趙柱博

上海時(shí)代之光照明電器檢測有限公司

LED檢測參數(shù)及其檢測方法探討

趙柱博

上海時(shí)代之光照明電器檢測有限公司

本文探討了發(fā)光二極管（LED）檢測參數(shù)及檢測方法，包括LED發(fā)光強(qiáng)度、總光通量、發(fā)光光譜等的檢測，同時(shí)對(duì)檢測的環(huán)境條件也進(jìn)行了探討。

發(fā)光二極管；發(fā)光強(qiáng)度；總光通量；光譜

引言

從上世紀(jì)二十年代，羅塞夫（Lossen.o.w）研究發(fā)現(xiàn)發(fā)光二極管（LED）以來，LED經(jīng)過了幾十年的漫長發(fā)展歷程。二十世紀(jì)末期，隨著LED技術(shù)的迅猛發(fā)展，尤其是發(fā)光效率的逐步提高，LED的應(yīng)用市場正逐步擴(kuò)大。在使用過程中，要對(duì)發(fā)光二極管的色度、光感度以及電參數(shù)等進(jìn)行檢測。LED的發(fā)光性能特別，其單個(gè)芯片可以說就是一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的光源，因?yàn)槠浒l(fā)光點(diǎn)不大，算得上是點(diǎn)光源，發(fā)光的統(tǒng)一性能極佳，立體角也不大，同時(shí)大部分的LED芯片都屬于單色光。這就表示對(duì)芯片的測量是十分簡單易行的。不過，單個(gè)芯片跟經(jīng)過封裝后的LED以及用眾多芯片排布成的陣列式原件相比，二者在發(fā)光特性上還是有較大區(qū)別的。跟單顆LED不同，這類經(jīng)過封裝或者組合的原件發(fā)光沒有統(tǒng)一性，發(fā)光角度不大。因此對(duì)于經(jīng)過封裝的LED進(jìn)行測量，首先要優(yōu)化并統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，所得結(jié)果才具有一致性。

1LED的檢測參數(shù)

通常而言，對(duì)于LED的測評(píng)有眾多光學(xué)參量，例如光與輻射的強(qiáng)度和通量大小，發(fā)光效率，峰度以及風(fēng)波和主波的長度等等。不過，當(dāng)前LED光源已經(jīng)構(gòu)成了對(duì)傳統(tǒng)光源的挑戰(zhàn)，在競爭中，自然會(huì)有更多的測量要求出現(xiàn)，比如用戶最關(guān)心的照度以及亮度。在測量過程中，涉及到的儀器有光度計(jì)、輻射計(jì)等等。

2.光強(qiáng)度的測量

通常情況下，由一個(gè)點(diǎn)光源產(chǎn)生的光具有向同性，根據(jù)這個(gè)原理，人們能夠利用對(duì)任何一個(gè)既定方向的單位立體角進(jìn)行光通量的測定，以此來明確點(diǎn)光源的發(fā)光強(qiáng)度？發(fā)光二極管的尺寸很小，光強(qiáng)度也不大，因此在測量時(shí)要將探頭放置在靠近LED的地方，如果以常規(guī)手段進(jìn)行光強(qiáng)測定，勢必造成較大誤差。所以，業(yè)內(nèi)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)很早就規(guī)定了有關(guān)LED光強(qiáng)的測定準(zhǔn)則，其中對(duì)于發(fā)光二極管應(yīng)放于參考光軸的什么方位、距離遠(yuǎn)近、探頭的大小以及立體角的具體數(shù)據(jù)都做了明確規(guī)定。若是一個(gè)特定光源的光強(qiáng)會(huì)跟隨角度以及距離的調(diào)整而發(fā)生改變，那么，針對(duì)此光源的所有測量數(shù)據(jù)實(shí)則為各個(gè)測量標(biāo)準(zhǔn)下的平均數(shù)據(jù)。也就是可將光強(qiáng)測定值稱作發(fā)光二極管的平均光強(qiáng)。現(xiàn)階段，幾乎所有研究單位都采用這一平均光強(qiáng)進(jìn)行研究。

3.光通量的測量

以上所探討的是針對(duì)發(fā)光二極管的光強(qiáng)測定，若是對(duì)全部角度的測定結(jié)果通過積分處理，便能獲得LED輻射光通量的總和數(shù)值。當(dāng)前，對(duì)于光通量的測定，可以從其原理來區(qū)分，除了總光通量以為還有一種是光強(qiáng)積分的測量方法；從測量方法來劃分，也可分為兩種，一個(gè)是采用分布光度計(jì)，一種是采用積分球。

3.1.光通量的基準(zhǔn)測量方法

總光通量的基準(zhǔn)測量方法是國標(biāo)GB/T24824-2009推薦的首選方法，當(dāng)對(duì)測量結(jié)果有爭議的時(shí)候，應(yīng)采用本方法測量。

該方法是在測光暗室內(nèi)，使用探測器旋轉(zhuǎn)式分布光度計(jì)，采用照度分布積分法實(shí)現(xiàn)總光通量的測量。同時(shí)，該方法要求被測LED模塊發(fā)光中心處于分布光度計(jì)的旋轉(zhuǎn)中心。通過數(shù)值積分可由公式計(jì)算LED模塊的總光通量。

3.2.強(qiáng)積分法測量光通量

光強(qiáng)積分法是在測光暗室內(nèi)，使用分布光度計(jì)測量LED模塊的光強(qiáng)分布，通過數(shù)值積分的方式計(jì)算出LED模塊的總光通量和區(qū)域光通量。該方法同樣要求被測LED模塊發(fā)光中心處于分布光度計(jì)的旋轉(zhuǎn)中心，同時(shí)測量距離足夠大，能夠把被測LED模塊近似認(rèn)為點(diǎn)光源。

3.3.分球法測量光通量

積分球法是將積分球與光度計(jì)或光譜輻射計(jì)結(jié)合，采用替代方法測量總光通量。采用積分球法測量時(shí)，應(yīng)分別將標(biāo)準(zhǔn)LED模塊和被測LED模塊放入積分球內(nèi)點(diǎn)燃，并分別記錄它們?cè)诠怆娹D(zhuǎn)換器的讀數(shù)Ei和Eo，則可通過公式計(jì)算求得被測LED模塊的光通量。

采用積分球法測量時(shí)應(yīng)注意以下問題：

1）積分球應(yīng)足夠大，積分球內(nèi)壁涂層反射率應(yīng)具備良好的均勻性和光譜中性，并且對(duì)溫度和濕度變化不敏感，積分球內(nèi)擋光物體盡量少。

2）用同種類型的標(biāo)準(zhǔn)LED模塊對(duì)積分球光度計(jì)或積分球光譜輻射計(jì)進(jìn)行校準(zhǔn)，已得到較好的測量不確定度。

4.譜測量

LED的峰值，有很多種波長，范圍包括了全部可見光，及其左右的部分相鄰紅外和紫外光。這些光的光譜較之于白熾燈光，差異性很大。LED光譜很窄，僅為20至40納米范圍內(nèi)，采用的探測儀器頭要在其光波段中獲得理想的響應(yīng)，而不僅僅是針對(duì)寬波長做平均測定。對(duì)光度計(jì)或是輻射度測量儀器進(jìn)行校準(zhǔn)，若用白熾光源，只能做寬泛的整體校準(zhǔn)，以這些儀器來對(duì)LED光源進(jìn)行測量時(shí)，會(huì)產(chǎn)生不小的誤差。

5.境條件

LED又被稱作冷光源，不過這并不表示它的發(fā)光過程就完全不受其他發(fā)熱物的影響。LED大多以固體原件形式存在，在其上添加電壓，可讓電子以及空穴經(jīng)由固體材料內(nèi)部反向流動(dòng)，在電子以及空穴復(fù)合后，就可以產(chǎn)生激發(fā)狀態(tài)，呈現(xiàn)出發(fā)光的狀態(tài)。為了使其發(fā)光更為平穩(wěn)，就需要控制外加電流，所以，LED一般都采用恒定電流下的直流電進(jìn)行供電。其典型電流范圍在10毫安至20毫安之間，一些高功率的發(fā)光二極管供電需求在200毫安至300毫安之間。

對(duì)LED發(fā)光可造成影響的另一要素就是溫度環(huán)境。發(fā)光二極管一遍都是以導(dǎo)熱性能不佳的材料包裝，唯有銅導(dǎo)線可能會(huì)造成其升溫，特別是大功率的，因此十分有必要針對(duì)LED的夾具以及電導(dǎo)線做降溫處理，不然就很有可能給測量結(jié)果造成極大誤差。

對(duì)上述兩點(diǎn)進(jìn)行很好的把握是十分關(guān)鍵的，所以，要在恒溫恒電流的環(huán)境下進(jìn)行LED光通量的測量才有可能具備可重復(fù)性。

6.束語

發(fā)光二極管有著極為特別的發(fā)光性質(zhì)，對(duì)其進(jìn)行各種測量時(shí)不可全部依照傳統(tǒng)方法執(zhí)行。第一，在針對(duì)傳統(tǒng)光源的測量里，其所定義的光強(qiáng)跟LED的不盡相同，依據(jù)國際相關(guān)組織的界定，唯有通過設(shè)定相對(duì)固定的距離、方向以及立體角才有可能獲得重復(fù)性較好的測量結(jié)果，同時(shí)，對(duì)探測器也有相應(yīng)的規(guī)定；第二，本文探討了對(duì)LED光通量測定有所影響的各類要素，例如，運(yùn)用的積分球應(yīng)當(dāng)盡可能的大，對(duì)環(huán)境溫度與濕度的敏感性不高，球里的擋光雜質(zhì)要盡可能少等等；第三，本文對(duì)采用傳統(tǒng)光源所校核的探測器來測量LED光譜可能出現(xiàn)的偏差進(jìn)行了討論，特別是對(duì)于紅、藍(lán)兩色LED的光譜測定偏差明顯；第四，本文還探討了在LED測量中，環(huán)境因素所造成的影響，要確保在恒溫恒電流的環(huán)境下進(jìn)行LED光通量的測量，才有可能具備可重復(fù)性。