CIE 177_2007白光LED显色指数

ISBN 978 3 901 906 57 2 COLOUR RENDERING OF WHITE LED LIGHT SOURCES CIE 177:2007 UDC: 628.938 Descriptor: Influence of the colour of the light 628.981 Evaluation of light sources THE INTERNATIONAL COMMISSION ON ILLUMINATION The International Commission on Illumination (CIE) is an organisation devoted to international co-operation and exchange of information among its member countries on all matters relating to the art and science of lighting. Its membership consists of the National Committees in about 40 countries. The objectives of the CIE are : 1. To provide an international forum for the discussion of all matters relating to the science, technology and art in the fields of light and lighting and for the interchange of information in these fields between countries. 2. To develop basic standards and procedures of metrology in the fields of light and lighting. 3. To provide guidance in the application of principles and procedures in the development of international and national standards in the fields of light and lighting. 4. To prepare and publish standards, reports and other publications concerned with all matters relating to the science, technology and art in the fields of light and lighting. 5. To maintain liaison and technical interaction with other international organisations concerned with matters related to the science, technology, standardisation and art in the fields of light and lighting. The work of the CIE is carried on by seven Divisions each with about 20 Technical Committees. This work covers subjects ranging from fundamental matters to all types of lighting applications. The standards and technical reports developed by these international Divisions of the CIE are accepted throughout the world. A plenary session is held every four years at which the work of the Divisions and Technical Committees is reviewed, reported and plans are made for the future. The CIE is recognised as the authority on all aspects of light and lighting. As such it occupies an important position among international organisations. LA COMMISSION INTERNATIONALE DE L'ECLAIRAGE La Commission Internationale de l'Eclairage (CIE) est une organisation qui se donne pour but la coopération internationale et l'échange d'informations entre les Pays membres sur toutes les questions relatives à l'art et à la science de l'éclairage. Elle est composée de Comités Nationaux représentant environ 40 pays. Les objectifs de la CIE sont : 1. De constituer un centre d'étude international pour toute matière relevant de la science, de la technologie et de l'art de la lumière et de l'éclairage et pour l'échange entre pays d'informations dans ces domaines. 2. D'élaborer des normes et des méthodes de base pour la métrologie dans les domaines de la lumière et de l'éclairage. 3. De donner des directives pour l'application des principes et des méthodes d'élaboration de normes internationales et nationales dans les domaines de la lumière et de l'éclairage. 4. De préparer et publier des normes, rapports et autres textes, concernant toutes matières relatives à la science, la technologie et l'art dans les domaines de la lumière et de l'éclairage. 5. De maintenir une liaison et une collaboration technique avec les autres organisations internationales concernées par des sujets relatifs à la science, la technologie, la normalisation et l'art dans les domaines de la lumière et de l'éclairage. Les travaux de la CIE sont effectués par 7 Divisions, ayant chacune environ 20 Comités Techniques. Les sujets d'études s'étendent des questions fondamentales, à tous les types d'applications de l'éclairage. Les normes et les rapports techniques élaborés par ces Divisions Internationales de la CIE sont reconnus dans le monde entier. Tous les quatre ans, une Session plénière passe en revue le travail des Divisions et des Comités Techniques, en fait rapport et établit les projets de travaux pour l'avenir. La CIE est reconnue comme la plus haute autorité en ce qui concerne tous les aspects de la lumière et de l'éclairage. Elle occupe comme telle une position importante parmi les organisations internationales. DIE INTERNATIONALE BELEUCHTUNGSKOMMISSION Die Internationale Beleuchtungskommission (CIE) ist eine Organisation, die sich der internationalen Zusammenarbeit und dem Austausch von Informationen zwischen ihren Mitgliedsländern bezüglich der Kunst und Wissenschaft der Lichttechnik widmet. Die Mitgliedschaft besteht aus den Nationalen Komitees in rund 40 Ländern. Die Ziele der CIE sind : 1. Ein internationaler Mittelpunkt für Diskussionen aller Fragen auf dem Gebiet der Wissenschaft, Technik und Kunst der Lichttechnik und für den Informationsaustausch auf diesen Gebieten zwischen den einzelnen Ländern zu sein. 2. Grundnormen und Verfahren der Meßtechnik auf dem Gebiet der Lichttechnik zu entwickeln. 3. Richtlinien für die Anwendung von Prinzipien und Vorgängen in der Entwicklung internationaler und nationaler Normen auf dem Gebiet der Lichttechnik zu erstellen. 4. Normen, Berichte und andere Publikationen zu erstellen und zu veröffentlichen, die alle Fragen auf dem Gebiet der Wissenschaft, Technik und Kunst der Lichttechnik betreffen. 5. Liaison und technische Zusammenarbeit mit anderen internationalen Organisationen zu unterhalten, die mit Fragen der Wissenschaft, Technik, Normung und Kunst auf dem Gebiet der Lichttechnik zu tun haben. Die Arbeit der CIE wird in 7 Divisionen, jede mit etwa 20 Technischen Komitees, geleistet. Diese Arbeit betrifft Gebiete mit grundlegendem Inhalt bis zu allen Arten der Lichtanwendung. Die Normen und Technischen Berichte, die von diesen international zusammengesetzten Divisionen ausgearbeitet werden, sind von der ganzen Welt anerkannt. Tagungen werden alle vier Jahre abgehalten, in der die Arbeiten der Divisionen überprüft und berichtet und neue Pläne für die Zukunft ausgearbeitet werden. Die CIE wird als höchste Autorität für alle Aspekte des Lichtes und der Beleuchtung angesehen. Auf diese Weise unterhält sie eine bedeutende Stellung unter den internationalen Organisationen. Published by the COMMISSION INTERNATIONALE DE L'ECLAIRAGE CIE Central Bureau Kegelgasse 27, A-1030 Vienna, AUSTRIA Tel: +43(1)714 31 87 0, Fax: +43(1)714 31 87 18 e-mail: ciecb@ping.at WWW: http://www.cie.co.at/ © CIE 2007 – All rights reserved ISBN 978 3 901 906 57 2 COLOUR RENDERING OF WHITE LED LIGHT SOURCES CIE 177:2007 UDC: 628.938 Descriptor: Influence of the colour of the light 628.981 Evaluation of light sources CIE 177:2007 This Technical Report has been prepared by CIE Technical Committee 1-62 of Division 1 "Vision and Colour" and has been approved by the Board of Administration of the Commission Internationale de l'Eclairage for study and application. The document reports on current knowledge and experience within the specific field of light and lighting described, and is intended to be used by the CIE membership and other interested parties. It should be noted, however, that the status of this document is advisory and not mandatory. The latest CIE proceedings or CIE NEWS should be consulted regarding possible subsequent amendments. Ce rapport technique a été élaboré par le Comité Technique CIE 1-62 de la Division 1 "Vision et Couleur" et a été approuvé par le Bureau de la Commission Internationale de l'Eclairage, pour étude et emploi. Le document expose les connaissances et l'expérience actuelles dans le domaine particulier de la lumière et de l'éclairage décrit ici. Il est destiné à être utilisé par les membres de la CIE et par tous les intéressés. Il faut cependant noter que ce document est indicatif et non obligatoire. Il faut consulter les plus récents comptes rendus de la CIE, ou le CIE NEWS, en ce qui concerne des amendements nouveaux éventuels. Dieser Technische Bericht ist von CIE Technischen Komitee 1-62 der Division 1 "Sehen und Farbe" ausgearbeitet und vom Vorstand der Commission Internationale de l'Eclairage gebilligt worden. Das Dokument berichtet über den derzeitigen Stand des Wissens und Erfahrung in dem behandelten Gebiet von Licht und Beleuchtung; es ist zur Verwendung durch CIE- Mitglieder und durch andere Interessierte bestimmt. Es sollte jedoch beachtet werden, daß das Dokument eine Empfehlung und keine Vorschrift ist. Die neuesten CIE-Tagungsberichte oder das CIE NEWS sollten im Hinblick auf mögliche spätere Änderungen zu Rate gezogen werden. Any mention of organisations or products does not imply endorsement by the CIE. Whilst every care has been taken in the compilation of any lists, up to the time of going to press, these may not be comprehensive. Toute mention d'organisme ou de produit n'implique pas une préférence de la CIE. Malgré le soin apporté à la compilation de tous les documents jusqu'à la mise sous presse, ce travail ne saurait être exhaustif. Die Erwähnung von Organisationen oder Erzeugnissen bedeutet keine Billigung durch die CIE. Obgleich große Sorgfalt bei der Erstellung von Verzeichnissen bis zum Zeitpunkt der Drucklegung angewendet wurde, ist es möglich, daß diese nicht vollständig sind. © CIE 2007 – All rights reserved II CIE 177:2007 The following members of TC 1-62, "Colour rendering of white LED light sources" took part in the preparation of this technical report. The committee comes under Division 1 "Vision and Colour". Members: P. J. Alessi USA I. Ashdown Canada P. Bodrogi Hungary (chair) P. Csuti Hungary W. Davis USA L. Halonen Finland G. Heidel Germany R. Hirschler Hungary F. Ch. Hwang Taiwan A. D. Jackson USA Ch. S. Kim Korea K. Kohmoto Japan B. Kránicz Hungary Y. Kwak Korea Li Cheng China M. R. Luo United Kingdom K. Muray USA Y. Nakano Japan Y. Ohno USA K. Oshima Japan M. Pointer United Kingdom E. Radkov USA D. Rich USA N. Sándor Hungary J. Schanda Hungary R. Stolyarevskaya Russia F. Szabó Hungary J. van Kemenade The Netherlands F. Viénot France S. Weintraub USA H. Yaguchi Japan T. Yano Japan R. Young USA Advisors: O. da Pos Italy A. de Visser The Netherlands III CIE 177:2007 CONTENTS SUMMARY V RESUME V ZUSAMMENFASSUNG VI 1. INTRODUCTION 1 2. VISUAL EXPERIMENTS AND SIMULATIONS ON COLOUR RENDERING 2 2.1 A colour rendering simulator at the Hiroshima City University (Japan) 2 2.2 Colour rendering simulations at the National Institute of Standards and Technology (NIST, USA) 2 2.3 Visual colour rendering experiments at the University of Pannonia (Veszprém, Hungary) 3 3. APPLICABILITY OF THE CIE COLOUR RENDERING INDEX 3 3.1 Correlation of the CIE CRI with visual results 3 3.2 Applicability of the CIE CRI to white LED light sources 4 4. RECOMMENDATIONS OF THE TECHNICAL COMMITTEE 4 4.1 An additional index to supplement the current CIE CRI 4 4.2 Applicability to all types of light sources 4 APPENDIX. POSSIBILITIES FOR AN IMPROVED DESCRIPTION OF COLOUR RENDERING 4 REFERENCES 7 IV CIE 177:2007 COLOUR RENDERING OF WHITE LED LIGHT SOURCES SUMMARY This Technical Report reviews the applicability of the CIE colour rendering index to white LED light sources based on the results of visual experiments. The currently recommended colour rendering index (CRI) calculation method was officially introduced in 1974, and is described in the current publication CIE 13.3-1995 (CIE, 1995). Visual experience has shown that the current CRI based ranking of a set of light sources containing white LED light sources contradicts the visual ranking. In this Technical Report, three recent visual experiments (including simulations) on colour rendering including white LED light sources are described that confirm this contradiction. It was concluded from these visual colour rendering results that the current CRI method did not describe well those situations where white LED light sources were involved i.e. if white LED light sources were visually ranked together with other light sources. Low correlation was found between the visual colour differences and the computed colour differences if the current CRI method was applied to calculate those colour differences. The conclusion of the Technical Committee is that the CIE CRI is generally not applicable to predict the colour rendering rank order of a set of light sources when white LED light sources are involved in this set. The Committee recommends the development of a new colour rendering index (or a set of new colour rendering indices) by a Division 1 Technical Committee. This index (or these indices) shall not replace the current CIE colour rendering index immediately. The usage of the new index or indices should provide information supplementary to the current CIE CRI, and replacement of CRI will be considered after successful integration of the new index. The new supplementary colour rendering index (or set of supplementary colour rendering indices) should be applicable to all types of light sources and not only to white LED light sources. Possibilities for an improved description of colour rendering are summarized in the Appendix of this Technical Report. RENDITION DE LA COULEUR DES SOURCES DE LUMIERE LED BLANCHES RESUME Ce rapport technique examine la validité de l'indice de rendu des couleurs CIE pour les sources lumineuses blanches à base de diodes électroluminescentes (DEL) à partir des résultats d’expériences visuelles. La méthode actuellement recommandée pour le calcul de l'indice de rendu des couleurs (IRC) a été officiellement introduite en 1974, elle est décrite dans la publication CIE 13.3-1995 (CIE, 1995). L’expérience visuelle a montré que, pour un ensemble de sources lumineuses contenant les sources lumineuses blanches à base de DEL, le classement fondé sur l’IRC actuel contredit le classement visuel. Dans ce rapport technique, on décrit trois expérimentations visuelles récentes (simulations comprises) qui confirment cette contradiction sur le rendu des couleurs, avec des sources lumineuses blanches à base de DEL. En conclusion de ces résultats sur le rendu visuel des couleurs, la méthode actuelle de calcul de l’IRC n'a pas bien décrit les situations où les sources lumineuses blanches à base de DEL étaient impliquées, c.-à-d. quand des sources lumineuses blanches à base de DEL étaient classées visuellement avec d'autres sources lumineuses. On a trouvé une faible corrélation entre les différences de couleur visuelles et les différences de couleur calculées quand la méthode actuelle du calcul de l’IRC était appliquée. Le Comité technique conclut que l’IRC CIE n'est généralement pas applicable pour prévoir le classement du rendu des couleurs d'un ensemble de sources lumineuses quand des sources lumineuses blanches à base de DEL font partie de cet ensemble. Le Comité recommande le développement d'un nouvel indice de rendu des couleurs (ou d'un ensemble de nouveaux indices de rendu des couleurs) par un Comité technique de la Division 1. Cet indice (ou ces indices) ne remplacera pas l'actuel indice de rendu des couleurs CIE immédiatement. L'utilisation du nouvel indice ou des nouveaux indices devrait fournir des informations complémentaires à l’actuel IRC CIE, et le remplacement de l’IRC V CIE 177:2007 actuel sera envisagé après l'intégration satisfaisante du nouvel indice. Le nouvel indice supplémentaire de rendu des couleurs (ou l'ensemble d'indices supplémentaires de rendu des couleurs) devrait être applicable à tous les types de sources lumineuses et non seulement aux sources lumineuses blanches à base de DEL. Des possibilités de description améliorée du rendu des couleurs sont récapitulées dans l'annexe de ce rapport technique. FARBWIEDERGABE WEISSER LED LICHTQUELLEN ZUSAMMENFASSUNG Dieser technische Bericht überprüft, basierend auf den Ergebnissen von visuellen Versuchen, die Anwendbarkeit des CIE Farbwiedergabeindex auf weiße LED Lichtquellen. Die derzeit empfohlene Berechnungsmethode für den Farbwiedergabeindex (CRI) wurde 1974 offiziell eingeführt und ist in der gegenwärtigen Veröffentlichung CIE 13.3-1995 (CIE, 1995) beschrieben. Visuelle Erfahrungen haben gezeigt, dass die gegenwärtige, auf CRI basierende Bewertung einer Reihe von Lichtquellen, die weiße LEDs enthalten, der visuellen Rangfolge widerspricht. In diesem technischen Bericht werden drei neue visuelle Versuchsreihen (einschließlich Simulationen) zur Ermittlung der Farbwiedergabe auch weißer LEDs beschrieben, die diesen Widerspruch bestätigen. Aus den Ergebnissen dieser visuellen Farbwiedergabeversuche wurde geschlossen, dass die gegenwärtige CRI-Methode Beleuchtungssituationen mit weißen LED Lichtquellen nicht gut beschreibt, d.h. solche Fälle, in denen weiße LED’s visuell zusammen mit anderen Lichtquellen eingeordnet werden. Zwischen den visuellen Farbunterschieden und den berechneten Farbunterschieden wurde nur eine schwache Korrelation gefunden, wenn die gegenwärtige CRI-Methode zur Berechnung der Farbunterschiede angewandt wurde. Die Schlussfolgerung des Technischen Komitees ist, dass die CRI-Methode generell nicht anwendbar ist, um eine Anzahl von Lichtquellen gemäß ihrer Farbwiedergabe einzuordnen, wenn weiße LEDs darunter sind. Das Komitee empfiehlt die Entwicklung eines neuen Farbwiedergabeindex (oder eines Satzes von neuen Farbwiedergabeindizes) durch ein Technisches Komitee der Division 1. Dieser Index (oder diese Indizes) sollen den gegenwärtigen CIE Farbwiedergabeindex nicht sofort ersetzen. Der Gebrauch des neuen Index oder der neuen Indizes sollte Informationen liefern, die den gegenwärtigen CIE CRI ergänzen. Ein Ersatz des CRI wird erst nach erfolgreicher Integration des neuen Index in Betracht gezogen. Der neue zusätzliche Farbwiedergabeindex (oder Satz von zusätzlichen Farbwiedergabeindizes) sollte auf alle Arten von Lichtquellen anwendbar sein und nicht nur auf weiße LEDs. Die Möglichkeiten für eine verbesserte Beschreibung der Farbwiedergabe sind im Anhang dieses technischen Berichts zusammengefasst. VI CIE 177:2007 1. INTRODUCTION Colour rendering (CR) is defined as an "Effect of an illuminant on the colour appearance of objects by conscious or subconscious comparison with their colour appearance under a reference illuminant" (CIE, 1987). The currently recommended colour rendering index (CRI) calculation method was officially introduced in 1974, and it is described in the current publication CIE 13.3-1995 (CIE, 1995). CIE first standardized a spectral band method (1948), but in 1961, it was decided to regard the "test sample colour shift" method (CIE, 1995) as the fundamental method for CR appraisal. Besides graphical colour shift vector representations and multi-number rating, it seemed desirable to derive a single-number CR characterization of each light source. Later demand resulted in the establishment of the current CIE CRI calculation method. It may be of interest to mention that, besides the concept of CR, there exist other concepts to describe light source "colour quality" (Halstead, 1977; Valberg et al., 1980) (CQ), including colour discrimination capability (Thornton, 1973; Schanda and Czibula, 1980), "visual clarity" (Hashimoto and Nayatani, 1994), and colour preference or "flattery" (Judd, 1967). There are several types of white LED light sources, including the so-called clusters of red, green, and blue (RGB) LEDs (including eventually other colours e.g. amber or yellow in the cluster or in one chip), white phosphor LEDs, and organic white LEDs. Fig. 1 shows the relative spectral power distributions of a typical RGB LED cluster and a white phosphor LED. 1 0,9 0,8 0,7 0,6 Fig. 1. Relative spectral power distribut