LED光源與光學(xué)特性檢測（二）

標(biāo)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(diǎn)：

(1)LED體積小，有各種不同的外形尺寸，適用于不同應(yīng)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(xué)參數(shù)與溫度有關(guān);(4)LED光學(xué)參數(shù)與觀察角度有關(guān);(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(xué)特性的測量帶來很多問題。

7.LED光學(xué)特性的測量

LED的光學(xué)特性檢測應(yīng)從下面幾個(gè)特性來考慮：

(1)發(fā)光強(qiáng)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(qiáng)度的單位為坎德拉，符號(hào)為cd，它表示光源在某單位球面度立體角(該物體表面對(duì)點(diǎn)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(qiáng)度通常是指法線(對(duì)圓柱形發(fā)光管是指其軸線)方向上的發(fā)光強(qiáng)度。若在該方向上輻射強(qiáng)度為(1/683)W/sr時(shí)，則發(fā)光1坎德拉(符號(hào)為cd)。由于一般LED的發(fā)光強(qiáng)度小，所以發(fā)光強(qiáng)度常用燭光(坎德拉，mcd)作單位。

由于LED的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，為提高其發(fā)光效率，在其底部配裝反射器，實(shí)際上它本身就是一個(gè)燈具。各個(gè)區(qū)域發(fā)出的光線有不同的聚焦點(diǎn)，它并不是一個(gè)點(diǎn)光源。因此，在評(píng)價(jià)LED發(fā)光強(qiáng)度時(shí)，光度學(xué)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(rèn)的測量條件。

應(yīng)用上述兩種測量條件的測量結(jié)果能進(jìn)行國際間的對(duì)比。A和B測量條件并不嚴(yán)格按照發(fā)光強(qiáng)度的定義進(jìn)行，因此被稱為“平均發(fā)光強(qiáng)度”(ALI)。

關(guān)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(qiáng)度”(ALI)的測量誤差，配匹誤差對(duì)紅、藍(lán)LED的測量結(jié)果影響更為嚴(yán)重，采用光譜修正方法可以提高測量精度。

對(duì)LED發(fā)光強(qiáng)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(jī)械軸正確;C.有效的防雜散光設(shè)計(jì);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(duì)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(duì)光的感覺量為基準(zhǔn)的單位----光通量來衡量。光通量用符號(hào)Φ表示，單位為流明(lm)。

LED光通量的測量，應(yīng)用分布式光度計(jì)可對(duì)LED總光通量進(jìn)行精確測量(探測器光譜響應(yīng)曲線已修正的條件下)。這是LED總光通量的絕對(duì)測量方法，但測試儀器昂貴，工業(yè)中常用積分球進(jìn)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(yīng)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(yīng)將發(fā)射的光線對(duì)準(zhǔn)積分球內(nèi)表面響應(yīng)均勻的區(qū)域;D.應(yīng)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(biāo)、主波長測量

光譜特性、色品坐標(biāo)、主波長的測量，根據(jù)國際照明委員會(huì)(CIE)三次LED國際專家會(huì)議的技術(shù)交流和相關(guān)國際對(duì)比結(jié)果，現(xiàn)建議如下：

A.國家計(jì)量部門應(yīng)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(yīng)用;C.1nm和5nm光譜測量帶寬的色度測試結(jié)果比較接近，可采用5nm帶寬測量;D.主波長的對(duì)比測量差別很小;E.CCD測量儀器相對(duì)誤差較大。

(4)發(fā)光強(qiáng)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(qiáng)度。單位為坎德拉/平方米[cd/m2]，符號(hào)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(qiáng)度。

(6)色溫(Co1or Temperature)

當(dāng)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(shí)，黑體的溫度就稱為該光源的色溫，用絕對(duì)溫度K表示。當(dāng)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(shí)，黑體的溫度就稱為該光源的相關(guān)色溫。

8.標(biāo)準(zhǔn)LED

(1)LED光學(xué)特性測量的理論與技術(shù)基礎(chǔ)

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

B.對(duì)于LED發(fā)光強(qiáng)度的測量，由于LED發(fā)光特性不遵循光度學(xué)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(qiáng)度(ALI)。

C.為了提高平均發(fā)光強(qiáng)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(shù)委員會(huì)，開展相關(guān)的研究和評(píng)價(jià)工作，以及對(duì)標(biāo)準(zhǔn)LED的研究。

D.光度學(xué)、色度學(xué)、輻射度學(xué)的基本理論是LED的測量基礎(chǔ)。標(biāo)準(zhǔn)A光源是測定標(biāo)準(zhǔn)LED光譜功率分布特性的重要基準(zhǔn)。

E. 準(zhǔn)確的標(biāo)準(zhǔn)LED光通量值可用分布式光度計(jì)測量確定。作為一種補(bǔ)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(biāo)準(zhǔn)LED研究工作。

(2)對(duì)標(biāo)準(zhǔn)LED特性的要求

A.標(biāo)準(zhǔn)LED的工作溫度一般大于環(huán)境溫度，也有致冷的技術(shù)方案;B.標(biāo)準(zhǔn)LED的樣品需要老化幾百小時(shí)，選擇其中的穩(wěn)定者進(jìn)行后期標(biāo)定工作;C. 標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)幾乎不太可能;D.標(biāo)準(zhǔn)LED必須與測試樣品具有同樣的發(fā)光強(qiáng)度分布曲線(配光曲線)，如果待測LED的顏色(光譜)與標(biāo)準(zhǔn)LED(光譜)有差異，則需對(duì)光度探器進(jìn)行光譜校正。

(3)應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)LED測量的優(yōu)點(diǎn)

A.不需要對(duì)光度探頭進(jìn)行光譜校正;B.不需要對(duì)光度計(jì)參考平面進(jìn)行嚴(yán)格的定位。

9.LED的應(yīng)用

(1)顯示屏、交通訊號(hào)、廣告業(yè)多媒體、城市亮化顯示光源的應(yīng)用LED燈具有抗震耐沖擊、光響應(yīng)速度快、省電和壽命長等特點(diǎn)，廣泛應(yīng)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(gè)單位在開發(fā)生產(chǎn)。交通信號(hào)燈主要用超高亮度紅、綠、黃色LED，因?yàn)椴捎肔ED信號(hào)燈既節(jié)能，可靠性又高，所以在全國范圍內(nèi)，交通信號(hào)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(yīng)用汽車用燈包含汽車內(nèi)部的儀表板、音響指示燈、開關(guān)的背光源、閱讀燈和外部的剎車燈、尾燈、側(cè)燈以及頭燈等。汽車用白熾燈不耐震動(dòng)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(yīng)速度快，可以及早提醒司機(jī)剎車，減少汽車追尾事故，在發(fā)達(dá)國家，使用LED制造的中央后置高位剎車燈已成為汽車的標(biāo)準(zhǔn)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(dān)當(dāng)，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(shí)期，是推廣超高亮度LED的極好時(shí)機(jī)。近幾年內(nèi)會(huì)形成年產(chǎn)10億元的產(chǎn)值，5年內(nèi)會(huì)形成每年30億元的產(chǎn)值。

(3)LED背光源以高效側(cè)發(fā)光的背光源最為引人注目，LED作為LCD背光源應(yīng)用，具有壽命長、發(fā)光效率高、無干擾和性價(jià)比高等特點(diǎn)，已廣泛應(yīng)用于電子手表、手機(jī)、BP機(jī)、電子計(jì)算器和刷卡機(jī)上，隨著便攜電子產(chǎn)品日趨小型化，LED背光源更具優(yōu)勢(shì)，因此背光源制作技術(shù)將向更薄型、低功耗和均勻一致方面發(fā)展。LED是手機(jī)關(guān)鍵器件，一部普通手機(jī)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(jī)則需要使用約20只LED器件?，F(xiàn)階段手機(jī)背光源用量非常大，一年要用35億只LED芯片。目前我國手機(jī)生產(chǎn)量很大，而且大部分LED背光源還是進(jìn)口的，對(duì)于國產(chǎn)LED產(chǎn)品來說，這是個(gè)極好的市場機(jī)會(huì)。

(4)LED照明光源早期的產(chǎn)品發(fā)光效率低，光強(qiáng)一般只能達(dá)到幾個(gè)到幾十個(gè)mcd，適用在室內(nèi)場合，在家電、儀器儀表、通訊設(shè)備、微機(jī)及玩具等方面應(yīng)用。目前直接目標(biāo)是LED光源替代白熾燈和熒光燈，這種替代趨勢(shì)已從局部應(yīng)用領(lǐng)域開始發(fā)展。日本為節(jié)約能源，正在計(jì)劃替代白熾燈的發(fā)光二極管項(xiàng)目(稱為“照亮日本”)，頭五年的預(yù)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(dāng)于60億升原油的能源，相當(dāng)于五個(gè)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(dǎo)體照明計(jì)劃。

(5)其它應(yīng)用例如一種受到兒童歡迎的閃光鞋，走路時(shí)內(nèi)置的LED會(huì)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(dòng)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(yù)計(jì)批量生產(chǎn)時(shí)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(shì)強(qiáng)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(dòng)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)優(yōu)化升級(jí)、培育新的產(chǎn)業(yè)增長點(diǎn)這一戰(zhàn)略任務(wù)的指導(dǎo)下，LED成為各地方政府的發(fā)展重點(diǎn)，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(guān)于加快經(jīng)濟(jì)發(fā)展方式轉(zhuǎn)變的若干意見》中，將半導(dǎo)體照明(LED)產(chǎn)業(yè)列為廣東近期重點(diǎn)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(shì)。國內(nèi)LED企業(yè)迅速崛起并迅速擴(kuò)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(kuò)張產(chǎn)能的士蘭微再到半路出家的德豪潤達(dá)，LED產(chǎn)業(yè)熱潮幾乎席卷了整個(gè)行業(yè)，由于國內(nèi)LED產(chǎn)品技術(shù)整體水平不高，國內(nèi)企業(yè)普遍規(guī)模小、技術(shù)實(shí)力弱、產(chǎn)品檔次也比較低，LED市場競爭激烈，相關(guān)廠商爭打價(jià)格戰(zhàn)，同時(shí)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(dòng)態(tài)和LED產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)分布來看，已經(jīng)出現(xiàn)很嚴(yán)重的重復(fù)投資的問題。

另外，一些地方政府在發(fā)展經(jīng)濟(jì)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(hù)主義有抬頭趨勢(shì)。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(xiàng)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(jìn)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(fù)建設(shè)，導(dǎo)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(biāo)準(zhǔn)，只有一些地方的標(biāo)準(zhǔn);我國本土LED燈具造型創(chuàng)新設(shè)計(jì)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(yīng)大眾的需要。市場主導(dǎo)是LED照明產(chǎn)業(yè)可以長期健康發(fā)展的基礎(chǔ)，政府要在政策、法規(guī)、研發(fā)投入、應(yīng)用示范和標(biāo)準(zhǔn)等多方面來引導(dǎo)和扶持，全國一盤棋，整體規(guī)劃，才能引導(dǎo)LED產(chǎn)業(yè)持續(xù)健康發(fā)展。