LED基础知识：光色的测量（图解）

作者：时间：2011-04-24 来源：网络收藏

一、引言

　　发光二极管（ led）作为新兴的发光体，具有电光效率高、体积小、寿命长、电压低、节能和环保等优点，是下一代照明器件的不二之选。 LED的发展受到国内外的普遍关注，新产品、新技术层出不穷。近年来， LED产业发展迅速，光效不断增加，亮度不断提高，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。

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图1：LED产业的发展

　　1、LED的工作原理

　　发光二极管（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的基本的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。

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图2：LED的工作原理

　　2、LED的光参数

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（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683lm/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），1cd=1lm/1sr。空间各个方向的光强之和就是光通量。

　　（3）光亮度

　　光源发光表面上某一点处的亮度是该面元dS在给定方向上的发光强度除以该面元在垂直于给定方向的平面上的正投影面积之商，即：

　　单位为坎德拉每平方米（cd/㎡）。当发光表面与测量方向垂直时，则cosθ=1。

　　（4）光照度

　　表面上一点的照度是入射在包含该点面元上的光通量dΦ除以该面元面积dS之商。即：

单位为勒克斯（lx），1lx=1lm/㎡。

　　（5）其它

　　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。

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图4：其他参数

　3、LED光色测量的必要性

　　（1）避免危害

　　LED与传统的照明灯不同，它具有点光源、高亮度、窄光束输出等特点。当LED应用于照明器具时，如果对出光角不加严格的控制就会产生强烈的眩光，某些高亮度LED产品甚至会对人体造成一定的光辐射危害。光色测量可为LED的安全使用提供指导。

　　（2）促进LED产业的发展

　　LED的光色测量能提供大量的实验数据，可作为判定LED产品合格与否的标准，并可为改进LED的设计、制造提供依据。

　　二、LED的光色测量

　　1、光通量

（1）积分法

　　测得LED在各个方向的光强，然后由这些光强值计算得到LED的总光通量。

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图5：积分球法测LED光通量

　　（2）积分球法

　　积分球又称为光通球，是一个中空的完整球壳。内壁涂白色漫反射层，且球内壁各点漫射均匀。光源在球壁上任意一点上产生的光照度是由多次反射光产生的光照度叠加而成的。由积分学原理可得，球面上任意一点的光照度为与光源光通量成正比，因此可利用已知光通量的标准灯与被测灯进行比较得到被测灯的光通量，如图6（a）所示。

　　但是由于标准灯与被测灯的物理结构以及性质的不同，如吸收，在利用积分球法测试光通量时需要对测试结果进行修正，可采用辅助灯的方法，如图6（b）所示。

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