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LED行业标准/ b9 U4 D2 @) S
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9 l. ]3 }. c2 ~% f 1、前言 , m5 A3 f6 L) [) X- o& b
近30年来，LED发光二极管的技术经历了飞速发展的过程。LED以其固有的高效率、长寿命、低损耗、耐振动、响应速度快等优点得到了广泛的应用，比如指示灯、显示屏、交通信号灯等，目前正在探索把它应用于照明领域。 , _+ D6 a( g8 H
由于我国还未建立LED光度标准，严重地影响了LED产品质量的提高和量值的统一，影响着国际贸易和国际间LED技术方面的交流和推广，因此，虽然近几年来我国的LED产品质量和品种有所提高，但与国外先进国家相比差距较明显。 z0 |; m% A( e. E \- c- D3 Q5 g
在这种形势下，我们着手对LED光学参数的测量进行了细致的研究，并进行了LED国家光度标准的建立工作。 + {8 e3 o$ K( L+ W5 G& ~& {
2、LED光参数介绍 7 y5 P" H! [" I L( C* k6 J# T# [: u
LED的光学参数中重要的几个方面就是：光通量、发光效率、发光强度、光强分布、波长。 7 O1 L+ V8 r8 D9 d3 [ z
2.1发光效率和光通量 0 y5 e% k" v% T9 k" F# Y- |
发光效率就是光通量与电功率之比。发光效率表征了光源的节能特性，这是衡量现代光源性能的一个重要指标。 ( }5 Q" l, T+ |+ M. G/ j$ v/ m
2.2发光强度和光强分布 # M; V& g5 D2 n
LED发光强度是表征它在某个方向上的发光强弱，由于LED在不同的空间角度光强相差很多，随之而来我们研究了LED的光强分布特性。这个参数实际意义很大，直接影响到LED显示装置的最小观察角度。比如体育场馆的LED大型彩色显示屏，如果选用的LED单管分布范围很窄，那么面对显示屏处于较大角度的观众将看到失真的图像。而且交通标志灯也要求较大范围的人能识别。
5 k2 ^, I' A- r' l2.3波长
2 x* z2 C3 N3 p* O3 P4 _7 P2 w 对于LED的光谱特性我们主要看它的单色性是否优良，而且要注意到红、黄、蓝、绿、白色LED等主要的颜色是否纯正。因为在许多场合下，比如交通信号灯对颜色就要求比较严格，不过据观察现在我国的一些LED信号灯中绿色发蓝，红色的为深红，从这个现象来看我们对LED的光谱特性进行专门研究是非常必要而且很有意义的。 7 V9 ]0 Y! [; y* O. g; |3 }2 O
3、LED光度测量原理 ( T5 s! t) u" q# E' w* x Y
3.1光强度的测量方法
" h3 n* t& @- O" D. i" B5 T1 P 把光强标准灯，LED和配有V（λ）滤光片的硅光电二极管安装和调试在光具座上，特别是严格地调灯丝位置，LED发光部位及接受面位置。 ! q8 k' \- V" L
先用光强标准灯校准硅光电二极管，Ｃ=E/S
: E, I4 u+ M4 G/ J式中Ｅｓ=IS/(d2s) + e0 ~1 p. _: {" g
ｄｓ是标准灯与接受器之间的距离，Ｉｓ是标准灯的光强度，Ｒｓ是标准灯的响应。 5 Y8 _0 y6 H) |& b& [1 A
Ｅｓ=Ｃ•Ｒｔ式中Ｅｔ是被测ＬＥＤ的照度，Ｒｔ是被测ＬＥＤ的响应，则ＬＥＤ的光强度Ｉｔ为：Ｉｔ=Ｅｔ•d2ｔ 式中ｄｔ是LED与接受面之距离。 6 b: k( w9 V* H) j. j
对于LED来讲，其发光面是圆盖形状的，光分布是很特殊的，所以在不同的测量距离下，光强值会变化，偏离距离平方反比定律，即使固定了测量距离，但是由于接受器接受面积不同，其光强值也会变化。因此，为了提高测量精度，应该把测量距离和接受面积大小相对地给予固定为好。例如，测量距离按照GIE推荐采用316ｍｍ，接受器面积固定为10×10ｍｍ。在同一测量距离下，LED转角不同，其光强也相应地有变化，因此为了获得最佳值，最好读出最大读数Ｒｔ为佳。
' w# ~) i8 U2 L0 j3.2光通量的测量方法 & ?" j( |" i- |4 E5 {% p
光通量测量在变角光度计的转台上进行，转台上安转了LED，该转台在其水平面上绕着垂直轴旋转±90度，LED在垂直面上绕着测光轴旋转360度。在水平面上和垂直面上的转角的控制是通过步进马达来实现的。转台在导轨上随意移动，当测量标准灯时，转台应离开导轨。
& C4 H$ f: @! A 测量时大转盘在水平面上绕垂直轴旋转，步进角度为0.9°，正方向90°，反方向90°。LED自身也在旋转，在每一个水平角度下，垂直平面上每隔18°进行一次信号采集，转完360°之后共采集到20个数据，按下式计算总光通量。 8 k) [/ U% i3 v4 }$ z
如果大盘旋转０°～90°时，小盘转０°～360°即可。但是大盘旋转0°～90°时，有可能ＬＥＤ安装不均匀（不对称）而引起误差，因此最好的解决办法是大盘转－９０°～０°～９０°，小盘仍然转０°～３６０°，把大盘０°～９０°和－９０°～０°两个范围内绝对值相等的角度上的照度值取平均值来作为０°～９０°内的值。 5 ]5 }1 E2 X5 d2 |! J1 X
LED总光通量测量的第二种方法是积分求法。此方法的优点是简单易行，但测量精度不高。LED的总光通量计算方法如下，先计算离积分球入射窗口（入射窗口面积Ａ）１距离上标准灯（光强值Ｉｓ）进入积分球内的光通量Φｓ，Φｓ=Ｉｓ•Ａ／Ｉ2 读出接收器上的光电流信号ｉs，然后把LED置于窗口上，读出相应的接收器光电流信号it，则LED的总光通量Φ为：
1 y8 K" P- H1 SΦt=It/IsΦs•K & G$ I; E% [9 A( Z c
式中Ｋ为色修正系数。 ) S$ a9 u0 H+ T0 ^9 f
3.3 LED的光谱功率分布测量方法： 0 I# C& o5 _; S/ ^
发光二极管的光谱功率分布测量，目的是掌握LED的光谱特性和色度，再者是为了对已测得的LED的光度量值进行修正。 4 X/ f4 B) D: G9 ]& G" f
在测量LED光谱功率分布时，应注意以下几点，一个是在与标准光谱辐照度进行比较时由于标准灯的光谱辐强度比LED强得多，为了避免这个问题，最好在标准灯前加一个中性滤光片，使它的光谱辐强度接近于LED。
: b9 `& T) v+ e; i( t. G, j LED的光谱宽度很窄，为了准确地描绘LED的光谱分布轮廓，最好采用窄带波长宽度的单色仪进行测量，波长间隔为１ｎｍ为好。
7 R3 t" v$ i# F- k% m按下式计算LED的光谱功率分布Ｅｔ。
8 m/ P+ b' J$ P: W9 B3 dEtλ=Esλ•Itλ/Isλ
, F; [7 H! g( x' [) q式中ｉ是标准灯在波长ｉ处的响应；Ｅ是标准灯的光谱功率分布；ｉ是LED在波长λ处的响应。
$ M, _& |6 D4 t% d( mLED的色坐标计算公式为：
- T# f' v9 E6 xx=∫Etλ•xλdλ / ~& l0 U9 G \: _* W- V
y=∫Etλ•ydλ
9 G) @ F [; c9 `. o- L4 n+ mz=∫Etλ•ydλ B2 ?% O f8 K7 [
色坐标为：
& P6 r& g% K3 ?, ? ｘ=X/(X+Y+Z)
# F! I# R. i, M. i' l) G, N; I ｙ=X/(X+Y+Z)
( f5 f8 v; B _) r% N `也可计算LED的主波长和色纯度。 ) |& ^+ U8 \/ c
4、结束语
; u& s9 v8 C: Y1 N 目前LED的国家光度标准装置已建立并标定了相当数量的标准LED管，在此过程中我们积累了大量的经验，此后我们将对各级计量部门和全面LED生产单位进行量值传递，统一监督。这将对我国LED的质量水平的提高起到促进作用，也会为国家高科技领域的研究发展从一个方面提供保障。 |
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发表于 2009-7-25 18:38:58
