從目前的LED產(chǎn)品的機(jī)理和結(jié)構(gòu)來看,以下幾個(gè)方面是用來衡量LED優(yōu)劣的特性參數(shù)。
(1)白光LED電流/電壓參數(shù)(正、反向)
LED的電性能具有典型的PN結(jié)伏安特性,不同的電流直接影響LED的發(fā)光亮度和PN結(jié)的結(jié)溫.在照明應(yīng)用中,為了獲得大功率的LED燈,往往將許多個(gè)發(fā)光二極管通過一定的串并聯(lián)方式組合在一起,相關(guān)的各個(gè)LED的特性必須匹配,在交流工作狀態(tài)還必須考慮其反向電特性,因此必須測試它們?cè)诠ぷ鼽c(diǎn)上的正向電流和正向壓降,以及反向漏電流和反向擊穿電壓等參數(shù)。
(2)白光LED光通量和輻射通量
發(fā)光二極管單位時(shí)間內(nèi)發(fā)射的總電磁能量稱為輻射通量,也就是光功率(W).對(duì)于照明用LED光源,我們更關(guān)心的是照明的視覺效果,即光源發(fā)射的輻射通量中能引起人眼感知的那部分當(dāng)量,稱作為光通量ΦV(1m).
輻射通量與器件的電功率之比表示LED的輻射效率;光通量與器件的電 度指在給定方向上單位立體角內(nèi)所發(fā)射的光通量:
??????????? I= dΦ/dΩ(cd)?????????????? (2-1)
光強(qiáng)分布曲線如圖1所示,是表示LED發(fā)光在空間各方向的分布狀態(tài).在照明應(yīng)用中計(jì)算工作面的照度均勻性和LED燈的空間布置,光強(qiáng)分布是最基本的數(shù)據(jù).對(duì)于空間光束為旋轉(zhuǎn)對(duì)稱型分布的LED,用一個(gè)過光束軸平面上的曲線表示即可.對(duì)光束為橢圓形分布的LED,則用過光束軸及橢圓形長短軸的兩個(gè)垂直平面上的曲線來表示.對(duì)于非對(duì)稱的復(fù)雜圖形,一般用過光束軸的六個(gè)以上截面的平面曲線來表示.
發(fā)光角(或光束角)通常用半強(qiáng)度角θ1/2表示,即在光強(qiáng)分布圖中光強(qiáng)大于等于峰值光強(qiáng)1/2時(shí)所包含的光束角度.
(4)白光LED光譜功率分布
LED的光譜功率分布表示輻射功率隨波長的變化函數(shù),它既確定了發(fā)光的顏色,也確定了它的光通量以及它的顯色指數(shù).通常用相對(duì)光譜功率分布S(λ)表示,光譜功率沿峰值兩邊下降到其值的50%時(shí),所對(duì)應(yīng)的兩個(gè)波長之差Δλ＝λ2-λ1,即為光譜帶.
(5)白光LED色品坐標(biāo)?
選三原色紅(R)、綠(G)、藍(lán)(B).
X=R/(R+G+B),Y=G/(R+G+B),Z=B/(R+G+B)???????? (2-2)
由于X+Y+Z=1,所以只用給出X和Y的值,就能唯一地確定一種顏色.這就是通常所說的色度圖,為了使坐標(biāo)值能直接表示亮度大小,國際照明協(xié)會(huì)規(guī)定采用另一種色度坐標(biāo)X、Y、Z,與R、G、B間存在線性換算關(guān)系.若以x、y作為平面坐標(biāo)系,將自然界中的各種彩色按比色實(shí)驗(yàn)法測出其x、y數(shù)值,并繪在該坐標(biāo)平面內(nèi),便可得到圖2-1所示的色度圖.該色度圖邊沿舌形曲線上的任一點(diǎn)都代表某一波長光的色調(diào),而曲線內(nèi)的任一點(diǎn)均表示人眼能看到的某一種混合光的顏色.其中白光區(qū)域的特征點(diǎn)A、B、C、D65、E的坐標(biāo)值和色溫見表2-1.
表2-1 特征點(diǎn)對(duì)應(yīng)的色坐標(biāo)值和色溫
光源點(diǎn)??? X坐標(biāo)??? Y坐標(biāo)??? 色溫(K)
A??? 0.4476??? 0.4074??? 2854
B??? 0.3484??? 0.3516??? 4800
C??? 0.3101??? 0.3162??? 6800
D65??? 0.313??? 0.329??? 6500
E??? 0.3333??? 0.3333??? 5500
(6)白光LED色溫和顯色指數(shù)
對(duì)于白光LED等發(fā)光顏色基本為“白光”的光源用色品坐標(biāo)可以準(zhǔn)確地表達(dá)該光源的表觀顏色.但具體的數(shù)值很難與習(xí)慣的光色感覺聯(lián)系在一起.人們經(jīng)常將光色偏橙紅的稱為“暖色”,比較熾白或稍偏蘭的稱為“冷色”,因此用色溫來表示光源的光色會(huì)更加直觀.
光源的發(fā)光顏色與在某一溫度下黑體輻射的顏色相同時(shí),則稱黑體的溫度為該光源的色溫(color temperature) T,單位為開(K).對(duì)于白光LED,其發(fā)光顏色往往與各種溫度下的黑體(完全輻射體)的色品坐標(biāo)都不可能完全相同,這時(shí)就不能用色溫表示.為了便于比較,而采用相關(guān)色溫(CCT)的概念.也就是當(dāng)光源的色品與完全輻射體在某一溫度下的色品最接近,即在1960CIE-UCS色品圖上的色品差最小時(shí),則該完全輻射體的溫度稱為該光源的相關(guān)色溫R1.
用于照明工程的LED,尤其是白光LED,除表現(xiàn)顏色外,更重要的特性往往是周圍的物體在LED光照明下所呈現(xiàn)出來的顏色與該物件在完全輻射(如日光)下的顏色是否一致,即所謂的顯色特性.
1974年CIE推薦了用“試驗(yàn)色”法來定量評(píng)價(jià)光源顯色性的方法,它是測量參照光源照明下和待測光源照明下標(biāo)準(zhǔn)樣品的總色位移量為基礎(chǔ)來規(guī)定待測光源的顯色性,用一個(gè)顯色指數(shù)值來表示.CIE規(guī)定用完全輻射體或標(biāo)準(zhǔn)照明體D作為參照光源,并將其顯色指數(shù)定為100,還規(guī)定了若干測試用的標(biāo)準(zhǔn)色樣.
根據(jù)在參照光源下和待測光源下,上述標(biāo)準(zhǔn)色樣形成的色差來評(píng)定待測光源顯色性的好壞.光源對(duì)某一種標(biāo)準(zhǔn)色樣品的顯色指數(shù)稱為特殊顯色指數(shù)R1.
????????? R1=100-4.6△Ei???????????????? (2-3)
式中△Ei為第i號(hào)標(biāo)準(zhǔn)色樣在參照光源下和待測光源下的色差.
CIE推薦的標(biāo)準(zhǔn)色樣共有14種.其1-8號(hào)為中等飽和度、中等明度的常用代表性色調(diào)樣品,第9至14號(hào)樣品包括紅、黃、綠、藍(lán)等幾種飽和色、歐美的皮膚色和樹葉綠色.在一些特殊場合使用的LED光源,必須考核其特殊的顯色指數(shù).1985年國家制定了“光源顯色性評(píng)價(jià)方法”標(biāo)準(zhǔn),并增加了中國人女性膚色的色樣,作為第十五種標(biāo)準(zhǔn)色樣.這對(duì)于評(píng)價(jià)在電視演播室、商場、美容場所等照明用LED光源的顯色性尤為重要.
光源對(duì)前8個(gè)顏色樣品的平均顯色指數(shù)稱為一般顯色指數(shù)Ra.
(7)白光LED熱性能
照明用LED發(fā)光效率和功率的提高是當(dāng)前LED產(chǎn)業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵問題之一,與此同時(shí),LED的PN結(jié)溫度及殼體散熱問題顯得尤為重要,一般用熱阻、殼體溫度、結(jié)溫等參數(shù)表示.
(8)白光LED輻射安全
目前,國際電工委員會(huì)IEC將LED產(chǎn)品等同于半導(dǎo)體激光器的要求進(jìn)行輻射的安全測試和論證.因LED是窄光束、高亮度的發(fā)光器件,考慮到其輻射可能對(duì)人眼視網(wǎng)膜的危害,因此,對(duì)于不同場合應(yīng)用的LED,國際標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了其有效輻射的限值要求和測試方法.目前在歐盟和美國,照明 LED產(chǎn)品的輻射安全作為一項(xiàng)強(qiáng)制性的安全要求執(zhí)行.
(9)白光LED可靠性和壽命
可靠性指標(biāo)是衡量LED在各種環(huán)境中正常工作的能力.在液晶背光源和大屏幕顯示中特別重要.壽命是評(píng)價(jià)LED產(chǎn)品可用周期的質(zhì)量指標(biāo),通常用有效壽命或終了壽命表示.在照明應(yīng)用中,有效壽命是指LED在額定功率條件下,光通量衰減到初始值的規(guī)定百分比時(shí)所持續(xù)的時(shí)間.
1)平均壽命
一批LED同時(shí)點(diǎn)亮,當(dāng)經(jīng)過一段時(shí)間后,LED不亮達(dá)到50%時(shí)所用的時(shí)間.
2)經(jīng)濟(jì)壽命
在同時(shí)考慮LED損壞以及光輸出衰減的狀況下,其綜合輸出減至一特定比例時(shí)的小時(shí)數(shù).此比例用于室外光源為70%,用于室內(nèi)光源為80%.