1 概述
中国照明网技术论文·LED照明自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。
中国照明网技术论文·LED照明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测量方法。
中国照明网技术论文·LED照明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∶TC 1-65,TC 1-62这两个研究色表的目视测量和LED的显色性的文件草案。
中国照明网技术论文·LED照明TC 1- 62文件《Colour Rendering of White LED Light Sources》可能部分替代CIE 13.3-1995出版物。这两个文件已进入投票阶段。
中国照明网技术论文·LED照明TC 1- 62文件《Colour Rendering of White LED Light Sources》介绍了白光LED显色指数CRI的目视实验结果。CIE 13.3-1995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,CIE CRI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CIE CRI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TC 2-45研究LED的测量方法:TC 2-45文件《Mea-surement of LEDS》正在投票中,它将会替代CIE 127出版物。
中国照明网技术论文·LED照明3 LED发光效率极限值
中国照明网技术论文·LED照明长期以来,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。
中国照明网技术论文·LED照明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:
中国照明网技术论文·LED照明1cd=(1/683)W/sr(波长555nm);
中国照明网技术论文·LED照明1cd=1lm/sr;
中国照明网技术论文·LED照明1W=683lm(波长555nm)。
中国照明网技术论文·LED照明如果忽略供电损耗、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。
中国照明网技术论文·LED照明图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。
中国照明网技术论文·LED照明在照明领域中,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。
中国照明网技术论文·LED照明考察LED这一新型光源,在牺牲一些显色性指数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。
中国照明网技术论文·LED照明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。
中国照明网技术论文·LED照明4 LED与传统光源的比较
中国照明网技术论文·LED照明(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)。
中国照明网技术论文·LED照明(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。
中国照明网技术论文·LED照明(3)LED光学参数与温度有关(如图6、图7所示);
中国照明网技术论文·LED照明(4)LED光学参数与观察角度有关;
中国照明网技术论文·LED照明(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)。
中国照明网技术论文·LED照明LED的上述特性,给LED光学特性的测量带来很多问题。
中国照明网技术论文·LED照明5 LED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:
中国照明网技术论文·LED照明(1)发光强度;
中国照明网技术论文·LED照明(2)总光通量;
中国照明网技术论文·LED照明(3)光谱特性、色品坐标、主波长;
中国照明网技术论文·LED照明(4)发光强度的空间分布和总光通量。
中国照明网技术论文·LED照明5.1 发光强度
中国照明网技术论文·LED照明由于LED的结构特点,为提高其发光效率,在其底部配装反射器,实际上它本身就是一个灯具。各个区域发出的光线有不同的聚焦点,它并不是一个点光源。因此,在评价LED发光强度时,光度学中的距离平方反比定律不适用。CIE127出版物中规定了两种目前国际公认的测量条件如图9、图10所示。
中国照明网技术论文·LED照明应用上述两种测量条件的测量结果能进行国际间的对比。A和B测量条件并不严格按照发光强度的定义进行,因此被称为“平均发光强度”(ALI)。
中国照明网技术论文·LED照明关于测量探测器的修正:由于测量探测器V(?姿)的配匹误差将造成“平均发光强度”(ALI)的测量误差(如图11所示),V(?姿)的配匹误差对红、蓝LED的测量结果影响更为严重,采用光谱修正方法可以提高测量精度。
中国照明网技术论文·LED照明对LED发光强度测量仪器的要求:
中国照明网技术论文·LED照明(1)测量立体角要正确dΩ=0.001sr(A条件)dΩ=0.01sr(B条件)
中国照明网技术论文·LED照明(2)测量机械轴正确;
中国照明网技术论文·LED照明(3)有效的防杂散光设计;
中国照明网技术论文·LED照明(4)精密的V(λ)光探测器;
中国照明网技术论文·LED照明(5)提供V(λ)光探测器光谱数据,便于修正测量值;
中国照明网技术论文·LED照明(6)配备高稳定性的供电电源。
中国照明网技术论文·LED照明5.2 LED光通量的测量
中国照明网技术论文·LED照明应用分布式光度计可对LED总光通量进行精确测量(探测器光谱响应曲线已修正的条件下)。这是LED总光通量的绝对测量方法,但测试仪器昂贵,工业中常用积分球进行测量。
中国照明网技术论文·LED照明(1)积分球的尺寸尽可能大,可减少挡屏吸收及异物误差;
中国照明网技术论文·LED照明(2)镀层表面反射比越大,球内表面的响应率差异越少。目前在LED测试中,镀层表面反射比甚至大于98%。
中国照明网技术论文·LED照明(3)注意被测LED的安装位置,应将发射的光线对准积分球内表面响应均匀的区域;
中国照明网技术论文·LED照明(4)应用辅助光源减少挡屏吸收及异物误差。
中国照明网技术论文·LED照明5.3 光谱特性、色品坐标、主波长的测量
中国照明网技术论文·LED照明根据国际照明委员会(CIE)三次LED国际专家会议的技术交流和相关国际对比结果,现建议如下:
中国照明网技术论文·LED照明(1)国家计量部门应该采用双单色仪测量系统;
中国照明网技术论文·LED照明(2)单色仪测量系统可满足工业部门应用;
中国照明网技术论文·LED照明(3)1nm和5nm光谱测量带宽的色度测试结果比较接近,可采用5nm带宽测量;
中国照明网技术论文·LED照明(4)主波长的对比测量差别很小;
中国照明网技术论文·LED照明(5)CCD测量仪器相对误差较大。
中国照明网技术论文·LED照明6 标准LED
中国照明网技术论文·LED照明6.1 LED光学特性测量的理论与技术基础
中国照明网技术论文·LED照明(1)根据以上对LED光学特性的分析,国家计量部门和工业界可应用常规的光度、色度及辐射度仪器对LED的总光通量、光谱特性、色品坐标、主波长、色温等参数进行测量。
中国照明网技术论文·LED照明(2)对于LED发光强度的测量,由于LED发光特性不遵循光度学的距离平方反比定律,CIE127文件推荐采用A,B条件测量LED平均发光强度(ALI)。
中国照明网技术论文·LED照明(3)为了提高平均发光强度、光通量等量值传递过程中测量的不确定度和提高测量效率,CIE建立了Tc2-45、Tc2-46、Tc2-50等技术委员会,开展相关的研究和评价工作,以及对标准LED的研究。
中国照明网技术论文·LED照明(4)光度学、色度学、辐射度学的基本理论是LED的测量基础。标准A光源是测定标准LED光谱功率分布特性的重要基准。
中国照明网技术论文·LED照明(5)准确的标准LED光通量值可用分布式光度计测量确定。作为一种补充测试方法,美国(NIST)、匈牙利、英国(NPL)、德国(PTB)等国家以及我国都在积极开展标准LED研究工作。
中国照明网技术论文·LED照明6.2 对标准LED特性的要求
中国照明网技术论文·LED照明(1)标准LED的工作温度一般大于环境温度,也有致冷的技术方案;
中国照明网技术论文·LED照明(2)标准LED的样品需要老化几百小时,选择其中的稳定者进行后期标定工作;
中国照明网技术论文·LED照明(3)标准LED必须与测试样品具有同样的光谱功率分布,需要建立多种不同颜色的标准LED。特别是白光LED,由于它可由不同光谱组成,研制通用的白光LED标准几乎不太可能;
中国照明网技术论文·LED照明(4)标准LED必须与测试样品具有同样的发光强度分布曲线(配光曲线),如果待测LED的颜色(光谱)与标准LED(光谱)有差异,则需对光度探器进行光谱校正。
中国照明网技术论文·LED照明6.3 应用标准LED测量的优点
中国照明网技术论文·LED照明(1)不需要对光度探头进行光谱校正;
中国照明网技术论文·LED照明(2)不需要对光度计参考平面进行严格的定位,图13、图14是标准LED的应用。
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中照网网友 在2016-6-2 11:44:56发表
这个确实是事实,可是国家一边为了照顾经济发展,一边又没有投入资金对企业进行辅导,确实让企业也茫然。是无奈还是放任,这需…
中照网网友 在2016-5-19 11:36:38发表
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