- LED的結(jié)構(gòu)
- LED的光電性能評(píng)價(jià)
- 光通量和輻射通量
- 光強(qiáng)和發(fā)光角
- 光譜功率分布
- 色品坐標(biāo)
1)顯示：如指示燈、信號(hào)燈、警示燈、顯示屏等；
2)照明：手電筒、礦燈、定向照明燈、輔助照明燈等；
3)功能輻射：如生物分析、光療、光固化、植物照明等。
照明用LED與傳統(tǒng)光源相比，它有自身的優(yōu)勢(shì)和弱點(diǎn)。就目前的LED技術(shù)來(lái)看，它具有體積小、易集成化、壽命長(zhǎng)、耐振動(dòng)、IP等級(jí)高、定向發(fā)光、熱輻射小等優(yōu)點(diǎn)。但也存在燈功率低、光通量小、光效不夠高、PN結(jié)散熱困難、光斑的亮度和色度均勻性差等不足。當(dāng)然，照明用LED剛剛起步，技術(shù)發(fā)展的潛力很大。要達(dá)到一般照明光源的要求還要經(jīng)過(guò)很多年的努力。
每一種光源都有其自身的特點(diǎn)。無(wú)論是白熾燈、熒光燈、金鹵燈、無(wú)極熒光燈、無(wú)汞熒光燈、以及照明用LED，都具有自身特有的光電性能，安全性能、環(huán)保性能及性價(jià)比。LED在照明的應(yīng)用中具有很強(qiáng)的潛在優(yōu)勢(shì)，應(yīng)用場(chǎng)合及市場(chǎng)份額會(huì)迅速擴(kuò)大，但也不能片面認(rèn)為L(zhǎng)ED將來(lái)會(huì)完全取代傳統(tǒng)光源。隨著照明科技的發(fā)展，對(duì)未來(lái)照明光源的評(píng)價(jià)不僅僅是著眼于光效范疇，還應(yīng)強(qiáng)調(diào)照明效果、光的舒適性、光的生物效應(yīng)、光的安全性評(píng)價(jià)，以及環(huán)保性能、資源消耗的評(píng)價(jià)。
由于LED是一個(gè)定向輻射光源，帶有成像光學(xué)系統(tǒng)，而且是帶狀光譜輻射源，因此在光電性能測(cè)試中，往往因測(cè)試方法不統(tǒng)一，儀器性能的差別大，操作不規(guī)范等等因素，難以得到比較一致、準(zhǔn)確的結(jié)果。我們根據(jù)LED芯片、材料、LED封裝、組合LED燈和燈具的各個(gè)階段的不同要求，針對(duì)LED特殊的光電特性，對(duì)關(guān)鍵的技術(shù)問(wèn)題進(jìn)行深入的研究和攻關(guān)，研制了一系列的LED專用檢測(cè)設(shè)備，并在許多工廠實(shí)際應(yīng)用，取得了較好的效果。
二、照明用LED的光電性能評(píng)價(jià)
照明用LED的光電性能主要包括電性能、光安全性能和光色性能等三個(gè)方面。
1.電流/電壓參數(shù)（正、反向）
LED的電性能具有典型的PN結(jié)伏安特性，不同的電流直接影響LED的發(fā)光亮度和PN結(jié)的結(jié)溫。在照明應(yīng)用中,為了獲得大功率的LED燈，往往將許多個(gè)發(fā)光二極管通過(guò)一定的串并聯(lián)方式組合在一起，相關(guān)的各個(gè)LED的特性必須匹配，在交流工作狀態(tài)還必須考慮其反向電特性，因此必須測(cè)試它們?cè)诠ぷ鼽c(diǎn)上的正向電流和正向壓降，以及反向漏電流和反向擊穿電壓等參數(shù)。
2.光通量和輻射通量
發(fā)光二極管單位時(shí)間內(nèi)發(fā)射的總電磁能量稱為輻射通量，也就是光功率(W)。對(duì)于照明用LED光源，我們更關(guān)心的是照明的視覺(jué)效果，即光源發(fā)射的輻射通量中能引起人眼感知的那部分當(dāng)量，稱作為光通量ΦV(1m)。光通量ΦV與輻射通量P之間的關(guān)系為：
上式中的P(λ)為光源光譜輻射通量；V(λ)為人眼的明視覺(jué)光譜光視效率函數(shù)，λ2和λ1為上、下限波長(zhǎng)。
輻射通量與器件的電功率之比表示LED的輻射效率；光通量與器件的電功率之比表示LED的發(fā)光效率，單位lm/W。由于LED是定向出射光，如果從照明效果來(lái)評(píng)價(jià)，其照明性能更明顯。LED的出射光到達(dá)工作面的有效光通量與總光通量之比表示為L(zhǎng)ED的光利用系數(shù)。顯然照明用LED的光利用系數(shù)比普通各向發(fā)光的照明光源要高一些。
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3.光強(qiáng)和發(fā)光角
無(wú)論是應(yīng)用于顯示或照明工程的LED，其光強(qiáng)及其空間分布都是十分重要的參數(shù)。LED燈的定向發(fā)光特性，對(duì)于某些局部或定向照明往往會(huì)達(dá)到非常好的照明效果。LED的發(fā)光強(qiáng)度指在給定方向上單位立體角內(nèi)所發(fā)射的光通量：
I=dΦ/dΩ（cd）
光強(qiáng)分布曲線是表示LED發(fā)光在空間各方向的分布狀態(tài)。在照明應(yīng)用中計(jì)算工作面的照度均勻性和LED燈的空間布置，光強(qiáng)分布是最基本的數(shù)據(jù)。對(duì)于空間光束為旋轉(zhuǎn)對(duì)稱型分布的LED，用一個(gè)過(guò)光束軸平面上的曲線表示即可。對(duì)光束為橢圓形分布的LED，則用過(guò)光束軸及橢圓形長(zhǎng)短軸的兩個(gè)垂直平面上的曲線來(lái)表示。對(duì)于非對(duì)稱的復(fù)雜圖形，一般用過(guò)光束軸的六個(gè)以上截面的平面曲線來(lái)表示。
發(fā)光角（或光束角）通常用半強(qiáng)度角θ1/2表示，即在光強(qiáng)分布圖中光強(qiáng)大于等于峰值光強(qiáng)1/2時(shí)所包含的光束角度。
4.光譜功率分布
LED的光譜功率分布表示輻射功率隨波長(zhǎng)的變化函數(shù)，它既確定了發(fā)光的顏色，也確定了它的光通量以及它的顯色指數(shù)。通常用相對(duì)光譜功率分布S(λ)表示。光譜功率沿峰值兩邊下降到其值的50％時(shí)，所對(duì)應(yīng)的兩個(gè)波長(zhǎng)之差Δλ＝λ2-λ1，即為光譜帶寬。
5.色品坐標(biāo)
任何一種光源的顏色均可以用CIE1931XYZ色度系統(tǒng)中的一個(gè)坐標(biāo)點(diǎn)(x,y)來(lái)表示，
對(duì)于彩色LED，用主波長(zhǎng)和色純度則更能直觀地表達(dá)發(fā)光的顏色特性。LED的主波長(zhǎng)表明了顏色的色調(diào)，而色純度則代表了該顏色的鮮艷程度。
照明用LED的色品坐標(biāo)的容差范圍目前還沒(méi)有相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)。建立幾種規(guī)格的LED色度范圍以及相應(yīng)的容差，對(duì)于統(tǒng)一LED的色度及在照明領(lǐng)域的推廣使用具有十分重要的意義，就目前的技術(shù)現(xiàn)狀，照明用LED存在三種技術(shù)：
1)蘭光芯片，外面涂覆蘭光激發(fā)的黃綠熒光粉，為了降低色溫或改善顯色性，可再加入適量的紅色熒光粉；
2)紫外光芯片，紫外光激發(fā)紅、綠、蘭幾種混合熒光粉發(fā)光；
3)紅、綠、蘭三種芯片的組合，通過(guò)不同面積或電流的芯片組合，得到各種色溫的白光LED。
照明用LED的顏色均勻性及色度漂移是比較明顯的一個(gè)問(wèn)題，尤其是蘭光芯片加熒光粉的LED，由于芯片上的熒光粉層不均勻，溫度引起的波長(zhǎng)偏移及光衰、光輸出用封裝窗口材料對(duì)不同顏色光的色散等，不同方向的光束可能存在較明顯的色差。而紅、綠、蘭芯片組合的白光LED也存在類似問(wèn)題，溫度對(duì)不同芯片的影響，芯片光衰的不一致及封裝材料對(duì)不同顏色芯片的色散等等，都會(huì)造成色度的不均勻和漂移。因此在照明用LED制造過(guò)程中，必須從設(shè)計(jì)到生產(chǎn)，工藝各個(gè)環(huán)節(jié)，對(duì)上述問(wèn)題都要嚴(yán)格控制。
6.色溫和顯色指數(shù)
對(duì)于白光LED等發(fā)光顏色基本為“白光”的光源用色品坐標(biāo)可以準(zhǔn)確地表達(dá)該光源的表觀顏色。但具體的數(shù)值很難與習(xí)慣的光色感覺(jué)聯(lián)系在一起。人們經(jīng)常將光色偏橙紅的稱為“暖色”，比較熾白或稍偏蘭的稱為“冷色”，因此用色溫來(lái)表示光源的光色會(huì)更加直觀。
光源的發(fā)光顏色與在某一溫度下黑體輻射的顏色相同時(shí)，則稱黑體的溫度為該光源的色溫(colortemperature)T，單位為開(kāi)(K)。對(duì)于白光LED，其發(fā)光顏色往往與各種溫度下的黑體（完全輻射體）的色品坐標(biāo)都不可能完全相同，這時(shí)就不能用色溫表示。為了便于比較，而采用相關(guān)色溫(CCT)的概念。也就是當(dāng)光源的色品與完全輻射體在某一溫度下的色品最接近，即在1960CIE-UCS色品圖上的色品差最小時(shí)，則該完全輻射體的溫度稱為該光源的相關(guān)色溫R1。
用于照明工程的LED，尤其是白光LED，除表現(xiàn)顏色外，更重要的特性往往是周圍的物體在LED光照明下所呈現(xiàn)出來(lái)的顏色與該物件在完全輻射（如日光）下的顏色是否一致，即所謂的顯色特性。
1974年CIE推薦了用“試驗(yàn)色”法來(lái)定量評(píng)價(jià)光源顯色性的方法，它是測(cè)量參照光源照明下和待測(cè)光源照明下標(biāo)準(zhǔn)樣品的總色位移量為基礎(chǔ)來(lái)規(guī)定待測(cè)光源的顯色性，用一個(gè)顯色指數(shù)值來(lái)表示。CIE規(guī)定用完全輻射體或標(biāo)準(zhǔn)照明體D作為參照光源，并將其顯色指數(shù)定為100，還規(guī)定了若干測(cè)試用的標(biāo)準(zhǔn)色樣。
根據(jù)在參照光源下和待測(cè)光源下，上述標(biāo)準(zhǔn)色樣形成的色差來(lái)評(píng)定待測(cè)光源顯色性的好壞。光源對(duì)某一種標(biāo)準(zhǔn)色樣品的顯色指數(shù)稱為特殊顯色指數(shù)R1。
R1=100-4.6△Ei
式中△Ei為第i號(hào)標(biāo)準(zhǔn)色樣在參照光源下和待測(cè)光源下的色差。
CIE推薦的標(biāo)準(zhǔn)色樣共有14種。其1-8號(hào)為中等飽和度、中等明度的常用代表性色調(diào)樣品，第9至14號(hào)樣品包括紅、黃、綠、藍(lán)等幾種飽和色、歐美的皮膚色和樹(shù)葉綠色。在一些特殊場(chǎng)合使用的LED光源，必須考核其特殊的顯色指數(shù)。1985年國(guó)家制定了“光源顯色性評(píng)價(jià)方法”標(biāo)準(zhǔn)，并增加了中國(guó)人女性膚色的色樣，作為第十五種標(biāo)準(zhǔn)色樣。這對(duì)于評(píng)價(jià)在電視演播室、商場(chǎng)、美容場(chǎng)所等照明用LED光源的顯色性尤為重要。
光源對(duì)前8個(gè)顏色樣品的平均顯色指數(shù)稱為一般顯色指數(shù)Ra。
