徐庆辉：如何挑选合适的LED光源？-知识-云知光

随着节能环保的呼声越来越强，我们在照明设计中越来越多使用LED灯。LED市场目前可谓是鱼龙混杂，良莠不齐，各厂家和商家，都在力推、力吹自己的产品。对此乱象，我们的观点是：与其听他吹得天花乱坠，不如让他送样一测。

LED灯具的选择包括了外观、散热、配光、眩光、安装等。我们今天不讲灯具方面的参数，只讲光源：你真的会挑选一个好的LED光源么？光源的参数主要有：电流、功率、光通量、光衰、光色、显色性。我们今天的重点是讲最后两项，先简要讲讲前面四项。

首先，我们经常说：“我要多少瓦的灯”，这个习惯是延续以前的传统光源，那时的光源只有几种固定瓦数，基本只能在那些瓦数里面选择，不能自由调整。而现在的LED，驱动电流稍微改改，功率马上就变了！你还在要求功率么？当心！同一个LED光源，用过大的电流去驱动的时候，功率是上去了，但是会造成光效下降、光衰增加。请看下图：

一般而言，冗余=浪费，但对LED工作电流而言，却是节约。在驱动电流达到额定允许最大值的情况下，降低1/3的驱动电流，牺牲的光通量是很有限的。然而带来的好处却是巨大的：

光衰减大大减缓；

寿命大幅度延长；

可靠性大幅改善；

电能利用率更高。

所以，一个好的LED光源，驱动电流应该使用最大额定电流70%左右。

在此情况下，设计师应该直接要求光通量，至于使用什么瓦数，应该由厂家自己去决定。这样可以促进厂家追求效率和稳定性，而不是一味去推高光源的瓦数，而牺牲了效率和寿命。

上面讲的包括了这几个参数：电流、功率、光通量、光衰。他们之间是有着密切关联的，使用中要注意：哪个才是你真正需要的？

光色

传统光源时代，说到色温，大家只关心“黄光、白光”，不大关心光色跑偏的问题。反正传统光源色温就那几种，选一个就行，一般也不会跑偏去哪。到LED时代，我们发现：LED的光色啥样都有。即使是同一批灯珠，都有可能偏差到千奇百怪，红红绿绿好生热闹~~

都说LED好，节能又环保。可是你造吗？把LED做烂掉的企业真的不少！以下是V友发来的某大型项目的某国内著名品牌的LED灯具应用实景，瞧人家这配光、这色温一致性、这幽幽的蓝光……

鉴于此乱象，有个良心LED灯具厂向客户承诺：“我们的灯具，色温偏差±150K以内！”，也有设计公司在做产品选型时，规格书上注明：“灯珠色温要求偏差±150K以内”。

这个150K的依据是引用传统文献结论：“色温偏差±150K以内，人眼难以察觉”。他们认为：规定了色温“±150K以内”，就可以避免红红绿绿的事情发生。其实，真的“没那么简单”……

先举个栗子，就在这个厂的老化室里，我看到两组明显不同光色的灯条，一组正常暖白，另一组明显偏绿。如图，能发现两根灯条的区别吧？一红一绿，有木有？按照上面的说法，人眼都看出明显差别了，色温差距肯定高于150K了吧？

俺从包里掏出“神器”——微型光谱测试仪照明护照，对着他俩分别测了一下。结果是这样的……

看到没？人眼看上去完全不同的两个光源,“相关色温”只相差20K！你真的以为……右边那根色温高了20K，就被你看出来了么？

难道“色温偏差±150K以内，人眼难以察觉”这个结论不对吗？莫急，听我慢慢解释：先说说色温（CT）vs相关色温（CCT）这两个概念。我们平时说光源的“色温”，其实一般都是引用检测报告上“相关色温”这一栏。《建筑照明设计标准 GB50034-2013》里对这两个参数的定义：

色温 Colour Temperature

当光源的色品与某一温度下黑体的色品相同时，该黑体的绝对温度为此光源的色温。亦称"色度"。单位为开(K)。

相关色温 Correlated Colour Temperature

当光源的色品点不在黑体轨迹上，且光源的色品与某一温度下的黑体的色品最接近时，该黑体的绝对温度为此光源的相关色温，简称相关色温。单位为开(K)。

先举个容易懂的栗子来解释一下神马是“相关”。假设，咱们国家只有一条铁路：京广线。早年俺穷，只能坐火车旅行。老婆打电话查岗：“你现在哪呢？”我正好在郑州，就回答：我在郑州。明天她又问，我说：现在武汉。于是，我们习惯了使用北京、郑州、武汉、广州来标示自己所在的位置。

又是假设，有一天俺有钱了，买辆汽车自驾游，离开京广线，到了西安。又被查岗，老婆没文化，只知道京广线，不知道西安在哪。我只能找个离京广线“最近”的地方，告诉她：我在郑州。你说我胡扯吧：“西安离郑州辣么远，你也好意思说？”但是，没错啊！我说的是“相关位置”！如果在南京，就可以说：“我在武汉！”

以上纯属段子，说明“位置”和“相关位置”的关系。下面回到色温来。

地图上的经纬度表示城市的位置，“色坐标图”上的（x、y）坐标值表示某个光色的位置。看下图，（0.1，0.8）这个位置就是纯绿色，（0.7，0.25）这个位置就是纯红色。靠中间部分基本是比较白的光，这种“白的程度”无法用文字描述，就有了“色温”这个概念。

钨丝灯泡不同温度时发出的光，在色坐标图上表示为一根线，叫做“黑体轨迹”，简写为BBL，也叫做“普朗克曲线”。黑体辐射发出的光色，我们人眼看上去是“正常的白光”。一旦光源的色坐标偏离了这条曲线，我们就认为他“偏色”了。

我们最早的钨丝灯泡，无论怎么做，他的光色都只能落在这条表示冷暖白光的线上（图里的粗黑线），我们把这根线上不同位置的光色叫做“色温”。现在科技发达，我们做出来的白光，光色不一定就正好落在这根线上，只能找一个“最近”的点，读出这个点的色温，叫做他的“相关色温”。现在你知道了吧？别说偏差±150K了，两个光源就算CCT一模一样，光色也可能大不相同呢。就像上面说的“西安vs郑州”那样……

把3000K这条“等温线”放大看：

什么？你还是不懂？那我也没办法了……总之，信徐工一句：“只说色温是不够的，即使大家都是3000K，也会有偏红或偏绿的可能”。查岗时说在郑州，他可能是在西安呢，呵呵~

那……应该什么看呢？

咱们要学一个新的指标：SDCM。

依旧使用上面的栗子，这两组灯条，他们的“相关色温”只相差20K！可以说是几乎完全相同了。但事实上，他们却是明显不同的光色。问题出在哪里？

真相是这样的：我们来看看他们的SDCM图：

左图是左边暖白的3265K，请留意绿色椭圆右边的小黄点，就是本光源在色度图上的位置。右图是右边偏绿的，他的位置跑到红色椭圆外面去了。

看不懂？咱们依旧使用上次京广线的栗子。

上次我在西安，告诉老婆说在郑州。后来她聪明了，学会看地图，知道除了京广线，还有很广阔的地盘。在地图上画几个圈：黄、蓝、绿、红，分别距离“郑州市中心”距离50、100、150、200公里。规定：今后除了要说城市，还要报告离市中心的距离，超过200公里之外，就不能说“在郑州”。

这个“距离圈”，用在色度坐标图里，就是SDCM的概念。

先看看上例两个光源在色度图上的位置，他们距离黑体曲线最近处的数值分别是3265K和3282K，看上去只相差20K，但实际上他们的距离可远了~和西安距离郑州差不多了~

测试软件里没有3200K的线，只有3500K，我们自己画一下3200K的圈圈：

黄、蓝、绿、红四个圈，分别代表距离“完美光色”的距离是1、3、5、7个“step”。

这个“step”的意义是什么？为什么不是正圆而是椭圆？……如果你一定要搞明白的话，照明微课堂曾经发过一篇文章，请输入“140803”查看《请不要再曲解麦克亚当椭圆》。

其实不明白也没关系，你只要记住：光色差别在5个step以内时，人眼基本区别不出来，这就够了。新国标中也规定了：“选用同类光源的色容差不应大于5 SDCM”。

我们看：下面这个点，距离“完美”光色正好在5step以内，我们认为它是比较漂亮的光色。而上面那个点，已经跑出7step去了，人眼就能明显发现他的偏色。

我们会用SDCM来评价光色，那么如何测量这个参数呢？建议你随身带一台光谱仪……不是开玩笑哦，便携式光谱仪！对户外照明而言，光色的准确尤为重要。偏红偏绿都难看。所以，咱们要擦亮眼睛、自备“神器”，时刻准备，用火眼金睛去抓出不合格产品。

显色指数

对显色指数要求高的室外照明是建筑物的照明，例如用于建筑表面照明的洗墙灯和用于景观照明的泛光灯等。低显色指数会严重损害被照建筑或景观的美观。

室内应用方面，显色指数的重要性尤其体现在住宅、零售商店、及酒店照明等场合。对办公环境来说，显色特性反倒不是那么重要，因为办公室照明的设计是为了工作的执行来提供最佳的照明，而不是为了美感。

显色性是评价照明质量的重要方面，显色指数（Color RenderingIndex）则是评价光源显色性的重要方法，是衡量人工光源颜色特性的重要参数，被广泛应用于评价人工照明光源。不同Ra下的鲜花效果：

通常来讲，显色指数越高，说明光源的显色性越好，对物体的色彩还原能力越强。但是，这只是通常来讲。事实果真如此吗？用显色指数评价光源的色彩还原力绝对可靠吗？什么情况下会有例外？

为了弄清楚这些问题，我们先得搞明白显色指数到底是指什么，怎么得出来的。就像公司为了更好地考核你的工作，会给你设置一系列的KPI指标，并按照一个合理的模型建立规范，然后进行打分一样，CIE也很好的规定了一套评价光源显色性的方法，它采用14种试验颜色样品，用标准光源测试得到一系列的光谱亮度数值，并且规定它的显色指数是100。被评价光源的显色指数就按照一套计算方法比对标准光源来进行打分。这14种实验颜色样品如下：

其中1-8号用于一般显色指数Ra的评价，选取的是8种具有中等饱和度的代表性色调。除规定了计算一般显色指数用的8种标准颜色样品外，CIE还补充规定了6种计算特殊颜色显色指数的标准颜色样品，供检验光源的某种特殊显色性能选用，分别是饱和度较高的红、黄、绿、蓝、欧美人的肤色和叶绿色（9-14号）。我国的光源显色指数计算方法还增加了代表亚洲女性的肤色的颜色样品R15。

问题来了：通常我们所说的显色指数值Ra是基于光源对8块标准色样的显色性得到的，8种颜色样品都具有中等彩度和明度，都是非饱和色，它们用于衡量光谱连续且频带较宽的光源的显色性具有不错的结果，而对于评价波形陡峭且频带狭窄的光源则会产生问题。还是举KPI为例，公司是基于想要什么就考核什么，但是所谓上有政策下有对策，员工也会因为公司考核什么就刻意表现什么。那么，KPI分数高，这个员工就真的优秀吗？显色指数Ra高，显色性一定好吗？

举栗：下面两张图片，每张图片中的第一行都是标准光源对各种颜色样品的表现，第二行是被测试的LED光源对各种颜色样品的表现。

这两种LED光源的显色指数，按照标准测试方法计算的结果是：

上面一张Ra=80，下面那张Ra=67。意外吧？原因？上面已经讲过了。

那么，有没有新的更好的办法来评价光源的显色性呢？NIST的答案是CQS（色质指数法）。与显色指数（CRI）类似，CQS也是采用测验色法，不过CQS选取的是15种饱和色，它们平均分布于整个可见光谱中，如下图所示。

任何一种方法，都有可能存在它的不适用的地方。那么，如果具体到对色彩要求很严格的空间，我们究竟该用什么方法来判断某种光源是否适合使用呢？我的方法可能笨一点：看光源光谱。

下面是几种典型光源的光谱分布，分别是日光（Ra100）、白炽灯（Ra100）、荧光灯（Ra80）、某品牌LED（Ra93）、金卤灯（Ra90）。

从光谱分布我们不难分析得出，虽然测试所得显色指数Ra都大于85，属于优等，但其实他们真正的色彩还原能力还是不同的。

因此，关注光源的显色性时，首先我们看Ra。对于大部分LED光源来说，通常是不连续、频段窄的，要看光谱分布。在色彩丰富且要求较高的场所，比如博物馆、超市、商店、餐饮，我们应该选择光谱比较连续且频带较宽的光源，这样才能真实还原出物品真实、漂亮和舒适的颜色，有助于物品展示和销售以及环境氛围的营造。

所以，LED 仅有色度坐标、SDCM也还是不够的。色度坐标值只能量化地表征LED 在被直视时的色彩表现，但并不能很好地体现物体被LED 照亮时的色彩表现。

如图所示，蓝色和红色曲线分别为白炽灯和LED灯的光谱功率分布，色温均为3000K，CIE坐标x=0.437.y=0.404。

两个光源拥有完全相同的色度坐标值，而它们的光谱功率分布（Spectral power distributions，SPD）则非常不同。我们直接观察二者所发出的光，看起来的颜色是完全相同的。但如果拿它们去照亮其他具有色彩的物体，被照亮物体则会呈现不同的颜色。光谱功率分布的差别越大，同一物体被它们照亮时所呈现的颜色可能差别亦越大。

其原因在于物体所呈现出的颜色并不只是决定于其本身的性质。颜色是光源的光谱特性、被照射物体的光谱反射率以及人眼的光谱敏感度之间复杂相互作用的产物。人类视觉系统进一步调整来自视网膜的信号，以产生最终的色彩感知。日常生活中当我们谈到颜色时，仿佛认为这是各种物体本身所具有的一种性质。

例如苹果是红色的，香蕉是黄色的。实际上，使苹果看上去是红色的固有特性，源于苹果会反射更多的长波长光线，而反射中段和短波长的光线较差。而香蕉的反射光波长集中于580-590nm左右。如果我们用红色LED来照亮香蕉，香蕉就会变红色。如图，灯泡发出的光波的谱功率分布被淡蓝色气球上色料的谱反射特性所修改，形成新的谱功率分布并进入人眼。

当物体相继被两个光源照射的时候，其呈现的颜色可能会发生戏剧性的变化。即使两个光源具有完全一致的色度坐标，只要它们的谱功率分布不一致，反射光的谱功率分布将基本上不再互为同色异谱，因此也就会表现出颜色的不一致，即使不是那么明显，也至少会发生轻微的变化。

色彩再现对室内LED照明来说尤其重要。一只典型的白光LED的谱功率分布，与通常的室内灯光(无论是白炽灯还是荧光灯)相比有很大的差别。消费者也许会很失望地发现，当他们在家里或者办公室装上全新的LED灯泡之后，他们所熟悉的东西的颜色会发生巨大的变化。

过去，照明行业己经面对了这个问题，并提出了显色指数(CRI) 这个度量指标，通过跟白炽灯光源(低色温范围，<5000k)和日光(高色温范围，>5000K)的特性进行对比，定量分析光源的色彩再现特性。在所考察的光源之下，色彩呈现或色彩再现与在日光或白炽灯下的表现完全一致，显色指数就是100。显色指数并不是光源的色彩再现性能的完美预测者，但它确实在实践一种合理的工作。

显色指数测量一共使用了14种色片。其中，8种用于获得实际的显色指数值，其余6种用于为一些特定的颜色提供专门的测量。色片的选择都是典型的常用材料。他们的反射特性曲线如图所示。

显色指数Ra仅使用8种谱反射分布(色片)来代表实际应用中可能碰到的真实物体可能拥有的无限多的谱反射分布。这是一大缺陷。

显色指数标准中包含的另外6种色片，一定程度上可以用于弥补该标准所使用的少量的几个谱反射分布的不足。用于纯红色 (saturated red) 的R9值通常对白光LED十分有价值，因为白光LED缺乏长波长的光波，因而常常不能很好地还原纯红色。在对比两只LED的显色指数值的同时，比较它们的R9值是有意义的，这对红色再现很重要的应用场合来说，尤其如此。

新国标中规定：“长期工作或停留的房间或场所，色温不宜高于4000K ，特殊显色指数R9应大于零”。

如图：不同显色指数的荧光灯显色性对比，其中黄颜色基本没差别，但是红色（R9）的差距很大。

红色对于我们特别重要，光源对于红色的显色能力直接影响光源对于我们人体肤色的显色能力，并且我们特别在意红色物体以及我们肤色在灯光下的颜色。

下图是同样的食物在不同R9显色指数光源下的效果。

而R9对于LED来说就更为重要。随着LED的快速发展，我们能够越来越方便的调节白光LED的光谱。为了提高光效，大家纷纷减少了在波长较长区域的能量，也就是红色波长区域的能量，而把更多的能量放在了555nm左右。这样LED对于红色，尤其是彩度较高的红色的显色能力就会下降，而这种下降不能被CRI表现，这也就是为什么R9对于LED尤为重要的原因。