led光学特性检测的国内外进展

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1、１概述   自１９７６年第一个红光ＬＥＤ问世以来，经过3０年的发展，ＬＥＤ已形成各种光谱系列产品，单个ＬＥＤ的功率也从最初的零点零几瓦发展至几瓦乃至数十瓦。２００１年白光ＬＥＤ研制成功，人们期待ＬＥＤ最终能进入照明领域，甚至进入家庭照明。最新白光ＬＥＤ的研究成果更是激动人心。小功率ＬＥＤ的发光效率已达１００lm/W。特别是ＲＧＢ－ＬＥＤ的研究结果表明，ＬＥＤ也与常规三基色荧光灯一样，可以获得各种不同的色温和均匀的照明环境。   ＬＥＤ光源的进展和人们对它在照明领域中应用的期待，也对相应的光学检测技术有了新的要求。由于ＬＥＤ的光学特性与传统光源有较大差别，需要研究开发适应这种新型光源的

2、测量方法。   ２国际照明委员会（ＣＩＥ）技术委员会（ＴＣ）相关ＬＥＤ的技术特性研究   国际照明委员会（ＣＩＥ）的两个分部：Ｄ１（视觉和颜色分部）、Ｄ２（光和辐射测量分部），正在研究白光ＬＥＤ的显色性和相关的计量问题，并已转发Ｄ１∶ＴＣ１－６５，ＴＣ１－６２这两个研究色表的目视测量和ＬＥＤ的显色性的文件草案。   ＴＣ１－６２文件《ＣｏｌｏｕｒＲｅｎｄｅｒｉｎｇｏｆＷｈｉｔｅＬＥＤＬｉｇｈｔＳｏｕｒｃｅｓ》可能部分替代ＣＩＥ１３．３－１９９５出版物。这两个文件已进入投票阶段。   ＴＣ１－６２文件《ＣｏｌｏｕｒＲｅｎｄｅｒｉｎｇｏｆＷｈｉｔｅＬＥＤＬｉｇｈｔＳｏｕｒｃｅｓ》介绍了白

3、光ＬＥＤ显色指数ＣＲＩ的目视实验结果。ＣＩＥ１３．３－１９９５出版物中规定了ＣＲＩ的计算方法，如果白光ＬＥＤ对ＣＲＩ进行计算的结果与目视结果有矛盾，文件确定存在这一矛盾。技术报告的结论是：应用包括白光ＬＥＤ在内的显色性计算时，ＣＩＥＣＲＩ并不适用。技术委员会建议Ｄ１建立一组新的显色指数，这些显色指数不立即替代目前的ＣＩＥ显色指数计算方法。新的显色指数作为ＣＩＥＣＲＩ的补充，在成功地应用组合新的显色指数后才能确定替代目前ＣＲＩ的计算方法。Ｄ２成立专门的技术委员会ＴＣ２－４５研究ＬＥＤ的测量方法：ＴＣ２－４５文件《Ｍｅａ-ｓｕｒｅｍｅｎｔｏｆＬＥＤＳ》正在投票中，它将会替代ＣＩＥ１２７出

4、版物。   ３ＬＥＤ发光效率极限值   长期以来，半导体研究专家探索各种新技术以提高ＬＥＤ的内、外量子效率，２００６年已有小功率白光ＬＥＤ发光效率达１００ｌｍ/Ｗ的报导。为确定合理的ＬＥＤ发光效率期待值，需要从光度学、色度学的基础上计算ＬＥＤ发光效率极限值。   １９７９年１０月，第十届国际计量大会（ＣＧＰＭ）定义了新坎德拉（ｃｄ）。坎德拉（ｃｄ）为发出单色辐射频率５４０．０１５４×１０１２Ｈｚ（波长５５５ｎｍ）的光源在给定方向上的发光强度，在该方向上的辐射强度为：   １ｃｄ＝（１/６８３）Ｗ/ｓｒ（波长５５５ｎｍ）；   １ｃｄ＝１ｌｍ/ｓｒ；   １Ｗ＝６８３ｌｍ（波长５５５ｎ

5、ｍ）。   如果忽略供电损耗、内量子效率、外量子效率数值，可以计算出各种光源和ＬＥＤ的发光效率极限值。图１为人眼光谱光效率及理想等能白光的光谱功率分布。由于人眼的光谱响应特性，理想等能白光经加权计算后，可以得到在可见光谱范围内的理想等能白光极限发光效率为１８２．４５ｌｍ/Ｗ。   在照明领域中，一种新型光源的诞生，其寿命、光效是重要的质量指标，但它对各种颜色的显色特性是照明光环境的另一重要质量指标。低压钠灯的２条黄色光谱线的理论发光效率可达４５０ｌｍ/Ｗ（如图2所示），实际光效超过２００ｌｍ/Ｗ。但由于它的显色特性差，最终被高压钠灯、金卤灯所替代。   考察ＬＥＤ这一新型光源，在牺牲

6、一些显色性指数Ｒａ的条件下与理想等能白光比较，白光ＬＥＤ的极限发光效率还会高一些，大约在２００ｌｍ上下。对于一个实际应用于照明领域中的白光ＬＥＤ，发光效率的目标值设定在１５０～１６０ｌｍ/Ｗ是合理的。   除了照明应用的白光ＬＥＤ外，各种光谱的ＬＥＤ的发光效率也可根据图２所示的数据进行估算。图３是红、绿、蓝（６４３ｎｍ，５３５ｎｍ，４６０ｎｍ）ＬＥＤ的极限发光效率值。   ４ＬＥＤ与传统光源的比较   （１）ＬＥＤ体积小，有各种不同的外形尺寸，适用于不同应用场所（如图４所示）。   （２）ＬＥＤ具有多种颜色，紫外、紫色、绿色、黄色、红色到红外，白光ＬＥＤ光谱如图５所示。   （３）Ｌ

7、ＥＤ光学参数与温度有关（如图６、图７所示）；   （４）ＬＥＤ光学参数与观察角度有关；   （５）ＬＥＤ有各种不同的配光曲线，而且没有确定的光轴（如图８所示）。   ＬＥＤ的上述特性，给ＬＥＤ光学特性的测量带来很多问题。   ５ＬＥＤ光学特性的测量   ＬＥＤ的光学特性检测应从下面几个特性来考虑：   （１）发光强度；   （２）总光通量；   （３）光谱特性、色品坐标、主波长；   （４）发光强度的空间分布和总光通量。   ５．１发光强度   由于ＬＥＤ