跟著資料及制程方面不斷地前進(jìn)及演進(jìn)，發(fā)光二極管不光發(fā)光功率曾經(jīng)有了顯著的晉升，其色彩也曾經(jīng)不再局限于傳統(tǒng)的赤色及黃色，可與赤色配成全彩的藍(lán)色、綠色及白光發(fā)光二極管等也連續(xù)開發(fā)完結(jié)。發(fā)光二極管已逐漸邁向全彩的視界，并廣泛運(yùn)用于生計(jì)中的各個(gè)范疇。
與傳統(tǒng)光源相比較，發(fā)光二極管不光外型上與傳統(tǒng)的燈源有極大的不一樣，其在旋光性及電性上也很不一樣。當(dāng)前運(yùn)用在照明發(fā)面的燈源首要分為兩種，一種是運(yùn)用電流發(fā)生高熱而發(fā)光的燈源，這類型的燈源較常看到的是傳統(tǒng)桌上型臺(tái)燈的燈泡，或是點(diǎn)綴用的鹵素?zé)舻取＿@類型燈源有費(fèi)電、高熱、發(fā)光功率欠安等特性，可是由于其光譜散布與我們較習(xí)氣的太陽光類似，因而仍被廣泛地運(yùn)用在點(diǎn)綴及鋪排照明方面。而另一種則是運(yùn)用氣體放電原理發(fā)光的光源，藉由氣體放電發(fā)生游離電子碰擊管內(nèi)的汞蒸氣，發(fā)生的紫外線被管壁上的熒光粉吸收后，而放出特定波長(zhǎng)的可見光光譜。通常較常見到的這類型光源就如如今最常運(yùn)用的日光燈管，或是發(fā)光功率為當(dāng)前光源中較高的省電燈泡等。這類型的光源當(dāng)然有省電、發(fā)光功率較佳的長(zhǎng)處，可是其宣布的紫外線固然當(dāng)前尚不能證實(shí)對(duì)人體會(huì)有損傷，但曾經(jīng)斷定的是在長(zhǎng)期運(yùn)用下會(huì)損壞如藝術(shù)品顏料及紙張等資料；而燈管內(nèi)所填充的汞，在運(yùn)用時(shí)決裂或擱置時(shí)都可以形成環(huán)境上極大的損傷。
由于如此，與傳統(tǒng)燈源如鹵素?zé)?、熒光燈相比較，固然在這些年來傳統(tǒng)燈源仍有在發(fā)光功率或辦法上仍有適當(dāng)?shù)那斑M(jìn)，可是各國的研制單位仍在尋覓更合適替代傳統(tǒng)燈源的替代品，因而具有節(jié)約動(dòng)力潛力的發(fā)光二極管在動(dòng)力逐漸缺少及各國晉升綠色環(huán)保觀念的一起，獨(dú)特招引我們的注重。
通常照明光源檢測(cè)包羅光衡量與色彩
關(guān)于照明光源而言，常用的光衡量的界說包羅了光通量、光強(qiáng)度、光照度等，別離代表了單位工夫中光源所宣布的總通量(以流明為單位)、光源在所打開的立體角中所顛末的通量(單位為燭光)，以及單位面積被光源所照耀到的通量(單位為勒克斯)，茲將光衡量界說與其對(duì)應(yīng)之表明式收拾如表1。
而在光的衡量以外，在人眼可以感知到光源的特性還包羅了色彩的局部，可是通常直接運(yùn)用口述來陳說紅、橙、黃、綠、藍(lán)等色彩，其實(shí)會(huì)由于人與人認(rèn)知上的間隔而有極大差錯(cuò)，因而平常生計(jì)中較便利的辦法是運(yùn)用孟得賽爾體系所供給的色卡及測(cè)色樣品；更科學(xué)的辦法則是運(yùn)用科學(xué)家所界說的色度坐標(biāo)體系，包羅了CIE1931標(biāo)準(zhǔn)色度體系，或是CIE1976均勻色空間體系等，合作量測(cè)及核算，可以將色彩以坐標(biāo)精準(zhǔn)地出現(xiàn)出來。
LED特性差異招致檢測(cè)辦法不一樣
不論是光衡量或是色衡量，最初在擬定這些標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，都是根據(jù)通常的傳統(tǒng)光源，這些傳統(tǒng)光源不論其發(fā)光的原理為何，其光源自身(不思考燈具的局部)都有在空間中均勻向外分散的特性，也就是光源所宣布的光線均勻向外傳遞，因而不論是光強(qiáng)度界說中需思考到的立體角，或是光照度界說中需思考到被照耀物的面積，都可以清晰且清楚地界說出來?？墒前l(fā)光二極管卻有極大的不一樣，早期發(fā)光二極管由于發(fā)光功率極低，也就是每顆發(fā)光二極管適當(dāng)暗，當(dāng)處于這樣的前提下，在思考發(fā)光二極管封裝辦法時(shí)當(dāng)然會(huì)期望盡量能收集到其所宣布的光線，也就是將光源所宣布的光線會(huì)集在很小的視點(diǎn)中。因而早期遍及運(yùn)用在核算機(jī)機(jī)殼、儀器警示燈上的發(fā)光二極管基本上都有這樣的特性，這一系列炮彈型封裝產(chǎn)物首要是運(yùn)用碗狀的支架及炮彈型的模粒，將晶粒所宣布的光線向中間會(huì)集。這一系列的發(fā)光二極管跟著其模粒直徑的不一樣，通常可分為3ψ或是5ψ的發(fā)光二極管(圖1)。
而在發(fā)光二極管發(fā)光功率逐漸晉升的一起，可運(yùn)用的范疇也越來越廣，因而林林總總不一樣封裝辦法的發(fā)光二極管產(chǎn)物連續(xù)問市。這些不一樣封裝辦法的發(fā)光二極管基本上首要是根據(jù)客戶的運(yùn)用需求而描繪，這些運(yùn)用包羅了交通號(hào)志燈、手機(jī)背光源、大型LCD背光源、車燈、野外顯現(xiàn)廣告牌、獨(dú)特照明乃至是生醫(yī)范疇的運(yùn)用。而這些運(yùn)用的需求除了低電流會(huì)是低電壓驅(qū)動(dòng)(合作太陽能電池之運(yùn)用)、高功率操作、優(yōu)秀的散熱性或獨(dú)特場(chǎng)合的運(yùn)用(如高空、高溫與低溫、水底等)等，最重要的就是其獨(dú)特的空間發(fā)光特性。光源在空間中發(fā)光的特性通常是以配光曲線(Beam Pattern)來剖析，也就是運(yùn)用精細(xì)的Goniophotometer設(shè)備將光源在空間中所有視點(diǎn)上的宣布光線以偵測(cè)器偵測(cè)后，予以收拾剖析。
關(guān)于傳統(tǒng)光源(未加燈具)而言，其配光曲線中光源在各視點(diǎn)的發(fā)光強(qiáng)度跟著不一樣發(fā)光視點(diǎn)的散布，基本上是一樣的?？墒顷P(guān)于發(fā)光二體而言，固然未合作任何燈具的運(yùn)用，其配光曲線中發(fā)光強(qiáng)度關(guān)于視點(diǎn)的散布仍有激烈的關(guān)聯(lián)性，這樣的特性稱為指向性。需求闡明的是固然goniophotometer可以量測(cè)光源光線在空間中三維的散布，不過通常來說配光曲線圖在表明時(shí)仍以兩維表明法居多。圖2為通常配光曲線的表明圖，圖2的右半部為通常直角坐標(biāo)系的表明辦法，其橫軸為視點(diǎn)，縱軸為強(qiáng)度。而圖2左半部則為雷達(dá)圖表明辦法，強(qiáng)度以脫離圓心的圓周間隔來表明。通常配光曲線的量測(cè)成果可任擇一種辦法表明，或如圖例以兩種表明辦法一起表明。
LED量測(cè)選用CIE-127
從上述的評(píng)論可以很顯著地看出，由于發(fā)光二極管具有激烈的指向性，因而適用于傳統(tǒng)照明光源的全光束及光衡量測(cè)辦法未必適用于發(fā)光二極管的量測(cè)上，因而世界照明協(xié)會(huì)(CIE, International Commission on Illumination)第二小組在1994年建立TC2-34 LED Measurement技能委員會(huì)，對(duì)準(zhǔn)LED光學(xué)特性的量測(cè)進(jìn)行研討，并擬定如表2所示的分項(xiàng)技能評(píng)論。關(guān)聯(lián)于TC2-34的技能陳述于1997年由CIE宣布，陳述標(biāo)題為「CIE-127 Measurement of LED」，就是當(dāng)前我們所熟知遍及被運(yùn)用于LED量測(cè)的CIE-127。
CIE-127整份文件分為8個(gè)章節(jié)，8個(gè)章節(jié)的標(biāo)題別離如下：
1. Introduction
2. Properties of LEDs
3. Production tolerance
4. Properties of the detector
5. Quantities defining spatial relations
6. Measurement of total luminous flux
7. Quantities related to spectral
distribution
8. Bibliography
而在CIE-127文件的一最初，便試著闡明這份文件的擬定首要是由于發(fā)光二極管與其它光源有顯著地不一樣，因而需求一些新界說來做精準(zhǔn)量測(cè)，這個(gè)新界說稱為均勻發(fā)光二極管發(fā)光強(qiáng)度(Averaged LED Intensity)，而這個(gè)新界說的量測(cè)可以供給市面上不一樣封裝辦法的發(fā)光二極管有含義及具有重復(fù)性的量測(cè)成果。別的，光通量(Luminous Flux)也在評(píng)論的規(guī)模中，而發(fā)光二極管光通量的量測(cè)需求獨(dú)特建構(gòu)適用的積分球。文件中主張，發(fā)光二極管光通量與均勻發(fā)光功率的量測(cè)最棒能與標(biāo)準(zhǔn)發(fā)光二極管以比較法取得最佳的成果，而標(biāo)準(zhǔn)發(fā)光二極管的挑選根據(jù)是該標(biāo)準(zhǔn)發(fā)光二極管與待測(cè)發(fā)光二極管具有一樣的波長(zhǎng)性質(zhì)及配光曲線，且在運(yùn)用時(shí)需求有杰出的溫控。
其實(shí)整份文件固然共有8個(gè)章節(jié)，但就如其文件所述，其要點(diǎn)首要在均勻發(fā)光二極管發(fā)光強(qiáng)度的界說與光通量量測(cè)的注重事項(xiàng)上，前段其它章節(jié)首要是描繪發(fā)光二極管的特性、產(chǎn)物間差錯(cuò)及量測(cè)時(shí)偵測(cè)器的選用，后段則在著重色彩方面思考及量測(cè)時(shí)須注重的議題。由于與CIE其它關(guān)聯(lián)于光度、色度的文件迥然不一樣。因而在這邊首要要評(píng)論的仍是均勻發(fā)光二極管發(fā)光強(qiáng)度及光通量的量測(cè)。
均勻發(fā)光二極管發(fā)光強(qiáng)度
為LED全新量測(cè)辦法
關(guān)于光源而言，通常會(huì)獨(dú)特界說其光軸(Optical Axis)與機(jī)械軸(Geometric
Axis)。所謂的光軸代表的是光學(xué)上在空間中光強(qiáng)度散布的對(duì)稱軸(可由配光曲線判別)，而機(jī)械軸則表明光源在外型上尺度對(duì)稱的中間軸，通常光度關(guān)聯(lián)的量測(cè)大局部會(huì)以光軸為中間點(diǎn)。而跟著封裝辦法的不一樣，不一樣的發(fā)光二極管的外型并不一樣，其發(fā)光特性也有很大的不一樣，就算關(guān)于徹底一樣的封裝辦法，由于發(fā)光二極管的制程通常被歸類為半導(dǎo)體關(guān)聯(lián)制程，以相對(duì)的尺度而言，芯片的發(fā)光層、電極與基板間相對(duì)方位的改變適當(dāng)大，因而樣品的光學(xué)軸與機(jī)械軸未必是在一樣的軸上(圖3)。關(guān)于生產(chǎn)線而言，為了一起統(tǒng)籌產(chǎn)值與光衡量測(cè)的功率，通常是運(yùn)用機(jī)械軸做為量測(cè)軸，這樣要下降樣品間量測(cè)的差錯(cuò)，或是晉升樣品量測(cè)的再現(xiàn)性，會(huì)適當(dāng)艱難，因而用發(fā)光二極管的機(jī)械軸為量測(cè)軸，本質(zhì)上就具爭(zhēng)議性，因而運(yùn)用光學(xué)軸作為量測(cè)標(biāo)準(zhǔn)似乎是合理的辦法。僅僅推到實(shí)踐面而言，要找到發(fā)光二極管的光學(xué)軸需求由樣品配光曲線量測(cè)定位得到，可是通常的配光曲線量測(cè)會(huì)消耗適當(dāng)多的工夫，因而在實(shí)踐量產(chǎn)上藉由光學(xué)軸來量測(cè)發(fā)光二極管會(huì)有適當(dāng)?shù)钠D難。
為徹底解決以上問題，因而CIE導(dǎo)入「均勻發(fā)光二極管發(fā)光強(qiáng)度」這種全新量測(cè)的辦法，這種均勻發(fā)光二極管發(fā)光強(qiáng)度(Average LED Intensity)的界說可對(duì)準(zhǔn)當(dāng)前已商品化的各種發(fā)光二極管，供給具有有用含義與再現(xiàn)性的量測(cè)成果。所謂的均勻發(fā)光二極管發(fā)光強(qiáng)度是將發(fā)光二極管的組織軸界說為量測(cè)中間的首要量測(cè)根據(jù)，并清晰規(guī)則發(fā)光二極管與偵測(cè)器的間隔、偵測(cè)器的巨細(xì)，這樣的作法可將發(fā)光二極管由于封裝辦法或是外型上不一樣所形成的發(fā)光強(qiáng)度改變予以均勻化。實(shí)踐上的作法則是固定發(fā)光二極管與偵測(cè)器的間隔，而偵測(cè)器的前方有必要設(shè)置約束偵測(cè)器接納面積為100mm2的圓形光圈(Aperture)，藉由偵測(cè)器可接納到的均勻照度(Illuminance)以核算發(fā)光二極管的均勻發(fā)光強(qiáng)度ILED，其架構(gòu)如圖4。
CIE-127規(guī)則，根據(jù)發(fā)光二極管與偵測(cè)器的間隔的不一樣，界說出兩種不一樣的量測(cè)條件，別離為CIE Standard Condition A及CIE
Standard Condition B。當(dāng)發(fā)光二極管與偵測(cè)器的間隔d為316mm時(shí)(圖3)，稱為CIE Standard Condition A；當(dāng)發(fā)光二極管與偵測(cè)器間隔d為100mm時(shí)，稱為CIE Standard Condition B。具體上來說，Condition
A代表光源執(zhí)政偵測(cè)器方向，且在偵測(cè)器面積為100mm2所張的立體角(Solid Angle)為0.001sr(其平面視點(diǎn)約為2°)，而Condition B則代表光源執(zhí)政偵測(cè)器方向，且在偵測(cè)器面積為100mm2所張的立體角(Solid Angle)為0.01sr(其平面視點(diǎn)約為6.5°)。而均勻發(fā)光二極管強(qiáng)度的核算則是在承認(rèn)量測(cè)條件為CIE
Standard Condition A或是CIE
Standard Condition B后，藉由下列式子得出：
其間E為均勻照度(Average Illuminance)，其單位為lmm-2，而d代表發(fā)光二極管端緣至偵測(cè)器的間隔，單位為公尺。
CIE-127藉由對(duì)量測(cè)中每一項(xiàng)變量清晰的界說，防止由于發(fā)光二極管實(shí)踐發(fā)光中間不清晰，或是光軸不易斷定所可以形成影響，并藉由均勻(average)的主意，減低在量測(cè)發(fā)光強(qiáng)度時(shí)由于發(fā)光二極管激烈的指向性，形成在量測(cè)發(fā)光強(qiáng)度時(shí)由于量測(cè)軸選用的禁絕而可以形成的差錯(cuò)。不過再一次著重的是，在運(yùn)用均勻發(fā)光二極管強(qiáng)度(Average LED Intensity)時(shí)，量測(cè)體系的發(fā)光二極管樣品的中間軸為其機(jī)械軸，且CIE Standard Condition中的間隔為發(fā)光二極管樣品端緣(也就是幾許形狀上的最前緣)至偵測(cè)器的間隔。而量測(cè)出的均勻發(fā)光二極管強(qiáng)度有必要清晰標(biāo)示所運(yùn)用的條件為CIE Standard Condition A仍是CIE
Standard Condition B，并可以ILED
A v或是ILED B v表明。
全光通量為LED重要量測(cè)項(xiàng)目
關(guān)于照明用光源而言，全光通量(Total Luminous Flux)的量測(cè)對(duì)評(píng)價(jià)光源的能量變換功率(Luminous Efficency)是非常重要的項(xiàng)目。量測(cè)光源的辦法全光通量首要可分為兩類，一類是直接運(yùn)用精細(xì)的配光曲線量測(cè)設(shè)備Goniophotometer進(jìn)行量測(cè)，運(yùn)用偵測(cè)器將光源在空間中各視點(diǎn)的發(fā)光強(qiáng)度積分后可得到光源的全光通量。假定光源被包在球型的量測(cè)區(qū)域中，偵測(cè)器運(yùn)用體系的懸臂沿著此球型區(qū)域繞行，則球型區(qū)域上單位面積dA(dA在空間中的視點(diǎn)為θ及ψ時(shí))，其所收到的單位光通量dψ可以光照度(illuminance)來表明：
(具體請(qǐng)見新電子229期4月號(hào)第168頁)
而光源的總光通量ψ則為：
(具體請(qǐng)見新電子229期4月號(hào)第168頁)
可是也像前面所提過的，架起一套配光曲線量測(cè)用的Goniophotometer不光所費(fèi)不茲，更由于配光曲線的量測(cè)會(huì)消耗適當(dāng)?shù)墓し?，因而關(guān)于量產(chǎn)的廠商而言，并不可以將這樣的設(shè)備架起在產(chǎn)在線，進(jìn)行產(chǎn)物的檢控。因而CIE也供給了另一套較簡(jiǎn)化的量測(cè)辦法用以量測(cè)發(fā)光二極管的總光通量，也就是運(yùn)用積分球(Intergrating Sphere)量測(cè)光源光通量的辦法。
運(yùn)用積分球量測(cè)光源總光通量的辦法由來已久，所運(yùn)用的設(shè)備是一顆內(nèi)層鍍有高散射特性反射膜的空心金屬球殼。置于積分球中的光源在點(diǎn)亮后其所宣布的光線會(huì)均勻地在球殼來回反射直至均勻地充溢在球殼中的每一部份。若在球殼上的某局部開一個(gè)小孔并置入偵測(cè)器，則偵測(cè)器所得到的讀值與整顆球殼與小孔面積的份額相乘積，就可以得到光源的總光通量。
運(yùn)用積分球量測(cè)光源光通量的辦法關(guān)聯(lián)于運(yùn)用Goniophotometer要來的簡(jiǎn)略，可是在體系的架起及積分球選用方面卻相對(duì)重要，這些要項(xiàng)包羅了積分球的尺度巨細(xì)、殼內(nèi)反射層反射率的凹凸、光源在殼內(nèi)的架起方位、擋板(Baffle)的選用及方位的裝備、補(bǔ)助燈(Auxiliary Lamp)偵測(cè)器的選用等，都需求顛末精細(xì)的核算及實(shí)驗(yàn)描繪。而發(fā)光二極管由于其尺度的獨(dú)特及激烈的指向性，因而在運(yùn)用積分球量測(cè)其光通量時(shí)會(huì)需求獨(dú)特注重。
CIE發(fā)如今大局部實(shí)驗(yàn)室用于量測(cè)發(fā)光二極管的總光通量所運(yùn)用積分球巨細(xì)通常小于10厘米，使得發(fā)光二極管由于非發(fā)光部(模粒、導(dǎo)線、金屬組件等)的自我吸收占光源全體的比率之所形成的量測(cè)差錯(cuò)比通常照明用光源大，因而除了設(shè)法削減非發(fā)光部的吸收外，別的一個(gè)辦法就是透過抵償發(fā)光二極管(Auxiliary LED)的抵償辦法進(jìn)步量測(cè)精度。因而抵償發(fā)光二極管的選用也相對(duì)重要，CIE主張?jiān)谶x用抵償發(fā)光二極管時(shí)有必要合作待測(cè)發(fā)光二極管的一些特性，包羅附近的配光曲線、附近的總光通量及附近的光譜特性等。CIE并主張用于量測(cè)發(fā)光二極管的總光通量時(shí)積分球尺度不能太小，也就是期望積分球直徑不行小于30cm。而合適發(fā)光二極管量測(cè)之積分球結(jié)構(gòu)，與抵償發(fā)光二極管、擋板的設(shè)置辦法按照CIE-127共有3種，其設(shè)置辦法如圖5所示。其間圖5(a)的裝備辦法為量測(cè)發(fā)光二極管總光通量時(shí)最簡(jiǎn)略的裝備，僅思考運(yùn)用擋板擋住發(fā)光二極管直射入偵測(cè)器的視點(diǎn)，可是相對(duì)地，這樣的裝備辦法由于徹底沒思考樣品及量測(cè)環(huán)境的尺度份額及吸收丟失，因而形成的差錯(cuò)也較大，所以圖5(a)的裝備辦法僅適用在積分球大于30厘米時(shí)的量測(cè)條件。
LED技能不斷打破
量測(cè)標(biāo)準(zhǔn)日漸缺少 <span style="co
