鼎晖 / 一半 陈列

照明光与 LED

目录• 光色和视觉

– 三刺激值和视觉理论– 光波长颜色范围– 不同光波长辨认曲线– 7 种光色、 3 原色、光色分辨

• 光色一般性质– 色度图： CIE1931 色度图、 CIE1960 色度图、 CIE1976 色度图– 麦克亚当椭圆和色差– 光色相加混合

• 照明光色– 各种色温光色– 各种自然色温光– 各种色温光色色温偏离度、色容差、色温最小分辨– CIE 重组太阳光、 ansi377.2008 、荧光灯– 显色性、视觉适应、 CRI 、 R9 和被照物体反光特性– 视觉在各色温光照下对色彩的自适应

• 各色温照明光应用– 各种色温光特性及应用– 双色温照明

本篇讨论的光和光色均以视觉主观评价为依据，不十分考虑物理学方面的定义，甚至也不十分考虑医学角度。

三刺激值和视觉理论

注意红色视觉有两个山峰可以说明紫色视觉特性。图能说明视觉某些特性但不能完全解释视觉医学原理。就医学生理目前尚有许多问题尚未完全解决。

光波长颜色范围

波长与光色

光色 波长范围 nm 代表波长 nm

红（ Red ） 780~630 700

橙（ Orange ） 630~600 620

黄（ Yellow ） 600~570 580

绿（ Green ） 570~500 550

青（ Cyan ） 500~470 500

蓝（ Blue ） 470~420 470

紫（ Purple ） 350~420 400

不同光波长辨认曲线

人眼对光谱颜色的差别感受性，对黄和青特别敏感。

不同光波长敏感曲线

人眼（锥体视觉）对光谱中绿光最敏感。 RGB=1 ： 4.5907 ：0.0601 。

7 种光色、 3 原色、光色分辨

眼睛从大类上只能分辨出上述 9 种光色 , 但是人眼分辨各种光色的差异性能力相当强，从这个意义上讲光色是万紫千红。

9 色：红、橙、黄、草绿、绿、蓝绿、蓝、紫、白

7 色：赤橙黄绿蓝靛紫

3 原色： RGB

4 原色：红、黄、绿、蓝

7 种光色

3 原色 RGB

4 色 RYGB

补上黄色这个重要光色，再加白光成 9 色：红、橙、黄、草绿、绿、蓝绿、蓝、紫、白

24 万色

万紫千红：美术系统各种深浅不等算不同颜色，而照明光色则不分亮暗，上图之中有些图案按照明光合并算相同光色。

• 在讲述照明光色前，先梳理一下光色一般性能。

色度图： CIE1931 色度图、CIE1960 色度图、 CIE1976 色度图

CIE1931 色度图，不均匀色度图坐标 x ， y

CIE1960 色度图，均匀色度图坐标 u ， v

CIE1976 色度图，均匀色度图坐标 u‘， v’

三种色度图均现均在应用， 1931 符合大众习惯， 1960 用于色温偏离定义， 1976 用于定义色差

CIE1960 色度图，可能要废弃应用

CIE1931 色度图

CIE1960 色度图

CIE1976 色度图

麦克亚当椭圆和色差：在 IEC1931 中各椭圆中心到边的距离各有不同，色差却是一致的。

光色相加混合

2 色混合（直线）： 3 色混合（三角形） ： 4 色混合（ 4 边形）

色差

• 照明色差用 1976色度图中距离表示，注意： du’v’ 不要少了二个小撇。

A

B

• 照明光色有各种色温。在人工光源方面还牵涉光温偏离度和显色性等问题

各种自然色温光色

我们知道色度图中有根黑体辐射轨迹线，只要光色点靠近轨迹线，就是不同色温照明光色。标准照明白光以 6504K （ CIE D65 ）为中心点，普通人眼感觉最白。色温往高：光色逐渐由白 -〉浅蓝 -〉蓝之间变化（ 6500K~15000K ），色温向低：光色逐渐由白 -> 浅黄 -> 黄 -> 橙 ->橙红 -> 红之间变化（ 6500K~1800K ）。自然是奇妙的，绝大数天然光源均非常吻合黑体曲线。阳光在阴天空光 6000K-7000K 、天气晴朗的蓝天薄云天空光 13000K 、蓝天白云下色温最高约 19000K~25000K （背阴处），而傍晚时分红日映照彩霞下色温较低约 4000K ，而篝火烛光等天然光源色温最低能到 1800K 。

光色优劣和色温偏离度

光色优劣：光的颜色好像没有优劣之分，但是照明用的光色却是个例外。照明光色有考核优劣指标： ±Δuv ，称为色温偏离度。偏离度愈小愈好 Δuv=0 最佳，但由于气象因素自然阳光平均 + Δuv 0.001 称 CIE 重组日光，因此色温大于 4000K需要 + Δuv 0.001 。

CIE 重组日光

光色优劣和色温偏离度

人有时感觉 LED 照明有种莫名不舒适感，其中之一的原因就是±Δuv超标太大在作怪。我们知道色度图中有根黑体辐射轨迹线，只要光色点靠近轨迹线，就是不同色温照明光色。靠近程度或者讲重合度就用 ±Δuv 标定， ±Δuv 是 CIE 1960 色度图中等温线上偏离黑体辐射轨迹线距离。上偏用 +Δuv ，下偏用 -Δuv 。标准色温白光以 6504K 为中心点，普通人眼感觉最白。色温向高：光色逐渐由白 -〉浅蓝 -〉蓝之间变化，色温向低：光色逐渐由白 ->淡黄 ->黄 -> 橙 -> 橙红 -> 红之间变化。一般上偏感觉光色发绿，色温从低到高：橙绿 -〉黄绿 -〉绿 -〉蓝绿之间变化。下偏感觉光色发紫色，色温从低到高：橙紫 -〉黄紫 -〉紫 -〉蓝紫之间变化。

光色优劣和色温偏离度

6500K 3000K

Δuv=0.02

Δuv=0

—Δuv =0.02

色容差

与标准光色的误差：色容差，上图为色容差 7 （阶），荧光灯标准是小于 5 。

5 step

ANSI C78.377-2008 LED 标称 CCT和容差

注意：式 4) Δuv = 57700×(1/T)2 － 44.6×(1/T) ＋ 0.0085 。是为了与荧光灯兼容。并不是 CIE 重组日光。

标称 CCT 1) 目标 CCT 和容差 (K) （ Δuv ）和容差

2700 K 2725 ± 145 0.000 ± 0.006

3000 K 3045 ± 175 0.000 ± 0.006

3500 K 3465 ± 245 0.000 ± 0.006

4000 K 3985 ± 275 0.001 ± 0.006

4500 K 4503 ± 243 0.001 ± 0.006

5000 K 5028 ± 283 0.002 ± 0.006

5700 K 5665 ± 355 0.002 ± 0.006

6500 K 6530 ± 510 0.003 ± 0.006

可通融的 CCT (2700 - 6500 K) T 2) ± ΔT 3) Δuv 4) ± 0.006

注： 1) 其中有 6 个标称 CCT 是与荧光灯对应的： 2700 K 、 3000 K 、 3500 K 、 4100 K 、 5000 K 和 6500 K；

2) T 应该是 100 K 的整数（如 2800 K ， 2900 K ，……， 6400 K ），但不包括前头列出的 8 个额定 CCT值；

3) ΔT = 0.0000108×T2 ＋ 0.0262×T ＋ 8；4) Δuv = 57700×(1/T)2 － 44.6×(1/T) ＋ 0.0085 。

色温最小分辨

单位 urd 现在一般不用，而用 Δuv ， Δuv 一般认为0.0001 就可分辨，每 0.0001 ，在 2000K ： 1~2K ；6500K ： 10~20K

色温最小分辨 2000K:4K= 1urd ;10000K:100K= 1urd

凯莱 K.L

色温最小分辨 = 1urd

mired 麦莱德 micro reciprocal degree

显色性 CRI

一般显色性 Ra

R9

被照物体反光特性

视觉在各色温光照下对色彩的自适应性

一般显色性 Ra

标定 R1-R15 色样。当把一个光源与参照标准光源进行比较，指数值为 100% 。即R1-R15 显色性。一般显色性 Ra，仅标定 R1~R8 。

R9 红色显色性

鉴于白光 LED 中 红色显色性太低，而一般显色性 Ra又不包含 R9 ，因此能源之星特另列要求LED R9 〉 0 。

被照物体反光特性

本质上物体颜色是由于被照物体反光特性引起，但由于照明光显色性不同，就存在视觉差异。

视觉在各色温光照下对色彩的自适应性

虽然高低色温之间光谱中红蓝光比列差距惊人，但视觉颜色并无明显差异，这个特性称视觉适应性

A 灯

D65

在 3000K 光照下视觉从上图变成下图

• 照明光各种色温的特征和用途• 双色温室内照明

照明光各种色温的特征和用途

• 一般来说 7000K 到 10000K 蓝冷白给人精神振奋、豪情满志的感觉（注 1 ），适宜军事训练、运动。 5000K 到 7000K冷白给人注意力集中、仔细、严肃的感觉，最适宜精细工作、学习、思考； 4000K 到 4500K 中性白，给人快乐，喜悦的感觉，适宜游戏、歌舞、开派对、晚餐会。而 2500K 到3500K暖色温则给人温馨，温暖舒适、情意绵绵的感觉，适宜恋爱、给小孩讲故事等（见表）

•

下面针对普通居家和医院两个具体场合的色温用途：普通居家有卧室、客厅、餐厅、过道、阳台、卫生间、书房、厨房、

储物间、儿童房等。卧室应用暖白色温最符合温馨、温暖、情意绵绵的情调。客厅、餐厅、过道、阳台、卫生间均需要快乐、喜悦气氛，应用中性白色温很恰如其分。书房由于主人身份不同可不相同，以休闲阅读为主则用中性白，而学术研究型则用冷白更好。 厨房和储物间均可定义为操作场所，因此应该用冷白光色温。儿童房的照明对于不同年龄阶段，不同的活动内容是需要不同色温。低龄婴儿睡眠前可能偏好暖白，而较大儿童游戏时则喜欢中性白。

医院有门诊室、化验室、药房、候诊室、吊针室、病房、手术间、抢救室等。门诊室、化验室、药房均可定义为工作场所，适用冷白光色温。其中牙科常用色卡法鉴别病人牙齿色度，需要用到白炽灯局部照明。候诊室、吊针室、病房等场合为了减轻病员紧张情绪用中性白。手术间属于高度精细工作，一定要用冷白光色温室内照明，而手术无影灯不但要求用冷白光色温（ 6500K）且要高显色性（ CRI > 90 ）低反光眩光等 。抢救室需要既有条不紊又快速反应的氛围，模拟白天有直射阳光的双色温照明较好。大面积室内照明用冷白光色温（ 6500K ），抢救床和医疗仪器等主操作区域另外再用较高照度中性白 (4500K)模拟直射阳光作区域照明。

色温分段 名称 光色 自然光 情绪 医院照明用途

居家照明用途

照明一般用途

适宜活动

古人类活动

自然光照度值

Lx

人工照明照度值

Lx

1800~3500K

暖白 橙红到橙黄

篝火、烛光 温馨、温暖、情意绵绵

/ 卧室、婴儿房

居家卧室、宾馆、情侣包厢

恋爱、给小孩讲故事

恋爱、哄孩子睡觉

5~100 30~100

4000K~4500K

中性白浅黄 傍晚时分红

日映照彩霞下

快乐、喜悦

候诊室、吊针室、病房

客厅、餐厅、过道、阳台、卫生间、浴室、儿童房

餐厅、俱乐部、商场、影剧院、幼儿园

休闲、游戏、歌舞、派对、晚餐会、购物

身背猎物回山洞、歌舞

1000~6000

200~500

5000~7000K

冷白 正白 多云和阴雨天气、北向窗口

注意力集中、仔细、严肃

门诊室、化验室、手术间、药房

厨房、书房、储物间

学校、办公室、车间、银行、法院

精细工作、学习、思考

编织、雕刻等手工劳动

2000~10000

200~1000

7000K~15000K

（注 1 ）

蓝冷白浅蓝

白蓝天白云的

晴朗天气下背阴处

精神振奋、豪情满志（注1）

抢救室（注3 ）

/ 运动场馆（注 2 ）

军事训练、体育竞技

骑马奔驶在原野、牧畜、打猎

〉 80 ，000

〉 1500（注 2 ）

〉 7000K

蓝冷白浅蓝

白没有月亮的

晴朗夜晚

恐怖、阴冷、警觉

/ 古墓、鬼屋

醒脑、体验恐怖

睡眠、警哨 < 0.1 2~50

• （注 1 ）蓝天白云的晴朗天气下太阳直射光色温4000K~5000K ，背阴处色温 7000K~15000K 。此时远望蓝色天幕给人精神振奋、豪情满志的感觉。

• （注 2 ）运动场馆的照明色温 4500K~5000K ，需要布置些类似蓝色天幕的东西。

• （注 3 ）双色温照明：室内大面积照明用冷白光色温（ 6500K ），抢救床等区域用较高照度中性白 (4500K) 照明。

双色温室内照明

• 双色温室内照明是个全新的照明理念。在双色温照明系统里，人会感觉愉悦轻快，被照明人物特别显靓丽。根据主题灯安装方式的不同，照明效果会表现出多样性，有逆光照明、侧光照明等，它的应用将使得室内照明更加人性和艺术。

• LED 灯具的光指向性好也不含红外线且能调节色温等特点很适合用于双色温照明，使 LED 有了一块不同于传统灯具的新拓展领地

自然双色温现象

• 白天晴朗的天气，缕缕金色的阳光透过南面窗户悄无声息地落在屋内。柔柔的阳光，让我们感受到温暖、愉悦和光明。这是最普通的白天有直射阳光户内自然光照。假如你仔细观察的话就会发现，太阳直射光斑内的色温和旁边室内其他地方的色温是不一样的，金色的直射阳光一般色温 3800K~4900K ，偏暖白到中性白，而旁边的色温是 5500K~6500K ，偏冷白。因为直射阳光色温受大气微粒和时间纬度影响，而旁边的色温受蓝色天空光和白云光影响较多。不但色温差异明显，照度差异更大，太阳直射光斑内的照度一般有 60 ， 000lx 到10 ， 000lx 还超，旁边的照度仅 600lx 到 1600lx 还不足。这就是自然阳光双色温光照现象。

自然双色温现象

自然双色温光照现象

• 自然双色温光照现象，假如参照现代照明理论分析貌似诧异，色温剧烈不均匀，照度剧烈不均匀。然而我们人类长期孕育在这种天然光照环境之中。实际上在双色温照明系统里，人还明显有愉悦轻快的心理感觉，同时被光照人物显得特别靓丽。

人工双色温室内照明• 人工室内照明可以模拟白天有

直射阳光的室内双色温光照，即室内整体照明用冷白色温（ 5000K~6500K ），主题区域照明用较高照度中性白 (或暖白 )色温（ 2700K~4500K ）。比如：舞蹈学院的舞蹈考场，需要明艳亮丽的氛围。室内整体照明用冷白光色温（ 5700K ） led格栅灯，照度 300lx ，考生舞蹈区域另外再加 led 灯具中性白(4000K)模拟直射阳光作区域照明，照度 2500lx 。考场中女考生旋动舞步，在 4000K侧逆光照射下，丝丝秀发闪耀着圈圈光环，特别绚丽多姿。

人工双色温室内照明

• 双色温室内照明一般要求，室内整体照明用冷白光色温（ 5000K~ 6500K ），照度 100lx~300lx 。主题照明用中性白或暖白色温（ 2700K~4500K ），照度至少超过整体照明 5 倍， 500lx~1500lx 。主题照明光斑可以圆形也可方形或其他，但要与旁边轮廓分明。光斑面积约等于 1/5~1/4室内底面积，不宜过大或过小。

各色温在双色温照明中用途序号

标称色温光色

光色的中文名称用途

1 2700K

橙黄暖白（或白炽灯）

主题照明用光，照明中老年人物，显庄重华丽2 3000K 黄 暖白

3 3500K

浅黄

暖白

4 4000K 中性白

主题照明用光，照明青年男女、少年儿童，显靓丽俊俏5 4500K

白浅黄中性白 ( 或阳光 )

6 5000K

白微浅黄

冷白

整体照明用光，明艳亮丽7 5700K 冷白

8 6500K 正白 冷白（或白天） 整体照明标准用光，最白的光

结束语• 本文‘照明光各种色温的特征和用途及双色温室内照明’颇有点新意。照明理念从过去单纯的照亮到现在追求光色应用是很大进步。本文从解释光色开始到光品质到应用层面，目的使得新的照明理念和技术有助于改善人们生活品位。

• 本文编者由于长期从事 LED 照明方面工作，本文穿插少量LED内容显得有点唐突，请理解。

• 本文插图少量采用网络资料。

• 请提意见！• chenlie50@163.com

2011/9/3 陈列 于上海浦东