LED光学参数的测量技术与LED国家光度标准的研究LED技术论文.docx

LED光学参数的测量技术与LED国家光度标准的研究LED技术论文 吕亮 姜晓梅 赵志丹 中国计量科学研究院 １、前言近30年来，LED发光二极管的技术已经经历了飞速开展的过程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，比方指示灯、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２、ＬＥＤ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。

比方体育场馆的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粹因为在许多场合下，比方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３、ＬＥＤ光度测量原理３．１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，Ｃ＝E/S式中Ｅｓ＝IS/(d 2 s)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Ｅｓ＝Ｃ·Ｒ ｔ 式中Ｅ ｔ 是被测ＬＥＤ的照度，Ｒ ｔ 是被测ＬＥＤ的响应，那么ＬＥＤ的光强度Ｉ ｔ 为：Ｉ ｔ ＝Ｅ ｔ ·d 2 ｔ式中ｄ ｔ 是ＬＥＤ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１０×１０ｍｍ在同一测量距离下，ＬＥＤ转角不同其光强地有变化，因此为了获得最正确值，最好读出最大读数Ｒ ｔ 为佳３．２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±９０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，因此最好的解决方法是大盘转－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Ａ〕１距离上标准灯〔光强值Ｉ ｓ 〕进入积分球内的光通量Φ ｓ ，Φ ｓ ＝Ｉ ｓ ·Ａ／Ｉ 2 读出接收器上的光电流信号ｉ s ，然后把ＬＥＤ置于窗口上，读出相应的接收器光电流信号i t ，那么ＬＥＤ的总光通量Φ为：式中Ｋ为色修正系数３．３ 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，为了防止这个问题，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；ｉ是ＬＥＤ在波长λ处的响应ＬＥＤ的色坐标计算公式为：色坐标为：ｘ＝X/(X+Y+Z)ｙ＝X/(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开展从一个方面提供保障。