应用指南发光二极管

照明用 LED 的显色性目录
1. 前言...................................................................2
2. 显色性...............................................................2
3. 日亚 LED 的显色性分档 .................................2
4. CIE13.3 显色性评价指数 CRI .........................4
5. TM-30 ................................................................6
6. 最后...................................................................9日本日亚化学工业株式会社
http://www.nichia.co.jp491 Oka, Kaminaka-Cho, Anan-Shi, TOKUSHIMA 774-8601, JAPAN
Phone: +81-884-22-2311 Fax: +81-884-21-0148

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Jul. 16, 2021

应用指南1. 前言
在购买灯具时，通常都会对灯具的发光色、亮度、价格、用电和寿命等进行综合考虑。近年来除此之外灯具的显色性也越来越受到人们的重视。
灯具的显色性高低表示被照物颜色可以多大程度被忠实再现，显色性越高说明灯具越能如实地再现出被照物的实际颜色。之前都认为 LED 的显色性较低，但是近年通过对荧光体的改良等，高显色性 LED 越来越多地出现在市场上。并且除高显色性 LED 以外，在店铺和家居中为了让食物和皮肤等显示出更好的效果，※满足不同用途的特殊显色性 1LED 也越来越多地被使用。
日亚为了满足客户的需求，生产了多种多样显色性的 LED，在本应用指南中将对日亚照明用 LED 和显色性评价方法进行介绍。

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2. 显色性我们是通过眼睛（视网膜）感知从被照物
反射的光来判断被照物的颜色。因此看到的颜色取决于被照射的光。
显色性表示在灯具照射下，被照物本身的
颜色被灯具再现的程度。这里所指的被照显色性高时显色性低时物本身的颜色是指标准光源（特性和太阳图 1．不同显色性时的外观相近的光源）照射时的颜色。可以忠实再现出标准光源照射下颜色的灯具，即是显色性较高的灯具，反之则是显色性较低的灯具。因此如果相同被照物在灯具和在太阳光下的颜色不同，有可能是因为灯具显色性较低。
有几种国际规格可以对显色性进行评价，其中最被广泛使用的是国际照明委员会（CIE）制定的显色性评价指数（Color Rendering Index，以下简称为 CRI）
，CRI 事实上已被作为国际标准规格被照明用灯具
厂家使用（日本工业规格 JIS Z8726 也是在此规格的基础上制定）。另外 2015 年北美照明学会（IES）
也制定了新的显色性评价标准 IES-TM-30。在本应用指南的第 4 章和第 5 章将对以上两种评价方法进行介绍。

3. 日亚 LED 的显色性分档我们是通过眼睛（视网膜）感知从被照物反射的光来判断被日亚的照明用 LED 除了对光通量和色度进行分档以外，也对显色性进行了分档。并且表示显色性的数
值使用了 CRI 的平均显色性指数 Ra 和特殊显色性指数 Ri（相关详细内容，请参照第 4 章中的内容）。
关于日亚照明用 LED 的有代表性的显色性分档※2，请参照图 2 中的内容。
通常情况下，为了提高 LED 的显色性，会增加红色、蓝色等人眼不容易感觉到其亮度（光通量较低）的波长的光的比例，所以可以说显色性和亮度（发光效率）呈折中关系。因此在选择 LED 时，显色性
高的 LED 亮度会较低，应该根据需要的性能进行选择。
另外根据 LED 的显色性分档的不同，LED 使用的荧光体也有差异。因此即使色度分档相同，在外观
上也可能出现封装树脂（发光面）颜色不同的情况。
日亚的显色性分档的详细如下一页所示。

※1. 特殊显色性并不代表显色性高，而是在需要强调某特定颜色时使用。关于相关的日亚产品，请参照本应用指南的第 3 章的相关说明。
※2. 并不是所有产品都有进行显色性分档，对于进行了显色性分档的产品可以向日亚当地营业所咨询。

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应用指南80|

Ra=70|

Rnn

95|

90|

R70

R80xx

R95xx

R90xx

Rnn：
表示没有进行显色性分档。虽然显色性低，但是发光效率高。
R70：
表示 Ra 的值在 70 以上。
R80xx ：表示 Ra 的值在 80 以上。另外最后 2 位数的“xx”代表红色 R9 的最小值※3。
R90xx ：表示 Ra 的值在 90 以上。另外最后 2 位数的“xx”代表红色 R9 的最小值※3。
R95xx： 表示 Ra 的值在 95 以上。另外最后 2 位数的“xx”代表红色 R9 的最小值※3。

图 2．日亚 LED 的显色性分档

【参考 1】日亚特殊显色性分档 Rfx00、Rfx0f （OptisolisTM）

发光二极管

相对光强度（a.u.）以上显色性分档的 LED 是日亚使用独自的荧光技术尽量让 LED 的发光光谱接近基准光的产品。不仅是 Ra，包括 R9～R15 在内的所有试验色的数值都较高，可以正确地再现出基准光照射下的颜色。关
于本特殊显色性产品的详细信息，请和日亚当地营业所联系。
OptisolisTM
R8000
基准光源（5000K）

380430480530580 630[nm]680730780

图 3．OptisolisTM 的波长特性例※4最小值分档
Rfc00 (sm50)

Ra

R9R10R11R12R13R14R159585859085909090

表 1．OptisolisTM 的显色性例※4【参考 2】日亚特殊显色性分档

Rs020、Rs030、Rs075

相对光强度（a.u.）以上显色性分档的 Ra 和 Ri 值不高。但是在需要强调肉类的红色、蔬菜的绿色及服装的白色等特定
颜色时可以取得较好的灯光效果。关于日亚特殊显色性产品的详细内容，请参照日亚应用指南《SEAP00047：COB 聚光灯的设计》。

380

Rs020 - 肉类用
Rs030 - 生鲜食品用
Rs075 - 服装用
430

480

530

580 630[nm]

680730780

图 4．特殊显色性分档的发光光谱例※5※3．例 1：R8000 表示 Ra≧80、R9≧00
例 2：R9050 表示 Ra≧90、R9≧50※4．Optisolis 的日亚型号是 NF2W757G-F1，色温分档是 5000K。
※5．是日亚型号 NJCWS024Z-V1、色温为 3000～3500K 的 LED 的发光光谱。

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应用指南
4. CIE13.3 显色性评价指数 CRI
4.1. 关于 CIE13.3 规格CIE（国际照明委员会）制定的 CIE13.3 标准对光源显色性的评价方法进行了定义，目前仍然作为照明行业最常用的显色性评价工具被各灯具厂商使用。各灯具厂商依照此规格计算出 CRI 评价指数来代表
自厂产品的显色性能。另外在部分类别的灯具规格中也是通过 CRI 评价指数进行规定。
日本国内也在此规格的基础上制定了 JIS Z 8726《光源的显色性评价方法》，内容基本上和 CIE※6 的CRI 评价方法相同，只是追加了试验色 R15（亚洲人肤色）。
4.2. CRI 评价指数
CRI 评价指数是根据光源的各试验色和基准光源色间的色差，计算出平均显色指数 Ra 和特殊显色指
数 Ri。关于计算方法，请参照第 4.4.项中的内容。

发光二极管4.2.1. 平均显色指数 Ra
Ra 表示对标准颜色的忠实再现程度，是照明行业通常使用的评价指数。数值越高表示显色性越好，最高值为 100（试验光源和基准光源相同）。
4.2.2. 特殊显色指数 Ri
Ri 表示对特定颜色的忠实再现程度。“i”代表第 1～14（15）的试验色，和 Ra 相同，数值越高，代表越能忠实的再现出该特定颜色，最高值也是 100。关于相对应的试验色，请参照项目 4.3.中的内容。
计算出的 CRI 评价指数值也有可能是负数。但是对于通常的白光，即使 CRI 评价指数的计算值为负数，人眼实际识别的颜色并不会发生太大的变化。并且即使计算出的 CRI 评价指数差异较大，但目视
下可能并不会感觉到太大差异。所以计算出的数值可能和实际的人眼感官存在差异，CRI 评价指数并
不一定能反映出实际的人眼感官。因此在对显色性的判断中，CRI 评价指数很重要，但实际的人眼感官也很重要。
4.3. 试验色
在 CRI 显色性评价中使用了各种物体的颜色。这些试验色如表 2 所示。表 2 中共有 14 种（日本 JIS 为 15 种）试验色。这些颜色是通过光谱辐射率进行规定。
i=1～8 代表一般的显色性能的试验色。这些试验色相对应的 R1～R8 的平均值为 Ra。但是这些颜色都是彩度较低、比较暗的颜色，所以可能不适合评价鲜艳的颜色。
和一般显色指数相反，试验色 i=9～14（15）是对个别试验色的忠实性评价时使用。其中的 i=9～12 是 Ra 不能评价的彩度较高的颜色。另外关于 R9，因为通常的照明用白光
LED 的 R9 值较低，所以为了突出 LED 良好的显色性，可能在记载 Ra 的数值时也记载 R9 的数值。

表 2．CRI 的试验色i对应色※7颜色名

1234567891011121314(15)7.5R 6/4
5Y 6/45GY 6/8
2.5G 6/610BG 6/4
5PB 6/8
2.5P 6/8
10P 6/8
4.5R 4/13
5Y 8/10
4.5G 5/8
3PB 3/11
5YR 8/4
5GY 4/4
1YR 6/4

淡灰红色暗灰黄色饱和黄绿色中等黄绿色淡蓝绿色淡蓝色淡紫蓝色淡红紫色
饱和红色
饱和黄色
饱和绿色
饱和蓝色
白种人肤色
树叶绿亚洲人肤色※6．JIS 规格对应的是第 2 版的 CIE13.2。
※7．颜色三属性的表示记号。

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Jul. 16, 2021应用指南4.4. Ra、Ri 的评价流程Ra 和 Ri 的评价流程概要如图 5 所示。关于更详细的内容，请参照相关标准中的内容。
根据试验光源计算

根据基准光源计算

对试验光源的发光光谱进行测量根据试验光源的相关色温决定基准光源

根据发光光谱计算出试验光源的相关色温发光二极管计算出基准光源的发光光谱根据发光光谱计算出试验光源的三刺激值

根据发光光谱计算出基准光源的三刺激值

(XYZ)，再由此计算出 CIE1960UCS 色度(XYZ)，再由此计算出 CIE1960UCS 色度

图上的坐标 u、v图上的坐标 u、v

根据试验光源的三刺激值计算出各试验色

根据基准光源的三刺激值计算出各试验色（i=1～14）的三刺激值，再由此计算出（i=1～14）的三刺激值，再由此计算出CIE1960UCS 色度图上的坐标 u、v

CIE1960UCS 色度图上的坐标 u、v对试验光源的色度坐标和试验色的色度坐
标进行色适应修正将修正后的试验光源的色度转换为

将基准光源的色度转换为 CIE1964 均匀颜

CIE1964 均匀颜色空间的坐标 U*V*W*色空间的坐标 U*V*W*

根据试验光源和基准光源的 U*V*W*，对各试验色在 CIE1964 均匀颜色空间的色差⊿Ei 进行计算（参照计算方程式 1）

根据色差⊿Ei，对各试验色的特殊显色指数 Ri
或平均显色指数 Ra 进行计算（参照计算方程式 2、3）

图 5．Ra、Ri 的评价方法
方程式 1： ⊿Ei =(U*r,i-U*k,i)2 + (V*r,i-V*k,i)2 + (W*r,i-W*k,i)2

方程式 2： Ri = 100 - 4.6⊿Ei
1 8 Ri方程式 3： Ra = ―Σ
8 i=1
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应用指南・关于计算方程式的说明
方程式 1：是计算各试验色的色差⊿Ei 时的计算方程式。也是计算 U*V*W*均匀颜色空间上的基准光源和试验光源间的坐标距离的计算方程式。在方程式中将基准光源的试验色 i 的坐标作为 U*r,i , V*r,i ,W*r,i，将试验光源的试验色 i 的坐标作为 U*k,i , V*k,i , W*k,i。
方程式 2：
是计算 R1～14(15)的特殊显色评价指数 Ri 的方程式。色差越大 Ri 越低。⊿Ei 比 22 大时，Ri 值会是负值。
方程式 3：
是计算平均显色性评价指数 Ra 的方程式。R1 到 R8 的值的平均值用 Ra 表示。

发光二极管

5. TM-30
5.1. 关于 TM-30 规格
在 IES 于 2015 年制定的规格 IES-TM-30（以下简称为 TM-30）中，记载了最新的显色性评价方法。
关于和 CRI 评价方法的差异，在根据各基准光源和试验光源的色差对试验色评价的方法上相同，但是色差计算方法和 CRI 不同，并且基准光源的定义也和 CRI 完全不同。另外 TM-30 和 CRI 相同也使用试验色样本，但是不只 CRI 的 8 种而是多达 99 种，弥补了 CRI 的试验色不足。
现在大部分公司对 TM-30 还持观望态度，仍然还在继续使用 CRI（Ra）的评价方法。因此 TM-30 的评价方法的渗透还需要一定的时间。
5.2. 评价指数TM-30 不仅对色彩逼真度（Rf）进行评价，也对色彩饱和度（Rg）进行评价。关于评价方法，请参照
项目 5.4.。
5.2.1. 色彩逼真度指数 Rf
表示相对基准光源的忠实程度（Fidelity）。忠实程度越高数值也越高。如果试验光源的发光光谱和基准光源完全一致，色彩逼真度指数 Rf 为 100。因为 Rf 的定义和 CRI 的 Ra 相类似，所以计算出的数
值可能和 Ra 相近，但是 Rf 和 Ra 间并不存在关联性，不能进行互换。另外和 CRI 的 Ri 相同，TM-30
也可以对各试验色的颜色忠实程度 Rfi（i 代表试验色的 1～99）进行计算，但是不会出现 CRI 的负值。
5.2.2. 色彩饱和度指数 Rg
表示相对基准光源的试验光源的色域（Gammut）。Rg 的计算使
用 a’-b’平面空间，在此平面空间中，根据各试验色取得的色域
范围如果比基准光源广，那么 Rg 值大于 100；相反如果比基准光源窄，那么 Rg 值小于 100。
（关于详细的评价方法，请参照
项目 5.4 中的内容）。
如图 6 所示，在 a’-b’平面空间上按照箭头方向旋转时，色相会
发生变化，另外距离坐标原点越远，色饱和度（彩度）越高，色域范围越广。
如果试验光源和基准光源的发光光谱完全一致，那么一定
Rg=100。但是如果 Rg=100，并不代表试验光源和基准光源的发
光光谱完全一致。这是因为即使 a’-b’平面空间上的色域范围相
同，各试验色的对应坐标也有可能有差异。

色相的变化

b'b’

色饱和度（彩度）
的增加a’a'图 6．a’-b’平面空间示意图

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应用指南5.2.3. Rf 和 Rg 的关系
Rf 和 Rg 相互关联。如图 7 所示，Rf 越高，因为试验光源的发光光谱越接近基准光源，所以 Rg 越来越靠近 100。当 Rf 为 100
时，因为试验光源和基准光源的发光光谱相同，所以 Rg 也会是100。相反，Rf 越低，
试验光源和基准光源的发光光谱的差越大，Rg 也离 100 越远。因为可以让 Rg 超过 100，所以可以通过降
低光源的 Rf，以得到 Rg 较大的光源（色忠实度低、彩度高的光源）。

140130▦： Rf 和 Rg
不相关的区域

120110Rg

Rg 100908070605060708090100

发光二极管RfRf
图 7．Rf 和 Rg 的关系

5.3. 试验色
TM-30 和 CRI 的最大差异可以说是试验色数。CRI 的试验色数只有 14 种（或者 15 种），比较少。并
且一般显色指数 Ra 只是针对其中 8 种颜色。因为评价的试验色数较少，所以对试验光源的的评价不一定正确。
相对于 CRI 只有 14 种（或者 15 种）试验色，TM30 的试验色多达 99 种，这些试验色是从超过 100,000
种物品的光谱反射特性中严选出来的。因此通过对这 99 种试验色评价就可以达到对整个自然界的所有颜色进行评价。
TM-30 的色彩逼真度指数 Rf 和 CRI 评价指数相同，是通过计算试验光源和基准光源间的色差进行评价，因为 TM-30 的试验色比 CRI 多很多，所以根据 TM-30 评价的显色性的准确性更高。

CES1

CES2

CES3

CES4

CES5

CES6

CES7

CES8

CES9

CES10

CES11

CES12

CES13

CES14

CES15

CES16

CES17

CES18

CES19

CES20

CES21

CES22

CES23

CES24

CES25

CES26

CES27

CES28

CES29

CES30

CES31

CES32

CES33

CES34

CES35

CES36

CES37

CES38

CES39

CES40

CES41

CES42

CES43

CES44

CES45

CES46

CES47

CES48

CES49

CES50

CES51

CES52

CES53

CES54

CES55

CES56

CES57

CES58

CES59

CES60

CES61

CES62

CES63

CES64

CES65

CES66

CES67

CES68

CES69

CES70

CES71

CES72

CES73

CES74

CES75

CES76

CES77

CES78

CES79

CES80

CES81

CES82

CES83

CES84

CES85

CES86

CES87

CES88

CES89

CES90

CES91

CES92

CES93

CES94

CES95

CES96

CES97

CES98

CES99

图 8．TM-30 的试验色（CES）例※8※8．因为根据基准光源的色温不同，试验色会出现变化，所以图 8 中的试验色只是其中 1 例。

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应用指南5.4. Rf、Rg 的评价流程Ra 和 Ri 的评价流程如图 9 所示。关于更详细的内容，请参照相关标准中的内容。
根据试验光源计算

根据基准光源计算

对试验光源的发光光谱进行测量根据试验光源的相关色温决定基准光源

根据发光光谱计算出试验光源的相关色温发光二极管计算出基准光源的发光光谱根据发光光谱计算出试验光源各试验色（CES1～99）的三刺激值（XYZ）

根据发光光谱计算出基准光源的三刺激值
（XYZ），再根据基准光源的三刺激值计
算出各试验色（i=1～14）的三刺激值

转换为 CAM02-UCS 颜色空间的 J’a’b’※9

转换为 CAM02-UCS 颜色空间的 J’a’b’

根据试验光源和基准光源的 J’a’b’，对各试验色在 CAM02-UCS 颜色空间的色差⊿Ei 进行计算（参照计算方程式 4）

计算出色彩逼真度指数 Rf（参照计算方程式 5、6）

将平面空间 a’-b’分割为 16 个区域，取得
试验光源的 99 种试验色在各区域内的平均值

将平面空间 a’-b’分割为 16 个区域，取得
基准光源的 99 种试验色在各区域内的平均值

将 16 个区域的平均值的坐标连接后计算多边形内的面积

将 16 个区域的平均值的坐标连接后计算多边形内的面积

计算出色彩饱和度指数 Rg（参照计算方程式 7）

图 9．Rf、Rg 的评价流程(J’t,i-J’r,i)2 + (a’t,i-a’r,i)2 + (b’t,i-b’r,i)2
1 99 （⊿E ）方程式 5：Rf’ = 100 - 6.73（ ―Σjab,i ）99 i=1
R’f/10方程式 6：Rf = 10ln ( e+ 1)
At
方程式 7：Rg = 100 × ―Ar
方程式 4：⊿Ejab,i =※9．CAM02-UCS 有包括色适应修正。

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应用指南发光二极管・关于计算方程式的说明
方程式 4：是计算各试验色的色差⊿Ei 时的计算方程式。也是计算 CAM02-UCS 颜色空间上的基准光源和试验光源间的坐标距离的计算方程式。在此方程式中基准光源的试验色 i 的坐标作为 J'r,i、a’r,i、b'r,i，试验光源的试验色 i 的坐标作为 J't,i、a't,i、b't,i。
方程式 5：
是计算色彩逼真度指数 Rf 的方程式。根据在方程式 4 中得到的各试验色的色差⊿Ejab，计算出99 种试验色的平均值 Rf’。
方程式 6：
因方程式 5 的计算结果也可能和 CRI 的 Ri 相同是负值，为了避免负值的出现需要使用方程式 6
将 Rf’转变为最小值为 0 的正值，转换后的数值就是色彩逼真度指数 Rf。
方程式 7：
是计算色彩饱和度指数 Rg 的方程式。如图 10 所示，将平面颜色空间 a’-b’等分为 16 区域，然后算出 99 种试验色在各个区域坐标的平均值，并将这些平均值的坐标连接，形成一个多边形。这
个多边形的面积就代表基准光源的色域面积 Ar 或试验光源的色域面积 At。然后根据相对 Ar 的At 的比率就可以知道试验光源的色域面积比基准光源更广或更窄。

b'b’a’a'图 10．a’-b’平面空间 Ar 或 At 例

6. 最后在本应用指南中，对现有照明行业中广泛使用的显色性评价方法 CRI 和新制定的显色性评价方法 TM30 进行了介绍。两种方法都是通过试验光源相对基准光源的忠实程度进行的评价，在定量评价上是非常有效的手段，但是因为并不包括人眼实际观察时的印象、喜好等感官上的评价，所以在对显色性进行评价时，最好不仅进行 CRI 或 T-30 的定量评价，也需要对实际感官进行评价。
如本应用指南的第 3 项中记载，日亚有生产多种显色性的 LED。关于相关信息，请咨询日亚当地营业所。

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