- LED的結構
- LED的光電性能評價
- 光通量和輻射通量
- 光強和發(fā)光角
- 光譜功率分布
- 色品坐標
1)顯示：如指示燈、信號燈、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)勢和弱點。就目前的LED技術來看，它具有體積小、易集成化、壽命長、耐振動、IP等級高、定向發(fā)光、熱輻射小等優(yōu)點。但也存在燈功率低、光通量小、光效不夠高、PN結散熱困難、光斑的亮度和色度均勻性差等不足。當然，照明用LED剛剛起步，技術發(fā)展的潛力很大。要達到一般照明光源的要求還要經(jīng)過很多年的努力。
每一種光源都有其自身的特點。無論是白熾燈、熒光燈、金鹵燈、無極熒光燈、無汞熒光燈、以及照明用LED，都具有自身特有的光電性能，安全性能、環(huán)保性能及性價比。LED在照明的應用中具有很強的潛在優(yōu)勢，應用場合及市場份額會迅速擴大，但也不能片面認為LED將來會完全取代傳統(tǒng)光源。隨著照明科技的發(fā)展，對未來照明光源的評價不僅僅是著眼于光效范疇，還應強調(diào)照明效果、光的舒適性、光的生物效應、光的安全性評價，以及環(huán)保性能、資源消耗的評價。
由于LED是一個定向輻射光源，帶有成像光學系統(tǒng)，而且是帶狀光譜輻射源，因此在光電性能測試中，往往因測試方法不統(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、準確的結果。我們根據(jù)LED芯片、材料、LED封裝、組合LED燈和燈具的各個階段的不同要求，針對LED特殊的光電特性，對關鍵的技術問題進行深入的研究和攻關，研制了一系列的LED專用檢測設備，并在許多工廠實際應用，取得了較好的效果。
二、照明用LED的光電性能評價
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結伏安特性，不同的電流直接影響LED的發(fā)光亮度和PN結的結溫。在照明應用中,為了獲得大功率的LED燈，往往將許多個發(fā)光二極管通過一定的串并聯(lián)方式組合在一起，相關的各個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，因此必須測試它們在工作點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)。對于照明用LED光源，我們更關心的是照明的視覺效果，即光源發(fā)射的輻射通量中能引起人眼感知的那部分當量，稱作為光通量ΦV(1m)。光通量ΦV與輻射通量P之間的關系為：
上式中的P(λ)為光源光譜輻射通量；V(λ)為人眼的明視覺光譜光視效率函數(shù)，λ2和λ1為上、下限波長。
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，如果從照明效果來評價，其照明性能更明顯。LED的出射光到達工作面的有效光通量與總光通量之比表示為LED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.光強和發(fā)光角
無論是應用于顯示或照明工程的LED，其光強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，對于某些局部或定向照明往往會達到非常好的照明效果。LED的發(fā)光強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)。在照明應用中計算工作面的照度均勻性和LED燈的空間布置，光強分布是最基本的數(shù)據(jù)。對于空間光束為旋轉對稱型分布的LED，用一個過光束軸平面上的曲線表示即可。對光束為橢圓形分布的LED，則用過光束軸及橢圓形長短軸的兩個垂直平面上的曲線來表示。對于非對稱的復雜圖形，一般用過光束軸的六個以上截面的平面曲線來表示。
發(fā)光角（或光束角）通常用半強度角θ1/2表示，即在光強分布圖中光強大于等于峰值光強1/2時所包含的光束角度。
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，所對應的兩個波長之差Δλ＝λ2-λ1，即為光譜帶寬。
5.色品坐標
任何一種光源的顏色均可以用CIE1931XYZ色度系統(tǒng)中的一個坐標點(x,y)來表示，
對于彩色LED，用主波長和色純度則更能直觀地表達發(fā)光的顏色特性。LED的主波長表明了顏色的色調(diào)，而色純度則代表了該顏色的鮮艷程度。
照明用LED的色品坐標的容差范圍目前還沒有相關的標準。建立幾種規(guī)格的LED色度范圍以及相應的容差，對于統(tǒng)一LED的色度及在照明領域的推廣使用具有十分重要的意義，就目前的技術現(xiàn)狀，照明用LED存在三種技術：
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問題，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，溫度引起的波長偏移及光衰、光輸出用封裝窗口材料對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也存在類似問題，溫度對不同芯片的影響，芯片光衰的不一致及封裝材料對不同顏色芯片的色散等等，都會造成色度的不均勻和漂移。因此在照明用LED制造過程中，必須從設計到生產(chǎn)，工藝各個環(huán)節(jié)，對上述問題都要嚴格控制。
6.色溫和顯色指數(shù)
對于白光LED等發(fā)光顏色基本為“白光”的光源用色品坐標可以準確地表達該光源的表觀顏色。但具體的數(shù)值很難與習慣的光色感覺聯(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”，因此用色溫來表示光源的光色會更加直觀。
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，則稱黑體的溫度為該光源的色溫(colortemperature)T，單位為開(K)。對于白光LED，其發(fā)光顏色往往與各種溫度下的黑體（完全輻射體）的色品坐標都不可能完全相同，這時就不能用色溫表示。為了便于比較，而采用相關色溫(CCT)的概念。也就是當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，則該完全輻射體的溫度稱為該光源的相關色溫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“試驗色”法來定量評價光源顯色性的方法，它是測量參照光源照明下和待測光源照明下標準樣品的總色位移量為基礎來規(guī)定待測光源的顯色性，用一個顯色指數(shù)值來表示。CIE規(guī)定用完全輻射體或標準照明體D作為參照光源，并將其顯色指數(shù)定為100，還規(guī)定了若干測試用的標準色樣。
根據(jù)在參照光源下和待測光源下，上述標準色樣形成的色差來評定待測光源顯色性的好壞。光源對某一種標準色樣品的顯色指數(shù)稱為特殊顯色指數(shù)R1。
R1=100-4.6△Ei
式中△Ei為第i號標準色樣在參照光源下和待測光源下的色差。
CIE推薦的標準色樣共有14種。其1-8號為中等飽和度、中等明度的常用代表性色調(diào)樣品，第9至14號樣品包括紅、黃、綠、藍等幾種飽和色、歐美的皮膚色和樹葉綠色。在一些特殊場合使用的LED光源，必須考核其特殊的顯色指數(shù)。1985年國家制定了“光源顯色性評價方法”標準，并增加了中國人女性膚色的色樣，作為第十五種標準色樣。這對于評價在電視演播室、商場、美容場所等照明用LED光源的顯色性尤為重要。
光源對前8個顏色樣品的平均顯色指數(shù)稱為一般顯色指數(shù)Ra。
