摘要：LED技術的日益普及和提高，目前LED正逐漸向大功率、高光強的趨勢發(fā)展。但在追求LED照明高光強的同時，由于主流LED燈具色溫(集中在5600-6500K)過高，偏離了大眾對民用照明的視覺感受，給人過于刺眼的問題也隨之影響了LED照明的普及和發(fā)展。而LED混色照明中色溫也是相當關鍵的因素之一。

　　本文探討了LED照明中色溫因素對照明效果、顯色指數(shù)及對人視覺能力的影響、實現(xiàn)LED照明色溫可調節(jié)的方法及色溫在LED檢測中的影響;并嘗試利用在LED照明光學系統(tǒng)中加入降色溫光學薄膜的方法，對影響LED照明效果、顯色指數(shù)、視覺感受及光強檢測的色溫因素進行探討。此外也探討了在照明、影視及攝影等眾多LED照明應用領域中達到理想光色方法中色溫的影響因素。

　　關鍵詞：LED照明，色溫，升降色溫光學薄膜，顯色指數(shù)，自然白光。

　　隨著白光LED技術的迅速發(fā)展，LED照明正逐步進入了各個應用領域，尤其是LED發(fā)光效率超越白熾燈及熒光燈后，LED照明正逐步以其顯著的節(jié)能優(yōu)勢拓展到占全球電力消耗2成的普通照明領域。目前，全球LED的市場超過100億美元，并以年均增長率超過20%發(fā)展起來一個新型的“綠色照明”工業(yè)[1]。

　　目前，在LED照明中，白光LED的發(fā)光效率、配光設計、光衰等問題都已得到了很好地改善。但在LED顯色指數(shù)、色溫及對人視覺能力的影響方面，由于目前以InGaNa藍色LED芯片為基礎光源激發(fā)稀土石榴石黃色熒光粉的混色方法所限，在作為普通照明光源的白光LED的光譜、色品坐標、相關色溫及顯色指數(shù)等均很難符合現(xiàn)行的CIE及我國的相關標準[2]。

　　從LED發(fā)光光譜上來分析，由于此種混色方案中，藍光光譜過高而紅光光譜的偏少(見圖1)[3]，使得此類白光LED色溫只能是5000K以上的高色溫光源，低顯色性的。日前主流白光LED色溫主要集中在5600-6500K。

　　而現(xiàn)有主流普通民用燈具(如白熾燈及道路用高壓鈉床)則是低色溫，色溫主要集中在2700-3200K。而由于生理因素及心理習慣因素使然，人們已習慣于現(xiàn)有主流照明燈具低色溫下的舒適感及可視度。對于白光LED普遍認為過于刺眼，這其實就是由于白光LED的色溫范圍恰好相當于太陽自然白光的色溫范圍(5500-6800)內。

　　對紅、綠、藍三基色LED組合發(fā)射的白光，調節(jié)紅、綠、藍的工作電流可以使顯色性得到一定的提高，甚至能使顯色指數(shù)達到90。但是這種方法電流的調節(jié)復雜，成本較大;且不同的基色光衰程度不同，從而導致一致性較差。

　　所以，作為民用照明用的LED光源一般采用熒光粉轉換型白光LED(此類白光LED顯色指數(shù)一般為80左右)。但此類白光LED光源的光色特性受到工作電流和溫度的影響又比較明顯。表1所示為不同工作溫度下LED光源的參數(shù)變化[4]，由此可見隨著白光LED燈具溫度升高，不僅發(fā)光效率有所下降，其色溫也明顯升高了。當溫度大于50℃時，色溫偏高，顯色指數(shù)隨之下降。主要由于溫度升高，藍光波峰紅移，熒光粉波峰變平坦而劣化。

　　因此，與白熾燈和高壓鈉燈等常用燈具相比，熒光粉白光LED在色溫與顯色指數(shù)方面的劣勢難以通過工況方面的方法解決，目前研究人員也試圖通過摻雜紅色熒光體等方法研發(fā)低色溫高顯色性的白光LED，但由于此類白光LED中激發(fā)藍光的減少、紅光與近紅外光部分增多對散熱的影響、LED封裝技術及成本因素的限制，此類白光LED的發(fā)光強度必然會有所下降。如表2所示[5]。

　　為了降低白光LED的色溫，提高其顯色性與視覺效果，除了在其芯片、發(fā)光材料與封裝結構方面進行改進，也可以嘗試在LED照明光學系統(tǒng)中加入降色溫光學薄膜的方法達到降低LED燈具的色溫。

　　圖2給出了常用降色溫濾光片的光譜曲線。降色溫光學薄膜是在LED燈具前鍍制多層的光學干涉薄膜，通過調整薄膜的厚度與折射率的排列，針對白光LED發(fā)光曲線，抑制高色溫波段光的通過，以達到使透過光線色溫降低的目的。與之原理類似的還有升色溫濾光片。升、降色溫濾光片廣泛應用于攝影、影視等領域，調節(jié)色溫，補償色彩，以適應不同光線、環(huán)境下的需要。

　　降色溫濾光片在LED照明光學系統(tǒng)中的嘗試應用有顯著的效果，目前已經有研究人員針對超高亮度白色LED開發(fā)了一系列降色溫光學薄膜，可根據(jù)應用需求將原色溫為5500K的白色LED降為色溫4500K~2800K等。

　　降色溫濾光片可以應用在多種場合的LED照明中：

　　在城市道路照明中應用LED燈具與現(xiàn)有主流照明比較，其中主要的分歧點正是色溫因素的爭論。LED路燈支持者認為，高色溫白光用于道路照明有中間視覺效應，可視性好，感覺比低色溫黃光更明亮;反對者則認為，低色溫黃光透霧性好，感覺溫暖，比“刺眼”的高色溫白光更受市民歡迎[5]。

　　目前，綜合發(fā)光效率與降低色溫的考慮，LED城市道路照明中主流色溫區(qū)間在5500-6500K之間，若再降低色溫，則LED發(fā)光效率必然難以達到使用要求或要增加成本了。故此對于高效率，高色溫的LED路燈，在其照明系統(tǒng)內應用降色溫濾光片，可以達到效率降低較小而色溫大幅降低的效果。同時，針對不同人群、環(huán)境對于照明光源色溫的不同要求，可以采用不同的降色溫光學薄膜，而不用對LED進行大的改造，很大地提高了LED照明的適用范圍。

　　在攝影、影視等對色彩、色溫要求較高的場所，LED照明的應用受到更大的限制。中華人民共和國行業(yè)標準《電視演播室燈光系統(tǒng)設計規(guī)范》(條文說明)的第二條[6]中規(guī)定：

　　“演播室演區(qū)光的色溫，國外有兩種標準：3050±150K;3000±150K，經過在國內實驗，當色溫為2850K時，白平衡被破壞，電視圖像色調欠佳。故本規(guī)范確定演區(qū)光的色溫為3050±150K。”

　　而對彩色電影膠片而言，有燈光型膠片和目光型膠片兩種。用鹵鎢燈照明時用燈光型膠片，在日光下拍片時用日光型膠片。在彩色電視中，攝像機只允許在大約3000K的色溫下才能得到良好的色再現(xiàn)。這些都對照明光源提出了嚴格的色溫要求，而前文所述的降色溫濾光片則可以較好地以低成本解決白光LED在這些場所應用的問題。

　　結論：

　　白光LED的色溫和顯色性是其應用推廣的一大劣勢。紅、綠、藍三基色LED組合發(fā)射的白光顯色性較好但調節(jié)復雜且一致性較差，常用的熒光粉轉換白光LED在這方面的劣勢也難以通過工況方面的方法解決，摻雜紅色熒光體等方法制作的白光LED的發(fā)光強度則有所下降。為了降低白光LED的色溫，提高其顯色性與視覺效果，可以嘗試在LED照明光學系統(tǒng)中加入降色溫濾光片的方法。

　　降色溫濾光片在LED照明光學系統(tǒng)中的嘗試應用有顯著的效果，可根據(jù)應用需求將原色溫為5200K的白光LED降為色溫4500K~2800K等。降溫濾光片在LED城市照明、攝影、影視等領域能很好地解決白光LED色溫過高的問題，推進其在此類場所中的應用。

　　參考文獻：

　　[1]呂天文. 中國LED市場分析與展望. 電源技術應用， 2010， 13 (1)： 1~12.

　　[2]陶玖祥， 李洪波. LED光源之安全認證. 中國照明電器， 2007， 3： 22~26.

　　[3]Zhang Louying， Zhang Li. Research on Mechanism of High Power LED Luminous Attenuation. Semiconductor Technology， 34(15)： 474~477.

　　[4]金尚忠， 張樹生. 白光照明LED燈溫度特性的研究. 光源與照明， 2004， 4： 6~8.

　　[5]吳春海. 發(fā)光二極管(LED)路燈色溫的思考與選擇. 光源與照明， 2010， 1： 33~34， 46.

　　[6]中華人民共和國行業(yè)標準. GYJ 45-1992 電視演播室燈光系統(tǒng)設計規(guī)范(條文說明)： 58~59.

　　作者：衛(wèi)紅，王小輝，周鴻飛，劉志宇，曹一鳴，黃涌

　　(廣州市光機電技術研究院，廣州 510663)