近年來，LED作為新一代光源受到越來越多的重視。從電源指示燈、汽車指示燈、交通指示燈到戶外顯示屏，LED得到了廣泛的應用。隨著藍光芯片制造技術的發展，基于藍光LED+YAG熒光粉的二基色白光LED的應用領域也逐漸從路燈等戶外照明向室內普通照明延伸。目前，小功率白光LED的發光效率最高可達200lm/W左右，大功率白光LED也可達到120lm/W以上，使得白光LED與白熾燈和熒光燈相比，在節能方面的優勢愈加明顯。因此，白光LED在室內普通照明上的應用具有巨大的市場前景。
一般色度學參數測量方式的難點
白光LED在室內普通照明的應用中，需要解決散熱、電源、配光等方面的技術問題。這些問題的解決會為LED光源進入普通照明領域掃清技術上的障礙。目前，LED照明率先進入了藝術館、博物館和圖書館等場所，并且這些場所的照明對色彩的還原能力有特殊的要求，即要求高顯色指數LED照明燈具。同時，普通室內照明也對高顯色指數有一定的需求，所以，獲得顯色指數大于90以上的LED白光成為未來LED照明的一個發展方向。但是,眾所周知, 藍光LED+YAG熒光粉的二基色白光LED的顯色指數一直徘徊在60—80之間,其主要原因是在YAG光譜中,缺少紅光部分的光譜，使獲得的白光LED的一般顯色指數偏低。提高傳統藍光LED+YAG熒光粉的二基色白光LED顯色指數的方法是增加其白光光譜中的紅光輻射成分，一般的做法是對于特定的原始LED白光中，加入一個紅光LED，通過調整電流來調整白光和紅光的亮度，然后測量顯色指數等色度學參數，獲得白光和紅光的配比。這種方式的缺點是耗時繁瑣。如果同時有幾個白光和紅光需要匹配，在不同紅光亮度下測量結果的可能性是非常大的工作量。
中山大學半導體照明系統研究中心研發了電腦程序來模擬色度學參數。色度學參數主要包括色度坐標（x，y）或（u，v）、相關色溫（CCT）、一般顯色指數（Ra/CRI）和特殊顯色指數（Ri，i=1-14）。這些參數都可以通過白光光譜計算而得，但是其中的計算過程比較繁瑣，主要涉及大量數據的運算和處理，只有通過電腦程序快速地獲得結果。另外一方面，輸入不同的原始白光光譜和紅光光譜，電腦程序可以自動進行模擬運算，獲得一系列不同紅光強度下的混合白光的色度學參數。或者，對于一個特定的原始白光光譜，可以讓電腦程序自動模擬加入不同峰值波長、半高寬和強度的光譜，獲得模擬的混合白光的色度學參數的結果，然后根據結果挑選合適的混合光譜。
本文選取了一個白光光譜（如圖1中曲線1所示）為例，說明該電腦軟件的用途。因為色度學參數與光譜的絕對強度沒有關系，將該光譜的相對強度導入電腦程序，得到的色度坐標為(0.3321,0.3812)、相關色溫為5541K、顯色指數為70.5，特殊顯色指數見表1。
表1 原始白光和優化后光譜的一半顯色指數和特殊顯色指數
近年來，LED作為新一代光源受到越來越多的重視。從電源指示燈、汽車指示燈、交通指示燈到戶外顯示屏，LED得到了廣泛的應用。隨著藍光芯片制造技術的發展，基于藍光LED+YAG熒光粉的二基色白光LED的應用領域也逐漸從路燈等戶外照明向室內普通照明延伸。目前，小功率白光LED的發光效率最高可達200lm/W左右，大功率白光LED也可達到120lm/W以上，使得白光LED與白熾燈和熒光燈相比，在節能方面的優勢愈加明顯。因此，白光LED在室內普通照明上的應用具有巨大的市場前景。
一般色度學參數測量方式的難點
白光LED在室內普通照明的應用中，需要解決散熱、電源、配光等方面的技術問題。這些問題的解決會為LED光源進入普通照明領域掃清技術上的障礙。目前，LED照明率先進入了藝術館、博物館和圖書館等場所，并且這些場所的照明對色彩的還原能力有特殊的要求，即要求高顯色指數LED照明燈具。同時，普通室內照明也對高顯色指數有一定的需求，所以，獲得顯色指數大于90以上的LED白光成為未來LED照明的一個發展方向。但是,眾所周知, 藍光LED+YAG熒光粉的二基色白光LED的顯色指數一直徘徊在60—80之間,其主要原因是在YAG光譜中,缺少紅光部分的光譜，使獲得的白光LED的一般顯色指數偏低。提高傳統藍光LED+YAG熒光粉的二基色白光LED顯色指數的方法是增加其白光光譜中的紅光輻射成分，一般的做法是對于特定的原始LED白光中，加入一個紅光LED，通過調整電流來調整白光和紅光的亮度，然后測量顯色指數等色度學參數，獲得白光和紅光的配比。這種方式的缺點是耗時繁瑣。如果同時有幾個白光和紅光需要匹配，在不同紅光亮度下測量結果的可能性是非常大的工作量。
中山大學半導體照明系統研究中心研發了電腦程序來模擬色度學參數。色度學參數主要包括色度坐標（x，y）或（u，v）、相關色溫（CCT）、一般顯色指數（Ra/CRI）和特殊顯色指數（Ri，i=1-14）。這些參數都可以通過白光光譜計算而得，但是其中的計算過程比較繁瑣，主要涉及大量數據的運算和處理，只有通過電腦程序快速地獲得結果。另外一方面，輸入不同的原始白光光譜和紅光光譜，電腦程序可以自動進行模擬運算，獲得一系列不同紅光強度下的混合白光的色度學參數。或者，對于一個特定的原始白光光譜，可以讓電腦程序自動模擬加入不同峰值波長、半高寬和強度的光譜，獲得模擬的混合白光的色度學參數的結果，然后根據結果挑選合適的混合光譜。
本文選取了一個白光光譜（如圖1中曲線1所示）為例，說明該電腦軟件的用途。因為色度學參數與光譜的絕對強度沒有關系，將該光譜的相對強度導入電腦程序，得到的色度坐標為(0.3321,0.3812)、相關色溫為5541K、顯色指數為70.5，特殊顯色指數見表1。
表1 原始白光和優化后光譜的一半顯色指數和特殊顯色指數
電腦程序采用迭代的方法，在原始白光光譜中逐次加入一個峰值波長從380-730nm（步長1nm），半高寬為2-30nm（步長2nm），強度為0.2-3.0倍（步長0.2，強度相對于原始白光中的藍光強度）的光譜（一共78975次），該光譜的波形為實測各種單色LED光譜后模擬所得。對結果分析后可知，對加入的光譜，混合后的白光的色度坐標和相關色溫都發生了變化，我們主要對一般顯色指數進行了分析，由于結果比較多，節選了一些進行分析，如圖2所示。
圖2 光譜1,原始白光光譜；2,優化后白光光譜；3,加入的紅光光譜
對于這款LED白光，加入的單色光光譜會顯著改變混合后白光的顯色指數，一般而言，加入的光譜的峰值波長在380-475nm時，所得的混合白光的顯色指數呈現有限的增大，但是當峰值波長在480-600nm范圍時，混合光的顯色指數相對于原始白光會下降，特別是當加入的峰值波長在500和570nm時，這兩個波長對顯色指數有不利的影響，稱為干擾波長。當加入的波長在610nm以后時，所得到的混合白光的顯色指數呈現顯著的增大，說明610nm以后的紅光輻射對LED白光的顯色指數有優化作用，這也說明了恰恰是由于受激發的YAG熒光粉光譜中缺少紅光輻射，使得傳統藍光LED+YAG熒光粉的二基色白光的顯色指數在80以下。在針對這個原始白光的優化中，當加入的紅光峰值波長在627nm，半高寬是24nm，強度是藍光峰值的1.2倍時(如圖1中曲線3所示)，混合得到的白光(如圖1中曲線2所示)的一般顯色指數是95.6，特殊顯色指數也分別有不同程度的增大，如表1中所列。特別是飽和紅色R9，由負值升高到95.0，說明紅光輻射對飽和紅色的色彩還原能力非常重要。
圖2 當加入光譜的半高寬分別為12、16、20、24、和28nm，強度為1.2倍時其峰值波長和混合后白光的顯色指數的關系
在實際應用中，一般是先有封裝好的白光LED或不同的熒光粉，需要評估白光LED或不同的熒光粉所能優化到最高的顯色指數，我們的電腦程序所導入的光譜，無論是從實際測量的各色光譜歸一化而來或純粹由程序模擬生成，都能實現很好的混光和模擬。當然，上文提及混合了不同光譜的白光的色度坐標和相關色溫會發生變化，電腦程序也會根據結果進行排列，用戶可以挑選合適市場需求的不同色品的白光。
用電腦程序實現白光色度學參數的模擬可以大大減小實際混光的工作量，對提高工作效率有非常大的幫助。同時，也可以對白光色度學做出一些前瞻性的評估和預言。
參考文獻
[1] 荊其誠，焦書蘭，喻柏林，胡維生，“色度學”，科學出版社，1979。
[2] 束越新，“顏色光學基礎論”，山東科學技術出版社，1981。
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[4] 郝允祥等編著，“光度學”，北京師范大學出版社，1988。
[5] 日本照明學會編，“照明手冊”，照明手冊翻譯組譯，中國建筑工業出版社，1985。