简述:LED光学参数的测量技术

发布日期:2009-06-19

1、前言

30年来,LED发光二极管的技术已经经历了飞速发展的过程。LED以其固有的高效率、长寿命、低损耗、耐振动、响应速度快等优点得到了广泛的应用,比如指示灯、显示屏、交通信号灯等,目前正在探索把它应用于照明领域。由于我国还未建立LED光度标准,严重地影响了LED产品质量的提高和量值的统一,影响着国际贸易和国际间LED技术方面的交流和推广,因此,虽然近几年来我国的LED产品质量和品种有所提高,但与国外先进国家相比差距较明显。在这种形势下,我们着手对LED光学参数的测量进行了细致的研究,并进行了LED国家光度标准的建立工作。

 

  2LED光参数介绍

 

  LED的光学参数中重要的几个方面就是:光通量、发光效率、发光强度、光强分布、波长。

 

  2.1发光效率和光通量

 

  发光效率就是光通量与电功率之比。发光效率表征了光源的节能特性,这是衡量现代光源性能的一个重要指标。

 

  2.2发光强度和光强分布

 

  LED发光强度是表征它在某个方向上的发光强弱,由于LED在不同的空间角度光强相差很多,随之而来我们研究了LED的光强分布特性。这个参数实际意义很大,直接影响到LED显示装置的最小观察角度。比如体育场馆的LED大型彩色显示屏,如果选用的LED单管分布范围很窄,那么面对显示屏处于较大角度的观众将看到失真的图像。而且交通标志灯也要求较大范围的人能识别。

 

  2.3波长

 

  对于LED的光谱特性我们主要看它的单色性是否优良,而且要注意到红、黄、蓝、绿、白色LED等主要的颜色是否纯正。因为在许多场合下,比如交通信号灯对颜色就要求比较严格,不过据观察现在我国的一些LED信号灯中绿色发蓝,红色的为深红,从这个现象来看我们对LED的光谱特性进行专门研究是非常必要而且很有意义的。

 

  3LED光度测量原理

 

  31光强度的测量方法

 

  把光强标准灯,LED和配有V(λ)滤光片的硅光电二极管安装和调试在光具座上,特别是严格地调灯丝位置,LED发光部位及接受面位置。先用光强标准灯校准硅光电二极管,CE/S 式中EsIS/(d2s)ds是标准灯与接受器之间的距离,Is是标准灯的光强度,Rs是标准灯的响应。EsC&#183Rt式中Et是被测LED的照度,Rt是被测LED的响应,则LED的光强度It为:ItEt&#183d2t式中dtLED与接受面之距离。对于LED来讲,其发光面是圆盖形状的,光分布是很特殊的,所以在不同的测量距离下,光强值会变化,偏离距离平方反比定律,即使固定了测量距离,但是由于接受器接受面积不同,其光强值也会变化。因此,为了提高测量精度,应该把测量距离和接受面积大小相对地给予固定为好。例如,测量距离按照CIE推荐采用316mm,接受器面积固定为10&#21510mm。在同一测量距离下,LED转角不同其光强地有变化,因此为了获得最佳值,最好读出最大读数Rt为佳。

 

  32光通量的测量方法

 

  光通量测量在变角光度计的转台上进行,转台上安转了LED,该转台在其水平面上绕着垂直轴旋转&#17790度,LED在垂直面上绕着测光轴旋转360度。在水平面上和垂直面上的转角的控制是通过步进马达来实现的。转台在导轨上随意移动,当测量标准灯时,转台应离开导轨。测量时大转盘在水平面上绕垂直轴旋转,步进角度为0.9°,正方向90°,反方向90°。LED自身也在旋转,在每一个水平角度下,垂直平面上每隔18°进行一次信号采集,转完360°之后共采集到20个数据,按下式计算总光通量。

 

  如果大盘旋转0°~90°时,小盘转0°~360°即可。但是大盘旋转0°~90°时,有可能LED安装不均匀(不对称)而引起误差,因此最好的解决办法是大盘转-90°~0°~90°,小盘仍然转0°~360°,把大盘0°~90°和-90°~0°两个范围内绝对值相等的角度上的照度值取平均值来作为0°~90°内的值。LED总光通量测量的第二种方法是积分求法。此方法的优点是简单易行,但测量精度不高。LED的总光通量计算方法如下,先计算离积分球入射窗口(入射窗口面积A1距离上标准灯(光强值Is)进入积分球内的光通量Φs,ΦsIs&#183AI2读出接收器上的光电流信号is,然后把LED置于窗口上,读出相应的接收器光电流信号i t ,则LED的总光通量Φ为:  式中K为色修正系数。

 

  33 LED的光谱功率分布测量方法:

 

  发光二极管的光谱功率分布测量,目的是掌握LED的光谱特性和色度,再者是为了对已测得的LED的光度量值进行修正。在测量LED光谱功率分布时,应注意以下几点,一个是在与标准光谱辐照度进行比较时由于标准灯的光谱辐强度比LED强得多,为了避免这个问题,最好在标准灯前加一个中性滤光片,使它的光谱辐强度接近于LEDLED的光谱宽度很窄,为了准确地描绘LED的光谱分布轮廓,最好采用窄带波长宽度的单色仪进行测量,波长间隔为1nm为好。按下式计算LED的光谱功率分布Et 式中i是标准灯在波长i处的响应;E是标准灯的光谱功率分布;iLED在波长λ处的响应。LED的色坐标计算公式为: 色坐标为:     xX/(X+Y+Z)     yX/(X+Y+Z)也可计算LED的主波长和色纯度。

 

  4、结束语

 

  目前LED的国家光度标准装置已建立并标定了相当数量的标准LED管,在此过程中我们积累了大量的经验,此后我们将对各级计量部门和全面LED生产单位进行量值传递,统一监督。这将对我国LED的质量水平的提高起到促进作用,也会为国家高科技领域的研究发展从一个方面提供保障。

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