盡管多年來照明行業(yè)已探討過評價顏色質(zhì)量的方法，但 LED 照明的快速成功使得對改善衡量標準的需求更加迫切。 顯色指數(shù) (CRI) 已經(jīng)使用多年，但 LED 技術(shù)現(xiàn)在極大拓寬了“白”光微調(diào)特征范圍。 業(yè)內(nèi)已提出多種替代評價方法來解決此問題。 在缺乏行業(yè)共識的情況下，Cree 找到了自己的方式，為照明設(shè)計人員提供他們所需的保障。

CRI 及其限制

CRI 的計算依據(jù)是當待測光源和相同相關(guān)色溫的參考光源照射在黑體或普朗克軌跡上時，在八個標準樣品顏色中所測得的色調(diào)平均變化。 5000K 及以上 CCT 對應國際照明委員會 (CIE) 定義的日光白。 由于人類感知將日光視為最真實的顯色，燈在測試中的顯色性越接近參考光源參數(shù)的顏色，保真度就越高，CRI 指數(shù)就越高。 其遵循的標準就是，日光的 CRI 為 100。 實現(xiàn) CRI 值接近 100 的電力照明被認為是最理想的：無論在室內(nèi)或室外，人們通常喜歡體驗令人感到舒適、自然的照明。

由于如今的 LED 技術(shù)拓寬了磷光劑轉(zhuǎn)換發(fā)射器產(chǎn)生的白光微調(diào)特征的范圍，CRI 作為顏色質(zhì)量指數(shù)的限制日益明顯。

盡管 CIE 已定義十四種參考顏色，僅前八種被用于計算 CRI。 結(jié)果是基于結(jié)果 R1 到 R8 的平均值 Ra。 顏色 1 到 8 被認為可代表大多數(shù)對象。 實際上，它們是中等飽和度的淡色，如圖 1 所示。 其他六種顏色，包括高飽和度顏色（紅、黃、綠、藍）、膚色和橄欖綠，不影響 CRI 的計算。 圖 2 展示了 CIE 定義的這六種顏色，以及第 15 種顏色—由日本 JIS 標準定義的亞洲人膚色。

圖 1：用于計算 CRI 的 R1-R8 顏色。

圖 2：由 CIE 定義、但不用于計算 CRI 的 R9-R15 顏色，因此對于在 LED 燈具上較為明顯的顏色質(zhì)量而言，CRI 提供的表示并不完整。

現(xiàn)在的 CRI 方法允許燈具實現(xiàn)更高的顯色指數(shù)，即使其顯示飽和色的能力可能降低。 紅色的顏色去飽和特性特別明顯，因為這類顏色強烈影響皮膚色調(diào)的感知。 準確可靠地顯現(xiàn)飽和色，尤其是紅色，在有些應用中也很重要，如零售和醫(yī)療健康。

NIST 的顏色質(zhì)量等級 (CQS)

照明行業(yè)考慮各種 CRI 替代方法已有一段時間。 美國國家標準與技術(shù)研究院 (NIST) 提出了顏色質(zhì)量等級 (CQS) 方案。 根據(jù) NIST，提議的其他度量標準包括舒適度指數(shù)、顏色偏好指數(shù)、顏色辨別指數(shù)、對比度感覺指數(shù)、顯色能力和色域面積指數(shù)。 以上指數(shù)均未被接受為標準，看起來 CRI 由于相沿成習且容易理解而繼續(xù)受到青睞。

NIST 的 CQS 提議就是在待測范圍內(nèi)納入飽和色。 與 CRI 類似，它生成單個數(shù)字的指數(shù) Qa，但這種情況下，它是表示所有顏色的顯色質(zhì)量的平均值，包括飽和色。 此外，CQS 在設(shè)計上也用于防止某些顏色達到非常高的保真度、但其他顏色的結(jié)果卻較差的燈具獲得達到較高整體指數(shù)的較好平均評分。 CRI 系統(tǒng)的缺點之一就是會出現(xiàn)這類情況，這就會讓某些低劣的燈具宣稱具有出色性能。 CIE 已慎重考慮是否采納 CQS 作為能克服 CRI 某些缺點的替代方法，但尚未達成一致。

IES 的新提議

同時，美國照明工程協(xié)會 (IES) 已提議采用另一種方法，依靠更廣泛的測試來評價光源的色彩還原能力。 這種新興的測試方法稱為 TM-30-15，提議采用九十九種色樣，均勻分布整個色彩空間內(nèi)。 此外，除保真度之外，TM-30-15 還測量色域，并使用 CCT 介于 4500K 和 5500K 之間的混合參考光源。 該測試方法也生成顏色矢量圖，它是色調(diào)與飽和度變化的視覺描繪。 因此，根據(jù) TM-30-15 表示的燈具性能包括保真度指數(shù) Rf、相對色域指數(shù) Rg，以及顏色矢量圖（圖 3）。 盡管保真度指數(shù)是使用比 CRI 或 CQS 更多的色樣計算的，但由于它是平均數(shù)，所以更高的值也不總能表示出更好的顏色質(zhì)量。 伴隨的 Rg 和顏色矢量圖可為用戶評價燈具在給定應用中的可能性能提供更多信息。

圖 3：測試燈具（紅色軌跡）與參考（藍色軌跡）的 TM-30-15 顏色矢量圖比較。 來源：IES。

TM-30-15 是 2015 年 9 月引入的，由于引入時間相對很短，行業(yè)回應尚未明朗化。 這一評價體系可能顯得過于復雜并且耗時，因而對商業(yè)照明企業(yè)缺乏吸引力。

盡管缺乏更適合于 LED 照明特點的顏色質(zhì)量評價標準方面的共識，但高質(zhì)量模塊和光引擎生產(chǎn)商需要出于客戶利益考慮來量化產(chǎn)品性能，并且也需要追求將自己的產(chǎn)品與質(zhì)量低劣的其他產(chǎn)品區(qū)分開來。

使用既定的 CRI 測試方法測量，表示 R9-R15 范圍中的其他特殊顏色指數(shù)可以更好地表示良好的光質(zhì)量和顏色再現(xiàn)。 能源之星框架意識到顯現(xiàn)紅色是消費者和專業(yè)應用中的最大興趣所在，因此它要求合格的燈具表現(xiàn)出高于 80 的 CRI 和大于零的 R9。 最終用戶只會知道 CRI 值，但值得注意的是，至少一家照明廠商已表示，允許 R9 變化甚至降至負值的靈活性會有利于提升某些應用中的顏色質(zhì)量。

對于針對具體應用（如零售或醫(yī)療健康領(lǐng)域）的照明，具有與鹵素燈或白熾燈相媲美的紅色調(diào)復原能力是至關(guān)重要。CRI 大于 90 以及 R9大于 60 已被推薦為適合的最低基準。

在缺乏共識的情況下…

燈具和模塊的制造商和最終用戶都偏好使用單個數(shù)字表示顏色質(zhì)量。 在缺乏優(yōu)于 CRI 的公認行業(yè)標準的情況下，Cree已采用相同的方式來尋求相同的目標，通過同時根據(jù) CRI 和 R9 性能以及效能來區(qū)分其 TrueWhite? 品牌的LED 照明產(chǎn)品。 TrueWhite 產(chǎn)品組合，包括燈具（如槽箱式照明設(shè)備和筒燈）以及 LED 模塊（如 LMH020 和 LMR040），保證 CRI 值大于 90 并同時確保較高的 R9 以及130-150 lm/W 的效能和均勻的暖色溫或冷色溫。

TrueWhite 技術(shù)采用各種工藝確保精確的顏色管理，并在整個產(chǎn)品生命周期中可靠保留了高度的顏色一致性。 這些工藝包括高性能磷光體轉(zhuǎn)換 LED 混合搭配紅色和非飽和或者藍移黃色 LED 的互補色光 (“BSY+R”) 的專利組合。 此外，頻譜開槽技術(shù)利用釹玻璃的特性來提供逼真的室內(nèi)照明。 摻雜釹的玻璃可以提高對特定波長的吸收，從而使色域增加、對比度提高。 這是過去在白熾燈中使用的成熟技術(shù)。

作為顏色質(zhì)量的專有度量標準，TrueWhite 為照明設(shè)計人員提供最低性能保障，這在極度依賴準確紅色顯現(xiàn)的場景中非常具有價值。 這類場景包括醫(yī)院，準確的紅色對于診斷諸如皮膚或傷口護理評價等至關(guān)重要，并且暖色調(diào)的舒適照明可為患者和來訪者營造溫暖的氛圍。 零售商也可從接近陽光質(zhì)量、良好呈現(xiàn)飽和顏色的照明中獲益，如有助于以最具吸引力的方式為客戶呈現(xiàn)衣服，或者以最能引起食欲的方式呈現(xiàn)食物。 車輛展示和服務(wù)區(qū)域也需要注重明亮、逼真的顏色表現(xiàn)，從而以最好的方式展示車輛，并為潛在買家留下良好印象。

結(jié)論

一段時間以來，照明行業(yè)十分清楚，需要更加準確的顏色質(zhì)量指數(shù)來替代 CRI，即一種更能滿足 LED 照明行業(yè)需求的方法。 盡管 CRI 的缺點不言而喻，但要在選擇替代方法方面達成共識卻并非易事。 有些組織已提出一些尚未被廣泛采用的替代方法。 Cree 根據(jù)易于理解并受到照明設(shè)計人員信任的度量標準，對其 TrueWhite 產(chǎn)品組合中的產(chǎn)品設(shè)立了一系列高參數(shù)標準，從而實現(xiàn)了可靠的顏色質(zhì)量、一致性和能效保障。