LED光源与光学特性检测（二）

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6.LED与传统光源的比较

LED与传统光源的比较有以下特点：

(1)LED体积小，有各种不同的外形尺寸，适用于不同应用场所。

(2)LED具有多种颜色，紫外、紫色、绿色、黄色、红色到红外，白光LED光谱。

(3)LED光学参数与温度有关;(4)LED光学参数与观察角度有关;(5)LED有各种不同的配光曲线，而且没有确定的光轴。

LED的上述特性，给LED光学特性的测量带来很多问题。

7.LED光学特性的测量

LED的光学特性检测应从下面几个特性来考虑：

(1)发光强度(cd)

光通量是说明某一光源向四周空间发射出的总光能量。不同光源发出的光通量在空间的分布是不同的。发光强度的单位为坎德拉，符号为cd，它表示光源在某单位球面度立体角(该物体表面对点光源形成的角)内发射出的光通量。1cd = 1lm/1sr(sr：立体角的球面度单位)。

LED的发光强度通常是指法线(对圆柱形发光管是指其轴线)方向上的发光强度。若在该方向上辐射强度为(1/683)W/sr时，则发光1坎德拉(符号为cd)。由于一般LED的发光强度小，所以发光强度常用烛光(坎德拉，mcd)作单位。

由于LED的结构特点，为提高其发光效率，在其底部配装反射器，实际上它本身就是一个灯具。各个区域发出的光线有不同的聚焦点，它并不是一个点光源。因此，在评价LED发光强度时，光度学中的距离平方反比定律不适用。CIE127出版物中规定了两种目前国际公认的测量条件。

应用上述两种测量条件的测量结果能进行国际间的对比。A和B测量条件并不严格按照发光强度的定义进行，因此被称为“平均发光强度”(ALI)。

关于测量探测器的修正：由于测量探测器的配匹误差将造成“平均发光强度”(ALI)的测量误差，配匹误差对红、蓝LED的测量结果影响更为严重，采用光谱修正方法可以提高测量精度。

对LED发光强度测量仪器的要求：

A.测量立体角要正确dΩ=0.001sr(A条件)dΩ=0.01sr(B条件)。

B.测量机械轴正确;C.有效的防杂散光设计;D.精密的V(λ)光探测器;E.提供V(λ)光探测器光谱数据，便于修正测量值;F.配备高稳定性的供电电源。

(2)总光通量(lm)

由于人眼对不同波长的电磁波具有不同的灵敏度，我们不能直接用光源的辐射功率或辐射通量来衡量光能量，必须采用以人眼对光的感觉量为基准的单位----光通量来衡量。光通量用符号Φ表示，单位为流明(lm)。

LED光通量的测量，应用分布式光度计可对LED总光通量进行精确测量(探测器光谱响应曲线已修正的条件下)。这是LED总光通量的绝对测量方法，但测试仪器昂贵，工业中常用积分球进行测量。

A.积分球的尺寸尽可能大，可减少挡屏吸收及异物误差;B.镀层表面反射比越大，球内表面的响应率差异越少。目前在LED测试中，镀层表面反射比甚至大于98%。

C.注意被测LED的安装位置，应将发射的光线对准积分球内表面响应均匀的区域;D.应用辅助光源减少挡屏吸收及异物误差。

(3)光谱特性、色品坐标、主波长测量

光谱特性、色品坐标、主波长的测量，根据国际照明委员会(CIE)三次LED国际专家会议的技术交流和相关国际对比结果，现建议如下：

A.国家计量部门应该采用双单色仪测量系统;B.单色仪测量系统可满足工业部门应用;C.1nm和5nm光谱测量带宽的色度测试结果比较接近，可采用5nm带宽测量;D.主波长的对比测量差别很小;E.CCD测量仪器相对误差较大。

(4)发光强度的空间分布和总光通量

(5)亮度(cd/m2)

亮度是表示眼睛从某一方向所看到物体发射光的强度。单位为坎德拉/平方米[cd/m2]，符号为L，表明发光体在特定方向单位立体角单位面积内的光通量，它等于1平方米表面上发出1坎德拉的发光强度。

(6)色温(Co1or Temperature)

当光源所发出的光的颜色与黑体在某一温度下辐射的颜色相同时，黑体的温度就称为该光源的色温，用绝对温度K表示。当光源所发出的光的颜色与黑体在某一温度下辐射的颜色接近时，黑体的温度就称为该光源的相关色温。

8.标准LED

(1)LED光学特性测量的理论与技术基础

A.根据以上对LED光学特性的分析，国家计量部门和工业界可应用常规的光度、色度及辐射度仪器对LED的总光通量、光谱特性性、色品坐标、主波长、色温等参数进行测量。

B.对于LED发光强度的测量，由于LED发光特性不遵循光度学的距离平方反比定律，CIE127文件推荐采用A，B条件测量LED平均发光强度(ALI)。

C.为了提高平均发光强度、光通量等量值传递过程中测量的不确定度和提高测量效率，CIE建立了Tc2-45、Tc2-46、Tc2-50等技术委员会，开展相关的研究和评价工作，以及对标准LED的研究。

D.光度学、色度学、辐射度学的基本理论是LED的测量基础。标准A光源是测定标准LED光谱功率分布特性的重要基准。

E. 准确的标准LED光通量值可用分布式光度计测量确定。作为一种补充测试方法，美国(NIST)、匈牙利、英国(NPL)、德国(PTB) 等国家以及我国都在积极开展标准LED研究工作。

(2)对标准LED特性的要求

A.标准LED的工作温度一般大于环境温度，也有致冷的技术方案;B.标准LED的样品需要老化几百小时，选择其中的稳定者进行后期标定工作;C. 标准LED必须与测试样品具有同样的光谱功率分布，需要建立多种不同颜色的标准LED。特别是白光LED，由于它可由不同光谱组成，研制通用的白光LED标准几乎不太可能;D.标准LED必须与测试样品具有同样的发光强度分布曲线(配光曲线)，如果待测LED的颜色(光谱)与标准LED(光谱)有差异，则需对光度探器进行光谱校正。

(3)应用标准LED测量的优点

A.不需要对光度探头进行光谱校正;B.不需要对光度计参考平面进行严格的定位。

9.LED的应用

(1)显示屏、交通讯号、广告业多媒体、城市亮化显示光源的应用LED灯具有抗震耐冲击、光响应速度快、省电和寿命长等特点，广泛应用于各种室内、户外显示屏，分为全色、三色和单色显示屏，全国有100多个单位在开发生产。交通信号灯主要用超高亮度红、绿、黄色LED，因为采用LED信号灯既节能，可靠性又高，所以在全国范围内，交通信号灯正在逐步更新换代，而且推广速度快，市场需求量很大。

(2)汽车工业上的应用汽车用灯包含汽车内部的仪表板、音响指示灯、开关的背光源、阅读灯和外部的刹车灯、尾灯、侧灯以及头灯等。汽车用白炽灯不耐震动撞击、易损坏、寿命短，需要经常更换。1987年，我国开始在汽车上安装高位刹车灯。由于LED响应速度快，可以及早提醒司机刹车，减少汽车追尾事故，在发达国家，使用LED制造的中央后置高位刹车灯已成为汽车的标准件，美国HP公司在1996年三种颜色的LED灯推出的LED汽车尾灯模组可以随意组合成各种汽车尾灯。此外，在汽车仪表板及其他各种照明部分的光源，都可用超高亮度发光灯来担当，所以均在逐步采用LED显示。我国汽车工业正处于大发展时期，是推广超高亮度LED的极好时机。近几年内会形成年产10亿元的产值，5年内会形成每年30亿元的产值。

(3)LED背光源以高效侧发光的背光源最为引人注目，LED作为LCD背光源应用，具有寿命长、发光效率高、无干扰和性价比高等特点，已广泛应用于电子手表、手机、BP机、电子计算器和刷卡机上，随着便携电子产品日趋小型化，LED背光源更具优势，因此背光源制作技术将向更薄型、低功耗和均匀一致方面发展。LED是手机关键器件，一部普通手机或小灵通约需使用10只LED器件，而一部彩屏和带有照相功能的手机则需要使用约20只LED器件。现阶段手机背光源用量非常大，一年要用35亿只LED芯片。目前我国手机生产量很大，而且大部分LED背光源还是进口的，对于国产LED产品来说，这是个极好的市场机会。

(4)LED照明光源早期的产品发光效率低，光强一般只能达到几个到几十个mcd，适用在室内场合，在家电、仪器仪表、通讯设备、微机及玩具等方面应用。目前直接目标是LED光源替代白炽灯和荧光灯，这种替代趋势已从局部应用领域开始发展。日本为节约能源，正在计划替代白炽灯的发光二极管项目(称为“照亮日本”)，头五年的预算为50亿日元，如果LED替代半数的白炽灯和荧光灯，每年可节约相当于60亿升原油的能源，相当于五个1.35×106kW核电站的发电量，并可减少二氧化碳和其它温室气体的产生，改善人们生活居住的环境。我国于2004年投资50亿大力发展节能环保的半导体照明计划。

(5)其它应用例如一种受到儿童欢迎的闪光鞋，走路时内置的LED会闪烁发光，仅温州地区一年要用5亿只发光二极管;利用发光二极管作为电动牙刷的电量指示灯，据国内正在投产的制造商介绍，该公司已有少量保健牙刷上市，预计批量生产时每年需要3亿只发光灯;正在流行的LED圣诞灯，由于造型新颖、色彩丰富、不易碎破以及低压使用的安全性，近期在香港等东南亚地区销势强劲，受到人们普遍的欢迎，正在威胁和替代现有电泡的圣诞市场。

10.LED面临的一些问题

在国家推动产业结构优化升级、培育新的产业增长点这一战略任务的指导下，LED成为各地方政府的发展重点，东莞、惠州、佛山、深圳、大连、南昌、厦门等地方政府纷纷制定了产业发展战略规划，国内掀起了一股LED投资热潮。作为占据国内LED总产值的近半壁江山的广东，今年5月发布的《关于加快经济发展方式转变的若干意见》中，将半导体照明(LED)产业列为广东近期重点主抓的三大战略性新兴产业之一。LED产业在广东已经形成了百舸争流的局面。深圳、东莞、佛山都已经将LED产业列为支柱型产业发展。LED产业已经呈现出全面开花之势。国内LED企业迅速崛起并迅速扩大产能，为争夺LED市场展开攻略。从国内LED产业龙头企业三安光电到扩张产能的士兰微再到半路出家的德豪润达，LED产业热潮几乎席卷了整个行业，由于国内LED产品技术整体水平不高，国内企业普遍规模小、技术实力弱、产品档次也比较低，LED市场竞争激烈，相关厂商争打价格战，同时LED产业内也出现了无序投资、恶性竞争等现象。从目前国内市场动态和LED产业结构分布来看，已经出现很严重的重复投资的问题。

另外，一些地方政府在发展经济中有意将地方市场向本地企业开放，或者以投资换市场的方式锁住地方市场，地方保护主义有抬头趋势。若不打破这种地方行政壁垒，必然带来地区之间的产业项目趋同，直接加大产业泡沫，阻碍区域一体化发展进程。不同区域要突出不同特色，要避免为短期利益简单重复建设，导致未来恶性竞争。

此外，中国的LED照明还存在一系列其它问题，例如中国目前还没有LED灯具国家标准，只有一些地方的标准;我国本土LED灯具造型创新设计能力明显不足等。要解决好这些问题，才能使LED产业发展更加健康，LED产品才能更适应大众的需要。市场主导是LED照明产业可以长期健康发展的基础，政府要在政策、法规、研发投入、应用示范和标准等多方面来引导和扶持，全国一盘棋，整体规划，才能引导LED产业持续健康发展。