LED灯具的光源检测.pdf

LED 与传统光源的特性及检测方法之比较 上海时代之光照明电器检测有限公司 林继钢 摘要：LED 被誉为是白炽灯，荧光灯后新一代光源。因其众多优点，如今在普通照明领域取 代传统光源的步伐已经越来越快。LED 的发光机理和传统光源有着很大的差异，也就使得它 们的光，电，热等特性有着很大的不同，相应的检测方法也就有所不同。所以应尽快制订全 面适用的 LED 评估标准，并与应用相结合来促进产业规范化从而让我们能全面了解它们之间 的差异,进行取长补短的应用。 发光二极管（LED--Light Emitting Diode）是利用半导体 p-n 结的电致发 光机理而发展起来的新一代光源。与传统光源相比具有体积小、寿命长、抗震动、 瞬时启动和节能环保等优点。近年来随着制造技术的迅速发展，白光LED在各种 照明环境特别是普通照明领域已经得到越来越广泛的应用，在不远的将来很有可 能取代荧光灯等传统光源在日常照明中占主导地位。而世界各国各组织也在加紧 制订相关标准，来合理有效的考核LED产品质量，并促进产业发展。 目前已有不少企业声称其生产的 LED 光效可达到 100 lm/W 以上，而传统光 源中仅有高压钠灯，金卤灯，高频荧光灯等少数几种光源能达到或超过这一水平。 专家更是预计，随着关键技术的突破，LED 光效可超过 150 lm/W 甚至达到 200 lm/W，这将大大超过现在所有的传统照明光源。 为了准确地衡量和比较LED的光效水平，光通量测量的准确性和可重复性就 显得至关重要。目前测量照明光源包括LED的光通量主要采用分布光度计或积分 球。除了需要精确测量光通量的计量机构，对于大多数检测机构和企业来说，基 本采用积分球来测量光通量。传统测量方法是将被测光源放置于积分球中心，用 4π测量方法进行测量。对于LED，因为其发光面基本在2π立体角内，也可考虑 采用将LED放置于积分球壁处的2π测量方法。标定时标准光源通常采用光通量 接近的白炽灯或荧光灯，检测LED时则通常采用小型卤钨灯或白炽灯。当然采用 和被测LED功率、尺寸，发光光束角都一致或比较接近的标准LED时，测量结果 可重复性更好且更简便，但目前市场中标准LED并不普及且价格较贵，所以也没 有得到普遍的应用。 此外，LED能瞬时启动，响应时间为纳秒级，白炽灯的响应时间为毫秒级， 气体放电光源由于其工作原理要达到稳定光辐射输出则需要更多时间。所以检测 中的预热时间通常要求白炽灯需 5 分钟，荧光灯需 15 分钟，高强度气体放电灯 需 30 分钟。由于 LED 的瞬时启动特性，理论上几乎不需要预热时间即可测量。 但LED在工作时发热较大，温度较高，而随着温度的升高，光通量迅速下降，这 对准确检测LED的光通量提出了新课题。目前比较主流的有两种看法，一是在施 加给 LED 电流并点亮 LED 后，瞬间采集信号，计算出光通量等光参数；二是让 LED取得热平衡后进行测量。两种方法各有利弊，前者能更好的考核LED所能达 到的性能及其技术参数，但实际应用中，我们所感受到的是LED在热平衡后带来 的照明效果；但后一个方法由于各个厂商生产的LED在发热量，散热方法和散热 材料等方面有较大差异，所以对不同功率不同尺寸的LED较难达成一个一致的热 平衡定义，而且实际操作较为复杂。 当LED应用于道路照明及其他特殊场合时，需要考虑到暗视觉及中间视觉下 与明视觉不同的光谱光视效率。根据正常人眼睛适应不同光亮度水平时的视觉可 分为明视觉，暗视觉和中间视觉。暗视觉及中间视觉相对明视觉而言在较短波长 处具有较高的光谱光视效率。对于常见的蓝光激发荧光粉并通过混光发出白光的 LED，下图为典型的相对光谱分布图： 在短波长处光谱功率更高，所以在暗视觉及中间视觉情况下光通量会比通常按明 视觉光谱光视效率计算的光通量稍高。 其他主要的测量参数对于白色LED而言，有正向电压，反向电流，半强度角， 相关色温，显色指数，瞬时过载能力，热阻，静电放电耐受能力和寿命等项目， 红色，蓝色等单色光LED还需测量主波长，峰值波长，纯度等项目。正向电压， 相关色温，显色指数等参数在测量光通量时均可同步测得。就相关色温而言，使 用荧光粉的白色LED，通过改变荧光粉的化学组成和调节荧光粉层的厚度，可以 获得色温 3500-10000K