一

1.CIE 色度图 2

2. 色温及相关色温 6

3. 色容差和 DUV 值 8

CONTENTS

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这种东西，说起来挺玄，我们要看到任何有形的事物都得通过光。而自身无形的光，

我们又通过什么来感知到它呢？

根据我们实际经验来讲，光被人直观感受到的无非两种成分，光的亮度，光的颜色。今天

我们就来聊聊其中关于光的颜色的那些事情。

说起光的颜色，一般的日常使用者往往就会说，这个灯是“白光”或者“黄光”，略有研究的，

也许会说“暖光”和“冷光”。而我们作为照明行业从业人员，自然需要用更专业的语言来

解析它。下面我们先来介绍一下一些与之有关的知识。

一、CIE 色度图（包括 CIE 1931-XYZ色度图、CIE1960-USC色度图、CIE1976-LUV色度图）

二、色温及相关色温 （用这个术语定义光源的表现颜色）

三、色容差和 DUV 值 （用于评价一批光源中各光源与光源额定色品或平均色品的偏差）

光

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第一部分 CIE 色度图

想要系统地、直观地了解光的颜色，我们首先来

认识一下色度图，其中最开始，现在也经常用到的

就是 CIE 1931 色度图

人所能看到的光源或物体的颜色是由进入眼睛的

不同波长的光混合而成的感觉，而所有颜色的光都

可以由三种不同波长的单色光根据一定的比例混合

而出。这就是 RGB 系统的三原色。

红光（R） λR=700.00 nm

绿光（G） λG=546.1 nm

蓝光（B） λB=435.8 nm

1931 年 CIE 在 RGB 系统的基础上，选用设想的

X, Y, Z 分别代表红原色，绿原色，蓝原色，建立了

CIE 1931-XYZ 色度图。

在这个系统中，任何颜色光 C 表示为 : C = X (X)

+ Y (Y) + Z (Z)

(X), (Y), (Z) 代表 红、绿、蓝三基色。X, Y, Z

是 每 种 颜 色 的 比 例 系 数， 它 们 的 和 等 于 1， 即

X+Y+Z=1

只要知道色度坐标中的两个值如 X 和 Y, 就可以

得出第三个值 Z。

CIE 1931-XYZ 色度图 颜色分布 CIE 1931-XYZ 色度图 解析

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此色品图的一些特点说明：

1. 色品坐标 x 相当于红原色的比例，色品坐标 y 相当于

绿原色的比例。图中没有色品坐标 z，但可以通过 z=1-

x-y 算出；

2. 光谱轨迹曲线以及连接光谱轨迹两端所形成的“马蹄

形”内包括一切物理上能实现的颜色，或者说任何颜色

在色品图上都占有一确定位置，其中舌形曲线部分上的

各个点代表了对应波长的单色光；

3. 三角中心的 E 处是等能白光，由三原色各三分之一产

生，其色品坐标为（0.3333,0.3333）；

4. 可以利用本色品图求出某个颜色的主波长（色调）和

颜色纯度。

CIE1931- XYZ 色度系统解决了颜色的定量描述与计

算的问题，但是在区分颜色上却有一些不便利性。我们

知道，在色度图上，每一点都代表一种确定的颜色。这

一颜色与它附近所代表的颜色应该是说是不同的。但是

实际上，往往人眼不能够区别某一点与它邻近点之间的

颜色差异，而认为它们颜色是相同的，只有当两个颜色

点之间有足够的距离时，我们才能感到它们的颜色差别。

由此可见，每一种颜色虽然在色品图上只占一个点的位

置，而对视觉来说，它实际上是一个范围，这个范围内

的颜色变化在视觉上是等效的。

这里我们把“人的视觉感觉不到的颜色变化的最大范

围”称为“颜色的宽容度”。颜色的宽容度越大，辨色

能力就越差。

麦克亚当颜色宽容量示意图

麦克亚当在 x-y 色度图上选择了 25 个代表色

点，研究确定它们的颜色宽容量。

如下图所示：

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根据右图分析：

1. 颜色的宽容度是用椭圆来表示的，椭圆内的颜色变化

在人眼观测中是等效的。

2. 在色度图上的不同位置上，颜色的宽容度大小是不一

样的，如蓝色部分宽容度最小，绿色部分宽容度则最大。

3. 每个测试点颜色的宽容度方向也是不一样的。

以上说明在 CIE 1931-XYZ 色度图上相等的空间在视

觉效果上不是等差的，它的色度空间在视觉上是不均匀

的，空间中相同的距离对应的视觉上差异是不同的。

由此，CIE 在 1960 年根据麦克亚当的实验，制定了

CIE1960 均匀色度标尺图，简称 CIE1960 UCS 图，目的

是尽量使颜色的空间描述与颜色视觉保持一致。麦克亚当颜色宽容量示意图

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在 CIE1960 USC 系统下的麦克亚当颜色宽容量示意图

在 CIE1976 LUV 均匀颜色空间的色品坐标图

在 CIE1960 USC 图上，人眼中差别相等的不同颜色，在均匀色度标尺图上也是大致相等的，因此从图上两

个颜色点之间的相对距离，可以直观的看出两种颜色差异情况。

图的横坐标为 u，纵坐标为 v，

与 CIE1931 色品图 x, y 坐标之间的关系是

u=4X/(X+15Y+3Z) v=6Y/(X+15Y+3Z)

或

u=4X/(-2X+12Y+3) v=6Y/(-2X+12Y+3)

图的横坐标为 u'，纵坐标为 v'，

与 CIE1931 色品图 x, y 坐标之间的关系是

u'=4X/(X+15Y+3Z) v'=9Y/(X+15Y+3Z)

或

u'=4X/(-2X+12Y+3) v'=9Y/(-2X+12Y+3)

之后在 1976 年，CIE 又推出了 CIE 1976 LUV 色度图，在色度的基础上加入了亮度，这个色度系统也是一

个均匀颜色视觉的体系，现在这个色品图被广泛应用于光源、彩电等工业应用。

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在 CIE1931- XYZ 系统下的黑体色温轨迹线

之前我们了解了 CIE 色度图，对颜色形成及颜色偏差有了一定的认识，那么对于照明光源的颜色我们又怎

么来定义呢？

首先我们先引入一个理想化的物体——“黑体”。黑体的特点是能够吸收外来的全部电磁辐射，并且不会有

任何的反射与透射。黑体在自身温度由低往高的过程中，分别能发出红色，橙色，黄色，白色，蓝色的可见光。

由此定义，当某一种光源的颜色与某一温度下的黑体颜色完全相同时，可以用此状态下黑体的温度数值来代

表此光源的颜色，记作色温。

黑体在不同温度下的颜色在 CIE1931-XYZ 色度图中的对应色度坐标形成的曲线，称为黑体色温轨迹线，如

下图中间的曲线所示。

第二部分 色温及相关色温

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实际上在通常情况下，各种光源的颜色都不太可能

和某个温度的黑体颜色完全一样的。所以我们又引入

了一个“相关色温”的概念。所谓相关色温就是光源

与黑体在某一温度下辐射的颜色最接近时（相比其他

温度的黑体），该黑体温度就称为该光源的相关色温。

因此，我们经常说的某灯具色温 3000K、4000K，

实际说的都是相关色温。

标准黑体某温度的色温是一个确定颜色，可以在色

度图上找到唯一的色坐标点，但根据相关色温的定义，

某黑体色温对应的相关色温非但不唯一，而且还有很

多。我们在黑体色温轨迹线上做直线与轨迹线相交，

并且与轨迹线上相应色温坐标点的切线相垂直，得到

的直线称为“等色温线”，如下图所示。

结合之前对 CIE 色度图的介绍，可以明显看出，两

个相关色温一样的色坐标点（同一条等色温线上），

其实际颜色完全可能偏差很大（色坐标偏差极大）。

而我们一般检测光源时，采用手持式光学测试仪得

到的色温数据同样也是光源的“相关色温”。因此仅

仅依靠色温数值来评价待测光源的实际颜色效果或者

颜色偏差程度，显然并不是那么靠谱的。

因此，在实际工作中，如果只是对光源作出诸如“色

温 3000K±100K ”这类限制要求，意义并不大。无

论光源是否能满足这样的参数，都不确保它的实际颜

色准确是否准确。

那么，我们讨论的重点来了，怎样来准确评价光源

的颜色呢？接下来我们谈谈色容差和 DUV 值。

在 CIE1931- XYZ 系统下的黑体色温轨迹线

“等色温线”上所有色坐标点的相关色温 都是一样

图中每根蓝色线段的。

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关于色容差，在之前讲到麦克亚当研究颜

色宽容量时，已经涉及了这个参数。这个数

值通过计算目标色坐标点与标准色坐标点之

间的差别大小而得出的，单位是 SDCM，数

值越小，两者的颜色就越接近。1SDCM 就是

我们常说的“1 阶”或者“1 步”。

我们通俗地来讲，色容差就是对比颜色差

别，那么既然是对比，必然需要一个标准颜色。

现在作为评判标准的主要有两个，一个是北

美 ANSI 标准，一个是欧盟 IEC 标准，其对

应色容差区标准点的坐标归纳如右：

第三部分 色容差和 DUV 值

显然，这两种标准的标准点并不一样，我们把它们一起放到同一张 CIE 色品图中，其中的区别可以从下图

直观地看到。

上图中蓝圈代表 ANSI 标准，黑圈代表 IEC 标准，可以看到两者在 2700,3000K,6500K 这几个区间内的偏

差还是比较明显的。所以在测试光源的色容差前，需要预先设定好以哪种标准作为参考。

目前，ANSI C78.377-2008 标准要求 LED 的色容差≤ 7SDCM，欧盟标准 ERP 标准要求 LED 的色容差

≤ 6SDCM，而根据我国 GB50034-2013 建筑照明设计标准要求，LED 的色容差≤ 5SDCM。

而从视觉感觉来说，麦克亚当通过实验证实，恰可察觉色差相当于标准差的 3 倍，即色容差≤ 3SDCM 以内，

人眼是几乎察觉不出两种颜色差别的。

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上图是在 CIE 1931-XYZ 色度图中，LED 光源的色度指标的图解说

明，它的七阶色容差被定义为图中的方形四边形而不是椭圆。

从以上两图也可以看到，CIE 1976-LUV 色度图比 CIE 1931-XYZ 色度图具有更好的空间颜色均匀性，我

们可以更直观地从图中两点间的距离判断出色容差的大小。

除了色容差外，还有一个参数 DUV 值，可以用来判断光源颜色相对黑体色温的偏差度。

我们来看一下 ANSI C78.377 标准对光源色容差的图解表示。

上图是在 CIE 1976-LUV 色度图中，LED 光源的色度指标的图解说

明，它的七阶色容差同样是方形四边形。

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DUV 值被设定为相关色温的等温线上的一个坐标

点距离黑体色温轨迹线的一个参数，因为等温线有一

半落在黑体色温轨迹线的上方，另一半落在其下方，

DUV 值有“+”和“-”之分，用“+”表示该色坐标

点在轨迹线上面，用“-”表示在轨迹线下面

我国“LED 照明产品 CQC 节能认证规范”以及“GBT 29294-2012 LED 筒灯性能要求”也借鉴了 ANSI

C78.377 的这个标准。

ANSI C78.377 中对光源的相关色温有如下要求：

Duv 在 CIE 1960 UCS 色度图中的示意

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总结一下之前的内容，我们可以得出结论，如果想要保证照明产品的光色尽量接近标准颜色，那么我们可

以先参考 ANSI C78.377 对于相关色温的要求，给出合适的相关色温范围以及对应 Duv 的容差值的要求，然后

再给出对光源色容差的要求，这样基本就可以满足要求了。

以上是关于 LED 发光颜色在理论上的研究和阐述，然后在实际运用中我们还经常遇到一些令人头疼的问题。

常见问题一：现在 LED 芯片本身色容差已经做得很好了，SDCM ≤ 3 的光源灯珠也挺常见，为什么实际应

用的产品依然难以达到这种水平？

对于这个问题来说，仅仅就 LED 芯片本身来讲，SDCM ≤ 3 确实已经不难做到，不少芯片封装厂家都

能提供这样的 LED 芯片。有些设计师受此影响，可能会在项目的要求中提高对产品色容差的要求，例如

SDCM ≤ 3，甚至 SDCM ≤ 2 这种要求。

但是，LED 光源的色容差并不代表整体灯具出光的色容差。实验证明灯具中的各种光学材料，比如透镜、

反射器、玻璃都会对光的颜色产生影响。

下面是我司针对一些不同光学材料对光色影响的对比实验：

实验一：以两种光源芯片，一种 LED 透镜，若干种不同的光学材质作为实验对象。

光源 透镜 光学材料

LED 光源 1 透镜 1

LED 光源 2

5°扩散膜 20°扩散膜 40°扩散膜

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测试方法一：光源 1+ 透镜 + 各种不同玻璃结合后的色坐标点测试

测试方法二：光源 2+ 透镜 + 各种不同玻璃结合后的色坐标点测试

测试一结论：可以看到其中条纹玻璃和清玻璃对光色的改变较大，条纹玻璃尤其明显，分析原因为样品的青玻璃和条纹玻璃发青发绿。（注

意，此处为了便于比较，将标准参考点设为不加任何玻璃状态下的色坐标，以下相同）

测试二结论：结果与测试一基本一致。前两次测试光源不同，证明此情况具有普遍性。

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测试方法三：光源 1+ 透镜 +PMMA 及 PC 扩散板结合后的色坐标点测试

测试方法四：光源 2+ 透镜 + 不同角度的扩散膜结合后的色坐标点测试

测试三结论：PMMA 和 PC 材质的扩散板对光色的影响不大。

测试四结论：不同角度的扩散膜对光色有影响，但差别不大。

光源 2+ 透镜 +20 °扩散膜

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测试方法一：光源 1+ 不同透镜结合后的色坐标点测试

测试一结论：光源 1 配不同角度的透镜，色偏差较大，中窄角度透镜会导致将近 2SDCM 的色飘。

实验二：以两种光源芯片，一种 LED 透镜，若干种不同的光学材质作为实验对象。

光源 透镜

LED 光源 1 15°透镜

LED 光源 2 25°透镜

40°透镜

1

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测试二结论：光源 2 配不同角度的透镜，相对光源 1 来说色偏差相对较小，最多 1SDCM

通过以上的实验一和实验二来看，影响 LED 灯具色飘的因素有很多，可以看出除了透镜，光学材料这些影

响因素外，不同的芯片受影响的程度也是不同的，更不用说以上实验还并未加入反射器的影响，不同材质或颜

色的反射器对光色的影响也是很大的。这些因素综合叠加起来，使得整体灯具的色容差控制比起单单一个芯片

的色容差控制，要困难很多。所以，我们也建议设计师尽量不要在项目设计中，对 LED 整灯产品的色容差作

出太严格的参数限制，一般情况下按国家标准就好了。

测试方法二：光源 2+ 不同透镜结合后的色坐标点测试

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常见问题二：灯具的色容差应该用什么测，怎么测量才是准确的？

现在常用的测色容差的仪器有两类，一类是积分球，另一类是手持式的光谱测试仪。手持式的光谱测试仪

相比往往只有实验室里能配置的积分球来说，显然是便利很多。那么哪种仪器测试更为准确和全面呢？我们先

来说说灯具的色品空间不一致性。

所谓色品空间不一致性是指灯具在空间中的光色分布也是不均等的，即不同方向上的光色也是有偏差的。

下面一组测试数据记录了灯具由不同方向对墙面照射，采用手持光学测试仪得到的数据，也证实了这点。

因此对灯具色品坐标的测量，应该在两个垂直面（C0 和 C90）上，以不小于 10% 峰值光强值的 γ 角作为

测量范围，根据具体光分布情况，测量间隔不应大于 10°，如下图。然后通过计算各点的色品坐标，算出平

均色品坐标。 而测试之前，还有需要注意的一点是，测试应在相对湿度不超

过 65%，温度为 25° C±1° C 的无空气对流环境下进行，并应

使 LED 筒灯处于稳定工作状态，即被测样品需要点亮足够长时间

达到稳定，稳定时间一般为 30min ~ 120min 或更长。（以上内

容参考 GBT 29293-2012 LED 筒灯性能测量方法）

了解了这些之后，我们自然可以分析出如果仅用手持式的光谱

仪测量灯具某个方向的光色数值是不够准确的。而积分球的工作

原理我在这里不多作赘述了，简单讲它会测量空间内各方向上的

色坐标，最后得出一个关于灯具的平均色坐标。在不考虑便利性

的前提下，手持式光谱仪在准确性和全面性上是不如积分球的。

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常见问题三：色容差究竟应该怎么用，我们看两个颜色是不是一致就看这个参数就好？

这就是一个容易混淆的概念了，色容差和我们之前提到的颜色宽容度，或者叫“恰可察觉色差”是不一样的。

色容差“SDCM”是“standard deviation of coloe matching”的缩写，翻译成中文为“标准配色偏差”或“标

准的颜色相同性偏差”。

恰可察觉色差“MPCD”是“minimum perceptible color difference”的缩写，翻译成中文为“最小颜色差”。

两者单位是一样的，计算公式也相同，但色容差是表示某光源的色坐标点与标准色坐标点之间的差别大小，

而恰可察觉色差是用来表示两个光源之间的色坐标点之间的差别大小。

好了，看出其中差别了吗？如果想判断两个光源的颜色是否接近，直接用它们各自的色容差来判断，可见

并不合理。

比如有三个光源 A、B、C，它们对于标准 3000K 色坐标点的色容差分别是 3、3、5，那么 A 光源是和 B

光源的光色更接近还是和 C 光源的光色更接近呢？

显然这个不能从现在的条件中做出判断，根据三个光源的色坐标点不同，完全可能会有不同结果。因此同

样两个色容差是 3 的光源，不能判断它们的颜色很接近。

色容差更多的意义是代表一批光源相对于某个标准色坐标点的平均偏离程度，总体来说色容差较小的一批

光源，相比色容差较大的一批光源，更不容易出现光色不一致的情况，但是无法决定个别单位的颜色一致性一

定会很好。

以上，是我关于灯光颜色的一些小心得，感谢各位的阅读。

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