普通照明用LED光源的特性

1、概述

　　近年來(lái)LED的研發(fā)、生產(chǎn)和應(yīng)用飛速發(fā)展。藍(lán)光LED的發(fā)明使得LED應(yīng)用于普通照明領(lǐng)域成為了可能，伴隨著高效、大功率LED技術(shù)的不斷突破，LED將最有可能成為本世紀(jì)應(yīng)用最廣泛的照明光源。


　　對(duì)于LED的特性，因其應(yīng)用領(lǐng)域的不同需進(jìn)一步統(tǒng)一認(rèn)識(shí)，半導(dǎo)體行業(yè)和照明行業(yè)對(duì)LED的認(rèn)識(shí)存在著明顯的差別，用于指示（包括顯示）目的LED的特性和用于照明目的LED的特性也有所不同，相應(yīng)的物理測(cè)量方法和質(zhì)量評(píng)估方法也各不相同，使用的儀器也存在著一定的差別，各實(shí)驗(yàn)室的測(cè)試條件也不盡相同。

　　由于上述原因，各實(shí)驗(yàn)室對(duì)同一LED給出不同的測(cè)量結(jié)果是經(jīng)常發(fā)生的事。本文主要介紹照明LED的特性測(cè)量，介紹CIE在LED測(cè)量方面已取得的成果、 CIE第二分部（Division2）專(zhuān)家較為普遍認(rèn)同的物理測(cè)量方法、以及基于現(xiàn)有CIE技術(shù)文件的專(zhuān)用測(cè)量?jī)x器，并給出了典型的普通照明用LED光源的較為完整的物理測(cè)量報(bào)告。

　　2、普通照明用LED光源及其特性

　　普通照明LED，俗稱(chēng)“白光”LED。目前實(shí)現(xiàn)白光LED主要有兩條途徑：第一，用LED發(fā)出的藍(lán)光激發(fā)熒光粉，再與熒光粉發(fā)出的“黃光”進(jìn)行混光，最終得到白光；第二，用紅、、綠、藍(lán)三種不同的LED進(jìn)接混光，得到白光。

　　普通照明用LED光源的典型結(jié)構(gòu)示意圖如圖1-3所示。

　　無(wú)論是單個(gè)封裝好的LED還是由LED串組成的LED光源，它都不是物理學(xué)上最容易理解和描述的點(diǎn)光源或朗伯光源，它是由多個(gè)等效點(diǎn)光源所組成的分散的點(diǎn)光源（象：虛象和實(shí)象均存在，一般多數(shù)為虛象）的集合。LED光源所對(duì)應(yīng)的特定的點(diǎn)光源集合有著共同的特征：

　?。?）、在近場(chǎng)的不同距離下，其光強(qiáng)分布是不相同的；

　　（2）、在某一特定角度上（如法向），其近場(chǎng)發(fā)光強(qiáng)度不是恒定的，因而，照度隨距離平方成反比定律不成立；

　　（3）、由于LED芯片與封裝透鏡的位置敏感性和LED芯片的不對(duì)稱(chēng)性，LED光源在不同的C平面上有不同的光強(qiáng)分布曲線(xiàn)；

　?。?）、目前已進(jìn)入工業(yè)化生產(chǎn)的“白光”LED，其光譜混合是不均勻的，其顏色分布像光強(qiáng)分布曲線(xiàn)一樣，是隨距離和角度的不同而發(fā)生變化的，尤其是pcLED，往往存在一個(gè)色溫很高的藍(lán)色色中心。

　　3、普通照明用LED光源的測(cè)量方法和儀器

　　正是由于普通照明用LED光源存在著上述特性，其測(cè)量和品質(zhì)評(píng)價(jià)就需要特定的方法和專(zhuān)用的設(shè)備儀器來(lái)解決。CIE制定了一些LED測(cè)量方面的標(biāo)準(zhǔn)，一些標(biāo)準(zhǔn)還在制定之中，部分標(biāo)準(zhǔn)將成為CIE/ISO以及CIE/IEC的聯(lián)合標(biāo)準(zhǔn)，以統(tǒng)一國(guó)際間LED測(cè)量問(wèn)題。中國(guó)雖然只有為數(shù)不多的科技工作者在從事 LED測(cè)量工作，但中國(guó)的LED測(cè)量方法和儀器一直在跟蹤世界最新動(dòng)態(tài)，并受到了CIE的重視。下面逐個(gè)介紹照明LED主要特性的物理測(cè)量方法與儀器。

　　3．1 平均法向光強(qiáng)的測(cè)量

　　平均法向光強(qiáng)是最常用的LED質(zhì)量指標(biāo)，CIE Publication No.127-1997給予了明確的規(guī)定和描述，圖4明確表達(dá)了基本的測(cè)量方法，圖5為基于CIE? Publication No.127的測(cè)量?jī)x器，該儀器除能同時(shí)實(shí)現(xiàn)CIE Condition A、B外，還能讓被測(cè)LED轉(zhuǎn)動(dòng)角度，實(shí)現(xiàn)在不同角度下測(cè)量LED平均光強(qiáng)。

　　3．2 平均光強(qiáng)分布曲線(xiàn)和絕對(duì)光強(qiáng)分布曲線(xiàn)的測(cè)量

　　事實(shí)上只要讓圖4中的LED以前面的頂點(diǎn)為中心沿θ角轉(zhuǎn)動(dòng)起來(lái)，在不同θ角下記錄照度值，再根據(jù)距離平方反比定律計(jì)算出平均光強(qiáng)，那么所得的曲線(xiàn)即分別為在CIE Condition A、B下的平均光強(qiáng)分布曲線(xiàn)。

　　盡管上文已表述了LED不符合點(diǎn)光源的特性，不滿(mǎn)足距離平方反比定律，但當(dāng)距離足夠大時(shí)，如：LED光源所對(duì)應(yīng)的特定的點(diǎn)光源集合（象）的10倍，則距離平方反比定律又恢復(fù)為符合，由于此時(shí)探測(cè)器口徑所形成的張角已足夠小，“平均”一詞已不再重要，并可以加上“絕對(duì)”一詞，但一般可省略。圖6是某1W照明 LED分別在CIE Condition A、B下的光強(qiáng)分布曲線(xiàn)。

　　特別需要注意的是，在測(cè)試LED平均和絕對(duì)光強(qiáng)分布曲線(xiàn)時(shí)一定要注意被測(cè)平面的選取，為了方便起見(jiàn)，本文定義LED引角中心所決定的平面為CO°平面，并在此平面上測(cè)量光強(qiáng)隨θ角分布情況。在遠(yuǎn)距離（點(diǎn)光源條件下）的測(cè)試可能會(huì)涉及到較高靈敏度的寬線(xiàn)性動(dòng)態(tài)范圍的光照度計(jì)，這是相對(duì)較為昂貴的儀器，測(cè)試環(huán)境要求也相對(duì)較高。相關(guān)測(cè)試儀器如圖7所示。

　　此外，由于LED光源是一種窄帶光譜的光源，根據(jù)CIE Publication No.127的要求，對(duì)探測(cè)器進(jìn)行按式（1）所述的SCF修正是必要的，但是實(shí)驗(yàn)表明，優(yōu)質(zhì)V（λ）探測(cè)器在對(duì)普通照明用LED光源測(cè)量時(shí)，即使不修正也能得到滿(mǎn)意的結(jié)果，其不確定度可以做到±3%甚至更好。