LED檢測參數及其檢測方法探討

趙柱博

上海時代之光照明電器檢測有限公司

LED檢測參數及其檢測方法探討

趙柱博

上海時代之光照明電器檢測有限公司

本文探討了發光二極管（LED）檢測參數及檢測方法，包括LED發光強度、總光通量、發光光譜等的檢測，同時對檢測的環境條件也進行了探討。

發光二極管；發光強度；總光通量；光譜

引言

從上世紀二十年代，羅塞夫（Lossen.o.w）研究發現發光二極管（LED）以來，LED經過了幾十年的漫長發展歷程。二十世紀末期，隨著LED技術的迅猛發展，尤其是發光效率的逐步提高，LED的應用市場正逐步擴大。在使用過程中，要對發光二極管的色度、光感度以及電參數等進行檢測。LED的發光性能特別，其單個芯片可以說就是一個標準的光源，因為其發光點不大，算得上是點光源，發光的統一性能極佳，立體角也不大，同時大部分的LED芯片都屬于單色光。這就表示對芯片的測量是十分簡單易行的。不過，單個芯片跟經過封裝后的LED以及用眾多芯片排布成的陣列式原件相比，二者在發光特性上還是有較大區別的。跟單顆LED不同，這類經過封裝或者組合的原件發光沒有統一性，發光角度不大。因此對于經過封裝的LED進行測量，首先要優化并統一標準，所得結果才具有一致性。

1LED的檢測參數

通常而言，對于LED的測評有眾多光學參量，例如光與輻射的強度和通量大小，發光效率，峰度以及風波和主波的長度等等。不過，當前LED光源已經構成了對傳統光源的挑戰，在競爭中，自然會有更多的測量要求出現，比如用戶最關心的照度以及亮度。在測量過程中，涉及到的儀器有光度計、輻射計等等。

2.光強度的測量

通常情況下，由一個點光源產生的光具有向同性，根據這個原理，人們能夠利用對任何一個既定方向的單位立體角進行光通量的測定，以此來明確點光源的發光強度？發光二極管的尺寸很小，光強度也不大，因此在測量時要將探頭放置在靠近LED的地方，如果以常規手段進行光強測定，勢必造成較大誤差。所以，業內相關標準很早就規定了有關LED光強的測定準則，其中對于發光二極管應放于參考光軸的什么方位、距離遠近、探頭的大小以及立體角的具體數據都做了明確規定。若是一個特定光源的光強會跟隨角度以及距離的調整而發生改變，那么，針對此光源的所有測量數據實則為各個測量標準下的平均數據。也就是可將光強測定值稱作發光二極管的平均光強。現階段，幾乎所有研究單位都采用這一平均光強進行研究。

3.光通量的測量

以上所探討的是針對發光二極管的光強測定，若是對全部角度的測定結果通過積分處理，便能獲得LED輻射光通量的總和數值。當前，對于光通量的測定，可以從其原理來區分，除了總光通量以為還有一種是光強積分的測量方法；從測量方法來劃分，也可分為兩種，一個是采用分布光度計，一種是采用積分球。

3.1.光通量的基準測量方法

總光通量的基準測量方法是國標GB/T24824-2009推薦的首選方法，當對測量結果有爭議的時候，應采用本方法測量。

該方法是在測光暗室內，使用探測器旋轉式分布光度計，采用照度分布積分法實現總光通量的測量。同時，該方法要求被測LED模塊發光中心處于分布光度計的旋轉中心。通過數值積分可由公式計算LED模塊的總光通量。

3.2.強積分法測量光通量

光強積分法是在測光暗室內，使用分布光度計測量LED模塊的光強分布，通過數值積分的方式計算出LED模塊的總光通量和區域光通量。該方法同樣要求被測LED模塊發光中心處于分布光度計的旋轉中心，同時測量距離足夠大，能夠把被測LED模塊近似認為點光源。

3.3.分球法測量光通量

積分球法是將積分球與光度計或光譜輻射計結合，采用替代方法測量總光通量。采用積分球法測量時，應分別將標準LED模塊和被測LED模塊放入積分球內點燃，并分別記錄它們在光電轉換器的讀數Ei和Eo，則可通過公式計算求得被測LED模塊的光通量。

采用積分球法測量時應注意以下問題：

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

2）用同種類型的標準LED模塊對積分球光度計或積分球光譜輻射計進行校準，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，采用的探測儀器頭要在其光波段中獲得理想的響應，而不僅僅是針對寬波長做平均測定。對光度計或是輻射度測量儀器進行校準，若用白熾光源，只能做寬泛的整體校準，以這些儀器來對LED光源進行測量時，會產生不小的誤差。

5.境條件

LED又被稱作冷光源，不過這并不表示它的發光過程就完全不受其他發熱物的影響。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由固體材料內部反向流動，在電子以及空穴復合后，就可以產生激發狀態，呈現出發光的狀態。為了使其發光更為平穩，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，一些高功率的發光二極管供電需求在200毫安至300毫安之間。

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

對上述兩點進行很好的把握是十分關鍵的，所以，要在恒溫恒電流的環境下進行LED光通量的測量才有可能具備可重復性。

6.束語

發光二極管有著極為特別的發光性質，對其進行各種測量時不可全部依照傳統方法執行。第一，在針對傳統光源的測量里，其所定義的光強跟LED的不盡相同，依據國際相關組織的界定，唯有通過設定相對固定的距離、方向以及立體角才有可能獲得重復性較好的測量結果，同時，對探測器也有相應的規定；第二，本文探討了對LED光通量測定有所影響的各類要素，例如，運用的積分球應當盡可能的大，對環境溫度與濕度的敏感性不高，球里的擋光雜質要盡可能少等等；第三，本文對采用傳統光源所校核的探測器來測量LED光譜可能出現的偏差進行了討論，特別是對于紅、藍兩色LED的光譜測定偏差明顯；第四，本文還探討了在LED測量中，環境因素所造成的影響，要確保在恒溫恒電流的環境下進行LED光通量的測量，才有可能具備可重復性。