功率型白光LED器件光色测量方法浅述

随着半导体照明产业迅速发展，LED以其饱满光色、节能、光效高、电压低、寿命长等优势，已成为全球最热门、最瞩目的光源，特别是近年来LED的发光效率和亮度正在大幅度提高，LED必将成为应用最广泛的照明光源。如今，LED已经渗透到了大量的应用场合，尤其是白光LED技术的不断进步，LED在照明领域的应用也已经越来越普及。

普通照明LED，即白光LED。实现白光的技术途径主要有两条：第一用LED发出的蓝光激发荧光粉，再与荧光粉发出的“黄光”进行混光，最终得到白光;第二采用红、绿、蓝三基色LED芯片组合生成白光。

LED是一种能把电能转化为光能的固体器件，它的结构主要由PN结芯片、电极和光学系统等组成。LED的基本工作原理是一个电光转换过程，当一个正向偏压施加于PN结两端，由于PN结势垒的降低，P区的正电荷将向N区扩散，N区的电子也向P区扩散，同时在两个区域形成非平衡电荷的积累。由于电流注入产生的少数载流子是不稳定的，对于PN结系统，注入到价带中的非平衡空穴要与导带中的电子复合，其中多余的能量将以光的形式向外辐射，电子和空穴的能量差越大，产生的光子的能量就越高。能量级差大小不同，产生光的频率和波长就不同，相应的光的颜色就不同。

但是注入LED器件的电能中，仅有约15%的电子和空穴为辐射复合，发出光子，而大约85%的电能则转化为热能。LED的热性能直接影响其发光效率、波长、正向压降、反向击穿电流和器件的使用寿命等。传统的Φ3mm和Φ5mm的LED器件由于驱动电流小、发热少，热性能影响不显著。近年来，随着功率型LED器件的迅速发展，LED热性能的影响越来越明显，受到人们的普遍关注。

一、常见LED的光色参数

1.光通量

光通量是光源在单位时间内发出的光量，也即辐射功率(或辐射通量)能够被人眼视觉系统所感受到的那部分有效当量。光通量的符号为Φ，单位为流明(lm)。根据光谱辐射通量Φ(λ)，由下式可确定光通量。

式中V(λ)为相对光谱光视效率，Km为辐射的光谱光视效能的最大值，单位为lm/W，1977年由国际计量委员会确定Km值为683 lm/W(λm=555nm)。

2.光强度

光源在给定方向上的发光强度是该光源在该方向的立体角元dΩ内传输的光通量dΦ除以该立体角元之商，即

发光强度的单位是坎德拉(cd)，1 cd=1 lm/1sr。空间各个方向的光强之和就是光通量。

3.颜色参数

颜色参数主要包括光谱、色品坐标、主波长和色纯度、色温和相关色温、显色性和显色指数等，如图1所示。

目前已进入工业化生产的“白光”LED，其光谱混合是不均匀的，其颜色分布像光强分布曲线一样，是随距离和角度的不同而发生变化的。

二、 LED热性能测试的参数及方法难点

LED的热性能参数主要是指结温、热阻、瞬态变化曲线等。LED的结温是指PN结的温度，LED的热阻一般是指PN结到壳体表面之间的热阻。结温是直接影响LED的工作特性的参数，热阻则是表示LED散热性能好坏的参数。研究表明，LED的热阻越低其散热性能越好，相应的LED光效一般也越高，寿命越长。检测热学特性的关键在于对LED结温的准确测量，现有的对LED结温的测试一般有两种方法：一种是采用红外测温法测得LED芯片表面的温度并视其为LED的结温，但是准确度不够;另一种是通过温度敏感参数(TSP)获取PN结温，这是目前较普遍的LED结温测试方法，其技术难点在于对测试设备要求较高。

结温高低对LED的光输出影响显著，温度越高，被测LED的工作电压越小，光通量、光功率都逐渐减小。

三、光色测量方法

1.光通量

目前有两种光通量测量方法，一种是积分球法，一种是分布光度计方法。

积分球法是一种普遍的使用方法，利用LED的前向发光特性，有些积分球采用2p结构测量。为了消除光谱匹配误差，采用光谱辐射分析仪作为接收探头。为了消除结温变化的影响，采用具有恒温功能的LED测试座装夹LED样品(图2)。积分球方法测量具有速度快、无外界杂散光影响等优点，但是由于积分球内的挡屏、接缝、球壁开孔、喷涂效果等因素影响导致积分球响应不均匀，对于测量LED这种窄光束光源不确定度较大。