LED光源與光學特性檢測（二）

標簽：LED 照明 光源

6.LED與傳統(tǒng)光源的比較

LED與傳統(tǒng)光源的比較有以下特點：

(1)LED體積小，有各種不同的外形尺寸，適用于不同應用場所。

(2)LED具有多種顏色，紫外、紫色、綠色、黃色、紅色到紅外，白光LED光譜。

(3)LED光學參數(shù)與溫度有關;(4)LED光學參數(shù)與觀察角度有關;(5)LED有各種不同的配光曲線，而且沒有確定的光軸。

LED的上述特性，給LED光學特性的測量帶來很多問題。

7.LED光學特性的測量

LED的光學特性檢測應從下面幾個特性來考慮：

(1)發(fā)光強度(cd)

光通量是說明某一光源向四周空間發(fā)射出的總光能量。不同光源發(fā)出的光通量在空間的分布是不同的。發(fā)光強度的單位為坎德拉，符號為cd，它表示光源在某單位球面度立體角(該物體表面對點光源形成的角)內(nèi)發(fā)射出的光通量。1cd = 1lm/1sr(sr：立體角的球面度單位)。

LED的發(fā)光強度通常是指法線(對圓柱形發(fā)光管是指其軸線)方向上的發(fā)光強度。若在該方向上輻射強度為(1/683)W/sr時，則發(fā)光1坎德拉(符號為cd)。由于一般LED的發(fā)光強度小，所以發(fā)光強度常用燭光(坎德拉，mcd)作單位。

由于LED的結構特點，為提高其發(fā)光效率，在其底部配裝反射器，實際上它本身就是一個燈具。各個區(qū)域發(fā)出的光線有不同的聚焦點，它并不是一個點光源。因此，在評價LED發(fā)光強度時，光度學中的距離平方反比定律不適用。CIE127出版物中規(guī)定了兩種目前國際公認的測量條件。

應用上述兩種測量條件的測量結果能進行國際間的對比。A和B測量條件并不嚴格按照發(fā)光強度的定義進行，因此被稱為“平均發(fā)光強度”(ALI)。

關于測量探測器的修正：由于測量探測器的配匹誤差將造成“平均發(fā)光強度”(ALI)的測量誤差，配匹誤差對紅、藍LED的測量結果影響更為嚴重，采用光譜修正方法可以提高測量精度。

對LED發(fā)光強度測量儀器的要求：

A.測量立體角要正確dΩ=0.001sr(A條件)dΩ=0.01sr(B條件)。

B.測量機械軸正確;C.有效的防雜散光設計;D.精密的V(λ)光探測器;E.提供V(λ)光探測器光譜數(shù)據(jù)，便于修正測量值;F.配備高穩(wěn)定性的供電電源。

(2)總光通量(lm)

由于人眼對不同波長的電磁波具有不同的靈敏度，我們不能直接用光源的輻射功率或輻射通量來衡量光能量，必須采用以人眼對光的感覺量為基準的單位----光通量來衡量。光通量用符號Φ表示，單位為流明(lm)。

LED光通量的測量，應用分布式光度計可對LED總光通量進行精確測量(探測器光譜響應曲線已修正的條件下)。這是LED總光通量的絕對測量方法，但測試儀器昂貴，工業(yè)中常用積分球進行測量。

A.積分球的尺寸盡可能大，可減少擋屏吸收及異物誤差;B.鍍層表面反射比越大，球內(nèi)表面的響應率差異越少。目前在LED測試中，鍍層表面反射比甚至大于98%。

C.注意被測LED的安裝位置，應將發(fā)射的光線對準積分球內(nèi)表面響應均勻的區(qū)域;D.應用輔助光源減少擋屏吸收及異物誤差。

(3)光譜特性、色品坐標、主波長測量

光譜特性、色品坐標、主波長的測量，根據(jù)國際照明委員會(CIE)三次LED國際專家會議的技術交流和相關國際對比結果，現(xiàn)建議如下：

A.國家計量部門應該采用雙單色儀測量系統(tǒng);B.單色儀測量系統(tǒng)可滿足工業(yè)部門應用;C.1nm和5nm光譜測量帶寬的色度測試結果比較接近，可采用5nm帶寬測量;D.主波長的對比測量差別很小;E.CCD測量儀器相對誤差較大。

(4)發(fā)光強度的空間分布和總光通量

(5)亮度(cd/m2)

亮度是表示眼睛從某一方向所看到物體發(fā)射光的強度。單位為坎德拉/平方米[cd/m2]，符號為L，表明發(fā)光體在特定方向單位立體角單位面積內(nèi)的光通量，它等于1平方米表面上發(fā)出1坎德拉的發(fā)光強度。

(6)色溫(Co1or Temperature)

當光源所發(fā)出的光的顏色與黑體在某一溫度下輻射的顏色相同時，黑體的溫度就稱為該光源的色溫，用絕對溫度K表示。當光源所發(fā)出的光的顏色與黑體在某一溫度下輻射的顏色接近時，黑體的溫度就稱為該光源的相關色溫。

8.標準LED

(1)LED光學特性測量的理論與技術基礎

A.根據(jù)以上對LED光學特性的分析，國家計量部門和工業(yè)界可應用常規(guī)的光度、色度及輻射度儀器對LED的總光通量、光譜特性性、色品坐標、主波長、色溫等參數(shù)進行測量。

B.對于LED發(fā)光強度的測量，由于LED發(fā)光特性不遵循光度學的距離平方反比定律，CIE127文件推薦采用A，B條件測量LED平均發(fā)光強度(ALI)。

C.為了提高平均發(fā)光強度、光通量等量值傳遞過程中測量的不確定度和提高測量效率，CIE建立了Tc2-45、Tc2-46、Tc2-50等技術委員會，開展相關的研究和評價工作，以及對標準LED的研究。

D.光度學、色度學、輻射度學的基本理論是LED的測量基礎。標準A光源是測定標準LED光譜功率分布特性的重要基準。

E. 準確的標準LED光通量值可用分布式光度計測量確定。作為一種補充測試方法，美國(NIST)、匈牙利、英國(NPL)、德國(PTB) 等國家以及我國都在積極開展標準LED研究工作。

(2)對標準LED特性的要求

A.標準LED的工作溫度一般大于環(huán)境溫度，也有致冷的技術方案;B.標準LED的樣品需要老化幾百小時，選擇其中的穩(wěn)定者進行后期標定工作;C. 標準LED必須與測試樣品具有同樣的光譜功率分布，需要建立多種不同顏色的標準LED。特別是白光LED，由于它可由不同光譜組成，研制通用的白光LED標準幾乎不太可能;D.標準LED必須與測試樣品具有同樣的發(fā)光強度分布曲線(配光曲線)，如果待測LED的顏色(光譜)與標準LED(光譜)有差異，則需對光度探器進行光譜校正。

(3)應用標準LED測量的優(yōu)點

A.不需要對光度探頭進行光譜校正;B.不需要對光度計參考平面進行嚴格的定位。

9.LED的應用

(1)顯示屏、交通訊號、廣告業(yè)多媒體、城市亮化顯示光源的應用LED燈具有抗震耐沖擊、光響應速度快、省電和壽命長等特點，廣泛應用于各種室內(nèi)、戶外顯示屏，分為全色、三色和單色顯示屏，全國有100多個單位在開發(fā)生產(chǎn)。交通信號燈主要用超高亮度紅、綠、黃色LED，因為采用LED信號燈既節(jié)能，可靠性又高，所以在全國范圍內(nèi)，交通信號燈正在逐步更新?lián)Q代，而且推廣速度快，市場需求量很大。

(2)汽車工業(yè)上的應用汽車用燈包含汽車內(nèi)部的儀表板、音響指示燈、開關的背光源、閱讀燈和外部的剎車燈、尾燈、側燈以及頭燈等。汽車用白熾燈不耐震動撞擊、易損壞、壽命短，需要經(jīng)常更換。1987年，我國開始在汽車上安裝高位剎車燈。由于LED響應速度快，可以及早提醒司機剎車，減少汽車追尾事故，在發(fā)達國家，使用LED制造的中央后置高位剎車燈已成為汽車的標準件，美國HP公司在1996年三種顏色的LED燈推出的LED汽車尾燈模組可以隨意組合成各種汽車尾燈。此外，在汽車儀表板及其他各種照明部分的光源，都可用超高亮度發(fā)光燈來擔當，所以均在逐步采用LED顯示。我國汽車工業(yè)正處于大發(fā)展時期，是推廣超高亮度LED的極好時機。近幾年內(nèi)會形成年產(chǎn)10億元的產(chǎn)值，5年內(nèi)會形成每年30億元的產(chǎn)值。

(3)LED背光源以高效側發(fā)光的背光源最為引人注目，LED作為LCD背光源應用，具有壽命長、發(fā)光效率高、無干擾和性價比高等特點，已廣泛應用于電子手表、手機、BP機、電子計算器和刷卡機上，隨著便攜電子產(chǎn)品日趨小型化，LED背光源更具優(yōu)勢，因此背光源制作技術將向更薄型、低功耗和均勻一致方面發(fā)展。LED是手機關鍵器件，一部普通手機或小靈通約需使用10只LED器件，而一部彩屏和帶有照相功能的手機則需要使用約20只LED器件。現(xiàn)階段手機背光源用量非常大，一年要用35億只LED芯片。目前我國手機生產(chǎn)量很大，而且大部分LED背光源還是進口的，對于國產(chǎn)LED產(chǎn)品來說，這是個極好的市場機會。

(4)LED照明光源早期的產(chǎn)品發(fā)光效率低，光強一般只能達到幾個到幾十個mcd，適用在室內(nèi)場合，在家電、儀器儀表、通訊設備、微機及玩具等方面應用。目前直接目標是LED光源替代白熾燈和熒光燈，這種替代趨勢已從局部應用領域開始發(fā)展。日本為節(jié)約能源，正在計劃替代白熾燈的發(fā)光二極管項目(稱為“照亮日本”)，頭五年的預算為50億日元，如果LED替代半數(shù)的白熾燈和熒光燈，每年可節(jié)約相當于60億升原油的能源，相當于五個1.35×106kW核電站的發(fā)電量，并可減少二氧化碳和其它溫室氣體的產(chǎn)生，改善人們生活居住的環(huán)境。我國于2004年投資50億大力發(fā)展節(jié)能環(huán)保的半導體照明計劃。

(5)其它應用例如一種受到兒童歡迎的閃光鞋，走路時內(nèi)置的LED會閃爍發(fā)光，僅溫州地區(qū)一年要用5億只發(fā)光二極管;利用發(fā)光二極管作為電動牙刷的電量指示燈，據(jù)國內(nèi)正在投產(chǎn)的制造商介紹，該公司已有少量保健牙刷上市，預計批量生產(chǎn)時每年需要3億只發(fā)光燈;正在流行的LED圣誕燈，由于造型新穎、色彩豐富、不易碎破以及低壓使用的安全性，近期在香港等東南亞地區(qū)銷勢強勁，受到人們普遍的歡迎，正在威脅和替代現(xiàn)有電泡的圣誕市場。

10.LED面臨的一些問題

在國家推動產(chǎn)業(yè)結構優(yōu)化升級、培育新的產(chǎn)業(yè)增長點這一戰(zhàn)略任務的指導下，LED成為各地方政府的發(fā)展重點，東莞、惠州、佛山、深圳、大連、南昌、廈門等地方政府紛紛制定了產(chǎn)業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略規(guī)劃，國內(nèi)掀起了一股LED投資熱潮。作為占據(jù)國內(nèi)LED總產(chǎn)值的近半壁江山的廣東，今年5月發(fā)布的《關于加快經(jīng)濟發(fā)展方式轉變的若干意見》中，將半導體照明(LED)產(chǎn)業(yè)列為廣東近期重點主抓的三大戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)之一。LED產(chǎn)業(yè)在廣東已經(jīng)形成了百舸爭流的局面。深圳、東莞、佛山都已經(jīng)將LED產(chǎn)業(yè)列為支柱型產(chǎn)業(yè)發(fā)展。LED產(chǎn)業(yè)已經(jīng)呈現(xiàn)出全面開花之勢。國內(nèi)LED企業(yè)迅速崛起并迅速擴大產(chǎn)能，為爭奪LED市場展開攻略。從國內(nèi)LED產(chǎn)業(yè)龍頭企業(yè)三安光電到擴張產(chǎn)能的士蘭微再到半路出家的德豪潤達，LED產(chǎn)業(yè)熱潮幾乎席卷了整個行業(yè)，由于國內(nèi)LED產(chǎn)品技術整體水平不高，國內(nèi)企業(yè)普遍規(guī)模小、技術實力弱、產(chǎn)品檔次也比較低，LED市場競爭激烈，相關廠商爭打價格戰(zhàn)，同時LED產(chǎn)業(yè)內(nèi)也出現(xiàn)了無序投資、惡性競爭等現(xiàn)象。從目前國內(nèi)市場動態(tài)和LED產(chǎn)業(yè)結構分布來看，已經(jīng)出現(xiàn)很嚴重的重復投資的問題。

另外，一些地方政府在發(fā)展經(jīng)濟中有意將地方市場向本地企業(yè)開放，或者以投資換市場的方式鎖住地方市場，地方保護主義有抬頭趨勢。若不打破這種地方行政壁壘，必然帶來地區(qū)之間的產(chǎn)業(yè)項目趨同，直接加大產(chǎn)業(yè)泡沫，阻礙區(qū)域一體化發(fā)展進程。不同區(qū)域要突出不同特色，要避免為短期利益簡單重復建設，導致未來惡性競爭。

此外，中國的LED照明還存在一系列其它問題，例如中國目前還沒有LED燈具國家標準，只有一些地方的標準;我國本土LED燈具造型創(chuàng)新設計能力明顯不足等。要解決好這些問題，才能使LED產(chǎn)業(yè)發(fā)展更加健康，LED產(chǎn)品才能更適應大眾的需要。市場主導是LED照明產(chǎn)業(yè)可以長期健康發(fā)展的基礎，政府要在政策、法規(guī)、研發(fā)投入、應用示范和標準等多方面來引導和扶持，全國一盤棋，整體規(guī)劃，才能引導LED產(chǎn)業(yè)持續(xù)健康發(fā)展。