发光二极体特性量测LED的光学参数光通量LuminousFlux.DOC

1、發光二極體特性量測 1-1 LED的光學參數：光通量 Luminous Flux由一光源所發射並被人眼感知之所有輻射能稱之為光通量。光源每秒所發出的光之總合，簡單的說就是發光量單位：流明 Lumen(Lm)(2)照度 Illuminace照度是光通量與被照面之比值，單位面積內所入射的光量，也就是光束除以面積得到的值，用來表示某一場所的明亮度。1 lux之照度為1 lumen之光通量均勻分佈在面積為一平方米之區域。單位：勒克斯 Lux (Lm/m2)(3)光度 Luminous Intensity光源會向不同方向以不同之強度放射出其光通量。在特定方向所放出之可見光輻射強度稱為光強度。單位：燭光 Candela (cd) (4)輝度 Luminace從某一方向所看到物體反射光線的強度，也就是說單位面積對某一方向反射的光之強度。也可說是人眼所感知此光源或被照面之明亮程度。單位：nt (cd/m2) Stibe (cd/cm2) (5)效率 Economics每一瓦電力所發出光的量，其數值越高表示光源效率越高。發光效率表徵了光源的節能特性，這是衡量現代光源性能的一個重要指標。 單位Lm/W (6)波長 Wavelength 光是指人眼可以感知為明亮之電磁輻射，也可以說是整個電磁輻射光譜中人眼可以看見之部份；這部份之波長分佈在30到0 nm，如圖一所示。其只佔已知之電磁輻射光譜中之非常微小之部份。 圖一 波長與顏色 1-2 發光二極體量測技術： 在LED的應用日益廣泛，所以LED的特性量測變得愈來愈重要，LED的特性可分成電學特性和光學特性二種。電學特性主要是測量出發光二極體的V-I特性、P-I特性。光學可歸類為光度量測與色度量測。光度量測與色度量測即是測量人眼在可見光頻譜範圍。LED的輸出光強度為順向電壓與順向電流的函數，固定電流值驅動，須待數分鐘後，當半導體接合面的溫度達成熱平衡，電壓才會開始持穩，後LED的光譜才定下來。而在熱平衡之後，光譜分布會受LED晶片的環境溫度影響。因此在測量LED的光學特性時，維持恆溫的環境是很重要的。一般在測量LED的光源特性時，標準驅動的直流電流為20毫安培，且環境溫度小於在光度量測部分，項目全光通量光強度。測量的全光通量時，為使光均勻化，可將置於積分球內，LED之光通量。實際量測系統如圖二所示，測出之光通量為評估發光元件功率的參考 圖二 LED光通量量測系統測量LED燈的光強度時，MCD量測套筒，經由視函數偵測器輸出值，LED之光強度。 圖三 LED光強度量測系統 在色度量測部分，項目包括之前所提的色度座標、等，?我們、 圖四 LED頻譜分析系統 LED光： ? (1)波峰值：代表光強度最強的波長值，在實際應用上並不重要。原因是兩個不同的LED可能會有相同的波峰值，卻呈現不同顏色，因此通常採用主波長做為依據。 ? ()主波長：表示LED在人眼所看到的顏色對應的波長。CIE色彩圖將參考光源的色度座標(CIE illuminant E)與待測LED的色度座標(x,y座標)連成一線後，與圖形邊界的交點定出主波長，用以決定LED的顏色。?色度座標由是國際照明委員會CIE所發展，目的是將色彩的描述加以量化。 圖五 CIE色度座標圖 (3)顏色純度：表示顏色飽和的程度，定義在CIE的色彩圖上，以參考光源的色度座標與待測LED的色度座標距離，除以參考光源與主波長的距離獲得。色度座標愈趨近於色彩圖的邊界，顏色純度愈趨近於100%，也就是單色光。判別兩顆LED是否相同時，主波長與顏色純度均須列入考量。 ? ()色溫：表示LED光源光色的程度。以黑體輻射最接近待測LED顏色時的溫度，來描述LED的顏色。它的週邊和延伸到裏面的那個曲線上的數值代表色溫，以凱氏溫度K計算這條線叫做普朗克軌跡(Planck’s locus)，是理想的黑體(black body)溫度達到這些值時，所發出來的光的顏色。一般物體會有能量損耗，所以多半都是落在魚鰭的中間。其內部塗硫酸鋇等高反射塗料而球內光源所發出的光線，會在球體內部多次反射與漫射，所以不論入射光的入射角度、空間分布，皆不會對球體輸出光的均勻度造成影響，而可在出口端可得到均勻分布的光束球體出口端的輸出強度與光源的輸入強度的比值約為出口端面積除以球體內部表面積積分球除可用來均勻光源外，還可與其他儀器搭配測量光源顏色、材料反射率與穿透率，或當成標準光源，進行儀器光度、幅射度校正 圖六 積分球 (2)視函數偵測器 大多數生活當中使用的光源都是為了讓人能夠看見此光線或以此光線來照明，因此在這個情況下以”人的眼睛對這光線的感覺”來描素這光線的一些特性便相當的合理；人的眼睛基本上就是一個光偵測器，因此對不同顏色的光線（不同顏色就代表了不同波長）強弱會有不同的響應，舉例來說