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LED光效越高,显色指数就越低吗?

云知光照明微课堂 2019-01-11 04:16:12


今天的文章,来自于《徐工365问》里网友的一个提问:


好学的网友

徐老师你好,我咨询过很多供应商,他们做的 LED,光效和显色性最高的可以做到150 lm/W,但是显色指数却只有70左右。而很多光效在100 lm/W的 LED,显色指数反倒可以做到80多90,这是怎么回事呢?


是不是可以理解为LED光效越高?显色指数就越低呢?


LED光效越高,显色指数就越低?这显然是不成立的。首先,这个逻辑的因果关系有点搞反了,并不是因为光效低所以显指高,而是为了提高显指从而牺牲了一些光效。而不少人对光效的认知还存在着一些误区:


光效=发光效能

光效≠发光效果


LED 光源发出的光通量(lm)除以光源所消耗的功率(W)称为 LED 光效,单位 lm/W。而发光效果则是指视觉的效果。


对于网友的这个提问,来自朗明纳斯的 FAE 吴晓岚老师给出了更为详细的解答:



影响显色指数的因素


现在商用化的 LED,大部分是在蓝色LED芯片上涂敷能被蓝光激发的(YAG)黄色荧光粉,我们通常叫黄粉,芯片发出的蓝光与荧光粉发出的黄光互补形成白光。




如果想提高 LED 的显色性,这时候就需要涉及到显色指数的计算,一般情况下,显色指数的计算为R1-R8,色谱相对较窄。



但是这还会缺少一个很重要的光谱,它就是特殊显指 R9,红色R9(饱和红色;)是评价红色复现质量的指标。对于它们的应用,演播厅、摄影棚等需要真实再现皮肤颜色的场合,以及对蔬果生鲜肉类的颜色还原有着不可取代的作用。


▲R9也是衡量LED显色性的重要指标。


不同 R9 下的蔬果光色表现,R9越大,对红色的表现力越好。


因此现在的显色指数 Ra 评判用 R1-R8 为标准已经远远不够说服力。现实生活中,经常能听到不少厂家对外宣称:


显色指数>90

R9>50


那么,它们是怎么做到的呢?



厂家如何提高LED显色指数?


有句话叫“缺啥补啥”,用在这里不能再准确,既然是缺 R9,那就“补R9”,怎么补呢?


加入红色荧光粉,补足 LED 红色光谱的不足,调整白光 LED 的显色指数。


这又涉及到掺入浓度,举个例子,如果一个LED原本的显色指数是 70,要想提高到 80 的显色指数,可能只需要掺一点点红色荧光粉就行了,而要想达到90的显色指数,则需要成倍地提高掺入红粉的浓度。


这可不是无代价的,掺入红色荧光粉的浓度过高,会使 LED 的色点偏离在普朗克曲线,造成严重的偏色。


▲“相关色温”3000K


▲同样是3200K左右的色温,肉眼却看出了明显区别。


因此,红色荧光粉的配方的比例不一样的,对显色指数和色温的影响也不一样。


除此之外,红色荧光粉还有一个特性:激发时光学转换效率比较低,所以都无形中就会拉低LED整体的光效表现。


so,红粉对显色指数和光效的影响已经显而易见了:


1、红粉浓度过高,会造成LED偏色严重


2、红粉激发时光学转换效率较低,会拉低LED整体的光效表现。


如何在保证光效的同时提高LED的显色指数,还要保证不会偏色严重,每个LED芯片厂都有自己的“荧光粉配方”,这也是他们的核心机密。



最后,徐老师用一个简单的小实验让我们更浅显读懂“红粉”对显色指数的影响。



“红色如何影响显指?”小实验


首先,徐老师用照明护照测量了办公室的光环境,灯具是“物业标配”型。


测量结果如下:


▲物业标配灯测量数据,Re=65,Ra=74,显色性很差。


徐老师随后取来了一条彩色灯带,只点亮了红色部分,给空间一点点红光,用手将灯带固定在离照明护照较远的地方。



用照明护照在此测量光环境指标,测量结果如下:


▲Re=90,Ra=92,这显色性,已经能hold出绝大多数商业空间了。


紧接着,把灯带凑近照明护照,让探头检测到更多的红光。



再次测量光环境指标,测量结果如下:


▲红色波峰高了很多,但显色性却大大降低,Re=72,Ra=77,比第二次测量远远不如。


看一下它们之间的对比(第二次测量命名为“办公室加红”,第三次测量命名为“办公室加加红”):


请将手机打横观看

▲红色线条框为“办公室加红”测量数据,蓝色线条框内为“办公室加加红”测量数据


可以很明显看到,第三次给了探头更多的红色光,但很多参数反而还下降了,这也正说明了红色需要加得适当。引申到 LED 芯片制作工艺,跟红色荧光粉浓度有异曲同工之妙。


关于显色指数和光效的关系,你 get 到了吗?


特别感谢吴晓岚老师的细心解答。



吴晓岚

郎明纳斯光电中国区FAE(现场应用工程)经理

曾在Philips、Topstar任职

专注驱动电源的设计和开发

熟悉电源开发技术中的各类IC使用;磁性材料;电路架构等等

云知光专栏作者


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