中心議題：

• LED的結構
• LED的光電性能評價

解決方案：

• 光通量和輻射通量
• 光強和發光角
• 光譜功率分布
• 色品坐標

發光二極管(LED)是一種把電能直接轉換成光的固體器件

，它的結構主要由PN結芯片、電極和光學係統等組成。目前，LED主要用於三大領域：

1)顯示：如指示燈、信號燈
、警示燈
、顯示屏等；

2)照明：手電筒、礦燈、定向照明燈、輔助照明燈等；

3)功能輻射：如生物分析
、光療、光固化
、植物照明等。

照明用LED與傳統光源相比
，它有自身的優勢和弱點。就目前的LED技術來看，它具有體積小、易集成化、壽命長
、耐振動
、IP等級高、定向發光、熱輻射小等優點。但也存在燈功率低
、光通量小、光效不夠高、PN結散熱困難、光斑的亮度和色度均勻性差等不足。當然，照明用LED剛剛起步，技術發展的潛力很大。要達到一般照明光源的要求還要經過很多年的努力。

每一種光源都有其自身的特點。無論是白熾燈
、熒光燈、金鹵燈、無極熒光燈
、無汞熒光燈、以及照明用LED
，都具有自身特有的光電性能，安全性能、環保性能及性價比。LED在照明的應用中具有很強的潛在優勢，應用場合及市場份額會迅速擴大，但也不能片麵認為LED將來會完全取代傳統光源。隨著照明科技的發展，對未來照明光源的評價不僅僅是著眼於光效範疇，還應強調照明效果


、光的舒適性、光的生物效應、光的安全性評價
，以及環保性能
、資源消耗的評價。

由於LED是(shi)一(yi)個(ge)定(ding)向(xiang)輻(fu)射(she)光(guang)源(yuan)，帶(dai)有(you)成(cheng)像(xiang)光(guang)學(xue)係(xi)統(tong)，而(er)且(qie)是(shi)帶(dai)狀(zhuang)光(guang)譜(pu)輻(fu)射(she)源(yuan)，因(yin)此(ci)在(zai)光(guang)電(dian)性(xing)能(neng)測(ce)試(shi)中(zhong)

，往(wang)往(wang)因(yin)測(ce)試(shi)方(fang)法(fa)不(bu)統(tong)一(yi)，儀(yi)器(qi)性(xing)能(neng)的(de)差(cha)別(bie)大(da)
，操(cao)作(zuo)不(bu)規(gui)範(fan)等(deng)等(deng)因(yin)素(su)
，難(nan)以(yi)得(de)到(dao)比(bi)較(jiao)一(yi)致(zhi)
、準確的結果。我們根據LED芯片、材料
、LED封裝
、組合LED燈和燈具的各個階段的不同要求，針對LED特殊的光電特性，對關鍵的技術問題進行深入的研究和攻關，研製了一係列的LED專用檢測設備
，並在許多工廠實際應用，取得了較好的效果。

二
、照明用LED的光電性能評價

照明用LED的光電性能主要包括電性能、光安全性能和光色性能等三個方麵。

1.電流/電壓參數（正、反向）

LED的電性能具有典型的PN結伏安特性，不同的電流直接影響LED的發光亮度和PN結的結溫。在照明應用中,為了獲得大功率的LED燈，往往將許多個發光二極管通過一定的串並聯方式組合在一起，相關的各個LEDdetexingbixupipei

，zaijiaoliugongzuozhuangtaihaibixukaolvqifanxiangdiantexing，yincibixuceshitamenzaigongzuodianshangdezhengxiangdianliuhezhengxiangyajiang，yijifanxiangloudianliuhefanxiangjichuandianyadengcanshu。

2.光通量和輻射通量

發光二極管單位時間內發射的總電磁能量稱為輻射通量，也就是光功率(W)。對於照明用LED光源
，我們更關心的是照明的視覺效果，即光源發射的輻射通量中能引起人眼感知的那部分當量，稱作為光通量ΦV(1m)。光通量ΦV與輻射通量P之間的關係為：

上式中的P(λ)為光源光譜輻射通量
；V(λ)為人眼的明視覺光譜光視效率函數，λ2和λ1為上
、下限波長。

輻射通量與器件的電功率之比表示LED的輻射效率；光通量與器件的電功率之比表示LED的發光效率，單位lm/W。由於LED是定向出射光

，如果從照明效果來評價
，其照明性能更明顯。LED的出射光到達工作麵的有效光通量與總光通量之比表示為LED的光利用係數。顯然照明用LED的光利用係數比普通各向發光的照明光源要高一些。
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3.光強和發光角

無論是應用於顯示或照明工程的LED
，其光強及其空間分布都是十分重要的參數。LED燈的定向發光特性，對於某些局部或定向照明往往會達到非常好的照明效果。LED的發光強度指在給定方向上單位立體角內所發射的光通量：
I=dΦ/dΩ（cd）

光強分布曲線是表示LED發光在空間各方向的分布狀態。在照明應用中計算工作麵的照度均勻性和LED燈的空間布置，光強分布是最基本的數據。對於空間光束為旋轉對稱型分布的LED
，用一個過光束軸平麵上的曲線表示即可。對光束為橢圓形分布的LED，則ze用yong過guo光guang束shu軸zhou及ji橢tuo圓yuan形xing長chang短duan軸zhou的de兩liang個ge垂chui直zhi平ping麵mian上shang的de曲qu線xian來lai表biao示shi。對dui於yu非fei對dui稱cheng的de複fu雜za圖tu形xing

，一yi般ban用yong過guo光guang束shu軸zhou的de六liu個ge以yi上shang截jie麵mian的de平ping麵mian曲qu線xian來lai表biao示shi。

發光角（或光束角）通常用半強度角θ1/2表示，即在光強分布圖中光強大於等於峰值光強1/2時所包含的光束角度。

4.光譜功率分布

LED的de光guang譜pu功gong率lv分fen布bu表biao示shi輻fu射she功gong率lv隨sui波bo長chang的de變bian化hua函han數shu
，它ta既ji確que定ding了le發fa光guang的de顏yan色se，也ye確que定ding了le它ta的de光guang通tong量liang以yi及ji它ta的de顯xian色se指zhi數shu。通tong常chang用yong相xiang對dui光guang譜pu功gong率lv分fen布buS(λ)表示。光譜功率沿峰值兩邊下降到其值的50％時，所對應的兩個波長之差Δλ＝λ2-λ1
，即為光譜帶寬。

5.色品坐標

任何一種光源的顏色均可以用CIE1931XYZ色度係統中的一個坐標點(x,y)來表示，

對於彩色LED
，用主波長和色純度則更能直觀地表達發光的顏色特性。LED的主波長表明了顏色的色調，而色純度則代表了該顏色的鮮豔程度。

照明用LED的色品坐標的容差範圍目前還沒有相關的標準。建立幾種規格的LED色度範圍以及相應的容差
，對於統一LED的色度及在照明領域的推廣使用具有十分重要的意義，就目前的技術現狀
，照明用LED存在三種技術：

1)蘭光芯片，外麵塗覆蘭光激發的黃綠熒光粉，為了降低色溫或改善顯色性，可再加入適量的紅色熒光粉；

2)紫外光芯片，紫外光激發紅
、綠

、蘭幾種混合熒光粉發光；

3)紅、綠、蘭三種芯片的組合，通過不同麵積或電流的芯片組合
，得到各種色溫的白光LED。

照明用LED的顏色均勻性及色度漂移是比較明顯的一個問題，尤其是蘭光芯片加熒光粉的LED，由於芯片上的熒光粉層不均勻
，溫度引起的波長偏移及光衰、光輸出用封裝窗口材料對不同顏色光的色散等
，不同方向的光束可能存在較明顯的色差。而紅、綠
、蘭芯片組合的白光LED也(ye)存(cun)在(zai)類(lei)似(si)問(wen)題(ti)
，溫(wen)度(du)對(dui)不(bu)同(tong)芯(xin)片(pian)的(de)影(ying)響(xiang)
，芯(xin)片(pian)光(guang)衰(shuai)的(de)不(bu)一(yi)致(zhi)及(ji)封(feng)裝(zhuang)材(cai)料(liao)對(dui)不(bu)同(tong)顏(yan)色(se)芯(xin)片(pian)的(de)色(se)散(san)等(deng)等(deng)，都(dou)會(hui)造(zao)成(cheng)色(se)度(du)的(de)不(bu)均(jun)勻(yun)和(he)漂(piao)移(yi)。因(yin)此(ci)在(zai)照(zhao)明(ming)用(yong)LED製造過程中，必須從設計到生產
，工藝各個環節，對上述問題都要嚴格控製。

6.色溫和顯色指數

對於白光LED等發光顏色基本為“白光”的光源用色品坐標可以準確地表達該光源的表觀顏色。但具體的數值很難與習慣的光色感覺聯係在一起。人們經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更加直觀。

光源的發光顏色與在某一溫度下黑體輻射的顏色相同時
，則稱黑體的溫度為該光源的色溫(colortemperature)T，單位為開(K)。對於白光LED，其發光顏色往往與各種溫度下的黑體（完全輻射體）的色品坐標都不可能完全相同，這時就不能用色溫表示。為了便於比較，而采用相關色溫(CCT)的概念。也就是當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
，則該完全輻射體的溫度稱為該光源的相關色溫R1。

用於照明工程的LED，尤其是白光LED，除表現顏色外，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“試驗色”法fa來lai定ding量liang評ping價jia光guang源yuan顯xian色se性xing的de方fang法fa，它ta是shi測ce量liang參can照zhao光guang源yuan照zhao明ming下xia和he待dai測ce光guang源yuan照zhao明ming下xia標biao準zhun樣yang品pin的de總zong色se位wei移yi量liang為wei基ji礎chu來lai規gui定ding待dai測ce光guang源yuan的de顯xian色se性xing，用yong一yi個ge顯xian色se指zhi數shu值zhi來lai表biao示shi。CIE規定用完全輻射體或標準照明體D作為參照光源，並將其顯色指數定為100，還規定了若幹測試用的標準色樣。

genjuzaicanzhaoguangyuanxiahedaiceguangyuanxia
，shangshubiaozhunseyangxingchengdesechalaipingdingdaiceguangyuanxiansexingdehaohuai。guangyuanduimouyizhongbiaozhunseyangpindexiansezhishuchengweiteshuxiansezhishuR1。
R1=100-4.6△Ei
式中△Ei為第i號標準色樣在參照光源下和待測光源下的色差。

CIE推薦的標準色樣共有14種。其1-8號為中等飽和度、中等明度的常用代表性色調樣品
，第9至14號樣品包括紅
、黃、綠、藍等幾種飽和色
、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。1985年國家製定了“光源顯色性評價方法”標準

，並增加了中國人女性膚色的色樣，作為第十五種標準色樣。這對於評價在電視演播室
、商場、美容場所等照明用LED光源的顯色性尤為重要。

光源對前8個顏色樣品的平均顯色指數稱為一般顯色指數Ra。