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LED照明与光色测量
点击次数：223 发布时间：2014/12/22 11:33:02
LED照明与光色测量
1、LED的工作原理
发光二极管（LED）是一种能把电能转化为光能的固体器件，它的结构主要由PN结芯片、电极和光学系统等组成。LED的基本的工作原理是一个电光转换过程，当一个正向偏压施加于PN结两端，由于PN结势垒的降低，P区的正电荷将向N区扩散，N区的电子也向P区扩散，同时在两个区域形成非平衡电荷的积累。由于电流注入产生的少数载流子是不稳定的，对于PN结系统，注入到价带中的非平衡空穴要与导带中的电子复合，其中多余的能量将以光的形式向外辐射，电子和空穴的能量差越大，产生的光子的能量就越高。能量级差大小不同，产生光的频率和波长就不同，相应的光的颜色就不同。光行天下科技网http://www.opticsky.net
图2LED的工作原理
2、LED的光参数
图3LED的主要光参数
（1）光通量
光通量是光源在单位时间内发出的光量，也即辐射功率（或辐射通量）能够被人眼视觉系统所感受到的那部分有效当量。光通量的符号为Φ，单位为流明（lm）。根据光谱辐射通量Φ（λ），由下式可确定光通量。
式中V（λ）为相对光谱光视效率，Km为辐射的光谱光视效能的值，单位为lm/W，1977年由计量委员会确定Km值为683lm/W（λm=555nm）。
（2）光强度 
单位为勒克斯（lx），1lx=1lm/m2。
（5）其它
光谱、色品坐标、主波长和色纯度、色温和相关色温、显色性和显色指数等。
图4其他参数
3、LED光色测量的必要性
（1）避免危害
LED与传统的照明灯不同，它具有点光源、高亮度、窄光束输出等特点。当LED应用于照明器具时，如果对出光角不加严格的控制就会产生强烈的眩光，某些高亮度LED产品甚至会对人体造成一定的光辐射危害。光色测量可为LED的安全使用提供指导。
2）促进LED产业的发展
LED的光色测量能提供大量的实验数据，可作为判定LED产品合格与否的标准，并可为改进LED的设计、制造提供依据。
二、LED的光色测量
1、光通量
（1）积分法
测得LED在各个方向的光强，然后由这些光强值计算得到LED的总光通量。
图5积分球法测LED光通量
（2）积分球法
积分球又称为光通球，是一个中空的完整球壳。内壁涂白色漫反射层，且球内壁各点漫射均匀。光源在球壁上任意一点上产生的光照度是由多次反射光产生的光照度叠加而成的。由积分学原理可得，球面上任意一点的光照度为与光源光通量成正比，因此可利用已知光通量的标准灯与被测灯进行比较得到被测灯的光通量，如图6（a）所示。但是由于标准灯与被测灯的物理结构以及性质的不同，如吸收，在利用积分球法测试光通量时需要对测试结果进行修正，可采用辅助灯的方法，如图6（b）所示。
图6 积分球法测LED光通量
（3）2p立体角光通量的测试
利用积分球法测试LED光通量时还有一种测试结构，如图7所示，称为前射光通量的测试或2p立体角光通量。该测试并不是测试LED的总光通量，但是人们常常将其与测试LED的总光通量混淆。
图7LED的2p立体角光通量测试
2、光强度
对于LED的光强的测试，CIE-127规定了两种测试条件，如图8和表1所示。
图8 LED光强测试
表1：CIE-127规定了两种测试条件 
3、光亮度
LED亮度的测试一般应用于测试LED芯片的亮度和评价LED光辐射安全性的过程中。测试一般采用成像法，对于芯片的测试可以采用显微成像进行测量.
4、光照度
光照度实际上并不能算是LED的光学参数，照度是表示被照射表面受照程度的光学量。而且测试单个LED的对某点或某面的照度没有太大意义，因为一般情况下对实际场合的照明都是由多个LED共同完成的。
5、其它参数
色品坐标、主波长和色纯度、色温和相关色温、显色性和显色指数等参数的测试可以利用相关色度计或者采用光谱仪进行测试。
欢迎来电垂询13006603924 郑峰
1、LED的工作原理
发光二极管（LED）是一种能把电能转化为光能的固体器件，它的结构主要由PN结芯片、电极和光学系统等组成。LED的基本的工作原理是一个电光转换过程，当一个正向偏压施加于PN结两端，由于PN结势垒的降低，P区的正电荷将向N区扩散，N区的电子也向P区扩散，同时在两个区域形成非平衡电荷的积累。由于电流注入产生的少数载流子是不稳定的，对于PN结系统，注入到价带中的非平衡空穴要与导带中的电子复合，其中多余的能量将以光的形式向外辐射，电子和空穴的能量差越大，产生的光子的能量就越高。能量级差大小不同，产生光的频率和波长就不同，相应的光的颜色就不同。光行天下科技网http://www.opticsky.net
图2LED的工作原理
2、LED的光参数
图3LED的主要光参数
（1）光通量
光通量是光源在单位时间内发出的光量，也即辐射功率（或辐射通量）能够被人眼视觉系统所感受到的那部分有效当量。光通量的符号为Φ，单位为流明（lm）。根据光谱辐射通量Φ（λ），由下式可确定光通量。
式中V（λ）为相对光谱光视效率，Km为辐射的光谱光视效能的值，单位为lm/W，1977年由计量委员会确定Km值为683lm/W（λm=555nm）。
（2）光强度
光行天下科技网http://www.opticsky.net
光源在给定方向上的发光强度是该光源在该方向的立体角元dΩ内传输的光通量dΦ除以该立体角元之商，即
发光强度的单位是坎德拉（cd），1cd=1lm/1sr。空间各个方向的光强之和就是光通量。
（3）光亮度
光源发光表面上某一点处的亮度是该面元dS在给定方向上的发光强度除以该面元在垂直于给定方向的平面上的正投影面积之商，即：
单位为坎德拉每平方米（cd/m2）。当发光表面与测量方向垂直时，则cosθ=1。
（4）光照度
表面上一点的照度是入射在包含该点面元上的光通量dΦ除以该面元面积dS之商。即
光源在给定方向上的发光强度是该光源在该方向的立体角元dΩ内传输的光通量dΦ除以该立体角元之商，即
发光强度的单位是坎德拉（cd），1cd=1lm/1sr。空间各个方向的光强之和就是光通量。
（3）光亮度
光源发光表面上某一点处的亮度是该面元dS在给定方向上的发光强度除以该面元在垂直于给定方向的平面上的正投影面积之商，即：
单位为坎德拉每平方米（cd/m2）。当发光表面与测量方向垂直时，则cosθ=1。
（4）光照度
表面上一点的照度是入射在包含该点面元上的光通量dΦ除以该面元面积dS之商。即
单位为勒克斯（lx），1lx=1lm/m2。
（5）其它
光谱、色品坐标、主波长和色纯度、色温和相关色温、显色性和显色指数等。
图4其他参数
3、LED光色测量的必要性
（1）避免危害
LED与传统的照明灯不同，它具有点光源、高亮度、窄光束输出等特点。当LED应用于照明器具时，如果对出光角不加严格的控制就会产生强烈的眩光，某些高亮度LED产品甚至会对人体造成一定的光辐射危害。光色测量可为LED的安全使用提供指导。
2）促进LED产业的发展
LED的光色测量能提供大量的实验数据，可作为判定LED产品合格与否的标准，并可为改进LED的设计、制造提供依据。
二、LED的光色测量
1、光通量
（1）积分法
测得LED在各个方向的光强，然后由这些光强值计算得到LED的总光通量。
图5积分球法测LED光通量
（2）积分球法
积分球又称为光通球，是一个中空的完整球壳。内壁涂白色漫反射层，且球内壁各点漫射均匀。光源在球壁上任意一点上产生的光照度是由多次反射光产生的光照度叠加而成的。由积分学原理可得，球面上任意一点的光照度为与光源光通量成正比，因此可利用已知光通量的标准灯与被测灯进行比较得到被测灯的光通量，如图6（a）所示。但是由于标准灯与被测灯的物理结构以及性质的不同，如吸收，在利用积分球法测试光通量时需要对测试结果进行修正，可采用辅助灯的方法，如图6（b）所示。
图6 积分球法测LED光通量
（3）2p立体角光通量的测试
利用积分球法测试LED光通量时还有一种测试结构，如图7所示，称为前射光通量的测试或2p立体角光通量。该测试并不是测试LED的总光通量，但是人们常常将其与测试LED的总光通量混淆。
图7LED的2p立体角光通量测试
2、光强度
对于LED的光强的测试，CIE-127规定了两种测试条件，如图8和表1所示。
图8 LED光强测试
表1：CIE-127规定了两种测试条件
3、光亮度
LED亮度的测试一般应用于测试LED芯片的亮度和评价LED光辐射安全性的过程中。测试一般采用成像法，对于芯片的测试可以采用显微成像进行测量.
4、光照度
光照度实际上并不能算是LED的光学参数，照度是表示被照射表面受照程度的光学量。而且测试单个LED的对某点或某面的照度没有太大意义，因为一般情况下对实际场合的照明都是由多个LED共同完成的。
5、其它参数
色品坐标、主波长和色纯度、色温和相关色温、显色性和显色指数等参数的测试可以利用相关色度计或者采用光谱仪进行测试。
欢迎来电垂询13006603924 郑峰
原创作者：深圳市恩慈电子有限公司
