LED光學(xué)參數的測量技術(shù)概況

１、前言

近30年來(lái)，LED發(fā)光二極管的技術(shù)已經(jīng)經(jīng)歷了飛速發(fā)展的過(guò)程。LED以其固有的高效率、長(cháng)壽命、低損耗、耐振動(dòng)、響應速度快等優(yōu)點(diǎn)得到了廣泛的應用，比如指示燈、顯示屏、交通信號燈等，目前正在探索把它應用于照明領(lǐng)域。 由于我國還未建立LED光度標準，嚴重地影響了LED產(chǎn)品質(zhì)量的提高和量值的統一，影響著(zhù)國際貿易和國際間LED技術(shù)方面的交流和推廣，因此，雖然近幾年來(lái)我國的LED產(chǎn)品質(zhì)量和品種有所提高，但與國外先進(jìn)國家相比差距較明顯。 在這種形勢下，我們著(zhù)手對LED光學(xué)參數的測量進(jìn)行了細致的研究，并進(jìn)行了LED國家光度標準的建立工作。

２、ＬＥＤ光參數介紹

LED的光學(xué)參數中重要的幾個(gè)方面就是：光通量、發(fā)光效率、發(fā)光強度、光強分布、波長(cháng)。

２.１發(fā)光效率和光通量

發(fā)光效率就是光通量與電功率之比。發(fā)光效率表征了光源的節能特性，這是衡量現代光源性能的一個(gè)重要指標。

２.２發(fā)光強度和光強分布

LED發(fā)光強度是表征它在某個(gè)方向上的發(fā)光強弱，由于LED在不同的空間角度光強相差很多，隨之而來(lái)我們研究了LED的光強分布特性。這個(gè)參數實(shí)際意義很大，直接影響到LED顯示裝置的最小觀(guān)察角度。比如體育場(chǎng)館的LED大型彩色顯示屏，如果選用的LED單管分布范圍很窄，那么面對顯示屏處于較大角度的觀(guān)眾將看到失真的圖像。而且交通標志燈也要求較大范圍的人能識別。

２.３波長(cháng)

對于LED的光譜特性我們主要看它的單色性是否優(yōu)良，而且要注意到紅、黃、藍、綠、白色LED等主要的顏色是否純正。因為在許多場(chǎng)合下，比如交通信號燈對顏色就要求比較嚴格，不過(guò)據觀(guān)察現在我國的一些LED信號燈中綠色發(fā)藍，紅色的為深紅，從這個(gè)現象來(lái)看我們對LED的光譜特性進(jìn)行專(zhuān)門(mén)研究是非常必要而且很有意義的。

３、ＬＥＤ光度測量原理

３．１光強度的測量方法

把光強標準燈，LED和配有V（λ）濾光片的硅光電二極管安裝和調試在光具座上，特別是嚴格地調燈絲位置，ＬＥＤ發(fā)光部位及接受面位置。 先用光強標準燈校準硅光電二極管，Ｃ＝E/S 式中Ｅｓ＝IS/(d2s) ｄｓ是標準燈與接受器之間的距離，Ｉｓ是標準燈的光強度，Ｒｓ是標準燈的響應。 Ｅｓ＝Ｃ＆#183;Ｒｔ式中Ｅｔ是被測ＬＥＤ的照度，Ｒｔ是被測ＬＥＤ的響應，則ＬＥＤ的光強度Ｉｔ為：Ｉｔ＝Ｅｔ＆#183;d2ｔ式中ｄｔ是ＬＥＤ與接受面之距離。 對于ＬＥＤ來(lái)講，其發(fā)光面是圓蓋形狀的，光分布是很特殊的，所以在不同的測量距離下，光強值會(huì )變化，偏離距離平方反比定律，即使固定了測量距離，但是由于接受器接受面積不同，其光強值也會(huì )變化。因此，為了提高測量精度，應該把測量距離和接受面積大小相對地給予固定為好。例如，測量距離按照ＣＩＥ推薦采用３１６ｍｍ，接受器面積固定為１０＆#215;１０ｍｍ。在同一測量距離下，ＬＥＤ轉角不同其光強地有變化，因此為了獲得最佳值，最好讀出最大讀數Ｒｔ為佳。

３．２光通量的測量方法
光通量測量在變角光度計的轉臺上進(jìn)行，轉臺上安轉了ＬＥＤ，該轉臺在其水平面上繞著(zhù)垂直軸旋轉＆#177;９０度，ＬＥＤ在垂直面上繞著(zhù)測光軸旋轉３６０度。在水平面上和垂直面上的轉角的控制是通過(guò)步進(jìn)馬達來(lái)實(shí)現的。轉臺在導軌上隨意移動(dòng)，當測量標準燈時(shí)，轉臺應離開(kāi)導軌。 測量時(shí)大轉盤(pán)在水平面上繞垂直軸旋轉，步進(jìn)角度為０.９＆#176;，正方向９０＆#176;，反方向９０＆#176;。ＬＥＤ自身也在旋轉，在每一個(gè)水平角度下，垂直平面上每隔１８＆#176;進(jìn)行一次信號采集，轉完３６０＆#176;之后共采集到２０個(gè)數據，按下式計算總光通量?！　　　　∪绻蟊P(pán)旋轉０＆#176;～９０＆#176;時(shí)，小盤(pán)轉０＆#176;～３６０＆#176;即可。但是大盤(pán)旋轉０＆#176;～９０＆#176;時(shí)，有可能ＬＥＤ安裝不均勻（不對稱(chēng)）而引起誤差，因此最好的解決辦法是大盤(pán)轉－９０＆#176;～０＆#176;～９０＆#176;，小盤(pán)仍然轉０＆#176;～３６０＆#176;，把大盤(pán)０＆#176;～９０＆#176;和－９０＆#176;～０＆#176;兩個(gè)范圍內絕對值相等的角度上的照度值取平均值來(lái)作為０＆#176;～９０＆#176;內的值。 ＬＥＤ總光通量測量的第二種方法是積分求法。此方法的優(yōu)點(diǎn)是簡(jiǎn)單易行，但測量精度不高。ＬＥＤ的總光通量計算方法如下，先計算離積分球入射窗口（入射窗口面積Ａ）１距離上標準燈（光強值Ｉｓ）進(jìn)入積分球內的光通量Φｓ，Φｓ＝Ｉｓ＆#183;Ａ／Ｉ2 讀出接收器上的光電流信號ｉs，然后把ＬＥＤ置于窗口上，讀出相應的接收器光電流信號i t ，則ＬＥＤ的總光通量Φ為： 　　式中Ｋ為色修正系數。

３．３ ＬＥＤ的光譜功率分布測量方法：

發(fā)光二極管的光譜功率分布測量，目的是掌握ＬＥＤ的光譜特性和色度，再者是為了對已測得的ＬＥＤ的光度量值進(jìn)行修正。 在測量ＬＥＤ光譜功率分布時(shí)，應注意以下幾點(diǎn)，一個(gè)是在與標準光譜輻照度進(jìn)行比較時(shí)由于標準燈的光譜輻強度比ＬＥＤ強得多，為了避免這個(gè)問(wèn)題，最好在標準燈前加一個(gè)中性濾光片，使它的光譜輻強度接近于ＬＥＤ。 ＬＥＤ的光譜寬度很窄，為了準確地描繪ＬＥＤ的光譜分布輪廓，最好采用窄帶波長(cháng)寬度的單色儀進(jìn)行測量，波長(cháng)間隔為１ｎｍ為好。 按下式計算ＬＥＤ的光譜功率分布Ｅｔ。 式中ｉ是標準燈在波長(cháng)ｉ處的響應；Ｅ是標準燈的光譜功率分布；ｉ是ＬＥＤ在波長(cháng)λ處的響應。 ＬＥＤ的色坐標計算公式為： 色坐標為： 　　　?。絏/(X+Y+Z) 　　　?。絏/(X+Y+Z) 也可計算ＬＥＤ的主波長(cháng)和色純度。

４、結束語(yǔ)

目前ＬＥＤ的國家光度標準裝置已建立并標定了相當數量的標準ＬＥＤ管，在此過(guò)程中我們積累了大量的經(jīng)驗，此后我們將對各級計量部門(mén)和全面ＬＥＤ生產(chǎn)單位進(jìn)行量值傳遞，統一監督。這將對我國ＬＥＤ的質(zhì)量水平的提高起到促進(jìn)作用，也會(huì )為國家高科技領(lǐng)域的研究發(fā)展從一個(gè)方面提供保障。