CRI的局限性与解决方案分析

LED制造商已经接受了显色指数（CRI），因为它可以直接比较产品与传统照明相比如何忠实再现色彩。以这种方式比较光源的能力是有用的，因为它有助于说服消费者固态照明是主流照明的可行替代方案。但是，一些工程师质疑当前CRI测试的有效性，因为它仅限于只有八种柔和色调（R1到R8）。批评者指出，制造商花了很多研究资金，使LED在一项可能无法反映消费者期望的测试中表现良好。例如，在目前的测试中，LED可以被分类为超过80的CRI，但是红色很差。在家庭环境中，不良的红色繁殖可能并不重要（虽然它会让人看起来很苍白），但它可能导致LED不再受到食品店，艺术画廊和医院等的青睐 - 特别是一些竞争对手的卤素除了出色的红色渲染外，还有超过90％的CRI.

此外，一些学术研究报告称，观察者认为具有低CRI值的白光LED可以很好地呈现颜色，并使消费者对固态照明的性能感到满意对于非关键应用程序而言，保留色彩保真度并不重要。

本文定义并回顾了当前的CRI测试，解释了其局限性，并描述了监管机构和制造商如何应对这些弱点。

A CRI简介

CRI是光源与理想或自然对比，忠实再现各种物体颜色的能力的定量测量光源。该指数由国际照明委员会（CIE，或“国际照明委员会”英文版）正式确定。今天，CRI是根据8个CIE标准的色度（或“颜色外观”）的差异计算出来的。当被测光源照射时，然后通过相同相关色温（CCT）的参考光源照射颜色样本。

平均差异越小参考光源和被测光之间的八个样本的色度，CRI越高（参见TechZone文章“什么是显色指数及其重要性？”）。请注意，CRI值小于5分的差异不显着。例如，CRI为80和84的光源基本相同。

自然光被归类为CRI为100，是最好的。白炽灯的CRI高于95，而冷白色荧光灯的CRI为62.含稀土荧光粉的荧光灯的CRI值为80或以上，但汞蒸汽灯表现不佳，CRI为45。卤素灯的CRI为90或更高，而紧凑型荧光灯（CFL）的测量值约为80更新的测试

CIE在1995年发布了一份技术报告，详细说明了如何执行CRI“测试颜色方法Ra”。¹技术报告定义了八个颜色参考样本（R1到R8），它们来自Munsell色彩系统。该系统基于色调，值（亮度）和色度（色纯度）指定颜色，由Albert H. Munsell教授在20世纪初创建。参考颜色覆盖色调圆，饱和度适中，亮度大致相同。

在90年代中期，CIE的色彩渲染技术委员会组装起来更新测试颜色方法，由于其中开发了“R96a”方法。测试的增强包括增加六种颜色：四种饱和固体（R9至R12）和两种大地色调（R13和R14）。图1显示了R96a测试的参考颜色托盘，包括原始的八种颜色加上以R9开头的六种新颜色。

图1：R96a参考颜色托盘。

委员会解散在1999年，发布了一份报告但没有提出确切的建议，部分原因是研究人员和制造商之间存在分歧。因此，R96a没有被采用，1995年的Ra版本仍然是标准测试。使用红色，绿色和蓝色（RGB）LED混合的LED灯在CRI Ra测试中得分很低，经常在20年代记录结果。分数差的原因是RGB LED的光谱功率分布（SPD）显示出与三个LED的输出和少数其他波长相对应的尖峰（考虑到LED设计用于在非常窄的波段内产生光，这并不奇怪［图2］）。相比之下，高CRI评分的白炽灯泡会发出全范围的波长。

图2：各个LED发出的波长周围RGB LED尖峰的光谱功率分布。

更常见类型的商用白色LED包括与钇铝石榴石（YAG）磷光体结合的皇家蓝LED“光子泵”。通过Stokes将蓝色光子从LED转移到其他波长，磷光体有助于LED的输出（参见TechZone文章“更白，更亮的LED”）。这些类型的LED的制造商通过“调整”YAG磷光体来扩展其器件的SPD并增强CRI，从而在一定程度上解决了CRI挑战。用蓝色LED代替紫外LED可以产生进一步的改进。然而，改变荧光粉以改善CRI的一个主要缺点是它会影响LED的功效 - 而且效率对于LED制造商来说是一个圣杯（参见TechZone文章“荧光粉开发解决了暖白光LED的低功效”）。 br》尽管如此，商业产品令人满意地平衡了CRI和疗效。 Philips Lumileds LUXEON 3535系列LED（100 mA/3.1 V时效率为103 lm/W）的CRI为82. Cree的XLamp XM-L2芯片（700 lm/W，700 mA/2.9 V）具有CRI 80欧姆和欧司朗SSL 150白光LED（106流明/瓦，350毫安/2.95伏）的CRI为83.所有三家制造商都提供CRI约为90的低功效设备。

Red in the面对

然而，一切都不顺利。在固态照明行业中存在一种观点，即基于LED的照明的高CRI并不一定意味着该产品是良好的光源。这些批评者指出，一些产品在Ra测试颜色方法中得分很高，但在测试扩展到包括例如R9时效果不佳。

问题在于，虽然R9确实跟踪CRI，但它只是在非常高的CRI上才能密切关联。基于LED的照明产品在标准测试中可以获得高达80的CRI，但是对于R9记录的结果为0。然而R9是一种充满活力的红色（参见图1），在照明应用中非常重要，例如食品商店（例如水果和肉类销售商），艺术画廊（图3）和外科手术室。在家庭环境中，R9值较差的光源会使人看起来很苍白。

图3：良好的红色渲染对于美术馆中使用的固态照明很重要（由欧司朗提供）

监管机构已经注意到当前测试的弱点。例如，如果CRI（Ra）大于80且R9大于零，则能量之星现在将LED定义为可接受的。这是一个适度的要求，但至少认识到测量的重要性。同样值得赞扬的是，制造商正在接受R9测试 - 即使它不是行业标准CIE CRI测试色方法的一部分 - 并且具有高价值的芯片正在变得可用。

OSRAM制造具有CRI的LED（Ra ）95和R9高于90，在1至5 W LED封装选项中，用于OSLON SSL系列中2700和4000K之间的CCT。同样，Cree提供一系列具有高CRI（Ra）和R9高于40的产品。一个例子是XLamp XP-E2系列，CRI（Ra）为80，85和90. Philips Lumileds提供一系列产品。高CRI和R9器件，包括LUXEON T系列，包括CCT为3000 K的器件，提供82 lm/W（2.51 V，700 mA），CRI（Ra）为95，

图4：Philips Lumiled LUXEON T提供高CRI和R9值。

R9自愿添加到标准CRI测试色方法是LED制造商的一个受欢迎的开始。更好的是，一些制造商也在关注提高其R14设备的CRI值，这是一种肤色，并声称对家用照明很重要。

色彩性能与保真度同样重要

尽管它们的CRI很低据报道，RGB LED在视觉上吸引了消费者。事实证明，特别是国内消费者并不特别关注精确的显色性，更多的是他们的照明产生美学上令人愉悦的结果。据报道，RGB LED很受欢迎，因为它们的光会增加大多数颜色的感知饱和度，而不会产生令人讨厌的色调偏移。

虽然蓝色LED/YAG荧光粉固态照明产生更好的CRI结果，但这需要付出代价 - 一个LED被推广为“绿色”光源的关键原因。如果制造商没有满足CRI限制的压力，那么白光LED效率可能会更高。

监管机构正在注意这些异常现象。例如，美国能源部（DOE）建议在比较光源时考虑色彩保真度和色彩性能.2美国能源部注意到：“CIE显色指数基于以下观点：测试和参考之间的任何颜色都会发生变化发光体是不合需要的。虽然这对于需要进行关键色彩［保真度］比较的应用来说是正确的，但它并未考虑色彩偏移是否具有视觉吸引力。“

DOE文件还引用了CIE技术报告177：2007，”白色LED光源的彩色渲染，“其中指出CIE技术委员会的结论是，当白光LED光源涉及该组时，CIE CRI通常不适用于预测一组光源的显色性”等级顺序“。

该建议基于对考虑RGB LED和蓝色LED/YAG荧光粉设备的学术研究的调查。在这些研究期间，观察者使用具有不同CRI的灯来对照明场景的外观进行排序。通常，这些排名与计算的CRI值之间的相关性较差。特别是，观察人士认为，20世纪20年代中期带有CRI（Ra）的RGB LED似乎能够很好地呈现颜色 - 这是公众已经达到的结论。

测试的局限性

照明工程师负责为他们选择LED下一个夹具应考虑产品所针对的应用。虽然制造商有助于为其LED提供CRI以便与其他光源进行比较，但设计人员应该意识到CIE的1995测试色方法有其局限性。例如，对于未包含在已发布的CRI中的R9至R14参考颜色，应用程序可能需要良好的性能。好消息是，当需要良好的红色和肤色渲染时，几家公司已经制造出具有高R9和R14值的LED。

或者，应用可能根本不需要高色彩保真度，可能更多重要的是固态灯在消费者的感知中如何再现色彩。研究表明，具有低CRI的LED仍会在公众眼中产生令人愉悦的光。

就其本身而言，DOE建议如果光保真度对应用很重要，则CRI（Ra）是一个有用的指标。评级LED产品。但是，如果颜色外观比颜色保真度更重要，那么该组织建议不应仅根据低CRI（Ra）值排除白光LED。