LED常用術(shù)語及光電特性-培訓(xùn)教材

1、LED常用術(shù)語及光電特性常用術(shù)語及光電特性福建藍(lán)天光電科技有限公司內(nèi)部培訓(xùn)教材福建藍(lán)天光電科技有限公司內(nèi)部培訓(xùn)教材建設(shè)節(jié)約型社會(huì)建設(shè)節(jié)約型社會(huì) 請(qǐng)用請(qǐng)用LED中國藍(lán)天中國藍(lán)天2015/12/11課程結(jié)構(gòu)第一部分：LED的常用術(shù)語 LED光通量光通量光照度光照度光強(qiáng)光強(qiáng)半強(qiáng)度角（發(fā)光角度）半強(qiáng)度角（發(fā)光角度）色溫色溫色品坐標(biāo)色品坐標(biāo)顯色性顯色性光效率光效率光譜分布圖光譜分布圖第二部分：LED的常見光電特性1 1、電特性、電特性1 11 1正向電壓（正向電壓（VFVF）1 12 2反向電流（反向電流（IRIR）2 2、光特性、光特性2 21 1光強(qiáng)和半強(qiáng)角度光強(qiáng)和半強(qiáng)角度2 22 2光通量、發(fā)光效

2、率光通量、發(fā)光效率2 23 3光衰度光衰度 第一部分： LED的常用術(shù)語術(shù)語：是英文ight Emiting iode的簡(jiǎn)寫，中文譯作發(fā)光二極管發(fā)光二極管，顧名思義發(fā)光二極管是一種可以將電能轉(zhuǎn)化為光能的電子器件，具有二極管的特性。發(fā)光二極管依據(jù)所發(fā)射的光線輻射不同，可以分為可見發(fā)光二極可見發(fā)光二極管管、紅外發(fā)光二極管紅外發(fā)光二極管、紫外發(fā)光二極管紫外發(fā)光二極管三種。一般我們所指的發(fā)光二極管是指可見發(fā)光二極管。 波長(zhǎng)示意圖可見光波長(zhǎng)：380780nm常見七種光色與波長(zhǎng)對(duì)照表術(shù)語：光通量 v LED光學(xué)窗口中每秒鐘所發(fā)出的光量的 總和。注1：光通量表示發(fā)光體LED發(fā)光的多少，發(fā)光愈多流明數(shù)愈大；注

3、2：光通量用單位流明（Lumen，簡(jiǎn)寫Lm）計(jì)量表示，如：12Lm。概念澄清：概念澄清：1、光通量是指“光的”，所以我們只能說“陽光的光通量”，而不能說是“那塊石頭的光通量”。2、光通量永遠(yuǎn)和截面捆綁在一起（比如說：光學(xué)窗口），也就是說這個(gè)量和面積相關(guān)。 如：650流明的17寸顯示器實(shí)際是在說“在該17寸顯示器的可視面積上的光通量為650流明” ，“1200流明的投影儀” “在該投影儀鏡頭截面上的光通量為1200流明” 。光通量示意圖假設(shè)有一理想探照燈L，它發(fā)出的光只在C這個(gè)光錐里前進(jìn)，沒有散射，沒有損耗?，F(xiàn)在讓我們?cè)谶@個(gè)光錐上切兩個(gè)截面S1、S2。那么，S1上光通量和上光通量和S2上的光通量

4、什么關(guān)系？上的光通量什么關(guān)系？【這兩個(gè)截面上的光通量是完全相等的】 因?yàn)椋涸趩挝粫r(shí)間內(nèi)，全部通過S1的光都將通過S2 。光通量測(cè)量示意圖積分球LED燈 但是！但是！ 如果如果L就是我們的閃光燈（眼睛），我們把一個(gè)物體就是我們的閃光燈（眼睛），我們把一個(gè)物體（比如說一幅畫）擺在（比如說一幅畫）擺在S1那里，跟擺在那里，跟擺在S2那里是顯然那里是顯然不同的！越遠(yuǎn)越暗！就是說，不同的！越遠(yuǎn)越暗！就是說，S1上有那么多光子蜂擁上有那么多光子蜂擁而過，到而過，到S2還是那么多光子，但是明顯變稀稀拉拉了還是那么多光子，但是明顯變稀稀拉拉了嘛！嘛！所以，只有光通量這個(gè)概念是不夠的。我們常常更迫切的需要知道，

5、在一幅畫那么大一塊地方，到底有多少光通過了呢？這樣就引申出了另一個(gè)概念：照照度度。術(shù)語：照度 E 又稱為又稱為光照度光照度，指發(fā)光體照射在被照物，指發(fā)光體照射在被照物體單位面積上的光通量體單位面積上的光通量。計(jì)算公式為：E Ev/S式中：S 表示被照物體的面積，單位為平方米（m2）注1：照度用勒克斯（Lux，簡(jiǎn)寫Lx）計(jì)量表示，如：500Lux。概念澄清： 1、光照度是表明物體被照明程度的物理量。光照度與照明光源、被照表面及光源在空間的位置有關(guān)，大小與光源的光強(qiáng)和光線的入射角的余玄成正比，而與光源至被照物體表面的距離的平方成反比。光照度可用照度計(jì)直接測(cè)量。被光均勻照射的物體，在被光均勻照射的物

6、體，在1平方米面平方米面積上所得的光通量是積上所得的光通量是1流明時(shí)，它的照度是流明時(shí)，它的照度是1勒克斯勒克斯。有時(shí)為了充分利用光源，常在光源上附加一個(gè)反射裝置，使得某些方向能夠得到比較多的光通量，以增加這一方向被照面上的照度。例如攝像、攝影照明燈、手電筒和汽車前燈等都裝有反光鏡；2、只有光才有照度，“石頭的照度為XXX勒克斯”的說法是錯(cuò)誤的，正確的說法是：LED燈照射在石頭上的照度為XXX勒克斯； 3、平方反比定律：距離增x倍，光變暗1/x2 。實(shí)驗(yàn)：將投影機(jī)的位置往遠(yuǎn)離屏幕的方向移動(dòng)，圖畫將變暗。 對(duì)于上圖，假設(shè)S2到L的距離是S1到L距離的一倍，用用初中幾何應(yīng)該能算出來，S2截面的面積

7、是S1的四倍。但是，S1上的光通量和S2是一樣的。光通量除面積，發(fā)現(xiàn)什么了沒有？燈L在S1截面上的照度是S2截面上的四分之一。 以下是各種環(huán)境照度值：?jiǎn)挝?lux 黑夜 0.001 - 0.02 月夜 0.02 - 0.3 陰天室內(nèi) 5 - 50 陰天室外 50 - 500 晴天室內(nèi) 100 - 1000 夏季中午太陽光下的照度 約為109 閱讀書刊時(shí)所需的照度 50 - 60 電視演播室所需照度 300 2000 家用攝像機(jī)所需最小照度 0.3 - 1 家用攝像機(jī)標(biāo)準(zhǔn)照度 1400 辦公室要求照度 20-100 到目前為止，我們談?wù)摿藘蓚€(gè)量，光通量和照度。有趣的是，這兩個(gè)量都是描述“一個(gè)受光

8、面”的，缺了另一類很關(guān)鍵的情形“一個(gè)發(fā)光面一個(gè)發(fā)光面”。顯然，我們還需要描述發(fā)光物體明暗的物理量。 讓我們?cè)倩仡^看一看圖中的燈L有多亮： 燈L在錐角C中的光通量不變，如果使用光通量除以錐形角度，就可以得到發(fā)光體在某一特定方向上單位角度上的發(fā)光強(qiáng)度。術(shù)語：光強(qiáng) Iv 指發(fā)光體在特定方向單位立體角內(nèi)所發(fā)射的光通量。計(jì)算公式為：Ivv/式中： 表示立體角注1：光強(qiáng)用坎德拉（candela，記為cd）計(jì)量表示。概念澄清： 1、考慮一個(gè)點(diǎn)光源P，沿某一方向r取一立體角為d細(xì)光錐，當(dāng)這個(gè)光錐里的光通量為d時(shí)，我們定義點(diǎn)光源P沿方向r的發(fā)光強(qiáng)度為Iv = d/d。單位立體角內(nèi)的光通量為發(fā)光強(qiáng)度。 2、對(duì)于發(fā)

9、光體而言，如果某一方向A的光強(qiáng)值大于另一方向上B的光強(qiáng)值，則A方向上的光強(qiáng)對(duì)人眼的刺激強(qiáng)于B方向上的光強(qiáng)對(duì)人眼的刺激。 立體角 將弧度表示平面角度的定義“弧長(zhǎng)除以半徑”，擴(kuò)展到三維空間中，即：立體角的定義為“球面面積與半徑平方的比球面面積與半徑平方的比值值”。45特定角度單位立體角光強(qiáng)示意圖光強(qiáng)示意圖用極坐標(biāo)表示光強(qiáng)空間分布圖形（上）角度相對(duì)光通量用極坐標(biāo)表示光強(qiáng)空間分布圖形（下）最大發(fā)光強(qiáng)度零度光強(qiáng)值術(shù)語：半強(qiáng)度角1/2 在發(fā)光強(qiáng)度空間分布圖形中，最大發(fā)光強(qiáng)度大于最大強(qiáng)度一半時(shí)構(gòu)成的角度。如圖：最大發(fā)光強(qiáng)度最大發(fā)光強(qiáng)度最大發(fā)光強(qiáng)度最大發(fā)光強(qiáng)度的的1/2術(shù)語：色溫 T 光源發(fā)射光的顏色與黑體在

10、某一溫度下輻射溫度相同時(shí)，黑體的溫度稱為該光源的色溫。概念澄清： 1、所謂黑體是指入射的電磁波全部被吸收，既沒有反射，也沒有透射( 當(dāng)然黑體仍然要向外輻射)，呈現(xiàn)黑色，故名為黑體。顯然自然界不存在真正的黑體，但許多地物是較好的黑體近似( 在某些波段上)。 2、黑體在加熱的情況下，會(huì)輻射出不同的顏色（如將鐵器加溫，將由鐵本色轉(zhuǎn)變?yōu)榧t色），隨著溫度升高、光色也隨著改變，黑體輻射光色依次顯示由紅紅橙紅橙紅黃黃黃白黃白白白藍(lán)白藍(lán)白的過程。黑體加溫到出現(xiàn)與光源相同或接近光色時(shí)的溫度，定義為該光源的相關(guān)色溫度，稱色溫，以絕對(duì)溫K（Kelvin，或稱開氏溫度）為單位（K=+273.15）。 3、光色愈偏藍(lán)，

11、色溫愈高；偏紅則色溫愈低。 4、因相關(guān)色溫度事實(shí)上是以黑體輻射接近光源光色時(shí)，對(duì)該光源光色表現(xiàn)的評(píng)價(jià)值，并非一種精確的顏色對(duì)比，故具相同色溫值的二光源，可能在光色外觀上仍有些許差異。僅憑色溫?zé)o法了解光源對(duì)物體的顯色能力，或在該光源下物體顏色的再現(xiàn)如何。 5、光源色溫不同，光色也不同，如白熾燈,其色溫在3300K,給人一種溫暖的感覺；如熒光燈,其色溫在5000-7000K，給人一種穩(wěn)重的感覺；色溫在9000K以上給人一種冷的感覺。如表： 色溫光色氣氛效果9000K清涼(帶藍(lán)的白色)冷的氣氛7000- 9000K白色(正白色)爽快的氣氛5000-7000K白色(微偏黃)穩(wěn)重的氣氛2700-3300

12、K暖色溫暖的氣氛白色爽快的氣氛白色(正)9000K7000-絕對(duì)黑體示意圖術(shù)語：色品坐標(biāo) 以不同位置的點(diǎn)表示各種色品的平面圖。1931年由國際照明委員會(huì)(CIE)制定，也稱CIE色品圖。 概念澄清：概念澄清：1、色品可用三個(gè)屬性描述：色調(diào)亮度飽和度；2、CIE色品圖有很大實(shí)用價(jià)值，任何顏色，不論是光源色還是表面色，都可在色品圖中標(biāo)定出來 。 圖中x坐標(biāo)是紅原色的比例，y坐標(biāo)是綠原色的比例，代表藍(lán)原色的坐標(biāo)z可由xyz1推出，圖中弧線上的各點(diǎn)代表純光譜色，此弧線稱為光譜軌跡。中心點(diǎn)C代表白色，相當(dāng)于中午太陽光的顏色，其色品坐標(biāo)為x0.3101，y0.3162。專業(yè)LED測(cè)試軟件上的色品圖術(shù)語：顯

13、色性 Ra 表示物體在光下顏色與基準(zhǔn)光（太陽光）照明時(shí)顏色的偏離程度。光源的顯色性用顯色指數(shù)顯色指數(shù)表示。注1：要正確地表現(xiàn)物體本來的顏色需使用顯色指數(shù)較高的光源。Ra75Ra95概念澄清：概念澄清：1、由于同一個(gè)顏色樣品在不同的光源下可能使人眼產(chǎn)生不同的色彩感覺，而在日光下物體顯現(xiàn)的顏色是最準(zhǔn)確的。因此，可以用日光標(biāo)準(zhǔn)（參照光源），將白熾燈、熒光燈、鈉燈等人工光源（待測(cè)光源）與其比較，顯示同色能力的強(qiáng)弱叫做該人工光源的顯色性。2、顯色性指數(shù)最高為100。顯色性指數(shù)的高低，就表示物體在待測(cè)光源下“變色”和“失真”的程度。例如，在日光下觀察一副畫，然后拿到高壓汞燈下觀察，就會(huì)發(fā)現(xiàn)，某些顏色已變了

14、色，如：粉色變成了紫色，藍(lán)色變成了藍(lán)紫色。因此，在高壓汞燈下，物體失去了真實(shí)顏色，如果在黃色光的低壓鈉燈底下來觀察，則藍(lán)色會(huì)變成黑色，顏色失真更厲害，顯色指數(shù)更低。光源的顯色性是由光源的光譜能量分布決定的。3、Ra值為10075 顯色優(yōu)良 7550 顯色一般 50以下 顯色性差術(shù)語：光效率 指電光源發(fā)出的光通量和它用電功率之比，是評(píng)價(jià)電光源用電效率最主要的技術(shù)參數(shù)。光源單位用電功率發(fā)出的光通量越大、則電能轉(zhuǎn)換為光能的效率越高，即光效越高。計(jì)算公式為：v /EP 注1：光效率用流明/瓦（Lm/W）表示。 注2：用電功率等于電壓乘以電流（V*I）。 注3：每一消耗1W電力時(shí)輸出的光通量愈多，就表示

15、光源效率愈高，亦即愈省電。 注4：LED的能耗較小，隨著技術(shù)的進(jìn)步，將成為一種新型的節(jié)能照明光源。目前白光LED的光效已經(jīng)達(dá)到70lm/W，超過了普通白熾燈的水平，且有人按現(xiàn)在 LED的技術(shù)發(fā)展速度預(yù)測(cè)，到2010年，白光LED的光效可以達(dá)到100lm/W，而到2015年，白光LED的光效有可能達(dá)到 150200lm/W，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了現(xiàn)在所有照明光源的光效。此外，現(xiàn)在廣泛使用的熒光燈、汞燈等光源中含有危害人體健康的汞，這些光源的生產(chǎn)過程和廢棄的燈管都會(huì)造成對(duì)環(huán)境的污染。LED則沒有這些問題，是一種“清潔”的環(huán)保光源。術(shù)語：光譜能量分布圖 每種光源都可以依其波長(zhǎng)組成而在圖上顯示出其光譜能量的分布狀

16、況。注1：光源是一種復(fù)合光，其所含的每一種色光（波長(zhǎng)）均含有一定的能量；注2：光譜：除了單色光，任何光經(jīng)過棱鏡就會(huì)產(chǎn)生折射分離，分成不動(dòng)顏色（波長(zhǎng)或光粒子的能級(jí)）的光。這種包含了不同顏色的光的構(gòu)成就叫做光譜。 分光輻射度計(jì)原理圖 光源經(jīng)過左邊的隙縫和透鏡變成平行光束，投向棱鏡的入射平面，當(dāng)入射光通過棱鏡時(shí)，由于折射，使不同波長(zhǎng)的色光，以不同的角度彎折，從棱鏡的入射平面射出。任何一種分解后的光譜色光在離開棱鏡時(shí)，仍保持為一束平行光，再由右邊的透鏡聚光，通過隙縫射在光電接收器上轉(zhuǎn)換為電能。如果右邊的隙縫是可以移動(dòng)的，就可以把光譜中任意一種譜色挑選出來，所以，在光電接收器上記錄的是光譜中各種不同波長(zhǎng)色光的輻射能。 幾種常用光源的光譜能量分布圖日光光譜能量分布圖真彩熒光燈光譜能量分布圖三基色熒光燈光譜能量分布圖白光LED光譜能量分布圖第二部分： LED的基本光電特性電特性：正向電壓 VF 通過發(fā)光二極管的為正向電流時(shí)，在兩極間產(chǎn)生的電壓降。注1：正向電壓用伏特（V）表示；注2：正向電壓大小與通過發(fā)光二極管的正向電流成正相關(guān)，因此，在實(shí)際測(cè)量時(shí)應(yīng)先明確正向電流的大小。電特性：反向電流 IR 加在發(fā)光二極管兩端的為反向電壓時(shí)，流過發(fā)光二極