物體的顏色取決于其對光的選擇性吸收，當光照射到物體表面時，物體會反射特定波長范圍的光，并吸收其余波長范圍的光，這些光將以顏色信息被我們接收。為使各個領(lǐng)域都有統(tǒng)一的顏色標準，國際照明委員會（CIE）于1931年提出的標準色彩系統(tǒng)CIE 1931[1]，它采用了XYZ色彩空間和標準觀察者來描述和測量顏色，并繪制了色度圖用于直觀表示顏色的分布和混合關(guān)系，如圖1（a）所示，對色彩管理、顯示技術(shù)和照明設(shè)計等領(lǐng)域產(chǎn)生了深遠影響。

圖1 （a）CIE 1931色彩空間；（b）CIE 1976 L*a*b*顏色空間。

為提供一個更均勻、更準確的色彩空間，CIE于1976年正式推薦了兩個改進的均勻顏色空間，即CIE 1976 L*u*v*顏色空間和CIE 1976 L*a*b*顏色空間[2]，該系統(tǒng)通過數(shù)學(xué)方法從CIE XYZ系統(tǒng)轉(zhuǎn)換而來，旨在提供一個更均勻、更準確的色彩空間，以更好地代表人類在各種照明條件下對顏色的感知。CIE L*a*b*空間由L*（心理明度）、a*（紅綠軸心理色度）、b*（黃藍軸心理色度）三個坐標構(gòu)成，形成了三維色品圖，如圖1（b）所示。該空間及其色差公式（如ΔEab）已被廣泛應(yīng)用于印刷、紡織、化妝品等行業(yè)，用于色彩管理和測量，以提高顏色匹配和色彩復(fù)制的準確性。

物體表面的顏色本質(zhì)上由其可見光光譜反射率決定，這一特性具有唯一性，可避免同色異譜現(xiàn)象，確保顏色的準確再現(xiàn)。通過反射率測量系統(tǒng)獲得的反射率圖譜，即可準確捕捉物體的顏色信息。光譜儀可通過高精度的分光技術(shù)，將入射光束分解為一系列單一波長的光，并量化每種波長的光強度，然后與標準光源下的顏色標準進行對比分析，利用這些測量數(shù)據(jù)，光譜儀能夠計算出顏色的三刺激值，例如RGB或CIE XYZ色度空間的坐標。這些數(shù)值隨后被轉(zhuǎn)換成與人類視覺感知相對應(yīng)的顏色空間坐標，如CIE 1931 XYZ或CIELAB，從而實現(xiàn)對顏色參數(shù)的精確量化。這些參數(shù)包括但不限于色度坐標、色溫（CCT）、飽和度以及色差（ΔE），為顏色的科學(xué)分析和質(zhì)量控制提供了堅實的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

一般來說，固體和粘稠液體的顏色測量可以通過不同的實驗布局來實現(xiàn)，如通過反射探頭或積分球。對于不同的應(yīng)用，如測量紡織品、紙張、水果、酒類和鳥類羽毛等顏色則需要使用不同的探頭來實現(xiàn)。

光譜儀可以通過測量光的光譜分布來分析和評估顏色特性，在照明行業(yè)、紡織和服裝行業(yè)、化妝品行業(yè)、食品和農(nóng)業(yè)、藝術(shù)和文化遺產(chǎn)保護等領(lǐng)域都有著廣泛的應(yīng)用。光譜儀在顏色測量中的關(guān)鍵優(yōu)勢在于其高精度和高重復(fù)性，能夠提供詳細的光譜信息，為顏色分析和控制提供了可靠的數(shù)據(jù)支持。

在顏色測量領(lǐng)域，光譜儀被廣泛的用于評估和分析光源的顏色性能。近期，Ying Lv等人[3]使用由提供的XS11639光譜儀進行了新型高效、寬帶青色發(fā)光的熒光粉的研究，在365 nm光激發(fā)下，實現(xiàn)從390~675 nm的寬泛青色發(fā)射帶，有效覆蓋了可見光譜中的藍-青-綠區(qū)域，配合商用橙紅色熒光粉可產(chǎn)生明亮的全可見光譜白光，具有相當?shù)墓庑?61.02 lm·W-1)和高顯色指數(shù)(Ra = 89)，在高質(zhì)量白色照明光源中展現(xiàn)出巨大的應(yīng)用潛力。

為解決白光發(fā)光二極管（pc-wLEDs）在實現(xiàn)全可見光譜照明時遇到的“青色間隙”問題，即在480-520 nm波長范圍內(nèi)的光譜覆蓋不足，開發(fā)了一種新型寬帶青色發(fā)光熒光粉SiO2:Al3+,Eu2+，以提高pc-wLEDs的色域完整性和色彩再現(xiàn)能力，達到更接近自然光的照明效果。由提供的光譜儀可以精確測量和分析新型寬帶青色發(fā)光熒光粉SiO2:Al3+,Eu2+的光譜特性，詳細記錄熒光粉在不同激發(fā)條件下的光發(fā)射譜，從而評估其發(fā)光性能，包括光譜分布、色度坐標、色彩再現(xiàn)指數(shù)（CRI）以及熱穩(wěn)定性等關(guān)鍵參數(shù)。這些測量結(jié)果對于開發(fā)具有全可見光譜特性的白光LED照明至關(guān)重要，確保了照明設(shè)備能夠提供高質(zhì)量的自然光效果，滿足照明應(yīng)用中對色彩準確性和視覺舒適度的高要求。

圖3 α-石英中Eu2+的占位和Al3+取代部分Si4+結(jié)構(gòu)示意圖

（1）熒光粉的光致發(fā)光激發(fā)(PLE)和光致發(fā)光(PL)光譜特性

使用光譜儀測試了SiO2:0.06Al3+,0.005Eu2+熒光粉的光致發(fā)光激發(fā)(PLE)光譜和光致發(fā)光(PL)光譜，結(jié)果如圖2所示。從圖4(a)可以看出，PLE光譜顯示，該熒光粉在250~420 nm范圍內(nèi)有強吸收，表明該熒光粉可被紫外光有效激發(fā)。在365 nm激發(fā)下，SiO2:0.06Al3+,0.005Eu2+粉末發(fā)出明亮的青色光，其PL光譜顯示在459 nm處有一個寬發(fā)射峰，發(fā)射帶覆蓋了390~675 nm，半高寬(FWHM)為114 nm，遠寬于商用藍色熒光粉BaMgAl10O17:Eu2+(BAM:Eu2+)。PL光譜可以分解為兩個高斯子帶，表明存在兩種不同的發(fā)光中心。圖4(b)為不同Al3+濃度(x = 0-0.06)的SiO2:xAl3+,0.005Eu2+熒光粉的PL光譜，從圖中可以看出，隨著Al3+濃度的增加，PL強度逐漸增強，F(xiàn)WHM略微變寬，這表明Al3+共摻雜可以有效調(diào)節(jié)Eu2+在SiO2中的光致發(fā)光。圖4(c)為不同Eu2+濃度(y = 0.001-0.007)時熒光粉的PL光譜顯示，隨著Eu2+濃度的增加，F(xiàn)WHM逐漸變寬，表明Eu2+捕獲激子發(fā)射增強。在y = 0.005時達到最大值，之后由于濃度猝滅效應(yīng)，PL強度開始減弱。

圖4 

（a）SiO2:0.06Al3+，0.005Eu2+的歸一化PLE (λem = 459 nm)和PL (λex = 365 nm)光譜

（b）365 nm光激發(fā)時不同Al3+濃度(x = 0-0.06)的SiO2:xAl3+,0.005Eu2+熒光粉PL光譜

（c）365 nm光激發(fā)時不同Eu2+濃度(y = 0.001-0.007)時熒光粉的PL光譜

（2）熱穩(wěn)定性和色度穩(wěn)定性測試

隨著LED芯片長時間工作，其工作溫度會升高，因此熒光粉的熱穩(wěn)定性和色度穩(wěn)定性對于保證LED的長期性能至關(guān)重要。測試了在365 nm激發(fā)下，SiO2:0.005Eu2+和SiO2:0.06Al3+,0.005Eu2+在298~548 K范圍內(nèi)溫度依賴的PL光譜，測試結(jié)果如圖5(a)所示，可以看出Al3+的引入不僅拓寬了熒光粉的青色發(fā)射帶，還提高了熱穩(wěn)定性。圖5(b)為引入和未引入Al3+的熒光粉從298~548 K的CIE 1931色度坐標，從圖中可以看出，引入Al3+的熒光粉表現(xiàn)出較小的色度漂移，表明其色度穩(wěn)定性更好。

圖5 （a）熒光粉溫度依賴性PL光譜(λex = 365 nm)；（b）CIE色度坐標。

（3）在pc-wLED上的應(yīng)用

SiO2:Al3+,Eu2+熒光粉具有寬帶青色發(fā)射、高量子效率和良好的熱穩(wěn)定性等優(yōu)勢，在制造高質(zhì)量全可見光譜白光LED照明領(lǐng)域展現(xiàn)出巨大的潛力。通過將青色熒光粉SiO2:0.06Al3+,0.005Eu2+和橙紅色熒光粉(Ca,Sr)AlSiN3:Eu2+涂覆在紫外線LED芯片(λem = 365 nm)上，可制造一個簡單的雙色pc-wLED設(shè)備(設(shè)備1)。圖6(a)上圖展示了設(shè)備1在20 mA電流驅(qū)動下的EL光譜，從圖中可以看出設(shè)備1成功實現(xiàn)了完全覆蓋整個可見光譜的連續(xù)光譜，圖6(a)下圖展示了使用商用藍色熒光粉BAM:Eu2+制造的pc-wLED(設(shè)備2)，可以看出其光譜存在明顯的青色-綠色間隙問題。圖6(b)為設(shè)備1在20~200 mA驅(qū)動電流下的EL光譜，從圖中可以看出，EL強度呈現(xiàn)先增加后降低的趨勢，在150 mA時達到最大強度。隨著驅(qū)動電流的增加，色度坐標、CRI值和相關(guān)色溫(CCT)的變化如圖6(c-d)所示?？梢钥闯?，CRI和CCT值也沒有顯著變化，只發(fā)生了輕微的坐標漂移，這表明該pc-wLED在不同驅(qū)動電流下具有出色的色穩(wěn)定性。

圖6 

（a）SiO2:Al3+、Eu2+ + (Ca,Sr)AlSiN3:Eu2+(上)和BAM:Eu2+ + (Ca,Sr)AlSiN3:Eu2+(下)制備的wLED的EL光譜；

（b）器件1的pc-wLED驅(qū)動電流(20-200 mA)依賴性發(fā)射光譜；

（c）CIE色度坐標；

（d）CTT和Ra值。

文獻成功開發(fā)了一種新型寬帶青色發(fā)光熒光粉SiO2:Al3+,Eu2+，利用由提供的光譜儀可精確測量其光譜特性，揭示其在填補傳統(tǒng)白光LED“青色間隙”、實現(xiàn)全光譜照明方面的巨大潛力。光譜儀在測量熒光粉的光致發(fā)光激發(fā)和發(fā)射光譜、分析溫度依賴性、評估色度穩(wěn)定性和量子效率方面發(fā)揮了關(guān)鍵作用，為優(yōu)化熒光粉性能和評估其在pc-wLEDs中的實際操作穩(wěn)定性提供了重要數(shù)據(jù)支持，從而證實了SiO2:Al3+,Eu2+熒光粉在提升照明質(zhì)量方面的優(yōu)勢和應(yīng)用前景。