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半导体光源产品质量监督检验中心

发布时间:2019-10-30

浏览次数:294

LED室内照明产品的发展现状

随着LED照明产品开始在酒店、会议室、写字楼、博物馆、体育馆等室内及户外场所投入使用。LED光源拥有丰富的色彩和高能效的特点,但是,很多时候人们在LED室内照明产品使用的场所往往会意识到几个问题:如某些LED灯管产品标称的光通量参数虽然不错,可是实际的光照度无法满足人眼观察所需达到的要求;其次,有些LED产品虽然色彩绚丽,但是人眼对色温的感觉往往与产品标称的不一致,光源对空间颜色的呈现是冷暖色调参次,没有达到建筑设计的基本要求;还有在一些有高显色要求的场所如珠宝手饰柜、化妆品专柜、商场超市、医院、教室、博物馆、影艺舞台等,因为LED光源的显色性不同而导致物体在光源下失真的情况经常出现。目前,这类问题已引起了行业对LED光源的光色品质研究的重视和探讨,特别是对光源色温和显色性的规定, 即将颁布的建筑设计标准GB 50034-2013已明确要求在建筑照明场合使用4000K以下色温,显色指数Ra﹥80的,高光效的LED室内筒灯和LED相关产品。

为此,对光源进行现场评价对建筑照明和户外照明都显得格外重要。在评估过程中,国家标准所关注的显色指数和色温无疑是现场测量的重要指标。为了使LED光源的色品质评估具体化,柯尼卡美能达与国家半导体光源质量监督检测中心合作,以不同厂家生产的白光LED灯管进行现场的效果测试实验,采用分光辐射照度计CL-500A实测了10种不同的LED灯管产品的照度、显色指数、色温、色坐标、峰值波长等基本参数,分别评估它们实际的照明效果。

<光源的显色性知识>

室内LED光管的测试方法与数据

本实验采用了柯尼卡美能达的分光辐射照度计CL-500A作为测量仪器,可以读取光源的一般显色指数Ra、特殊显色指数R1~R15、色温、照度、色坐标、光谱图线、特征波长、色纯度等参数。这台分光辐射照度计在实验前已通过国家计量院的计量,在照度和光谱数据方面均达到标准精度要求的误差范围。测量数据可在电脑软件CL-S10w中分析和判断,具体的测量功能如下:

测量方法:选取10个不同厂家型号的白光LED灯管产品,灯管均由LED封装阵列组成,正常燃点30分钟后,在距离LED光管发光面正下方2米处用CL-500A测量产品的照明效果参数。
测量环境:在环境温度为25℃,背景照度<0.01lx的暗房。
测量参数:照度、色坐标、色温、特征波长、一般显色指数Ra、特殊显色指数R9 
测量数据如表2所示,重点关注和比较10个LED白光灯管的Ra和R9:


表2、10个厂家LED光管产品的测量参数结果
Table 2. Tested results for ten LED white light samples

室内LED灯管的测试结果分析

按照GB 50034的要求,除了要看光源的一般显色指数Ra外,当R9的值接近或者大于0时,一般LED产品的显色指数Ra基本上能保持在80以上,可见LED产品国家标准提到的R9>0是提高产品显色性的一项关键指标,必须加以重视。我们以其中两款产品比较为例,具体如图1和图2所示:


图1、一般显色指数Ra=82, 特殊显色指数R9=5
Figure 1. Sample-1, general color rendering index Ra=82, special color rendering index R9=5


图2、一般显色指数Ra=72,R9=-31
Figure 2. Sample-5, general color rendering index Ra=72, special color rendering index R9=-31

其次,对于色温的评价也很重视。由于目前白光LED主要以蓝光激发为主,蓝光成分的增加容易使色温增加,色温越高,白光LED产生的不舒适眩光感会越强。按照新的建筑照明设计标准GB 50034,色温低于4000K的白光产品更适用于作为室内照明光源。许多LED室内照明产品偏向把色温做到4000K以下,满足人眼在室内观察的照度之余也不会对眼睛产生过强的眩光。对于户外道路照明和隧道照明,使用色温偏暖的产品同样有利于人眼在夜间行驶过程中对路面和周围环境的观察,对行驶安全有着重要的研究意义。

从下图3的10个产品的色温表发现,目前测试10个型号的LED光管产品,只有厂家编号-9的产品色温<4000K,为3974K,如图红色标记;其余的有5款型号的产品色温位于4500K-5500K之间,3款型号的产品色温位于5500K-6500K之间,1款型号的产品色温>6500K,为6922K。按照GB 50034-2004征求意见稿要求,室内使用的LED照明产品的色温<4000K,通过测试只有1家能够符合要求,而如果按照通常的室内色温<6500K的要求,则9家产品的色温均能符合要求。


图3、10个LED光管的色温值分布
Figure 3. Test results for color temperature of ten LED white light samples

再从厂家编号-4的光谱成分分析,由光谱测量结果知道厂家编号-4的产品的一般显色指数Ra为83,特殊显色指数R9为41,特征波长为451nm,在谱线图上看到其在550nm和650nm对应的黄绿光和红光有激发能量的波峰;其它一般显色指数Ra值较低的产品,如厂家编号-5的产品的Ra为72,特殊显色指数R9为-31,特征波长为448nm,在黄绿光对应波段550nm处有能量集中波峰。但是也可以发现,厂家编号-5的产品在红光谱段明显缺乏。经过两个产品的光谱成分对比,不难发现当LED白光产品在蓝光、红光、黄绿光的谱段以一定比例混合后,如果红光波段补偿不足,会造成产品的一般显色指数偏低。


图4、厂家编号-4的LED光管谱线图
Figure 4. The spectrum of Sample-4 LED white light tube

柯尼卡美能达的分光辐射照度计CL-500A是一款适用于读取光源的一般显色指数Ra、特殊显色指数R1~R15、色温、照度、色坐标、光谱图线、特征波长、色纯度的便携式仪器,其光谱视觉函数V(λ)偏差在1.5%内, 余弦响应特性f2在3%以内均达到标准要求精度,这也使得CL-500A 成为户外和室内照明以及实验室光源检测的信心之选!

欲了解更多使用CL-500A测试的实验结论,请查看《照明工程学报》2013年第一期 《LED光管照明效果测试研究》

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