LED特性测量 led照明检测实用技术

1、概要

近几年LED的研究开发、生产、应用急速发展。蓝光LED的发明使LED能够应用于一般的照明领域，伴随着高效、大功率LED技术的不断突破，LED成为本世纪最广泛应用的照明光源的可能性最高。中国政府和国际社会都对LED的发展很关心。国际照明委员会CIE作为第二分部的光和放射线测定分部（DiviSion2:Measurement of Light and Radition），专门研究LED的特性测定，召开了世界最有名、最具代表性的专家参加的两次研讨会，取得了一定的成果。但是LED的物理测量问题，还没有全部解决。2004年6月CIE再次在日本召开了CIELEDExpert Symposium专家研讨会，进一步探讨了LED的特性测定问题。

关于LED的特性，需要根据其应用领域进一步统一地识别，因此在半导体行业和照明行业中对LED的认识存在明显的差异，表示显示（包含显示）目的LED的特性和对照明目的LED的特性也不同，对应的物理测量方法和质量评价方法也不同使用的机器也有一定的差别，各实验室的试验条件也不同。由于这样的原因，经常发生每个实验室对同一LED给出不同的测量结果。在本文中，主要介绍了照明LED的特性测量，介绍了CIE测量中获得的成果，CIE第2分部（DiviSion2）专家一般认可的物理测量方法，以及基于以往CIE技术文件的专用测量器，给出了典型的一般照明用LED光源的比较完整的物理测量报告。

2、一般照明用LED光源及其特性

一般照明LED，通称白光LED。现在，实现白光LED主要有两种方法。第一，用从LED发出的蓝色光激发荧光体，与从荧光体发出的黄光混光，最终得到白光。第二，在红、绿、蓝三种不同LED下输入混合光以获得白光。

常规照明LED光源的典型配置图？如3所示。

无论是单个封装的LED还是LED列LED光源，都是物理上最理解、最容易描述的点光源或朗伯光源，而是由多个等效点光源构成的分散点光源（象：存在虚像和实像，一般多为虚像）的集合。LED光源对应的特定的点光源的集合有共同的特征。

（1）在近场的不同距离处，其光强度分布不同。

（2）在某个特定角度（例如法线），由于其近场发射强度不恒定，所以照度根据距离的平方不成立反比规律。

（3）、LED由于芯片和封装透镜的位置灵敏度和LED芯片的不对称性，LED光源在不同的C平面上有不同的光强度分布曲线；

（4）现在进入工业化生产白光LED，其光谱混合不均匀，其颜色分布像光强度分布曲线那样根据距离和角度变化，特别是pcLED存在色温高的蓝色中心。

3、一般照明用LED光源的测量方法和仪器

一般照明用LED光源具有上述特性，因此该测定和品质评价需要特定的方法和专用的设备设备设备。CIE制定了几个LED测定相关的基准，制定了几个基准。部分标准成为CIE/ISO及CIE/IEC的联合基准，统一国际间LED测定问题。在中国只有少数科学技术人员从事LED测定，而中国的LED测定方法和仪器却追踪世界最新的动态，受到CIE的重视。说明照明LED的主要特性的物理测量方法和仪器。page

3.1平均法向光强度的测量

平均法射线光强是最常用的LED质量指标，在CIEPublicationNo.127-1997中给出了明确的规定和说明，明确表示基本的测量方法，CIEPublication是基于No.127的测定器，该仪表除了能够同时实现CIECondition A、B以外，还使被测量LED旋转角度在不同角度测量LED可以实现平均光强度。

3.2平均光强度分布曲线和绝对光强度分布曲线的测量

实际上，以中的LED为前一个顶点为中心theta；角度旋转，不同theta；若在角上记录照度值，根据距离平方反比定律计算平均光强度，则得到的曲线分别为CIECondition A、B中的平均光强度分布曲线。

LED不适合于点光源的特性，叙述了不满足距离平方反比定律LED，但在距离足够大的情况下，如对应于LED光源的特定点光源的集合（象）的10倍那样，距离平方反比定律又适当地恢复。此时，由于由探测口径形成的张角足够小，所以平均语不重要，可以加绝对词，但一般可以省略。某1W照明LED分别是CIECondition A、B下的光强度分布曲线。

特别是在测试LED平均值和绝对光强度分布曲线时，必须注意选择测量平面。为了方便起见，这里定义的LED由引力中心确定的平面是COdeg。测量平面，在该平面测量光强度theta。角分布的情况。在远程（点光源条件）下的测试是相对昂贵的设备，测试环境的要求也可能与具有相对高灵敏度的宽线性动态范围的光照度计相关联。显示相关试验器具。

另外，因为LED光源是窄带光谱的光源，所以需要根据CIEPublicationNo.127的要求，将探针修正在式（1）中记载的SCF，但是通过实验，良好的Vlambda；在通常照明用LED光源的测定时，即使不进行修正也能得到满意的结果，其不确定度能够达到plusmn。3%以上

3.3光通量和颜色的测定

由于一般照明用LED光源发出的光的光谱有不均匀性，LED在测定色特性时应进行充分的混光，否则测定结果不统一对于一般照明用LED光源所测定的颜色严格来说，用总平均值（totalaverage）在积分球上测量光通量的同时测量颜色是合理的。中国在颜色测定方面有独到之处，CIE除了遵守一般的光和颜色测定出版物的规定外，中国在和光通量进行颜色测定时积分法有机地结合光谱（简称结合法），这个创造性的技术申请了专利。

本系统根据CIEPublicationNo.84-1989的请求Si-V（lambda；探测测量光通量，该方法测量光通量具有宽的线性动态范围。CIE根据PublicationNo.63-1984，用由单色仪和PMT构成的光谱法测定照明LED的光谱功率分布，用CIEPublicationNo.127-1997记载的SCF修正法实时自动比较Si-Vlambda；探测测量光通量系统。修正系数如下。

int;780380PTe（lambda;）bull;V（lambda;）bull;dV int; 780380Pse（lambda;）bull; R（lambda;）bull;dlambda;

SFC = ------ bull; ---------int;780380PTe（lambda;）bull;R（lambda;）bull;dV int; 780380Pse（lambda;）bull;V（lambda;）bull;dlambda;

（1）式中：PTe（（lambda；）为了被测量光源的相对光谱功率，在文章中应该是普通的照明用LED光源。Pse（lambda;）标准灯（通常是白炽灯泡或卤素钨灯）的相对光谱功率。

R（lambda;）Si-V（lambda;）包含积分球等效光谱透射率的探针相对光谱灵敏度；pageV（lambda;）是CIE光谱光视效率函数；SCF是光谱失配校正系数。

由于该系统容易修正SCF，光通量测量具有非常好的动态范围和测量精度，能够用单一标准灯实现对系统的高精度修正。另外，系统具有与通常的光谱法和小动态范围（要求被测量灯接近标准灯光通量的严格条件）相同的异光谱误差。如图9所示，由于耦合方法比通常的光谱方法线性动态范围高5位的组在通常的光谱方法中留下至少3位的动态范围来扫描光谱相对功率分布，所以用标准灯缩放的通常的光谱方法的精度线必须是1~2位，并且非常窄。

随着照明LED的功率增加，单一LED和LED列都需要测量（要求设备的动态范围大），并且LED的光谱分布是特殊的，因此通过结合法测量一般照明用LED光源的光通量和颜色的优点变得更显著。

4、讨论

4.1CIECondition A和B

通常经常使用的照度计测量线程的最小值是0.1lx，以100mm和316mm对应的光强度分别是1mcd和10mcd，但以往的小输出LED的光强度一般是1~2000mcd。因此，CIEPublicationNo.127？1997制定Condition A和Condition B对于LED简单测量法线光强度非常有利。

现在，开发了照明大功率LED，照明用单个LED的电力从数十mW发展为数W，提高了2位数，发光效率也提高了，因此期待LED平均法方向光强度提高2～3位数。这意味着1~1000cd的LED变得更一般。如果是这样，则建议将CIECondition A和B的测量距离变更为1m或3.16m，该变更不仅在通常的照明度计中能够容易地测量照明LED，而且测定对照度计的孔径（灵敏度面积）也不需要严格限定，所测定的光的强度也不是近场光的强度，而是能够恢复距离平方反比定律测得的光的强度可以平均地改变为绝对法线光的强度，测量结果对测试仪器的依赖性进一步减弱，有利于工业和商业贸易中国际间LED的质量评估。

4.2照明LED测量仪的缩放和标准灯

将LED作为二次标准光源来缩放仪表，还是用以往的白炽灯泡类的标准灯来缩放仪表，是讨论过的问题。作者认为，由于白炽灯泡类的标准灯具有更稳定和再现性，所以条件好的实验室应该用白炽灯泡类的标准灯对仪表进行缩放，尤其是能够正确测试SCF值的实验室。但是，在条件恶劣的工厂和工作场所，用正确测定的同类型LED对仪表进行缩放是必须注意LED的几何条件和环境温度的非常实用的方法。

4.3LED光强度测量时的定位基准

在测定光强度和光强度分布时，LED光源的定位基准很重要，在CIENo.127-1997中，明确了将机械轴心和前部顶点作为定位基准，但由于LED光源的尺寸小，在实际操作时会因定位误差而导致大的测量误差参考峰值光强度轴心，定位基准是否更好是需要进一步研究的问题。

4.4LED考试的环境条件

LED在测试中，除了向供电应用恒流方式以外，几何条件和环境温度条件非常重要。在测量光强度分布曲线时，如果不注意测得的平面，或者尽管是相同的平面，但是机械轴心的对准存在问题，则出现plusmn。20%以上的误差是完全可能的。

另外，LED光源是温度依赖性强的光源，温度的上升可能导致LED发光峰值波长的红移和光输出的快速衰减，因此在LED测试中维持环境温度的有效控制（例如恒温积分球），对LED自身温度的监控非常有意义。这也是确保测量结果再现的最重要条件之一。

5、结论

通过使用上述测量方法及设备反复测试通常照明用LED的光源，能够实现良好的稳定性和再现性。这表示，在CIE现有文件的框架下，基于LED的独特特性，对几个CIE测量方法和条件进行少量修正和调整，进一步制定能够完全解决普通照明用LED的特性测量问题的对应CIE推荐方法。