总光通量和光谱分布测量-中国LED网
LED测试方法和光通量
LED的测试方法及国家标准的制订(图)摘要：半导体发光二极管（LED）是新型的发光体，电光效率高、体积小、寿命长、电压低、节能和环保，是下一代理想的照明器件。
一、引言半导体发光二极管（LED）已经被广泛应用于指示灯、信号灯、仪表显示、手机背光源、车载光源等场合，尤其是白光LED技术的发展，LED在照明领域的应用也越来越广泛。
但是过去对于LED的测试没有较全面的国家标准和行业标准，在生产实践中只能以相对参数为依据，不同的厂家、用户、研究机构对此争议很大，导致国内LED产业的发展受到严重影响。
因此，半导体发光二极管测试方法国家标准应运而生。
二、LED测试方法基于LED各个应用领域的实际需求，LED的测试需要包含多方面的内容，包括：电特性、光特性、开关特性、颜色特性、热学特性、可靠性等。
1、电特性LED是一个由半导体无机材料构成的单极性PN结二极管，它是半导体PN结二极管中的一种，其电压-电流之间的关系称为伏安特性。
由图1可知，LED电特性参数包括正向电流、正向电压、反向电流和反向电压，LED必须在合适的电流电压驱动下才能正常工作。
通过LED电特性的测试可以获得LED的最大允许正向电压、正向电流及反向电压、电流，此外也可以测定LED的最佳工作电功率。
图1 LED伏安特性曲线LED电特性的测试一般利用相应的恒流恒压源供电下利用电压电流表进行测试。
2、光特性类似于其它光源，LED光特性的测试主要包括光通量和发光效率、辐射通量和辐射效率、光强和光强分布特性和光谱参数等。
（1）光通量和光效有两种方法可以用于光通量的测试，积分球法和变角光度计法。
变角光度计法是测试光通量的最精确的方法，但是由于其耗时较长，所以一般采用积分球法测试光通量。
如图2所示，现有的积分球法测LED 光通量中有两种测试结构，一种是将被测LED放置在球心，另外一种是放在球壁。
图2 积分球法测LED光通量此外，由于积分球法测试光通量时光源对光的自吸收会对测试结果造成影响，因此，往往引入辅助灯，如图3所示。
LED光通量检测
LED总光通量高精度检测最新进展一. LED的特点和总光通量测量的挑战众所周知，LED具有以下独特的发光性能：LED产品对温度十分敏感；LED产品光束一般较窄，且通常采用光源和灯具一体化的设计，传统的相对测量不再适用，而绝对光通量和光强分布测量对方法和设备要求更高；LED产品的发光存在明显的空间颜色不均匀性等。
由于LED产品特殊的发光性能，其总光通量的精确测量极具挑战性，LED产品光效测量横向可比性还很不理想。
LED产品总光通量测量已成为各国相关标准研究和制定中的重点关注问题。
二．测量LED总光通量的方法和设备2.1 利用积分球系统精确测量LED光通量的挑战积分球系统测量总光通量已被人们所熟知。
但积分球系统中，LED产品的光谱分布和空间光强分布与常用标准灯间存在较大差异，会带来较大的测量误差。
采用同类LED产品定标积分球系统能大幅提高测量精度，但需要更高精度的总光通量测量方法和设备作为LED产品的量值传递基准。
2.2 分布光度计测量LED的总光通量分布光度计通过测量LED产品在空间的光强或照度分布，并对全空间积分得到总光通量，根据测量光路安排不同，分为光强积分法和照度积分法。
分布光度计系统对LED产品的外形、尺寸和光束角没有特别限制，但保持LED产品自身温度稳定是十分关键的。
光强积分法：中心旋转反射镜式分布光度计中心旋转反射镜式分布光度计已有几十年历史，如图1，被测LED产品必须在相当大的空间范围内绕反射镜反向同步旋转。
除了同步误差不可避免外，该分布光度计中的被测LED产品的温度存在较大的不稳定性：暗室中往往存在上部温度高而下部温度低的现象，温度差一般在2~5℃，被测LED产品实际工作在交变的环境温度之中，且运转空间越大，温差也越大；被测LED产品在运动中产生气流，导致表面温度大幅变化，热惯性则会进一步加剧这种变化。
由这些不稳定因素带来的测量误差因LED产品的设计不同而不同，严重时可达5%以上，加之中心反射镜所无法避免的原理性误差[4]，对于总光通量测量则可达到10%以上的误差。
光谱校正积分光度法测量蓝光LED光通量
摘要 : 介绍了一种光谱校正积分光度法及其在蓝光 L ED 光通量测量中的应用 , 对测量中的各种不确定因素作了 理论分析 ,并与单纯的分光光度法和积分光度法的不确定度作了比较 ,证明该方法可实现极高的测量精度 . 这对于 L ED 的品质评价具有重要意义 . 关键词 : L ED ; 光度 ; 光通量 ; 测量 ; 不确定度 PACC : 0760 D EEACC : 7320 P 中图分类号 : O 4321 2 文献标识码 : A 文章编号 : 025324177 ( 2006) 0520932205
1 引言
自从 Ga N 材料的发光二极管 ( L ED ) [ 1 ] 被发明 以来 ,L ED 在众多领域得到了广泛的应用 , 甚至有 可能成为 21 世纪最有前途的照明光源之一 . 因此各 国政府 、 科技工作者和企事业单位 , 均在 L ED 方面 作了大量部署和投入 . L ED 产品的质量不仅要从生 产封装过程中就加以严格控制 [ 2 ] , 而且还要对 L ED 成品的发光特性作精确测量 . 由于 L ED 的发光机 理与传统光源存在着很大的差别 , 因此其光辐射测 量在很多方面都面临着国际性的难题 , 为此国际照 明委员会 ( CI E) 成立了专门的技术委员会研究这些 问题 , 并已形成了 CI E12721997 文件 [ 3 ] , 但要建立完 整的 L ED 评价测试体系还有很长的一段路要走 . 蓝光 L ED 光度量的精确测量就是众多难题中 的一个 . 即使一些实验室级别 ( f′ 1 < 11 5 %) 的光度探 头在测量蓝光 L ED 的光度量时也会产生较大的误 差 , 原因就在于探头的相对光谱灵敏度经常在短波 ) 存在较大偏离 , 这种 段与标准光谱光效函数 V (λ 偏离对于绿光 、 红光或白光 L ED 的光度测量影响 较小 , 而对于蓝光 L ED 则影响较大 [ 4 ] . 目前国际上 对这一问题的解决方法一般有 : ( 1) 在蓝光 L ED 的辐射区域 ( 短波段 ) 将光度 ) 曲线实现精确匹 探头的相对光谱灵敏度与 V (λ 配 ,即形成一个专门的蓝光光度探头 ,但其实现难度 和成本非常高 . ( 2) 使用精确替代的蓝光 L ED 标准校准源 , 标 准校准源与待测 L ED 为同一类型的 L ED ( 即相对
光度测量积分球- 精确和灵活的总光谱和前光谱通量测量说明书
光测量积分球用于测试LED，灯具和其他照明光源的总光谱通量和前光谱通量准确性和灵活性LMS光测量积分球是用于测量灯具总光通量的积分球。
积分球不能直接测量未知灯的总光通量；而是基于与NMI可追溯标准灯的对比进行测量。
蓝菲光学（Labsphere）的光测量积分球直径从25cm到300cm可选。
六个不同直径的标准品积分球可选用于测试LED和202cm线性灯。
球体内部涂层是Spectraflect®，Spectraflect®是一种专为光测量积分球而配制的白色漫反射涂层。
蓝菲光学（Labsphere）为人眼滤光片应用的积分球提供80％的反射率涂层。
积分球设计符合行业标准的建议，提供了易于操作的高精度测量组件。
易于使用在积分球中可将灯连接线插入灯杆安装板中连接到电源上。
积分球设计使得原本难以测量的光源通过可访问的开口端和框架变得更加容易。
LMS积分球上装有基于扩散器的近余弦接收器。
这减少了与挡板阴影相关误差，提高了空间收集、均匀性和准确性。
开口余弦接收器提供宽视场角，这是精确测量总通量的必要条件。
积分球提供的测量结果是光源的真实功率，而与待测物的形状、大小、光谱或空间光分布无关。
所有的光测量积分球都与蓝菲光学（Labsphere）的光谱仪和频闪测试仪器兼容。
Spectraflect Reflectance Coating规格型号:LMS-025LMS-050LMS-100LMS-165LMS-195LMS-300 4π 料号:AA-30000-025 AA-30000-050 AA-30000-100 AA-30000-165 AA-30000-195 AA-30000-300 积分球尺寸: 25 cm50 cm100 cm 165 cm 195 cm 300 cm 积分球涂层: Spectraflect Spectraflect Spectraflect Spectraflect Spectraflect Spectraflect 最大待测灯长度: 13 cm 25 cm 61 cm 86 cm 132 cm 285 cm 最大待测灯瓦数: 100 W400 W1500 W 4000 W 5000 W 10000 W 最大待测灯光通量*: 0.003 lumens 0.012 lumens 0.04 lumens 0.13 lumens 0.18 lumens 0.41 lumens 积分球配件框架: Bench-top Bench-top On casters On casters On casters On casters 最大高度:(cm) 39.0576.2179.07204.47229.87342.90占地面积:闭合 (cm)45.9 x 30.2 74.1 x 50.4 128 x 98.1 185 x 165 213.2 x 187 431.8 x 571.5 x 39.1x 74x 166.7x 200x 226 打开 (cm)64.2 x 46.8 103.7 x 89.9 174.4 x 165.9 269.3 x 271.8 310 x 307.4 431.8 x 571.5x 39.1 x 74 x 166.7 x 200 x 226 重量:4 kg 20 kg 92 kg 300 kg 347 kg 462 kg 积分球打开方式: 合页式合页式合页式合页式合页式合页式 积分球配件: Spun Aluminum Spun Aluminum Spun Aluminum Spun Aluminum Spun Aluminum Fiberglass框架样式: Extruded Aluminum Extruded Aluminum Extruded Aluminum Extruded Aluminum Extruded Aluminum Extruded Aluminum 积分球涂层:Spectraflect Spectraflect Spectraflect Spectraflect Spectraflect Spectraflect Spectraflect 漫反射涂层 > 97% (nominal) > 97% (nominal) > 97% (nominal) > 97% (nominal) > 97% (nominal) > 97% (nominal) 反射率:总的开口数量: 666666探测器开口尺寸: 1.25 cm 1.25 cm 1.25 cm 1.25 cm 1.25 cm 1.25 cm 探测器开口数量: 122222温度探针开口: 2.5 cm 2.5 cm 2.5 cm2.5 cm2.5 cm2.5 cm待测灯最大推荐 2.5 cm<7 cm dia, <14 cm dia, <23 cm dia, <27 cm dia, <50 cm dia, 尺寸: (LM-79) 33 cm long 67 cm long 110 cm long 130 cm long 202 cm long 4π 几何结构 光源可测最大 13 cm 250 cm 2200 cm 2545 cm 2760 cm 25600 cm 2内表面面积: (2% 规格)(cm 2)积分球涂层最高耐温:100°C100°C 100°C 100°C 100°C 100°C 最大开口或待测物面积: (2π) 5.08 cm dia.; 15 cm dia.; 33 cm dia.; 53 cm dia.; 63 cm dia.; Optional 20 cm 2 71 cm 2337 cm 2879 cm 21246 cm 2开口法兰缩孔器: n/a 15 - 2.5 cm 33 cm - 15 cm; 53 cm - 15 cm; 63 cm - 15 cm; N/A15 cm - 2.5 cm 15 cm - 2.5 cm 15 cm - 2.5 cm 最大可测线性 15 cm33 cm 66 cm 110 cm130 cm待测物尺寸:(占2/3 直径的积分球)* Based on Cool White LED and 2600 Spectrometer特征 • 光密封性好 • 具有向上或向下安装灯座 • 灯杆安装底座牢固 • 荧光灯架可调 • 中心灯杆高度可调 • 可切换挡板 • 温度传感器安装开口 • 2π开口 • 标准灯开口 • 标准灯挡板LMS-025 光测量积分球蓝菲光学（Labsphere）的LMS-025光测量积分球直径为25cm，用于测量微型和超小型，最大灯功率为100W的灯和高亮度led灯。
光辐射测量原理与技术——光通量及亮度的测量
第三章光通量及亮度的测量§３-１理想积分球原理及光通量标准灯理想积分球的条件：①积分球的内表面为一完整的几何球面,半径处处相等②球内壁是中性均匀漫射面，对各种波长的入射光线具有相同的漫反射比 ③球内没有任何物体,光源也看作只发光而没有实物的抽象光源理想积分球原理：１.积分球（光通球或球形光度计）结构： ①内部空的完整球壳,内壁涂白色的漫射层②球直径按待测灯尺寸和功率大小而定,直径D=1m 、2m 、3m 等 ③球壁上开一小窗口,其直径d ∝r(灯的尺寸）④球上开一个小门,或打开个口方便装取灯,有接线架、灯头、挡屏 2.积分球原理：设光源S 直接在球内任一点建立的照度E A ，在M 处的照度为E M A 处dS 发生第一次漫射出度为： 故由朗伯定律的特性知dS 面的光亮度为：A 处dS 发生漫射在M 处产生的二次照度为:a M E ρ=0/A L E ρπ=2222222(/2)cos ()()4L L ds AM L ds dE ds AM AM r r θ⋅⋅=⋅=⋅=上式代入得:整个球面发生一次漫射在M 处建立的二次照度为：222244AE dE E ds r r ρρφππ===⎰⎰类似分析为：二次漫射光线在M 处建立的照度为：23233222/44dE E ds r E dE E ds E r ρρπρπ=→===⎰⎰同理：2432E E E ρρ==235432E E E E ρρρ===⋅⋅⋅⋅⋅⋅则M 点的总照度E M 为:212312(1)M E E E E E E ρρ=+++⋅⋅⋅⋅⋅⋅=++++⋅⋅⋅⋅⋅⋅121121114M E E E E E E r ρρφρρπ→=+=+⋅=+--故用小挡屏挡住S 直接射向M 点的光线时，则E 1=0221414M E E r E r ρρρφρφπρπρ-→==⋅→=- 上式中r 、ρ均为常数,球壁上任何位置的E 与光源S 的总光通量Φ总成正比,因此可以通过测量球壁上开的小窗口的照度来计算光源的总光通量Φ总。
测量LED总光通量的积分球装置中光源位置的探讨 (3)
（ａ）发光平面在９０。位置
（ｂ）发光平面在１２０。位置
（ｃ）发光平面在１８０。位置
图２测试装置模型及测试方法示意图 Ｆｉｇ．２ Ｔｈｅ ｍｏｄｅｌ ｆｏｒ ｆｌｕｘ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ
将积分球具体尺寸和球内壁反射率等数据代人（４）式得到探测面上光通量的理论计算值为西。＝ ０．６１７ ７６ ｌｍ．将由软件仿真得到的与各不同光线角度相对应的探测面光通量值和该理论值相比较，得到 二者间的相对误差，结果由表ｌ给出．
３５７
漫射是中性的；④球的直径各处相同，球内除灯泡之外无其他杂物存在． ＬＥＤ光通量的计算方法是：在积分球内光源位置上点亮标准灯，等标准灯稳定工作后记下探测器信
号值ｉ。，将标准灯替换为待测ＬＥＤ，待ＬＥＤ稳定工作后记下探测器信号值ｉ，则ＬＥＤ的总光通量为：
西＝ｋ÷或，
（１）
２ｓ
其中ｋ为色修正系数，蛾为标准灯的总光通量．
从而得到探测器信号值的仿真结果．
建模时具体设置如下：①积分球模型为一封闭的空心球壳，考虑到球尺寸对仿真结果的影响心ｊ，设定 积分球半径为１５０ ｍｉｔｔ；积分球内表面反射率为９９％．②探测器简化为一圆形平面，参考一般光纤探头的 尺寸，设定圆形平面半径为５ ｍｍ．③考察探测器信号值与光源位置的联系等同于考察由光源发射的能量
表１不同角度光线对应的探测面光通量仿真值与理论值的相对标准误差 乃６．１ ＲＳＤ ｂｅｔｗｅｅｎ ｓｉｍｕｌａｔｅｄ ｄａｔａ ａｎｄ ｃａｌｃｕｌａｔｅｄ ｄａｔａ
进一步的，测试单向发光的简化发光面在积分球轴向的不同位置上工作时探测面接收的光通量．具体 实验步骤如下：该模拟按单向发光面的发光角度不同分为５组进行．各组对应的光源出光角度分别为０。， ４５。，９０。，１３５。，１８０。．各分组中，在球内轴向上改变发光面的位置，即从积分球内壁开始向球心方向每隔１ ｒｎｒｎ移动发光面做１次仿真，得到探测面上光通量的仿真值．规定发光面在球内表面位置即起点时其距球 内壁距离ｄ距离＝１ ｒｎｎｌ，发光面移动的终点距球内壁距离为２０ ｒａｉｎ．具体见图３．
积分球和分布光度计测量灯具的光通量的差异
一 个 用来 测量 光 通量 的最 简单 的方 法 是使 用积 分 球 测 试 系 统 它 是 一 个 实 现 视 觉 上 的 通 量 的 空 间 整 合 的设 备 ． 因此 ．可 以用 一个 固定 的光 谱 仪 来 快 速 、方 便 地 测 量 总 通 量 。该 方 法 的 原 理 是 ：首 先 ．用 总 光通 量标 准 灯来 对积 分球 光度 测 量仪 进行 校 准 ：然后 ，通过 与 具有 相似 空 间和相 似 光谱 分布 的标 准光 源 的对 照来测 量测 试 光源 的 总光 通量 因 此 ，这 种 方 法 需 要 用 于 对 光 通 量 校 准 的 标 准 光 源 。
和积 分一分光 结 合 法 ３种 方 法 … 本 次 差 异对 比选
取 的是 分 光 法 ． 即 在 积 分 球 探 测 窗 口上 设 置 光 谱 辐
射 计 的取 样装 置 ．利 用光 谱辐 射计 测得 的光谱 功率
分 布 来计算 光 通量
积 分 法 测 试 总 光 通 量 的 测 量 原 则 是 测 量 工 具 需
ＤＩＡＮＺｌＣＨＡＮＰＩＮ ＫＥＫＡＯＸｌＮＧ ＹＵ ＨＵＡＮＪＩＮＧ ＳＨＩＹＡＮ
(技术规范标准)LED光学参数的测量技术与LED国家光度标准的研究
LED光学参数的测量技术与LED国家光度标准的研究吕亮姜晓梅赵志丹中国计量科学研究院１、前言近30年来，LED发光二极管的技术已经经历了飞速发展的过程。
LED以其固有的高效率、长寿命、低损耗、耐振动、响应速度快等优点得到了广泛的应用，比如指示灯、显示屏、交通信号灯等，目前正在探索把它应用于照明领域。
由于我国还未建立LED光度标准，严重地影响了LED产品质量的提高和量值的统一，影响着国际贸易和国际间LED技术方面的交流和推广，因此，虽然近几年来我国的LED 产品质量和品种有所提高，但与国外先进国家相比差距较明显。
在这种形势下，我们着手对LED光学参数的测量进行了细致的研究，并进行了LED 国家光度标准的建立工作。
２、ＬＥＤ光参数介绍LED的光学参数中重要的几个方面就是：光通量、发光效率、发光强度、光强分布、波长。
２.１发光效率和光通量发光效率就是光通量与电功率之比。
发光效率表征了光源的节能特性，这是衡量现代光源性能的一个重要指标。
２.２发光强度和光强分布LED发光强度是表征它在某个方向上的发光强弱，由于LED在不同的空间角度光强相差很多，随之而来我们研究了LED的光强分布特性。
这个参数实际意义很大，直接影响到LED显示装置的最小观察角度。
比如体育场馆的LED大型彩色显示屏，如果选用的LED单管分布范围很窄，那么面对显示屏处于较大角度的观众将看到失真的图像。
而且交通标志灯也要求较大范围的人能识别。
２.３波长对于LED的光谱特性我们主要看它的单色性是否优良，而且要注意到红、黄、蓝、绿、白色LED等主要的颜色是否纯正。
因为在许多场合下，比如交通信号灯对颜色就要求比较严格，不过据观察现在我国的一些LED信号灯中绿色发蓝，红色的为深红，从这个现象来看我们对LED的光谱特性进行专门研究是非常必要而且很有意义的。
３、ＬＥＤ光度测量原理３．１光强度的测量方法把光强标准灯，LED和配有V（λ）滤光片的硅光电二极管安装和调试在光具座上，特别是严格地调灯丝位置，ＬＥＤ发光部位及接受面位置。
灯具分布光测量PPT课件
灯具利用系数
• 灯具的利用系数是指灯具在规定的条件下可使多少灯具内光源 的光通量送到工作面上。高的利用系数和低的眩光这是照明设 计人员追求的重要目标之一室内灯具的利用系数是在考虑灯具 对工作面的直射照度的贡献上，还考虑了四壁、顶棚和地板的 相互反射对工作面照度的贡献。道路灯具的利用系数则只考虑 灯具直射光通量对路面照度的贡献。泛光灯具由于使用场所难 以规范数据化，因此，泛光灯具的光度数据中没有利用系数。
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灯具测试坐标系
• Type A
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• Type B 第8页/共33页
• Type C • Type C和Type B是常用的两种测试坐标系。其中出具测试报告的时候，投光灯具是使用Type B坐标系，
而其他灯具使用Type C坐标系
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不同类型灯具的C平面规定
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路灯利用系数曲线
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灯具光束角
• 最大光强：灯具的最大光强（即锋值光强），单位：cd。 • 光束角，一般是指在50%最大光强间夹角为光束角，单位：度。一般把光束角≤20°的称为窄光束；把光束
角在20°～40°之间的称为中光束：光束角≥40°的称为宽光束。
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灯具的光强分布
• 不同光源、灯具向空间各个方向射出的光通量是很不一样的。 • 空间图最能直观地描绘光分布的特性．方法是把各个方向上测
得的光强，以一条条矢径的形式画在一个球坐标系上。假定光 源就在坐标系的极点上，这些矢量合起来就构成了“光分布体”
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• 要标志辐射轴对称的光源在空间的光分布，有一条光强分布曲线就足够用了。 • 如果与轴向对称的差别较大，那么只用一条曲线描述光在空间的分布就不够了，在这个情况下就需要测定
灯具分布光度测量
性和可重复性。
注意安全问题
03
在测量过程中应注意安全问题，如避免触电、防止烫伤等。
测量后的数据处理与分析
数据处理
对测量得到的数据进行整理、筛选和预处理，包括去除异常值、数据平滑等。
结果分析
根据测量目的对处理后的数据进行深入分析，如计算灯具的光通量、色温、显色指数等光 学性能参数，或评估照明效果是否符合设计要求或相关标准。
感谢您的观看
准确的灯具分布光度测量有助于合理地选择和布置灯具， 优化照明环境，提高照明质量，满足人们的生活和工作需 求。
指导照明设计
在照明设计中，灯具分布光度测量可以为设计人员提供灯 具光学性能的依据，帮助设计人员更好地进行照明设计， 提高照明设计的科学性和合理性。
灯具分布光度测量的应用场景
01
室内照明
在室内照明设计中，灯具分布光度测量可以帮助设计人员了解不同灯具
结果
商业照明灯具的光分布需要更加精准，以满足不同商业场所的照明需 求。
案例三：户外照明灯具的分布光度测量
目的
评估户外照明灯具的光分布是否合理，防止光污染和影响交通安 全。
方法
在户外环境中使用光度计对灯具进行测量，记录测量数据，并分 析光分布的均匀性、亮度和颜色。
结果
户外照明灯具的光分布需要特别注意，要避免过度亮度和不合理 的光分布对环境和交通安全造成影响。
压、电流等电气参数。
准备测量场景
根据测量要求，搭建合适的测 量场景，包括灯具的安装方式 、被测表面的材质和颜色等。
测量过程中的注意事项
确保测量设备的准确性和可靠性
01
在测量前应对测量设备进行校准和检查，确保其准确性和可靠
性。
遵循测量规范和标准
LED和LED灯具全空间分布光度测量技术
杭州远方光电信息有限公司潘建根李倩
摘要：ＬＥＤ这一新兴光源在光学特性、灯具设计和照明应用等方面与传统光源有很大的差别，远距离下测得 的空间光强分布不足以完全表征ＬＥＤ或ＬＥＤ灯具的空间光度特性，这给ＬＥＤ和ＬＥＤ灯具开发和应用带来了挑 战。随着近年来测光技术的长足发展，光源和灯具的全空间分布光度测量成为可能，它能为ＬＥＤ和ＬＥＤ灯具 提供空间各方向的亮度分布、光强分布和全空间任意截面的照度分布等详尽的空间光度量。本文将重点介绍 ＬＥＤ和ＬＥＤ灯具的全空间分布光度测量技术以及实现该技术的专业设备。
３
３光强分布 光强屉将被测光源视作点光源，考架其在空间给定方向的立体角元内的光通草。为将ＬＥＤ和ＬＥＤ灯具视
作点光源，理想的测量或讨算的光强距离应为无穷远。全空间分布光度计可与传统光强测量方法相同，利用 长距离的光度探头测量照度，并通过距离平方反比定律近似计算出远场光强，＝￡ｄ２
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２０ｌ ０年中国道路照明论坛论文集
３６５
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总体结构和远场测量示意图
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近场高精度光度探头测量示意 近场成像亮度讨实现示意幽
参加了该技术委员会的工作。在专业设备方面，除了图２所示的德国产近场分布光度计外，我国在８６３项目 的扶持下，也由远方公司成功开发了具有核心自主知识产权的全空间分布光度计，如图６所示，该全空间分
布光度计具备了近场测量（第一探测器Ｄ１）和远距离测量（第三探测器Ｄ３）功能，并在近场同时配备了高精度
光度探头和ＣＣＤ成像亮度计。目前该全空间分布光度计已经被国内外部分大型ＬＥＤ灯具制造商率先使用，获 得了用户的一致好评。
关于LED亮度、光通量、光效、显色性、色温
关于LED亮度、光通量、光效、显色性、色温单个LED的发光强度以CD为单位，同时配有视角参数，发光强度与LED的色彩没有关系。
单管的发光强度从几个mCD到五千mCD不等。
LED生产厂商所给出的发光强度指LED在20mA电流下点亮，最佳视角上及中心位置上发光强度最大的点。
封装LED时顶部透镜的形状和LED芯片距顶部透镜的位置决定了LED 视角和光强分布。
一般来说相同的LED视角越大，最大发光强度越小，但在整个立体半球面上累计的光通量不变。
当多个LED较紧密规则排放，其发光球面相互叠加，导致整个发光平面发光强度分布比较均匀。
在计算显示屏发光强度时，需根据LED视角和LED的排放密度，将厂商提供的最大点发光强度值乘以30％～90％不等，作为单管平均发光强度。
一般LED的发光寿命很长，生产厂家一般都标明为100,000小时以上，实际还应注意LED的亮度衰减周期，亮度衰减周期与LED生产的材料工艺及生产厂商有很大关系，一般在经济条件许可的情况下应选用亮度衰减较缓慢的日亚等国际品牌。
配色、白平衡：白色是红绿蓝三色按亮度比例混合而成，当光线中绿色的亮度为69%，红色的亮度为21％，蓝色的亮度为10％时，混色后人眼感觉到的是纯白色。
但LED红绿蓝三色的色品坐标因工艺过程等原因无法达到全色谱的效果，而控制原色包括有偏差的原色的亮度得到白色光，称为配色。
当为全彩色LED显示屏进行配色前，为了达到最佳亮度和最低的成本，应尽量选择三原色发光强度成大致为3:6:1比例的LED器件组成像素。
白平衡要求三种原色在相同的调灰值下合成的仍旧为纯正的白色。
原色、基色：原色指能合成各种颜色的基本颜色。
色光中的原色为红、绿、蓝，下图为光谱表，表中的三个顶点为理想的原色波长。
如果原色有偏差，则可合成颜色的区域会减小，光谱表中的三角形会缩小，从视觉角度来看，色彩不仅会有偏差，丰富程度减少。
LED发出的红、绿、蓝光线根据其不同波长特性和大致分为紫红、纯红、橙红、橙、橙黄、黄、黄绿、纯绿、翠绿、蓝绿、纯蓝、蓝紫等，橙红、黄绿、蓝紫色较纯红、纯绿、纯蓝价格上便宜很多。
LED数据测量方法大全
LED照明与光色测量摘要：固体照明是未来照明的主导方向，而LED照明又是固体照明的主要组成部分，是理想的下一代照明器件。
LED产业的发展离不开光色测量技术。
文章从LED照明的发展要求出发，对LED照明的光色测量进行了介绍。
关键词：LED照明；光色测量；照明评价；1、前言：发光二极管（LED）作为新兴的发光体，具有电光效率高、体积小、寿命长、电压低、节能环保等优点，是新一代照明的首选器件。
LED的发展受到国内外的普遍关注，新产品、新技术层出不穷。
近年来，LED产业发展迅速，光效不断增加，亮度不断提高。
如今，LED已经在众多场合得到大量应用，尤其是白光LED 技术的不断进步，使其在照明领域的应用也逐渐普及。
LED产业的发展如图1所示。
2、LED的工作原理：发光二极管（LED）是一种能把电能转化为光能的固体器件，它的结构主要由ＰN结芯片、电极和光学等系统组成。
LED的基本工作原理是一个电光转换的过程，当一个正向偏压施加于ＰN结两端，由于ＰN结势垒的降低，Ｐ区的正电荷将向N区扩散，N区的电子也向Ｐ区扩散，同时在两个区域形成非平衡电荷的积累。
由于电流注入产生的少数载流子相对不稳定，对于ＰN结系统，注入到价带中的非平衡空穴要与导带中的电子复合，其中多余的能量将以光的形式向外辐射，电子和空穴的能量差越大，产生的光子能量就越高。
能量级差大小不同，产生光的频率和波长就不同，相应的光的颜色就会不同。
LED工作原理如图2所示。
3、LED的光参数3.1 光通量：光通量是光源在单位时间内发出的光量，即辐射功率（或辐射通量）能够被人眼视觉系统所感受到的那部分有效当量。
光通量的符号为Φ，单位为流明（LM）。
根据光谱辐射通量Φ（λ），由下式可确定光通量：Φ=Km■Φ（λ）gV（λ）dλ式中，Ｖ（λ）—相对光谱光视效率；Km—辐射的光谱光视效能的最大值，单位为LM/W。
1977年由国际计量委员会确定Km值为683Lm/W（λM＝555NM）.3.2 光强度：光源在给定方向上的发光强度I是该光源在该方向的立体角元内传输的光通量ｄΦ除以该立体角元ｄΩ之商，即：I=■发光强度的单位是坎德拉（Cｄ），1Cｄ＝1LM/1ｓｒ。
光通量测量
S
α A
α B
A处的反射光在点B处 的照度为
而AB=2rcosα ，代入
LdA 2 dE1 cos 2 AB
LdA dE1 2 4r
再代入L，
EdA dE1 2 4r
对上式进行积分
EdA E1 dE1 4r 2 E1 EdA 2 4r 2 4r
位置测量出照度,
称为 i1 i 的平均照度;也可分别测量θi-1和θi 处的照度Ei-1和Ei,再求两者的平均值 即 (Ei1 Ei ) / 2 作为平均照度
以上求法光源光强分布为轴对称的,不对称则 可适当绕垂直轴转动被测光源,分别测定相应的 光照度，再计算总光通量） 等角度法的缺陷： 球带面积不同, 80 —90球带面积大,0 —10 的球冠 面积最小, S80 —90 11S0 —10 测量误差大，计算复杂。
待 m待 待＝ 标 标 m标
进一步修正
实验一：在积分球内不 同位置放置待测灯具， 并测量光通量。
位置 1 2 3 4 5 光通量 1.075 1.077 1.076 1.076 1.078
LED灯具
4
1
2 5
挡屏
3
阴影实验
探 测 器 窗 口
结论：自吸收与灯具位置基本无关
1.等角度系数法以等角度的方法分割球面，所得到 的球带宽度相等而面积不等。 第一条球带（球冠）的面积为：
S1 2 l 2 (1 cos1 )
第二条球带的面积为：
S2 2 l 2 (cos1 cos2 )
第i条球带的面积为：
Si 2 l 2 (cosi 1 cos i )
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• 正向电压的全微分dUF可分为两部分：
dUF U F U F dIF dTC I F TC
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LED的电特性——正向电压
• 与电流的关系
– 在稳定的温度下，所有半导体 LED的正向电压及电流的关系 基本一致。在正常工作状态下， 即启动和饱和状态之间，斜率 基本为线性： U 10V
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LED的光学特性——X，Y色坐标
光谱纯度
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LED的电特性——测量方法
方法 特点 调制电流方式（ 恒流方式） 辐射效率 （ 辐射功率/电 功率）受电流影响
单脉冲方式 多重反复方式（使用复合 电路） 10s 毫秒 不影响温度 （用于生产控制） 短时间重复加大电流信号， 测量取平均值（结果等同 与恒流方式）
•工作环境温度
•温度对LED的影响
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LED的光学特性——辐射的空间分 布
• 空间分布不均匀性。 • LED辐射的空间特性
取决于封装半导体芯 片的形式。因为，封 装内可能带有内部反 射杯、透镜以及一些 散射和滤色材料。
LED的电特性
• 恒定电流下工作
– LED工作电流恒定为IF，相应电压UF可由LED 两边触点测得。建议采用四脚LED。LED消耗 U I 的电功率可由下式计算得到： – 对于LED特性参数的测量，恒定的工作电流是 至关重要的。
el F F
• 恒定电功率下工作 • 恒定光输出下工作
– 需要“控制线路”的光线反馈系统
LED的光学特性——辐射的中心波长
峰值波长 质心波长
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LED的光学特性——发光面和角分布
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二.LED的主要的光学、电学和热特性
•辐射的空间分布 •辐射的光谱分布 •辐射的中心波长、峰值波长、质心波长和光谱宽度 •辐射的发光面和角分布 •电特性 •标准参考光源
一. LED 测量的分类
• A. 实验室测量
对于大多数生产商和LED的大批量使用者，通常首先在设备完善的实验 室中获得LED的特性参数。由此，得到各种不同类型的LED工作参数，用于生 产过程中的质量控制。
• B. 整体试验
整体试验用于生产控制或检验入货的质量。由于要处理大量单元，试验 的装置应能高速运作。 当对LED的常规测量在专业实验室之外时，有稳定、经定标的标准LED 就非常重要。这些标准LED还必须有与所测的LED同样的空间和光谱特性，这 样，就能尽可能确保测量过程仅是一个简单而直接的对相似器件的比较过程。 在所提的建议中，我们考虑更多的是A类试验。在实验室获得一套工作特 性参数之后，生产商和使用者的责任是确保用于常规生产检验的测试装置能 正确地测量。值得再次重申的是，在测试装置被安装之前，应对理论依据和 可能的误差来源进行仔细的研究。
F
I F
A
– 如果LED的工作电流为IF0， 相应正向电压为UF0， 则此时 RF 0 U F 0 I F 0 的微分电阻为： – 则电压/电流特性可近似表示 为： U ( I ) R I log(b II 1) b exp(R U I
F
F0
F
F
F0
F0
)
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LED的光学特性——辐射的光谱分 布
• LED 光 辐 射 光 谱 分 布
有其独特的一面。它 不是单色光（如激 光），也不是宽光谱 辐射（如白炽灯）， 而是介于两者之间： 有几十纳米的带宽、 峰值波长位于可见光 或近红外区域。
光源与照明工程系 Lighting Sourபைடு நூலகம்es and Illumination Engineering Department
LED的电特性——正向电压
• 正向电压的大小取决于LED的半导体材料 。
• 单个 LED 的电压与电流 IF 和半导体芯片的温度
TC有关：
U F U F (TC , I F )
LED的测量
主讲：宋贤杰 测试：李绮珍
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关于LED计量测试国际标准的介绍
• 国标照明委员会（CIE）第二分部（D2）于
2001年5月在美国华盛顿国家标准局（NIST） 召开CIE第二次LED专家会议，共有美国、法 国、英国、中国、日本等17个国家，约200 人参加。此会议的主题是讨论LED的光学特 性和相关的计量方法。
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目录
• LED测量的分类
• LED的主要的光学、电学和热特性 • LED的发光强度、总光通量和光谱分布测
量
• 测试实例分析
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