什麼是色調、飽和度、亮度和光譜儀？

色調定義

色調基本上可以與「顏色」視為同義詞，但指的是一個具有明確分類系統的色相環（見圖2）。 設計師和藝術家在色彩理論中使用色相環來混合、搭配和對比色調。

色調與顏色分類（主波長λd）

在光的顏色中，色調感知類似於 CIE 1931 色度圖的外緣的波長（380nm – 780nm）進行分類。

假設有一盞LED燈，其色彩坐標（x,y）如圖3的CIE色度圖（見圖3）所示，從白色中心點穿過x-y點畫一條線，直達外圍。 這條線代表的就是其色調，也稱為該光的主波長（λd）。 在這個例子中，這盞假設的LED呈現的色調是黃橙色，或者更精準地說是578 nm。

圖4：光譜儀的x-y坐標和主波長λd

什麼是飽和度？ 色彩的鮮豔度（純度）。

飽和度定義

飽和度是指顏色的純度或強度。 飽和度高的顏色看起來鮮豔、明亮、濃郁，而飽和度低的顏色看起來蒼白、暗淡或褪色。 在色彩科學中，飽和度有助於區分鮮豔純正的紅色和褪色的粉紅色，即使兩者色調相似。

了解飽和度的概念，可以讓設計師、科學家和製造商更好地描述和控制顏色在實際應用中的感知方式。

色彩飽和度和鮮豔度（純度）

在 CIE 1931 色度圖上，靠近邊界邊緣的顏色較為鮮豔或飽和，而靠近中心的顏色則顯得較為暗淡，飽和度較低。

指標「純度」（0-100%）描述顏色接近其外緣的程度，表示其飽和度。

圖5：光譜儀的純度測量

什麼是亮度？ 光照強度（勒克斯）。

亮度定義

亮度與色調及飽和度有所不同，它指的是光的強度或光的量度。 而色調和飽和度則是與光的顏色有關。

另一種思考方式是，如果您將光的亮度調高，您可能會覺得眼睛有刺激感，但如果您將顏色的飽和度調高，則不會有這種感覺。

亮度和照度

在照明科學中，亮度通常用勒克斯（LUX）來量化，勒克斯定義為每平方公尺流明數。 照度是測量光源照射在表面區域的光量，為我們提供了一種客觀的方法來比較不同環境的「亮度」。

例如，照度在典型辦公室的空間設計裡可能是 300-500 勒克斯，而陽光充足的戶外環境照度很容易超過 10,000 勒克斯。 這些數值有助於建築師、工程師和設計師確保空間符合視覺舒適度和安全標準。

光譜儀和光度計通常用於精確取得勒克斯的數值。 透過這種方式，專業人士可以超越對亮度的主觀印象，依靠精確、取得可重複的測量的結果，達到品質控制並符合國際照明標準。

色調（主波長λd）、飽和度（純度）、亮度（勒克斯LUX）：這些術語的意義到底是什麼？

那麼，企業、商家和組織如何利用這些光學特性來確保照明應用的一致性呢？ 他們使用光譜儀來測量主波長、純度和勒克斯，以確保照明的一致性。

購買照明設備：比較與對比

當消費者購買照明設備來替換現有的燈具時，他們可能會使用CCT（相對色溫）來確保與房屋中其他燈泡的色溫匹配。 當購買標示為色溫3000K的燈泡時，可能會發現每個同色溫的燈泡的色度座標（λd）卻落在不同的位置（見圖8）。 然而，實際上在屋內活動的人可能並不會察覺到任何視覺上的差異，因此這樣的照明就已經夠好了。

但是在公共設施如博物館中，這個差異就顯得很重要。 您知道為什麼嗎？ 在公共設施中，例如博物館，由於通常使用大量照明設備，因此即使是燈光上的細微差異也會顯得格外明顯。 此外，批量購買也存在著一定程度的風險，因為購買數十甚至數百個燈具，如果它們不一致或與現有的燈具不匹配，可能會變成一場噩夢。

因此，具有光譜比較功能的光譜儀（如圖9）是必不可少的工具。 如果您正在考慮兩個照明品牌，並希望確定哪一個更均勻且更能匹配設施中現有的燈光，單純看CCT是不夠的。 您必須使用更精細的度量指標，例如主波長、純度或勒克斯。

燈具的買家和賣家也同時會使用其他指標，例如Δx和Δy，來協助確定燈泡的品質特性。

解決問題：

LED製造業的照明和其顏色呈現並不是一門精密科學。 LED工程師們竭盡全力確保其燈光的色調、飽和度和亮度的一致性和精確度。 他們還會使用主波長、純度、勒克斯和其他指標來確保品質或解決客戶可能遇到的異常情況。

主波長可用於LED芯片的分類，這個分類流程叫做「分選封裝」（Binning）。 LED芯片生產出來時，還無法確切預測它們將呈現出什麼樣的色調。 因此，只能在LED芯片生產後透過測量它們的主波長，然後將它們放入適當的“分選封裝”中以進行分類。