任務(wù)二 色度學(xué)

LED的色度學(xué)特性是其光學(xué)特性的另一個(gè)重要方面。由于LED燈具對(duì)顏色要求的多樣性，有些燈具對(duì)顏色的要求比較嚴(yán)格，于是，其色度學(xué)特性需要用波長(zhǎng)（包括峰值波長(zhǎng)、主波長(zhǎng)、質(zhì)心波長(zhǎng)等次級(jí)概念）、色溫、顯色指數(shù)等來(lái)綜合描述。

一、顏色視覺(jué)

顏色科學(xué)的一個(gè)重要發(fā)展是把主觀的顏色感知和客觀的物理刺激聯(lián)系起來(lái)，建立起高度準(zhǔn)確的定量學(xué)科——色度學(xué)。色度學(xué)是對(duì)顏色刺激進(jìn)行測(cè)量、計(jì)算和評(píng)價(jià)的科學(xué)。

（一）顏色辨認(rèn)與RGB顏色空間

人眼可見(jiàn)的光是波長(zhǎng)在380～760nm范圍內(nèi)的電磁波，電磁波的波長(zhǎng)超出這一范圍時(shí)人眼將無(wú)法感受到，在這一波長(zhǎng)范圍內(nèi)，不同波長(zhǎng)的光會(huì)引起人眼不同的顏色感覺(jué)，這就是顏色形成的機(jī)理。顏色視覺(jué)正常的人在光亮條件下能看到的各種顏色從長(zhǎng)波一端向短波一端的順序是紅色、橙色、黃色、綠色、藍(lán)色和紫色。表1-3是各種可見(jiàn)光顏色的波長(zhǎng)和光譜的范圍。

事實(shí)上，除了以上這些顏色之外，人眼還可以感受到在可見(jiàn)光波長(zhǎng)范圍內(nèi)由波長(zhǎng)連續(xù)變化而引起的連續(xù)變化彩色感受。除此之外，人眼還可以感受到黑色、白色、灰色等無(wú)色彩的顏色感受，以及粉紅、暗紅、土黃等顏色感受。

各種顏色形成的機(jī)理到底是怎么樣的？其規(guī)律如何？下面就來(lái)分析這些問(wèn)題。

1.混色與三基色原理

綜上所述，不同波長(zhǎng)的單色光會(huì)引起不同的彩色感覺(jué)，但相同的彩色感覺(jué)卻可以來(lái)源于不同的光譜組合，人眼只能體會(huì)彩色感覺(jué)而不能分辨光譜成分。不同光譜成分的光經(jīng)過(guò)混合能給人有相同彩色的感覺(jué)，單色光可以由幾種顏色的混合光來(lái)等效，幾種顏色的混合光也可以由另外幾種顏色的混合光來(lái)等效，這一現(xiàn)象稱為混色。例如，彩色電視機(jī)中的彩色就是通過(guò)混色而實(shí)現(xiàn)的一種顏色復(fù)現(xiàn)過(guò)程，而并沒(méi)有恢復(fù)原景物的輻射光譜成分。

在進(jìn)行混色實(shí)驗(yàn)時(shí)，只要選取三種不同顏色的單色光，按一定比例混合就可以得到自然界中絕大多數(shù)色彩，具有這種特性的三個(gè)單色光叫基色光，對(duì)應(yīng)的三種顏色稱為三基色，由此得到重要的三基色原理。

三基色的選取并不是任意的，而是要遵循以下原則。

（1）三基色的選取原則

1）三種顏色必須相互獨(dú)立，也就是說(shuō)，其中任意一種基色不能由其他兩種顏色混合配出，這樣可以配出較多的色彩。

2）自然界中絕大多數(shù)色彩都必須能按照三種基色分解。

3）混合色的亮度等于各種基色的亮度之和。

根據(jù)以上原則，在實(shí)際情況中，通常選取紅、綠、藍(lán)三種顏色作為三基色，由此形成了所謂的RGB顏色空間。

（2）相加混色法和相減混色法 把三基色按照不同的比例混合獲得色彩的方法稱為混色法，混色法有相加混色和相減混色之分。彩色電視系統(tǒng)以及各種類型的計(jì)算機(jī)監(jiān)視器等顯示屏幕中，使用的是相加混色法。而印刷、美術(shù)等行業(yè)以及計(jì)算機(jī)的彩色打印機(jī)等輸出設(shè)備使用的是相減混色法。

1）相加混色法。相加混色法一般采用色光混色，色光混色是將三束圓形截面的紅、綠、藍(lán)單色光同時(shí)投影到屏幕上，呈現(xiàn)一幅品字形三基色圓圖，如圖1-7所示。

由圖1-7可知：

紅光+綠光=黃光；

紅光+藍(lán)光=紫光（品紅光）；

綠光+藍(lán)光=青光；

紅光+綠光+藍(lán)光=白光。

以上各光均是按照基色光等量相加的結(jié)果。若改變?nèi)g的混合比例，則經(jīng)相加可獲得各種顏色的彩色光。

在三基色的相加混色實(shí)驗(yàn)中，1853年，H.格拉斯曼（H.Grasman）教授總結(jié)出以下的相加混色定律，作為混色的重要指導(dǎo)思想：

① 補(bǔ)色律：自然界任一顏色都有其補(bǔ)色，它與它的補(bǔ)色按一定比例混合，可以得到白色或灰色。

② 中間律：兩個(gè)非補(bǔ)色相混合，便產(chǎn)生中間色，其色調(diào)取決于兩個(gè)顏色的相對(duì)數(shù)量，其飽和度取決于兩者在顏色順序上的遠(yuǎn)近。

③ 代替律：相似色混合仍相似，不管它們的光譜成分是否相同。

④ 亮度相加律：混合色光的亮度等于各分色光的亮度之和。

實(shí)現(xiàn)相加混色的方法還有空間混色法、時(shí)間混色法等。

2）相減混色法。相減混色法主要用于描述色料的混色，指不能發(fā)光，卻能將照進(jìn)來(lái)的光吸收一部分，并將剩下的光反射出去的色料的混合。色料不同，吸收色光的波長(zhǎng)與亮度的能力也不同。色料混合之后形成的新色料，一般都能增強(qiáng)吸光的能力，削弱反光的能力。在投照光不變的條件下，新色料的反光能力低于混合前色料反光能力的平均數(shù)，因此，新色料的明度降低了，純度也降低了，所以又稱為減光混合。

相減混色法中的三原色為黃、青和品紅（即某種紫色），這三種原色分別對(duì)相加混色中的三基色藍(lán)、紅和綠具有極高的吸收率。因此，三原色按不同的比例混合也能得到各種不同的顏色。

2.RGB顏色空間

根據(jù)以上相加混色法的思想，把R（紅）、G（綠）、B（藍(lán)）三種基色的光亮度做一定的歸一化之后，作為直角坐標(biāo)系三維空間的三個(gè)坐標(biāo)軸，可以構(gòu)成一個(gè)顏色空間，顏色空間中不同的坐標(biāo)點(diǎn)表示不同的顏色。這樣表示顏色的方法即為RGB顏色空間，由于RGB顏色空間是計(jì)算機(jī)等數(shù)字圖像處理儀器設(shè)備所采用的表示圖像顏色的基本方法，所以RGB顏色空間通常也稱為基礎(chǔ)顏色空間。

從理論上說(shuō)，RGB顏色空間可以表示出任意的顏色。

（二）顏色的分類和特性

顏色可分為彩色和非彩色兩大類。非彩色指的是白色、黑色和各種深淺不同的灰色組成的系列，也稱為白黑系列。

當(dāng)物體表面對(duì)可見(jiàn)光光譜所有波長(zhǎng)反射比都在80%～90%時(shí)，該物體為白色；其反射比均在4%以下時(shí)，該物體為黑色；介于兩者之間的是不同程度的灰色。純白色的反射比應(yīng)為100%，純黑色的反射比應(yīng)為0。在現(xiàn)實(shí)生活中沒(méi)有純白、純黑的物體。對(duì)發(fā)光物體來(lái)說(shuō)，白黑的變化相當(dāng)于白光的亮度變化，亮度高時(shí)人眼感到的是白色，亮度很低時(shí)感到的是灰色，無(wú)光時(shí)是黑色。非彩色只有明亮度的差異。

彩色是指黑白系列以外的各種顏色。

彩色一般可用明度、色調(diào)和飽和度三個(gè)特性來(lái)描述，也可用其他類似的三種特性表示。

1）明度：人眼對(duì)物體的明暗感覺(jué)。發(fā)光物體的亮度越高，明度越高；非發(fā)光體反射比越高，明度越高。

2）色調(diào)：彩色彼此相互區(qū)分的特性，即紅、黃、綠、藍(lán)、紫。不同波長(zhǎng)的單色光具有不同的色調(diào)。發(fā)光物體的色調(diào)取決于它的光輻射的光譜構(gòu)成，非發(fā)光物體的色調(diào)取決于照明光源的光譜組成和物體本身的光譜反射（透射）特性。

3）飽和度：是指彩色的純潔性。可見(jiàn)光譜中的各種單色光是最飽和的彩色，物體色的飽和度決定于物體反射（透射）特性。如果物體反射光的光譜帶很窄，則它的飽和度就高。

用一個(gè)三維空間紡錘體可以將顏色的三個(gè)基本特性，即明度、色調(diào)和飽和度表示出來(lái)，如圖1-8所示。立體的垂直軸代表白黑系列明度的變化；圓周上的各點(diǎn)代表光譜上各種不同的色調(diào)（紅、橙、黃、綠、藍(lán)、紫等）；從圓周向圓心的過(guò)渡表示飽和度逐漸降低。

二、CIE標(biāo)準(zhǔn)色度學(xué)系統(tǒng)

國(guó)際照明委員會(huì)（CIE）規(guī)定了一套標(biāo)準(zhǔn)色度學(xué)系統(tǒng)，稱為CIE標(biāo)準(zhǔn)色度學(xué)系統(tǒng)，這一系統(tǒng)是近代色度學(xué)的基本組成部分，是色度計(jì)算的基礎(chǔ)，也是彩色復(fù)制的理論基礎(chǔ)之一。

CIE標(biāo)準(zhǔn)色度學(xué)系統(tǒng)是一種混色系統(tǒng)，是以顏色匹配實(shí)驗(yàn)為出發(fā)點(diǎn)建立起來(lái)的，用組成每種顏色的三基色數(shù)量來(lái)定量表達(dá)顏色。

1.顏色匹配

建立CIE的標(biāo)準(zhǔn)色度學(xué)系統(tǒng)的一個(gè)重要原因是為了解決當(dāng)時(shí)在顏色混合和顏色匹配中出現(xiàn)的一些問(wèn)題。

把兩種顏色調(diào)節(jié)到視覺(jué)上相同或相等的過(guò)程稱為顏色匹配，圖1-9所示為顏色匹配的一種實(shí)驗(yàn)裝置圖。

在以上的顏色匹配實(shí)驗(yàn)中，黑擋板下方是被匹配的顏色，即目標(biāo)顏色，而黑擋板上方則是RGB顏色空間中的三基色紅、綠、藍(lán)。在實(shí)驗(yàn)中，CIE首先規(guī)定了這三種基色光的波長(zhǎng)，分別為700nm（R）、546.1nm（G）、435.8nm（B）；然后就用這三種基色光進(jìn)行不同配比的顏色匹配實(shí)驗(yàn)，試圖配出在觀察者看來(lái)和黑擋板下方的目標(biāo)顏色一致的顏色。

2.CIE 1931-RGB系統(tǒng)

CIE標(biāo)準(zhǔn)色度學(xué)系統(tǒng)的第一個(gè)版本叫作CIE 1931-RGB系統(tǒng)，是CIE在1931年發(fā)布的。這一色度學(xué)系統(tǒng)是在類似于圖1-8的實(shí)驗(yàn)裝置上，以標(biāo)準(zhǔn)色度觀察者在1°～4°的視場(chǎng)下的基本顏色視覺(jué)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)而產(chǎn)生的。

在CIE 1931-RGB系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)中，為了確切地描述顏色匹配中三種基色的相對(duì)比例，首先必須定出基色單位這樣一個(gè)概念，即定出多大亮度的基色光為該基色光的一個(gè)單位。為此，需要提出“等能白光”這樣一個(gè)概念，即假想的在整個(gè)可見(jiàn)光譜范圍內(nèi)光譜輻射能相等的光源的光色，稱為等能白色，等能白光的輻射通量譜函數(shù)為整個(gè)可見(jiàn)光范圍內(nèi)的一條平行于橫軸（波長(zhǎng)軸）的直線。如果波長(zhǎng)分別為700nm（R）、546.1nm（G）、435.8nm（B）的紅、綠、藍(lán)光可以作為三基色而混合匹配出任意顏色，則此三基色配出等能白光時(shí)，它們的輻射通量是相等的。由于人眼視覺(jué)效率函數(shù)依波長(zhǎng)變化而變化，所以可以得出三基色的光通量之間的關(guān)系，見(jiàn)表1-4（這里，取1lm紅光的光通量作為一個(gè)單位）。

采用以上的三基色單位量作為標(biāo)準(zhǔn)，可通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)定出混合配比出任意顏色所需要的三基色的量。

顏色匹配實(shí)驗(yàn)中，當(dāng)與待測(cè)色達(dá)到匹配時(shí)所需要的三基色的量，稱為三刺激值，記作R、G、B。一種顏色與一組R、G、B值相對(duì)應(yīng)，R、G、B值相同的顏色，顏色感覺(jué)必定相同。三基色各自在R+G+B總量中的相對(duì)比例叫作色度坐標(biāo)，用小寫的符號(hào)r、g、b來(lái)表示，即

基于CIE 1931-RGB系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)證明：幾乎所有的顏色都可以用三基色按某個(gè)特定的比例混合而成。如果用上述規(guī)定單位量的三基色，在可見(jiàn)光380～760nm范圍內(nèi)每隔波長(zhǎng)間隔（如10nm）對(duì)等能白色的各個(gè)波長(zhǎng)進(jìn)行一系列的顏色匹配實(shí)驗(yàn)，則可得每一種光譜色的三刺激值。實(shí)驗(yàn)得出的顏色匹配曲線如圖1-10所示，圖1-11中的CIE 1931-RGB配光曲線也稱為CIE 1931-RGB標(biāo)準(zhǔn)色度觀察者。

從圖1-11中可以看出，任一波長(zhǎng)的光，都可以由三基色的光按圖中的比例匹配而成，圖1-11中的曲線表明，如要配出500nm附近某一段波長(zhǎng)的光，則需要的紅色基色的光量為負(fù)值，即在實(shí)驗(yàn)中，要把這一數(shù)量的紅光照射于被匹配光的一側(cè)（即圖1-9的黑擋板下方）才行。這對(duì)配光的物理意義以及數(shù)學(xué)計(jì)算而言，都是不太完善的結(jié)果。

根據(jù)配光的三刺激值色度坐標(biāo)的公式，r、g、b三個(gè)色度坐標(biāo)中只有兩個(gè)是獨(dú)立的，通常可選取r、g分別作為橫坐標(biāo)和縱坐標(biāo)，可繪制出如圖1-11所示的CIE 1931-RGB系統(tǒng)色度圖。從圖1-11中也明顯可見(jiàn)，配出許多顏色所需要的紅色基色分量的刺激值是負(fù)的。

3.CIE 1931-XYZ標(biāo)準(zhǔn)色度學(xué)系統(tǒng)以及其他CIE色度學(xué)系統(tǒng)

由于CIE 1931-RGB系統(tǒng)存在一些缺點(diǎn)，即在某些場(chǎng)合下，例如，被匹配顏色的飽和度很高時(shí)，三色系數(shù)就不能同時(shí)取正。由于三基色都對(duì)混合色的亮度有貢獻(xiàn)，因此當(dāng)用顏色反方程計(jì)算時(shí)就很不方便。

因此，希望有一種系統(tǒng)能滿足以下要求：

1）三刺激值均為正。

2）某一基色的刺激值，正好代表混合色的亮度，而另外兩種原色對(duì)混合色的亮度沒(méi)有貢獻(xiàn)。

3）當(dāng)三刺激值相等時(shí)，混合光仍代表標(biāo)準(zhǔn)（等能）白光。

這樣的系統(tǒng)在以實(shí)際的光譜色為三原色時(shí)，無(wú)法從物理上實(shí)現(xiàn)，CIE提出了以假想色作為邏輯上的三基色的XYZ表色系統(tǒng)，即CIE 1931-XYZ標(biāo)準(zhǔn)色度學(xué)系統(tǒng)。

CIE 1931-XYZ標(biāo)準(zhǔn)色度學(xué)系統(tǒng)中的三基色X、Y、Z實(shí)質(zhì)上是CIE 1931-RGB色度學(xué)系統(tǒng)中三基色R、G、B的線性組合。兩者之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系如下：

根據(jù)上式，可得到以下用于描述色品圖的三刺激值：

由此可得到如圖1-12所示的CIE 1931-XYZ標(biāo)準(zhǔn)色度學(xué)系統(tǒng)顏色匹配光譜三刺激值曲線，又稱CIE 1931-XYZ標(biāo)準(zhǔn)色度觀察者。

從圖1-12中可知，配光所用的三基色色品坐標(biāo)x、y、z值沒(méi)有出現(xiàn)負(fù)值。由圖1-12色品坐標(biāo)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可以畫出如圖1-13所示的CIE 1931-XYZ標(biāo)準(zhǔn)色度系統(tǒng)色品圖。

從圖1-13中可知，顏色刺激的值全為正值。

CIE 1931-XYZ標(biāo)準(zhǔn)色度系統(tǒng)是國(guó)際上色度計(jì)算、顏色測(cè)量和顏色表征的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，是所有測(cè)色儀器的設(shè)計(jì)與制造依據(jù)。

三、描述LED色度學(xué)特性的幾個(gè)重要概念及其關(guān)系

在了解了顏色描述的基本概念之后，下面對(duì)描述LED色度學(xué)特性的幾個(gè)重要概念及其關(guān)系進(jìn)行介紹和分析。

1.光源的波長(zhǎng)與顏色

發(fā)光的顏色是色光LED的一個(gè)重要參數(shù)。對(duì)單色光而言，顏色的差異是由波長(zhǎng)的不同而引起的。可見(jiàn)光的波長(zhǎng)不同，引起人眼的顏色感覺(jué)就不同。

但實(shí)際上，任何光源，包括LED，發(fā)出的光都不可能是絕對(duì)嚴(yán)格的單一波長(zhǎng)的單色光，而是發(fā)出以某一波長(zhǎng)為中心的一定波長(zhǎng)范圍的光，某一光源發(fā)光的相對(duì)強(qiáng)弱和波長(zhǎng)的函數(shù)關(guān)系稱為該光源的光譜特性，色光光源的光譜特性曲線通常類似于高斯分布（正態(tài)分布）的曲線。光源光譜特性曲線如圖1-14所示。

圖1-14 是黃綠色光的光譜特性曲線，在圖中，可以引出幾個(gè)常用的光學(xué)特性參數(shù)。

（1）峰值波長(zhǎng) 圖1-14中曲線的最高點(diǎn)對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)稱為峰值波長(zhǎng)，即無(wú)論由什么材料制成的LED，都有一個(gè)相對(duì)光強(qiáng)最強(qiáng)處（光輸出最大），與之對(duì)應(yīng)有一個(gè)波長(zhǎng)，稱之為峰值波長(zhǎng)，用λp表示。通常峰值波長(zhǎng)主要用來(lái)描述單色光的顏色特性。

（2）譜線半寬度 圖中的Δλ通常稱為譜線的半寬度，是指相對(duì)光強(qiáng)為峰值波長(zhǎng)一半時(shí)對(duì)應(yīng)的曲線上兩個(gè)點(diǎn)的波長(zhǎng)間隔。半寬度反映譜線寬窄，是衡量光源單色性好壞的參數(shù)，各種單色光LED發(fā)光的譜線半寬度小于40nm，單色性較好。

（3）主波長(zhǎng) 有的光源發(fā)出的光不僅只有一個(gè)峰值波長(zhǎng)，甚至有多個(gè)高低不同的峰值。為了描述此光源的色度特性，需要引入主波長(zhǎng)的概念。主波長(zhǎng)描述的是人眼所能觀察到的由此光源發(fā)出的光的顏色傾向所對(duì)應(yīng)的單色光的波長(zhǎng)。

主波長(zhǎng)的概念通常不是用來(lái)描述單色光，而是描述多個(gè)峰值的色光混合起來(lái)所呈現(xiàn)的顏色。例如，GaP材料可發(fā)出多個(gè)峰值波長(zhǎng)，而主波長(zhǎng)只有一個(gè)，LED的主波長(zhǎng)會(huì)隨著長(zhǎng)期工作，結(jié)溫升高而偏向長(zhǎng)波方向。

主波長(zhǎng)的數(shù)值可用如下方法來(lái)確定：用某一光譜色，按一定比例與一個(gè)確定的標(biāo)準(zhǔn)照明體（如CIE標(biāo)準(zhǔn)照明體A、B、C或D65）相互混合而匹配出樣品色，該光譜色的波長(zhǎng)就是樣品色的主波長(zhǎng)。顏色的主波長(zhǎng)相當(dāng)于人眼觀測(cè)到的顏色的色調(diào)（心理量）。

如果光源的單色性很好，則峰值波長(zhǎng)λp的數(shù)值基本上等于主波長(zhǎng)。對(duì)于藍(lán)光LED芯片，峰值波長(zhǎng)要比主波長(zhǎng)短一點(diǎn)（5nm左右）。

（4）色品坐標(biāo) 如前面分析CIE 1931-XYZ系統(tǒng)所述，某種顏色在CIE 1931-XYZ色度圖中的色品坐標(biāo)（或稱色度坐標(biāo)）是描述該顏色的色度特性的重要參量，顏色色品坐標(biāo)的不同對(duì)應(yīng)著顏色的差異。在實(shí)際LED封裝中的分光等應(yīng)用場(chǎng)合需要用到色品坐標(biāo)的概念，此時(shí)通常用色度圖中X和Y的坐標(biāo)值來(lái)表示。對(duì)于白光LED的分光，色品坐標(biāo)的X、Y值均為接近于0.33的一個(gè)數(shù)值，表明白光中X、Y、Z三個(gè)顏色分量的比例接近，根據(jù)X、Y具體數(shù)值的不同，體現(xiàn)出一定的顏色偏向性。

色品坐標(biāo)還可以用于說(shuō)明主波長(zhǎng)的概念：CIE 1931-XYZ色度圖邊沿的舌形曲線代表飽和度為1的純光譜色，假若已知某光的色品坐標(biāo)為A，則從色品坐標(biāo)圖中等能白色（0.33，0.33）處引一線段指向A，再將該線段延長(zhǎng)，則延長(zhǎng)線和色度圖邊沿的交點(diǎn)對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)為該色光的主波長(zhǎng)。

2.光源的色溫

色光光源的色度特性用波長(zhǎng)來(lái)表示，但在LED或其他光源的制造和應(yīng)用中，白光光源也是非常重要的一種類型，特別是在照明領(lǐng)域。理想的白光是各種波長(zhǎng)色光的均勻或等能的組合，因而無(wú)法用波長(zhǎng)表示白光的顏色。

實(shí)際的白光總帶有一點(diǎn)微弱的顏色偏向性，如偏紅或偏藍(lán)。由于白光的這種顏色偏向性和單色光的顏色明確性是比較微弱的，所以實(shí)際的白光其顏色偏向性也不用感覺(jué)上偏向的那種顏色的波長(zhǎng)來(lái)表示，而是借助于黑體輻射峰值波長(zhǎng)隨溫度變化的特性，即色溫這個(gè)參數(shù)來(lái)表示。黑體輻射隨溫度變化的特性可用圖1-15表示。

光源的色溫定義：如果光源發(fā)出的光的顏色與黑體在某一溫度下輻射的光顏色相同，則此時(shí)黑體的溫度稱為該光源的色溫。

色溫是用來(lái)描述白光的顏色偏向性的，單色光的顏色不用色溫來(lái)描述。

色溫計(jì)算采用絕對(duì)溫標(biāo)，以K（開(kāi)爾文）為單位，黑體輻射的0K=-273℃作為計(jì)算的起點(diǎn)。將黑體加熱，隨著能量的提高，便會(huì)進(jìn)入可見(jiàn)光的領(lǐng)域。例如，在2800K時(shí)，發(fā)出的色光和燈泡相同，便說(shuō)燈泡的色溫是2800K。

光源色溫不同，光色也不同。

色溫低于3300K時(shí)，光色表現(xiàn)為溫暖（帶紅的白色）、穩(wěn)重的氣氛效果。

色溫在3300～5000K時(shí)，光色表現(xiàn)為中間（白）、爽快的氣氛效果。

色溫高于5000K時(shí)，光色表現(xiàn)為清涼型（帶藍(lán)的白色）、冷的氣氛效果。

不同色溫對(duì)應(yīng)的顏色可用圖1-16表示。從圖可知，不同的色溫對(duì)應(yīng)于不同的顏色，必須強(qiáng)調(diào)的是，色溫是用來(lái)描述白光顏色偏向是暖色還是冷色的一個(gè)概念，對(duì)應(yīng)于正白的色溫表示該顏色恰好位于暖色和冷色的平衡點(diǎn)，即該顏色不偏暖也不偏冷，這個(gè)平衡點(diǎn)的色溫在5000K左右。與該色溫對(duì)應(yīng)的溫度下，黑體輻射的峰值波長(zhǎng)會(huì)取555nm左右的一個(gè)數(shù)值，該波長(zhǎng)對(duì)應(yīng)的單色光顏色為黃綠色。但絕對(duì)不能說(shuō)此時(shí)和5000K左右色溫對(duì)應(yīng)的顏色為黃綠色，因?yàn)樯珳夭皇敲枋鰡紊馍鹊膮⒘浚珳厥敲枋霭坠馍忍匦缘膮⒘浚w現(xiàn)了白光中暖色和冷色的平衡程度。

3.光源的顯色性

顯色性是用于描述白光光源綜合色度特性的一個(gè)參數(shù)。原則上，人造光源應(yīng)與自然光源相同，使人的肉眼能正確辨別事物的顏色。

顯色性通常用顯示指數(shù)（Ra）來(lái)描述，它表示物體在某一光源照明下的顏色與基準(zhǔn)光（太陽(yáng)光）照明時(shí)顏色的偏離。顯色性較全面地反映光源的顏色特性，它描述了事物的真實(shí)顏色（其自身的色澤）與某一標(biāo)準(zhǔn)光源下所顯示的顏色關(guān)系。Ra值是將DIN 6169標(biāo)準(zhǔn)中定義的8種測(cè)試顏色加上其他7種試樣，在標(biāo)準(zhǔn)光源和被測(cè)試光源下進(jìn)行比較，色差越小，表明被測(cè)光源顏色的顯色性越好。Ra值為100的光源表示事物在其燈光下顯示出來(lái)的顏色與在標(biāo)準(zhǔn)光源下的一致。

代表性試樣的選擇為1～8 號(hào)是中彩度色，如深紅、深黃、深綠、深藍(lán)等（明度為6）；9～12號(hào)是高彩度的紅色、黃色、綠色、藍(lán)色；13號(hào)是白種人女性膚色；14號(hào)是葉綠色；15號(hào)是中國(guó)女性膚色（日本女性膚色）。

光源的顯色性是通過(guò)與同色溫的參考光源或基準(zhǔn)光源（白熾燈或日光）下物體外觀顏色的比較而確定的。光源所發(fā)射的光譜決定光源的光色，但同樣顏色的光可由許多、少數(shù)甚至僅僅兩個(gè)單色光波等不同方式組合而成，對(duì)各種顏色的顯色性亦大不相同。光譜組成較廣的光源較有可能提供較佳的顯色品質(zhì)。當(dāng)光源光譜中很少或沒(méi)有物體在基準(zhǔn)光源下所反射的某種波長(zhǎng)成分時(shí)，會(huì)使物體的顏色產(chǎn)生明顯的色差。色差程度越大，光源對(duì)該種波長(zhǎng)的光的顯色性也越差。

實(shí)際應(yīng)用中對(duì)光源顯色指數(shù)的要求見(jiàn)表1-5。

各種光源的顯色指數(shù)見(jiàn)表1-6。

4.光源光譜圖

利用燈具光色電綜合測(cè)試儀測(cè)試了白熾燈、熒光燈、高壓鈉燈和不同顯示指數(shù)LED等各種不同光源的光色電參數(shù)和相應(yīng)的光譜圖，比較如圖1-17所示。

從圖1-17中的不同光源測(cè)試參數(shù)及光譜圖對(duì)比可知，光源的光譜分布決定了光源的顯色性，光源的色溫和顯色性之間沒(méi)有必然的聯(lián)系，具有不同光譜分布的光源可能有相同的色溫，但顯色性可能差別很大。從光譜圖外形特點(diǎn)也可反推這是何種光源，例如圖1-17a，光譜圖與太陽(yáng)光譜非常接近，所以它的顯色指數(shù)為100；圖1-17b中熒光燈光譜圖有多條不同顏色的波峰，但它的特點(diǎn)是對(duì)應(yīng)有藍(lán)光、綠光和紅光比較高的波峰；圖1-17c中高壓鈉燈光譜圖也是有多條不同顏色波峰，但它的特點(diǎn)是橙黃光波峰相對(duì)比較高，所以路燈如果安裝了高壓鈉燈則通常看到發(fā)出橙黃光；圖1-17d～f中是LED的光譜圖，都有一個(gè)明顯的藍(lán)光波峰和一個(gè)比較寬的包含綠、黃、紅的寬光譜，可見(jiàn)這款LED發(fā)光原理為L(zhǎng)ED藍(lán)光芯片激發(fā)黃色熒光粉所得，這是常用的典型的LED封裝形式，即藍(lán)光芯片+黃色熒光粉。從光譜圖也可看出，顯示指數(shù)的高低與紅色光譜占比有很大關(guān)系，這可以在LED光源封裝過(guò)程中熒光粉配比實(shí)驗(yàn)中提供重要的指導(dǎo)性方向。