高演色LED照明技術發(fā)展趨勢

LED照明產品的演色性，在照明質量的前提下成為LED光源產品規(guī)劃與技術突破項目。從太陽光、白熾燈、水銀燈、白光LED的波長表現對照可知，日常光源非「能夠亮」就好，還需考慮光源亮度、照物的色彩還原，理想的人造光源必須以太陽光日照感覺為依規(guī)。以藍光LED混合YAG熒光粉的白色LED，存有綠光能隙(Green Gap)對綠色演色性較差及缺乏紅色反應問題，因此在CRI色坐標上呈現R9=0檢測結果。演色性直接影響照物在燈光下原始顏色的還原能力，在博物館、表演廳、百貨公司、藝廊等對色彩要求高的場所，演色性為光源要求的重要項目。LED若成為取代各類型光源及白熾燈、高耗能光源，需具備高演色性。

圖1、常見LED混合白光方式，Source：拓產業(yè)研究所整理，2012/08

一. 照明產品為何需對于演色性具備要求?

LED照明產品的演色性在日趨要求照明質量的前提下，成為LED光源發(fā)展的下一個產品規(guī)劃與技術突破的重要項目。Energy Star在2011年5月所頒布的LED球泡型產品標準中，明定LED照明產品的演色指數(CRI)最低不能低于80，且對紅色顯色性必須大于零，這表示演色指數占照明光源質量相當重要的一環(huán)。

(一) 各類型光源波長與演色性分析

圖一及表一說明目前常用之各類型光源的演色表現與波長對應關系，圖一比較了太陽光、白熾燈、水銀燈、白光LED的波長表現，對照太陽光線后可清楚得知為何使用于日常生活中的光源并非「能夠亮」就好，還需要考慮光源亮度、照物的色彩還原等特性，其主因在于理想的人造光源須以太陽光日照感覺為依規(guī)。

圖2、各類型光源波長說明，ource：拓產業(yè)研究所整理，2012/08

圖一的黃色線條為太陽的波長及釋放能量，對照目前各類型光源，只有白熾燈(鎢絲燈)最符合太陽光源的波長分布狀況，由于白熾燈與鹵素燈的發(fā)光方式一致，因此無論是白熾燈或鹵素燈，其演色性都幾近太陽光的CRI=100。而其他種類的光源皆有演色性不佳的問題，如水銀燈的波長集中于530～570nm，因此其演色性平均小于30;而傳統(tǒng)以藍光LED混合YAG熒光粉制造的白色LED，原始波長集中于420～480nm，而綠色波段的480～520nm因缺乏，因此產生綠光能隙(Green Gap)問題對綠色演色性較差，且缺乏波長680nm以上的紅色光，因此在CRI色坐標上呈現R9=0的檢測結果。

演色性直接影響照物在燈光下原始顏色的還原能力，因此演色性決定光源的適用場所，尤其是在博物館、表演廳、百貨公司、藝廊等對色彩要求較高的場所，演色性成為光源要求的重要項目。因此LED為了成為全面性取代各類型光源及白熾燈、高耗能光源(如：鹵素燈)的取代品，在光源特性上除了須滿足熒光燈管特性外，還須符合白熾燈光源特性。本篇報告將從如何提高各LED光源演色性進行各類型技術分析。

表1、各類型光源的CRI值整理，Source：拓產業(yè)研究所整理，2012/08

(二) 波長與演色性關系說明

之所以白熾燈與鹵素燈在演色性上具有近100的表現，其中最主要的原因在于此兩種光源的發(fā)光方式及波長和太陽光線一樣，從可見光的低波段380nm，一直到高波段780nm具連續(xù)不間段性。此種不間段波長的光源表現，讓可見光波段中的各種顏色完全表現。

圖3、CIE色坐標說明，Source：CIE;拓產業(yè)研究所整理，2012/08

日常生活中常見的白色光線，由三原色-紅光、綠光與藍光組成，如圖二CIE色坐標所示，人類肉眼所視白光，其實在色坐標分布中僅為極狹窄區(qū)域，同時交會于紅色、藍色與綠色之中，且人類目視的所有色彩及色階均是由這3種顏色構成。由此可知道為何LED光源白光技術，或者是早期映像管時代的電視光源技術、投影機光源，在發(fā)光體設計上，皆采紅光、綠光與藍光組成方式，調配影像的變化及還原色彩原真實顏色。

圖4、色溫與紅綠藍光比重示意圖，Source：拓產業(yè)研究所整理，2012/08

T5熒光燈管的白光合成方式也是由三波長(紅光、綠光與藍光色域)熒光粉激發(fā)，因此相較于僅使用鹵粉做為熒光粉材料的T8燈管，使用三波長熒光粉的T5燈管CRI值較大于80，而T8燈管的CRI值則僅有65左右。

拓產業(yè)研究所(TRI)也可以從紅綠藍3種顏色的比例得知，光源下的色彩還原關系。在6500K的環(huán)境下，普遍缺乏對紅色的顯色性，因此幾乎所有光源在6500K的環(huán)境下，不含有紅色光波長，其光源顏色較冰冷，因此大于5500K的光源又稱其為冷白光;另一方面，當光源波長在3500K環(huán)境下，藍光的比例又縮減至微乎其微，而全部的光原色比重以紅加綠光為主，稱為暖白光。無論是冷白或暖白，色溫太高及太低對人類肉眼皆會造成不適感。

而LED在演色表現上較白熾燈差的主因在于，以藍色LED為基礎加上黃色熒光粉的白光合成方式，因在色彩表現上欠缺紅色及綠色，以致于顏色偏冷，對照物的紅色及綠色的色彩還原逼真度差，也因LED在照明應用上以期待取代白熾燈、節(jié)能燈為目標，因此在光質量特性上，必須以優(yōu)于各類型光源為目標。

演色指數的計算標準采用CIE針對14個不同的低飽和度色塊(從 R1到R14)為基準，通常前9個為最主要色塊，R12～R14表光源對皮膚顏色反應，屬特殊應用光源指標，以CIE色塊的色度值與量測光源色塊的色度值比對后，求得各色塊的顏色反應比例表現，稱其演色值，最后再以算數平均方式求得最終的值，便是此種光源的演色指數。而R9則是項目中的一項，主要為對紅色反應。