尊龙用现金娱乐一下
联系电话
新闻中心 News center
联系我们 Contact us
  • 电 话:
  • 手 机:
  • 联 系人:尊龙用现金娱乐一下总经理
  • 地 址:尊龙d88公司
CIE与IEC的LED参数丈量规范
来源:http://www.tennissh.cn 责任编辑:尊龙用现金娱乐一下 更新日期:2018-09-02 12:14

  CIE与IEC的LED参数丈量规范

   导言

  
LED 技能尽管已经有40 多年的开展前史,在工业界仍然存在LED 光学参数测验再现性差,丈量不断定度大,不同测验设备之间的测验成果一致性差等现象[1~3 ] 。究其原因,好像国内对LED 工业存在多头办理,世界上也相同: 世界半导体设备与资料安排(SEMI) ,世界电工委员会( IEC) 和世界照明委员会(CIE) 都程度不同地涉及到LED ,特别是后两个委员会。正是因为LED 的相关丈量规范是由世界上不同的规范化安排拟定的,并且各个世界安排总体上没有系统的规划,相关安排间也没有充沛洽谈,因而存在不同的质量点评系统,所颁文件的技能内容也不尽相同。IEC 成立于1906 年,它把LED 作为一个显现用半导体器材处理,侧重于它的物理特性。CIE 成立于1913 年,它更多地把LED 作为一个光源器材处理,所以导致各自的LED 丈量规范之间存在细小的差异。本文企图经过比较各自的规范,找出两者的不同之处,以便为LED 测验办法规范的终究定稿供应一些参阅。

  
1 CIE 和ICE 对同一事情的不同表述

  
1.1 发光(辐射) 效能的界说

  
首要,有必要批改对这个术语的误解,发光(辐射)功率(efficiency) 用在此文中是不当的,因为功率是指无量纲的物理量,而此处是有量纲的。所以,正确的叫法是“发光(辐射) 效能(efficacy) ”。

  
发光(辐射) 效能的界说:

  
CIE 界说:LED 宣布的光通量(辐射通量) 与耗费电功率之比。

  
IEC 界说:LED 宣布的光通量(辐射通量) 与耗费正向电流之比[4 ] 。

  
谈论:CIE 的发光效能要测3 个物理量:总光通量,正向电流,正向电压(或内阻) 。而IEC 只需丈量两个物理量:总光通量、正向电流。它没有挑选正向电压是很正确的,因正向电压会随管芯温度的升高而下降。作者以为,IEC 的界说是不行谨慎的。因为即便关于同一批次的管芯和封装,管芯的内阻及端电压存在细小差异,所以仅适用于对发光(辐射) 效能答应有必定改动规模的状况。这样测验时刻将缩短,因只需丈量两个物理量。

  
1.2 发光强度的丈量间隔

  
CIE[5 ] 规则了发光强度的丈量间隔有两种:远场(条件A) 为316mm ,对应的立体角为01001Sr ; 近场(条件B) 为100mm ,对应的立体角为0101Sr :两者之间可以彼此变换,远场丈量成果乘以10 就得到近场丈量成果。

  
IEC[6 ]规则的丈量间隔仅为近场(条件B) ,立体角< 0101Sr ; (为什么不写等于0101Sr ?) 。

  
对丈量间隔,CIE 清晰规则从LED 的外壳顶端到光探测器的活络面。而IEC 规则得比较含糊。

  
谈论:外表看起来,远场丈量比近场丈量有时分不断定度要小,因为在此条件下对丈量间隔、电流和杂散光的要求可相对低一些。但一起,LED 装置倾角的影响却相对增大,这但是一个大差错源。一般而论,远场条件可适用强照明及封装产品,而近场条件适用于弱照明和芯片、指示灯和背光源等。故均有存在的必要性。其次,CIE 在逻辑上不行谨慎。首要,它用很大篇幅说明晰LED 不是点光源,故间隔平方反比规律不成立,发光强度这个概念也不适用。其他在实践上,它实际上是丈量LED 在光电探测器活络面上的照度,然后乘以间隔的平方而得到发光强度。这样,从前被否定的间隔平方反比规律实际上仍用到了。

  
1.3 丈量的外部条件

  
CIE 清晰规则丈量的环境温度为25 ℃,但没提及大气条件。

  
IEC 则在抽象地说到环境温度的一起,也强调了合适的大气条件。

  
谈论:依据作者长时刻对硅光电二极管深入研究的经历,LED 参数与大气条件比如大气压、湿度、洁净度等有关是必定的,仅仅没有做这方面的试验来予以证明。

  
2 IEC 提及却被CIE 遗失的内容

  
2.1 CIE 没有说到LED 辐射强度的丈量,这实际上是一个十分重要的物理量

  
IEC 则用较大篇幅说到这一点。其一,指出辐射强度的丈量定位应是机械轴方向(法向辐射强度) ;其二,说到要用无光谱挑选性的探测器如热电偶堆等热电探测器作为规范探测器:其三,说到要用近场丈量。辐射强度对红外发光二极管( IRED) 特别重要。

  
2.2 CIE 没有说到脉冲丈量

  
已然商场上有“亮光LED”,亮光频率约为113~512Hz ,所以有必要有相应的丈量办法。

  
IEC 规则,对亮光LED 的丈量,光探测器的上升时刻应该满意小,并且应该能读取脉冲的峰值。

  
IEC 规则,为了丈量峰值波长的带宽,单色LED的波长分辨率和带宽应可以调理,以便丈量有满意的精度。辐射计的光谱呼应进行校对,无妨假定峰值波长为100 % ,以便作归一化处理。IEC 指出,若单色仪的透射因子和辐射计的活络度在所丈量的波长规模内不是常数,则要对丈量值做相应的批改。

  
2.3 CIE 没有说到LED 暗电流的丈量

  
IEC 强调指出,LED 暗电流的丈量对温度十分活络,所以丈量精度极大地依赖于环境温度。其他,杂散光也是一个要素,丈量最好在全黑环境下进行。作业电流也有必要从零开始渐渐往上调理。

  
2.4 CIE 没有说到总电容丈量时的频率

  
由LED 和光晶体管组成的光耦合器,LED 在其间起着开关效果。其抗干扰才干比一般办法强。电容丈量仪的最小分辨率≮1PC ,而电容的测验频率规则为1MHz ,这对LED 总电容的丈量可能有学习效果。

  
现行规范只抽象地说到“规则频率”一词,究竟用多大频率丈量总电容尚无规则。

  
2.5 CIE 没有说到LED 的开关时刻

  
IEC 清晰说到了光耦合器的开关时刻。如上升时刻tr ,敞开时刻ton ,封闭延迟时刻td ,下降时刻tf ,封闭时刻toff 等。

  
3 CIE 提及却被IEC 所遗失的内容

  
与上节比较,这方面的内容就太多了,故只能点到为止。

  
3.1 LED 的性质

  
3.1.1 LED 的光学性质

  
●发光强度的空间散布强调了对芯片的封装常常会改动它本来的光谱和空间散布。

  
●相关于其它光源而言,LED 的光谱散布既不是单色的(与激光束比) ,也不是宽带的(与白炽灯比) 。

  
●LED 的发光面积,因为包装和透镜、反光镜等的不同,而有不同的尺度和形状。与丈量间隔比较,LED 的发光面积大到不再是点光源。

  
3.1.2 LED 的电学性质

  
●正向电压:它的精确丈量最好用4 线丈量办法,而跟着管芯温度的上升正向电压会下降。因为LED管芯发热的效果,刚敞开的时分,辐射功率上升的速度快于电功率的上升。而到了平稳作业期间,LED 的光辐射又激烈地依赖于正向电流。

  
●因为温度和电压之间的复杂联络,不引荐用安稳的电功率作为安稳的LED 光输出功率的条件。

  
●正向电压与组成LED 的半导体资料相关:在正向电流20mA 的条件下,红外管的端电压是112V ,蓝光管为615V ,其它的管子在这个规模以内。

  
●CIE 规则,丈量时的环境温度为25 ℃,但供应LED电源的接触点,管芯和热沉之间引线的长度和电阻均会显著地影响丈量成果。

  
●CIE 也说到辐射功率是电流的函数。住建部仇保兴谈LED照明未来推广,因为作业电流的添加不但会添加LED 光功率的输出量,并且会进步芯片温度,后者反过来又会影响到LED 的光功率输出。假如对作业电流进行调制,则芯片温度会发作崎岖现象,导致在相同的电流下,均匀光功率输出不等于稳态下LED 的光功率输出。

  
●恒电流和一个温度安稳的电压将导致LED 有一个安稳的电功率耗费。不过须留意,不操控温度上升的电功率安稳将会导致一个十分不同的LED 运转条件。辐射的相对功率散布将影响如下两个方面:一是它将细微地改动光强散布的形状;二是当温度上升时,整个散布将显著地朝长波方向移动(但蓝光LED一般是向短波长方向移动) 。

  
3.1.3 温度对辐射的影响

  
●外表看起来,不变的电流电压好像能供应LED 一个安稳的电功率。但是,假如不操控温度则不可能得到安稳的光功率输出。原因是:LED 的相对功率散布一方面会随温度而发作细微的改动,另一方面当温度上升时,整个散布将朝长波方向漂移(对蓝光LED 则向短波方向漂移) 。

  
●只需温度存在着改动,则LED 宣布的辐射通量也总处于改动状况中,即功率(efficiency) 在改动。对绿色单色管而言,因它处于∨(λ) 曲线的峰值邻近,故而改动小一些。对红光和蓝光单色管而言,因处于∨(λ) 曲线的尾部,则改动要大一些。

  
●管芯温度升高的速率依赖于输入的电功率和LED 封装产品的热容。在热平衡今后管芯的温度首要取决于管芯经过引脚向环境的散热。因而,LED 结构的热学功能、引线长度和热沉三者决议了管芯温度。

  
●在高的环境温度下,当电流固守时,正向电压会下降。而对此进行调整以安稳LED 的电功率耗费会影响芯片的温度,然后影响LED 的端电压。因而,电功率的安稳不能作为一种改善LED 光功率输出的手法。

  
3.2 差错的发作原因

  
因为LED 的机械轴和光轴很少会重合, 加上LED 发光的面积、形状、尺度和结构总存在不同,故很难断定LED 的发光中心,然后导致视点和方位两方面对准的困难,添加了丈量的不断定度。

  
3.3 光电探测器的性质

  CIE 引荐运用“硅光电二极管”,选用规范首要有两个:一是面呼应均匀性,即活络面上各点输出的测验信号均相同;二是呼应与被测光的入射角无关。

  
3.4 LED 的发光强度丈量

  
●LED 不是点光源,间隔平方反比规律不适用。

  
●因为LED 没有真实意义上的发光强度,折衷之下提出“均匀发光强度”的说法。

  
●规则远场(条件A) 为316mm ,对应的立体角为0.001Sr 。相应的平面角为2°。规则近场(条件B) 为100mm ,对应的立体角为0.01Sr。相应的平面角为615°。两者之间可用10 倍联络彼此联络。

  
3.5 光通量的丈量

  
●变角光度计法:以LED 的顶部为设想球心,光电探测器与LED 的间隔为设想球半径,然后把此设想球面分红N 个部分,假定每一部分的照度相同,则积分或累加后很简单得到总光通量。这是最精确的肯定丈量办法,缺陷是丈量时刻长。

  
●积分球法:这是一个相对丈量仪器,故有必要事前对其定标。为了消除LED 自吸收的差错,CIE 主张用一个辅佐LED 刺进积分球内一起丈量。
3.6 光谱量的丈量

  
●与其他规范不同,CIE 添加了“中心波长”的概念:即波形半宽度的中心点所对应的波长。这样就处理了许多单色管的配光曲线在法向方向凹进去的波长描绘的困惑。其它如主波长、峰值波长和质心波长各种规范中均有提及,此略。

  
●对质心波长要特别留意:由它的界说和公式可知,它激烈地受制于LED 光谱散布的形状。即便光谱形状有十分小的改动(特别在紫外和红外处) ,均可显著地改动质心波长的方位。

  
4 对CIE 和IEC 提出的一些主张

  
4.1 关于硅光电二极管活络面的面积

  
CIE 规则:活络面的面积为100mm2 (相应的直径为Φ1.13mm) ,且活络面有必要是圆形。国产硅光电二极管因为质量原因现在不宜运用,那么国外产品呢?日本滨松HamamatsuS1337 无窗系列的硅光电二极管的活络面尺度为10 ×10 (mm2 ) ,并且美国UDT公司和EG&G公司所制的硅光电二极管也大致为上述尺度。若选用10mm 作为光电探测器活络面的直径,则相应的活络面面积仅为7815mm2 , 比CIE 的规则要小2.15mm2 ,面积减小20 %以上,形成量值的紊乱。若用S6337 无窗系列, 它的活络面面积为18 ×18(mm2 ) ,取1.13mm 作直径太糟蹋。并且S1337 的价格1 000 元/ 只,而S6337 的价格为4 500 元/ 只。故此激烈主张CIE 把光电探测器活络面的直径改为10mm。

  
4.2 关于光电探测器的光谱活络度和∨(λ) 滤光器的匹配精度

  
两者的匹配成果应契合CIE1924 年公布的明视觉函数曲线,其误差一般用f1 表明。CIE 要求f1 <1.5 % ,这样太苛求了。因为现在世界上∨(λ) 滤光器做得最好的是德国,f1 为1.5 %。现在, ∨(λ) 滤光器国内的水平受制于资料(有色中性玻璃) 和工艺条件,只能做到4 %~5 %。依据国情, 咱们以为f1 定为2.2 %比较合适。

  
4.3 关于单色管发光强度光谱散布的带宽

  
在丈量LED 的辐射强度时,带宽是一个重要的因子,而相应波形下的面积便是单色管的总光通量。但提及光谱散布有必要涉及到单色仪。实质上单色仪是波长可变的滤波器。依据滤波理论,输出信号是输入信号和仪器自身传递函数的卷积,只要去除了这个卷积,才干得到正确的波形。所以单色LED 经过单色仪时,带宽必定添加,俗称“仪器加宽”。这个现象只要用狭缝函数[7 ] 才干正确处理。至于光栅加线阵CCD 的LED 色度仪,其仪器加宽效应愈加显着,在此不予评论。此外,主张CIE 规则单色仪入P出射狭缝的宽度,因为波形的带宽与此也密切相关。

  
4.4 色温批改

  
考虑到发光强度的国家基准和总光通量的国家副基准大多数为2 856K的A 光源作为规范灯,而LED的色温现在遍及在4 000~7 000K之间,所以有必要进行色温批改,批改量一般为3 %左右。色温批改的条件是有必要知道所用光电探测器的光谱呼应曲线。

  
5 结束语

  
因为规范的拟定远远跟不上LED 工业开展的脚步,导致国内外的丈量规范(草稿) 满意不了工业界的要求。限于水平,尽管有不少错误之处,笔者仍期望此文有助于正式规范的拟定。
(修改:小汤)

  
 

  

   CIEIECLED参数丈量规范

Copyright © 2013 尊龙用现金娱乐一下,尊龙d88,尊龙人生就是博旧版,尊龙备用网址 All Rights Reserved 网站地图 ICP备案编号: 豫ICP备05002621号-1