值較低的產品，如廠家編號-5的產品的Ra為72，特殊顯色指數R9為-31，特征波長為448nm，在黃綠光對應波段550nm處有能量集中波峰。但是也可以發現，廠家編號-5的產品在紅光譜段明顯缺乏。經過兩個產品的光譜成分對比，不難發現當LED白光產品在藍光、紅光、黃綠光的譜段以一定比例混合后，如果紅光波段補償不足，會造成產品的一般顯色指數偏低。

圖4、廠家編號-4的LED光管譜線圖
Figure 4. The spectrum of Sample-4 LED white light tube

柯尼卡美能達的分光輻射照度計CL-500A是一款適用于讀取光源的一般顯色指數Ra、特殊顯色指數R1~R15、色溫、照度、色坐標、光譜圖線、特征波長、色純度的便攜式儀器，其光譜視覺函數V(λ)偏差在1.5%內, 余弦響應特性f2在3%以內均達到標準要求精度，這也使得CL-500A 成為戶外和室內照明以及實驗室光源檢測的信心之選！

欲了解更多使用CL-500A測試的實驗結論，請查看《照明工程學報》2013年第一期 《LED光管照明效果測試研究》

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