白光LED光源显色性评价研究与应用

摘要

白光LED照明以其高光效、寿命长等优点正在逐步取代传统照明而成为继白炽灯、荧光灯后的第三代通用照明的主力军。然而，作为评价照明光源质量的显色指数CRI（Color Rendering index）在评价白光LED光源显色性时存在诸多问题。本文基于常见的白光LED光源和传统光源，研究分析了采用现有评价方法存在的差异和问题，在此基础上提出一种基于人眼视觉波长分辨力的光源光谱视觉相似度评价方法，用于评价光源的显色性差异，并将此评价方法应用于设计高光色品质的白光LED照明光源。主要研究内容和结论如下：
　　首先分析了显色指数CRI和色质指数CQS（Color Quality Scale）在评价光源显色性中的差异。对市面上常见的10种荧光灯、7种RGB LED和25种Phosphor white LED灯分别计算两种显色性评价指数CRIaR和CQSaQ，同时对不同类型光源的Ra和Qa进行相关性分析、色差分析及差值分析。结果表明：对色温极低的光源、高饱和度色块显色效果差的光源以及RGB LED光源的显色性评价，CQS做了修正，与CRI相差较大。通过差值分析法可以得到CQS aQ和CRI aR差值比例的整体趋势随着CRI aR增大而减小，当CRI aR达到90的时候，两者的差值比例接近为0。
　　其次研究了一种采用光谱视觉相似度参数评价光源显色性的方法。基于人眼光谱光视效率、辨色函数和光谱响应度函数，提出一种待测光源光谱与参考光源光谱视觉相似度模型，给出了光谱视觉相似度参数RV的计算公式。计算了几种CIE标准光源光谱与等能光谱（标准照明体E）的光谱相似度和光谱视觉相似度，结果显示虽然光谱相似度都不高，但光谱视觉相似度都很高（RV?97），说明RV用于评价高显色性光源具有代表意义。对于实际光源的评价，依然采用CIE标准光源光谱作为参考光源光谱，实验测量了白光LED、白炽灯泡、三基色荧光灯和自然光型LED灯的发光光谱，分别计算它们的光谱视觉相似度参数VR，结果显示白光LED和自然光型LED灯的RV高于白炽灯泡和三基色荧光灯的RV，与视觉色差实验结果相符。
　　最后将光谱视觉相似度参数RV应用于高光色品质LED合成照明光源的设计。采用CIE标准光源D50作为设计参考光源，设计参数为RV?96，通过计算符合此参数的冷白光、暖白光、红色光、绿色光、青色光和蓝色光6种LED组合灯珠数量，得到一系列色温为4000K～7000K，Ra?95的高光色品质LED合成光源。
　　光谱视觉相似度参数RV与显色性评价指数CRI aR相比具有计算方法简单等优点，对于高显色性光源RV与Ra相关性很好，而显色指数Ra较低的白光LED光源，RV与Ra相关性较差，但RV能较好地体现待测光源与参考光源的光谱相似度和被照明体的颜色相似度，具有参考价值。

目录

声明

第1章 引言

1.1 白光LED的诞生

1.2 白光LED发光特性

1.3 白光LED的应用

1.4 选题的意义及主要工作

第2章 光度与色度原理

2.1 光度学度量

2.2 颜色与视觉

2.3 光源色温与相关色温

2.4 CIE光源显色性评价方法

第3章 光源显色性评价方法比较

3.1 几种光源显色性评价方法简介

3.2 CRI和CQS评价光源显色指数的差异分析

3.3 本章小结

第4章 白光LED光源显色性评价新方法

4.1 理论模型

4.2 数值计算结果与分析

4.3 实验计算结果与分析

4.4 视觉实验与分析

4.5 本章小结

第5章 合成高光色品质LED照明光源的研究

5.1 高光色品质LED合成照明光源设计方法

5.2 合成白光光源的色温和显色指数

5.3 参考光源的选择问题

5.4 本章小结

第6章 总结与展望

6.1 工作总结

6.2 论文创新点说明

6.3 不足及展望

参考文献

致谢

个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果

1. 个人简历

2. 在学期间发表的学术论文

3. 参加科研项目