用配光曲线作判据选择LED标准管[1]

　　0 引言

　　LED封装产品的性能参数可分为8大类：光度量、辐射度量、色度量、几何量、电学量、热学量、时域量及其他量，共约60个参数。其中，时域量中的开关时间在平板显示(FPD)中较为重要，热学量中的结温在估算LED寿命时较为重要。但LED作为一种新型光源，最主要的指标是发光强度和总光通量。鉴于现今LED测量仪型号繁杂，质量参差不齐，加上缺乏准确的操作手段，遂使量值的发散度达到10%以上。为了统一量值，现在通用的办法是全国各相应单位寄送测量仪到计量院进行校正，但这样做的缺陷是：1)仪器体积硕大邮寄不方便;2)被校正的参数数量有限。为此LED标准管的概念便提上了日程[1]。标准管是指可以把许多参数全放在一支LED标准管上，然后寄到相关单位，用它来进行测量仪器的校正。用LED标准管进行量值传递最后统一量值的方法其优点可概括为：邮寄方便，费用低廉，操作简单，信息量大(指储存参数多)。鉴于配光曲线无论从何种角度衡量，都是最不可或缺的参量，本文围绕配光曲线(光强空间分布曲线)进行讨论。

　　1　配光曲线的概念

　　一般光源(包括LED)有2种性能曲线：发光强度的空间分布和光谱分布。前者见图1所示，而配光曲线仅指图中的一个剖面，即发光强度的空间分布是一个三维图形，而作为其一个剖面的配光曲线是一个二维图形，且一般都采用极坐标表示，所以两者既有区别又有联系。必须指出，用笛卡尔坐标和极坐标绘制的同一个LED的配光曲线形状是不一样的，图2显示了同一支单色光LED在2种坐标下的测量图形。图2(a)是采用笛卡尔坐标系，纵轴代表发光强度(单位为cd)，横轴代表波长(单位为nm)。而图2(b)是采用极坐标系，圆弧代表极角，直线即矢径代表发光强度。要检验一支LED的配光曲线是否理想至少需取4个(间隔90°)或8个(间隔45°)不同角度的剖面。配光曲线对白炽灯、荧光灯和充气灯，其分布范围几乎接近4π空间;但对LED，接近2π空间的配光曲线就足够了，因为LED的方向性比较强。配光曲线对于照明和显示屏用的LED是重要的参数，对LED标准管的选择也是重要的参数。而发光强度的光谱分布主要用于色度量，图3是2种LED白光管的光谱分布曲线，①号线是蓝光激发荧光粉发出黄光混合而成的白光，②号线是三基色红、绿和蓝光混合而成的白光。

　　图1　发光强度的空间分布三维图

　　图2　同一只单色LED在2种坐标系下的配光曲线

　　图3　2种白光LED的光谱分布曲线

　　2　配光曲线的获得

　　测量配光曲线的仪器叫分布光度计，又称变角光度计[2]，现有2种结构，如图4所示。图4(a)是LED不动，光探测器围绕它作2π空间假想球面的扫描;图4(b)是光探测器不动，LED以芯片为中心作180°的扫描，然后LED的插座旋转一个规定的角度，再作180°的扫描，如此往复直至转满360°。显然，图4(a)结构的分布光度计比较好，它既能方便地根据LED的尺寸进行位置的调节，又能根据发光强度的大小方便地调节光探测器至LED的距离，但它的结构比较复杂，目前仅中国计量科学院、美国和德国等计量机构所采用。而图4(b)仅算得上“伪”分布光度计，目前它广泛应用于LED的商品测量上。

　　图4　2种分布光度计的外观