普通照明用LED光源的特性

1、概述

　　近年来LED的研发、生产和应用飞速发展。蓝光LED的发明使得LED应用于普通照明领域成为了可能，伴随着高效、大功率LED技术的不断突破，LED将最有可能成为本世纪应用最广泛的照明光源。


　　对于LED的特性，因其应用领域的不同需进一步统一认识，半导体行业和照明行业对LED的认识存在着明显的差别，用于指示（包括显示）目的LED的特性和用于照明目的LED的特性也有所不同，相应的物理测量方法和质量评估方法也各不相同，使用的仪器也存在着一定的差别，各实验室的测试条件也不尽相同。

　　由于上述原因，各实验室对同一LED给出不同的测量结果是经常发生的事。本文主要介绍照明LED的特性测量，介绍CIE在LED测量方面已取得的成果、 CIE第二分部（Division2）专家较为普遍认同的物理测量方法、以及基于现有CIE技术文件的专用测量仪器，并给出了典型的普通照明用LED光源的较为完整的物理测量报告。

　　2、普通照明用LED光源及其特性

　　普通照明LED，俗称“白光”LED。目前实现白光LED主要有两条途径：第一，用LED发出的蓝光激发荧光粉，再与荧光粉发出的“黄光”进行混光，最终得到白光；第二，用红、、绿、蓝三种不同的LED进接混光，得到白光。

　　普通照明用LED光源的典型结构示意图如图1-3所示。

　　无论是单个封装好的LED还是由LED串组成的LED光源，它都不是物理学上最容易理解和描述的点光源或朗伯光源，它是由多个等效点光源所组成的分散的点光源（象：虚象和实象均存在，一般多数为虚象）的集合。LED光源所对应的特定的点光源集合有着共同的特征：

　　（1）、在近场的不同距离下，其光强分布是不相同的；

　　（2）、在某一特定角度上（如法向），其近场发光强度不是恒定的，因而，照度随距离平方成反比定律不成立；

　　（3）、由于LED芯片与封装透镜的位置敏感性和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分布曲线；

　　（4）、目前已进入工业化生产的“白光”LED，其光谱混合是不均匀的，其颜色分布像光强分布曲线一样，是随距离和角度的不同而发生变化的，尤其是pcLED，往往存在一个色温很高的蓝色色中心。

　　3、普通照明用LED光源的测量方法和仪器

　　正是由于普通照明用LED光源存在着上述特性，其测量和品质评价就需要特定的方法和专用的设备仪器来解决。CIE制定了一些LED测量方面的标准，一些标准还在制定之中，部分标准将成为CIE/ISO以及CIE/IEC的联合标准，以统一国际间LED测量问题。中国虽然只有为数不多的科技工作者在从事 LED测量工作，但中国的LED测量方法和仪器一直在跟踪世界最新动态，并受到了CIE的重视。下面逐个介绍照明LED主要特性的物理测量方法与仪器。

　　3．1 平均法向光强的测量

　　平均法向光强是最常用的LED质量指标，CIE Publication No.127-1997给予了明确的规定和描述，图4明确表达了基本的测量方法，图5为基于CIE  Publication No.127的测量仪器，该仪器除能同时实现CIE Condition A、B外，还能让被测LED转动角度，实现在不同角度下测量LED平均光强。

　　3．2 平均光强分布曲线和绝对光强分布曲线的测量

　　事实上只要让图4中的LED以前面的顶点为中心沿θ角转动起来，在不同θ角下记录照度值，再根据距离平方反比定律计算出平均光强，那么所得的曲线即分别为在CIE Condition A、B下的平均光强分布曲线。

　　尽管上文已表述了LED不符合点光源的特性，不满足距离平方反比定律，但当距离足够大时，如：LED光源所对应的特定的点光源集合（象）的10倍，则距离平方反比定律又恢复为符合，由于此时探测器口径所形成的张角已足够小，“平均”一词已不再重要，并可以加上“绝对”一词，但一般可省略。图6是某1W照明 LED分别在CIE Condition A、B下的光强分布曲线。

　　特别需要注意的是，在测试LED平均和绝对光强分布曲线时一定要注意被测平面的选取，为了方便起见，本文定义LED引角中心所决定的平面为CO°平面，并在此平面上测量光强随θ角分布情况。在远距离（点光源条件下）的测试可能会涉及到较高灵敏度的宽线性动态范围的光照度计，这是相对较为昂贵的仪器，测试环境要求也相对较高。相关测试仪器如图7所示。

　　此外，由于LED光源是一种窄带光谱的光源，根据CIE Publication No.127的要求，对探测器进行按式（1）所述的SCF修正是必要的，但是实验表明，优质V（λ）探测器在对普通照明用LED光源测量时，即使不修正也能得到满意的结果，其不确定度可以做到±3%甚至更好。