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1、 人眼对自然界光的感知有两个方面：一是光的颜色，二是光的辐射强度。我们将从这两方面展开讨论，进而分析 LED 的各种光学指标。 1、 光的颜色的三种表示法国际照明委员会色品图表示法光的颜色鲜艳度色温或相关色温下面将逐一对其进行介绍。国际照明委员会色品图表示法国际照明委员会（CIE）于 1931 年研究提出了 XYZ 色品图，1960 年又在 XYZ 色品图的基础上提出了 UCS 色品图。颜色感觉是光辐射源或被物体反射的光辐射作用于人眼的结果。因此，颜色不仅取决于光刺激，而且取决于人眼的视觉特性。关于颜色的测理和标准应该符合人眼的观测结果。但是，人眼的颜色特性对于不同的观测者或多或少会有一些差异
2、，因此要求根据大量观测者的颜色视觉实验，确定一组为匹配等能光谱色的三原色数据，即“标准色度观测者光谱三刺激值”，以此来代表人眼的平均颜色视觉特性，用于色度学的测量和计算。CIE 于 1931 年在 RGB 系统的基础上采用设想的三原色 X、Y、Z （分别代表红色、绿色和蓝色），建立了CIE1931 色品图，如图 1 所示。该图是归一化图，只要标示 X、Y 值，就可以知道 Z 的值（Z=1-（X+Y），因而三变量的色品图就变成 X、Y 二变量的平面图。图 1 CIE1931 色品图光的颜色鲜艳度光的颜色鲜艳度必须用光的主波长 d 和色纯度来表示。目前， LED 芯片供应商都是用主波长 d 来表示
3、鲜艳度，而不用峰值波长 p 来表示。主波长 d：如图 2 所示为色品图，图中 AB 为黑体轨迹。设 F 点为某一光源在色品图中的坐标，E 点为理想等能量白光的参考光源点，在色品图标中为(0.3，0.3)。由 E 点连接 F 点并延伸交于 G 点，则 G 点对应的单色波长即称为 F 点光源的主波长 d。峰值波长 p：光谱发光强度或辐射功率最大处的对应的波长。它是一种纯粹的物理量，一般应用于波形比较对称的单色光的检测。中心波长：光谱发光强度或辐射功率出现主峰和次峰时，主峰半宽度的中心点所对应的波长。一般应用于配光曲线法向方向附近凹进去的、质量不好的单色管的检测。色纯度 Pe：如图 2 所示，Pe=
4、EF/EG 。如果某一光源在色品图中 F 点的坐标越靠近 G 点，那么 EF 和 EG 的长度就越接近相等，Pe 越接近 1，色纯度就越高。色纯度通俗地说是指出射光的色坐标靠近 CIE1931 色品图上光谱轨迹的程度，靠得越近则纯度越高。所以，若色坐标位于光谱轨道上，则色纯度为 100%；反之，等能的白光纯度则为0%。色纯度也是一种生理-心理物理量。半宽度：光谱发光强度或辐射功率最大处的一半的宽度（FWHM），简称“带宽”。带宽越小则颜色越纯，显然它也是纯粹的物理量。图 2 主波长示意图色温或相关色温白光在照明领域的使用，一般用色温或相关色温表示（有时也用色坐标表示）。光源的颜色有两方面的意思
5、，即色表和显色性。色表就是人眼直接观察光源时所看到的颜色感觉；光源的光照射到物体上所产生的客观效果，即光源使被照有色物体的颜色再次显现出来的能力，称为光源的显色性。光源发光的颜色可用色温 Tc 表示。当光源所发射的光的颜色与黑体在某一温度下辐射的颜色相同时，黑体的这个温度就称为光源的颜色温度，简称色温。 光谱的能量分布和黑体在某一温度下辐射的相对光谱能量分布相似时，其颜色必定相同。因此分布温度一定是色温，如白炽灯、卤钨灯发出光的颜色可用色温表示；但对于气体放电光源，其光谱能量分布很少与黑体的相似，所以这些光源的分布温度仅能称为相关色温。如黑体钨丝在 2000F（华氏度 1F=0.555556K
6、）以上时辐射出的颜色与蜡烛点亮时发射光的颜色相同，那么钨丝 2000F 以上的温度就称为蜡烛光的色温。某一光源的相关色温的求法是：在 CIE1960UCS 色品图中，代表该光源颜色的坐标点向黑体白轨做垂线，与白轨相交点的黑体的色温即为该光源的相关色温。一般情况下，人们把高色温称为冷色调，把低色温叫做暖色调。2、 与光辐射强度有关的指标相对视敏函数 V（）曲线对于有不同 p 的光线，即使光功率一样，人眼感到的光强度仍是不一样。人眼对于 p=555nm 的绿光的灵敏度最高，对该值两边波长的灵敏度越来越低。当 plt;380nm 或 pgt;780nm 时，即使光源的光能量辐射再强，人眼也对它没有任
7、何光的感觉。例如在图 3 的相对视敏函数曲线中，对于 850nm、880nm、940nm 处的线外线，人眼根本看不到。图 3 相对视敏函数曲线国际照明委员会研究推荐了 V（）曲线。当 p=555nm 时，V（）为最大值 1.0；而当 p=460nm 时，V（）=0.06；当 p=660nm 时，V （ ）=0.0608。光通量 光通量是按人眼的光感觉来度量光的辐射功率，即辐射光功率能够被人眼视觉系统所感受到的那部分有效当量。表征的符号为 ，国际通用的光通量单位为流明（lm ）。假设单色光的波长为 i，则该波长的光通量 F（i）就等于它的辐射功率 P（i）与相对视敏函数 V（i）的乘积，可参见式
8、（1）：F（i）=P（i）V（i） （1） 如果光源的辐射功率波谱为 Px()，则总的光通量 F（ ）应为各个波长分量光通量的总和，即式（2）：（2）P（）为给定波长的光辐射功率，单位是 W。V （）为给定波长的相对视敏函数。最大流明效率 Km 为683lm/W（当 p=555nm 时）。流明效率人眼受能见度限制，因此对于不同的 p，光有不同的最高流明效率：p=555nm 时：最大流明效率（Km ）为 683lm/W；p=470nm 时：V（）=0.0913，最大流明效率为 6830.0913=62.40lm/W；p=460nm 时：V（）=0.06，最大流明效率为 6830.06=41.00
9、lm/W；p=450nm 时：V（）=0.038，最大流明效率为 6830.038=26.01lm/W；p=660nm 时：V（）=0.0608，最大流明效率为 6830.0608=41.5lm/W；p=650nm 时：V（）=0.107，最大流明效率为 6830.107=73.081lm/W；p=620nm 时：V（）=0.381，最大流明效率为 6830.381=260.223lm/W；不同光源组成的白光，其最大流明效率因人眼能见度不同的原因而不同。中色温区的最大流明效率会比较高，而高色温区和低色温区的最大流明效率会比较低。所以对于不同的色温，其流明效率会不一样。提高白光 LED 的光效，应考虑选用 LED 辐射的光波长和 YAG 荧光粉的光谱，当前 YAG 荧光粉有 p =530nm、540nm、550nm、560nm、570nm，并且带宽也不一样。蓝光 LED 激发黄色 YAG 荧光粉形成白光时，虽然辐射出的蓝光能量有损失，但激发出黄光的最大流明比蓝光要高好几倍，所以人眼感觉的流明效率提高了。
