圖解LED光色測量方法

 一、引言

　　

　　發光二極管（led）作為新興的發光體，具有電光效率高、體積小、壽命長、電壓低、節能和環保等優點，是下一代照明器件的不二之選。LED的發展受到國內外的普遍關注，新產品、新技術層出不窮。近年來，LED產業發展迅速，光效不斷增加，亮度不斷提高，如今，LED已經滲透到了大量的應用場合，尤其是白光LED技術的不斷進步，LED在照明領域的應用也已經越來越普及。





圖1：LED產業的發展



　　1、LED的工作原理

　　

　　發光二極管（LED）是一種能把電能轉化為光能的固體器件，它的結構主要由PN結芯片、電極和光學系統等組成。LED的基本的工作原理是一個電光轉換過程，當一個正向偏壓施加于PN結兩端，由于PN結勢壘的降低，P區的正電荷將向N區擴散，N區的電子也向P區擴散，同時在兩個區域形成非平衡電荷的積累。由于電流注入產生的少數載流子是不穩定的，對于PN結系統，注入到價帶中的非平衡空穴要與導帶中的電子復合，其中多余的能量將以光的形式向外輻射，電子和空穴的能量差越大，產生的光子的能量就越高。能量級差大小不同，產生光的頻率和波長就不同，相應的光的顏色就不同。



圖2：LED的工作原理



　　2、LED的光參數

（1）光通量

　　

　　光通量是光源在單位時間內發出的光量，也即輻射功率（或輻射通量）能夠被人眼視覺系統所感受到的那部分有效當量。光通量的符號為Φ，單位為流明（lm）。根據光譜輻射通量Φ（λ），由下式可確定光通量。

　　式中V（λ）為相對光譜光視效率，Km為輻射的光譜光視效能的最大值，單位為lm/W，1977年由國際計量委員會確定Km值為683lm/W（λm=555nm）。

　　（2）光強度

　　光源在給定方向上的發光強度是該光源在該方向的立體角元dΩ內傳輸的光通量dΦ除以該立體角元之商，即：



　　發光強度的單位是坎德拉（cd），1cd=1lm/1sr。空間各個方向的光強之和就是光通量。

　　?。?）光亮度

　　

　　光源發光表面上某一點處的亮度是該面元dS在給定方向上的發光強度除以該面元在垂直于給定方向的平面上的正投影面積之商，即：

　　單位為坎德拉每平方米（cd/㎡）。當發光表面與測量方向垂直時，則cosθ=1。



　　（4）光照度

　　

　　表面上一點的照度是入射在包含該點面元上的光通量dΦ除以該面元面積dS之商。即：

單位為勒克斯（lx），1lx=1lm/㎡。

　　

　　（5）其它

　　

　　光譜、色品坐標、主波長和色純度、色溫和相關色溫、顯色性和顯色指數等。



圖4：其他參數

　3、LED光色測量的必要性

　　

　?。?）避免危害

　　

　　LED與傳統的照明燈不同，它具有點光源、高亮度、窄光束輸出等特點。當LED應用于照明器具時，如果對出光角不加嚴格的控制就會產生強烈的眩光，某些高亮度LED產品甚至會對人體造成一定的光輻射危害。光色測量可為LED的安全使用提供指導。

　　

　?。?）促進LED產業的發展

　　

　　LED的光色測量能提供大量的實驗數據，可作為判定LED產品合格與否的標準，并可為改進LED的設計、制造提供依據。