LED生鲜灯的混光方案及模拟技术深度解析

       生鲜灯为了满足对各种颜色生鲜食品的照明需求，其光谱变得多样化。虽然特制光谱的LED光源虽然理论上可行，但是实际上无法做到每种特殊光谱的LED产品都存在；所以很多生鲜灯依然会采用混光方案。但是为了获得合适的混光方案，通常的计算方法非常繁琐；本文中，合理选择现有的白光LED和彩色LED，利用LightTools进行模拟得到混色光谱，通过对颜色参数的分析评价，进而获得合适的生鲜灯混光方案和效果指标。

　　随着固态照明的进一步发展，人们对照明品质的要求也越来越高，很多照明领域提出了个性化的光谱要求，生鲜灯在食物方面的照明就是一个很好的例子。我们知道，在低显指高色温的灯管下，人脸会显得苍白无生气，这在食品方面也是一样，使用不合适的照明，超市里的水果、食物会变得颜色怪异，没有卖相，不但会影响生意，而且会因为商品过保质期而造成浪费；而在合适的生鲜灯下，可以使食物得颜色得以更好的还原，使它显得更为新鲜和可口，让顾客更愿意购买，所以生鲜灯在食品照明领域非常重要。而LED由于极易得到各种光谱颜色而在应用中成为理想光源。

　　多种单色光芯片的存在和蓝光芯片配合特制的荧光粉，能现实大多数光谱。但是对于单颗LED，并不是每种光谱的LED都会变成产品，这是因为市场对每种特殊光谱的LED需求量一般不是很大；即便有产品存在，价格也会比较高，而且还可能存在供应问题。相对来说，混色方案更为可行，由于只需要选用常规的LED，所以光源成本更低，方案灵活，而且供应更为可靠。

　　我们通常借助色坐标、CCT、CRI和CQS等参数来评定颜色。其中CRI除了常规的8种标准色样的显色指数之外，还有7个特殊色样的显色指数，而这15个色样相对来说都是非饱和色样，前8个参数的的平均值是我们常用的显色性Ra，例如表征红光（“strongred”）的R9并不在Ra的表征内容之内，所以，即便Ra很大的LED，只要它的光谱没有足够的红光部分，R9的值也会很低。NIST（美国国家标准与技术研究院）也发现，即使一种光的对非饱和色的显色性很好，它对饱和色的显色性也可能很差；NIST发现，只要选用一些饱和色作为一套新的色样，就可以保证对显色性的准确表征，并提出了一种表征显色性的新方法CQS（ColorQualityScale），它采用了15种分布于整个可见光谱中的饱和色为其色样。本文会借助这两套表征显色性的方法来分析混色后的结果。

　　给定光谱，就可以得到上述各种颜色信息，所以光谱涵盖了更为全面的颜色信息。对于混色照明方案，其光谱信息非常重要，但是如何获得会比较方便呢？

　　“首先，虽然可以通过测量获得，但是需要制作样灯，这包括定制PCB、准备散热器和购买电源驱动、焊接和组装等步骤，最后测量，过程复杂耗时，而且很难再次调整方案，方法不灵活。

　　“其次，计算方法也非常繁琐。光谱数据通常是经过归一化的，而且纵坐标与mW（而非lm）相关；而且LED的辐射特性也不同，如白光LED通常以光通量（lm）、红光以辐射功率（mW）来表征，使得计算更为复杂。

　　“最后，即本文中模拟方法，借助LightTools工具模拟，不但能简单地得到混色光谱结果，而且还可以获得其他颜色参数帮助我们分析和评定方案。

　　当然，随着被照物的不同，所需的最佳光谱也会不同。我们以照明深红色苹果为例，水果商希望得到适量的深红光掺杂，使得苹果显得红润可口。同时也要强调一下，红光也有很多种，在选择红色光源时也要先确保具备正确的主波长和光谱信息，使得混光方案匹配照明要求。

　　为达到我们预想的混色光谱结果，首先我们要选用合适的LED光源。OSRAM有很丰富多彩的彩光产品（包括高功率OSLON系列和中功率DurisP5），尤其是在红光方面更是有三种波段的产品；白光LED也有三种显色指数和各个色温可选。所以本文就以其产品为例，选用适当主波长的红光LED和适当光谱的白光LED，获取它们的光谱信息，并通过LightTools软件进行模拟。

我们选用主波长数值最大的（640nm）红光（HyperRed）LED（LH），和显色指数为80的白光LED（LCW），使用（mLCW+nLH）混色方案，

　　1.获取LED的光谱数据。通常规格书中有归一化的光谱图，进而得到光谱数据；如果没有光谱图，则可以通过现有夹具夹持LED样品，通过积分球测量系统轻松获得。

　　2.在LightTools中输入每种LED的光谱数据。只需将Excel表格中得到的光谱数据复制到软件中即可。而且可以通过”SpectralRegionChart“检查光谱输入结果，如图1所示。

　　3.在LightTools中输入每种LED的辐射功率/光通量。在规格书里，白光LED是以光通量（lm）表征，而红光LED则是以辐射功率（mW）为单位的，这里我们不必换算单位，直接在软件中的”Emittance“中选择光通量（”PhotometricFlux“）或辐射功率（RediometricPower），并分别输入数值即可。通常在输入亮度信息时，需要考虑驱动电流和结点温度的影响，但是这里作为一个例子，都采用典型电流驱动，并忽略结点温度等因素影响，以简化过程突出重点。

　　4.运行模拟，并分析评价光谱结果。当然，并非第一次就可以得到最合适的混色方案，所以可能需要回到第三步，重新调整功率/光通量比例，甚至可能需要添加或改变LED种类。

　　5.选择得到合适的混色方案，和相应颜色、亮度信息。

　　图1.白光和深红光LED光源光谱数据的输入和光谱图查看

　　图2.白光LED的CRI和CQS结果

单独分析白光LED光谱可以发现，虽然其Ra=83，但是其代表红光成分的R9值只有11，说明该光源对这一红色物品的颜色还原能力很差，不适合凸显红色物品的照明。这也是为什么红色食品的生鲜灯需要富含一定量红光的原因，也凸显了生鲜灯的重要性。当然也不能过量添加红光，否则，虽然红色还原能力很高，但是会大大降低其他颜色的显色性。