本文探討了LED照明中色溫因素對照明效果、顯色指數及對人視覺(jué)能力的影響、實(shí)現LED照明色溫可調節的方法及色溫在LED檢測中的影響;并嘗試利用在LED照明光學(xué)系統中加入降色溫光學(xué)薄膜的方法，對影響LED照明效果、顯色指數、視覺(jué)感受及光強檢測的色溫因素進(jìn)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(lǐng)域中達到理想光色方法中色溫的影響因素。

     關(guān)鍵詞：LED照明，色溫，升降色溫光學(xué)薄膜，顯色指數，自然白光。

     隨著(zhù)白光LED技術(shù)的迅速發(fā)展，LED照明正逐步進(jìn)入了各個(gè)應用領(lǐng)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(zhù)的節能優(yōu)勢拓展到占全球電力消耗2成的普通照明領(lǐng)域。目前，全球LED的市場(chǎng)超過(guò)100億美元，并以年均增長(cháng)率超過(guò)20%發(fā)展起來(lái)一個(gè)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(wèn)題都已得到了很好地改善。但在LED顯色指數、色溫及對人視覺(jué)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(guān)色溫及顯色指數等均很難符合現行的CIE及我國的相關(guān)標準[2]。

     從LED發(fā)光光譜上來(lái)分析，由于此種混色方案中，藍光光譜過(guò)高而紅光光譜的偏少(見(jiàn)圖1)[3]，使得此類(lèi)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(guò)于刺眼，這其實(shí)就是由于白光LED的色溫范圍恰好相當于太陽(yáng)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，甚至能使顯色指數達到90。但是這種方法電流的調節復雜，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(lèi)白光LED顯色指數一般為80左右)。但此類(lèi)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光源的參數變化[4]，由此可見(jiàn)隨著(zhù)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(shí)，色溫偏高，顯色指數隨之下降。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在色溫與顯色指數方面的劣勢難以通過(guò)工況方面的方法解決，目前研究人員也試圖通過(guò)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(lèi)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(shù)及成本因素的限制，此類(lèi)白光LED的發(fā)光強度必然會(huì )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(jué)效果，除了在其芯片、發(fā)光材料與封裝結構方面進(jìn)行改進(jìn)，也可以嘗試在LED照明光學(xué)系統中加入降色溫光學(xué)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(xiàn)。降色溫光學(xué)薄膜是在LED燈具前鍍制多層的光學(xué)干涉薄膜，通過(guò)調整薄膜的厚度與折射率的排列，針對白光LED發(fā)光曲線(xiàn)，抑制高色溫波段光的通過(guò)，以達到使透過(guò)光線(xiàn)色溫降低的目的。與之原理類(lèi)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(lǐng)域，調節色溫，補償色彩，以適應不同光線(xiàn)、環(huán)境下的需要。

     降色溫濾光片在LED照明光學(xué)系統中的嘗試應用有顯著(zhù)的效果，目前已經(jīng)有研究人員針對超高亮度白色LED開(kāi)發(fā)了一系列降色溫光學(xué)薄膜，可根據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(chǎng)合的LED照明中：

     在城市道路照明中應用LED燈具與現有主流照明比較，其中主要的分歧點(diǎn)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(jué)效應，可視性好，感覺(jué)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(jué)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(shí)，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(xué)薄膜，而不用對LED進(jìn)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(chǎng)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設計規范》(條文說(shuō)明)的第二條[6]中規定：

“演播室演區光的色溫，國外有兩種標準：3050±150K;3000±150K，經(jīng)過(guò)在國內實(shí)驗，當色溫為2850K時(shí)，白平衡被破壞，電視圖像色調欠佳。故本規范確定演區光的色溫為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(shí)用燈光型膠片，在日光下拍片時(shí)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。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(chǎng)所應用的問(wèn)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(guò)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(jué)效果，可以嘗試在LED照明光學(xué)系統中加入降色溫濾光片的方法。

     降色溫濾光片在LED照明光學(xué)系統中的嘗試應用有顯著(zhù)的效果，可根據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(lǐng)域能很好地解決白光LED色溫過(guò)高的問(wèn)題，推進(jìn)其在此類(lèi)場(chǎng)所中的應用。