LED燈具發(fā)光原理和檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)

與白熾燈、熒光等傳統(tǒng)燈具相比，LED照明光源能耗更低，是一種節(jié)能、 環(huán)保、經(jīng)濟(jì)照明能源。本文簡(jiǎn)單介紹了LED燈具發(fā)光原理和檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)。

LED燈具發(fā)光原理

LED具有反向截止、正向?qū)ā舸┑认嚓P(guān)一般PN結(jié)電學(xué)特性。同時(shí),在某種特定條件下,能夠使其發(fā)光,因此,其還具備一般PN結(jié)沒(méi)有的發(fā)光特性。在發(fā)光二極管中,其最主要的部件為一塊半導(dǎo)體芯片。該半導(dǎo)體芯片主要有n型半導(dǎo)體以及p型半導(dǎo)體二者共同構(gòu)成。

該兩者之間存在的過(guò)渡層即為PN結(jié)構(gòu)。以半導(dǎo)體物理能帶理論相關(guān)知識(shí)作為根據(jù),加以LED正向工作電壓時(shí),多數(shù)載流子與少數(shù)載流子相互結(jié)合,在該種情況下,電子便會(huì)發(fā)生躍遷, 使能量能夠通過(guò)光子的形式發(fā)射,進(jìn)而便產(chǎn)生光。反之,當(dāng)加以 LED負(fù)向電壓時(shí),少數(shù)載流子無(wú)法注入,其不能與多數(shù)載流子相互結(jié)合,所以無(wú)法發(fā)光。

LED燈具檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)

IEC 6203 1:2008為目前業(yè)界首個(gè)LED安全檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn),該標(biāo)準(zhǔn)于IECTC34/SC34A在2008年出版發(fā)行,之后,諸多LED燈具標(biāo)準(zhǔn)相繼出版。

LED燈具具有半導(dǎo)體特性,其在顏色、光通量等方面均與傳統(tǒng)光源存在較大差異性。因此,目前LED燈具尚無(wú)統(tǒng)一的分類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)。

缺乏相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)來(lái)對(duì)LED燈具檢測(cè)進(jìn)行規(guī)范,會(huì)導(dǎo)致該行業(yè)的發(fā)展出現(xiàn)混亂,產(chǎn)品的推廣及普及均會(huì)受到嚴(yán)重影響。目前,實(shí)施LED燈具檢測(cè)的實(shí)施主要以《GB700.12002燈具一般安全要求與試驗(yàn)》《外殼防護(hù)等級(jí)(IP代碼)GB4028-93》《整體式 LED路燈的測(cè)量方法》作為參考依據(jù);檢驗(yàn)項(xiàng)目主要為電性能參數(shù)、光學(xué)參數(shù)、結(jié)構(gòu)與外觀、可靠性試驗(yàn)。

1、發(fā)光強(qiáng)度檢測(cè)

光強(qiáng)指的是光的強(qiáng)度,具體為在某個(gè)特定角度范圍內(nèi)放射光的量。LED光線相對(duì)較為集中,距離較近時(shí)不適用平方反比定律實(shí)施發(fā)光強(qiáng)度檢測(cè)。

在CIE127標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定提出了實(shí)施光強(qiáng)測(cè)量時(shí)的兩種測(cè)量平均法向光強(qiáng)的條件,其分別為測(cè)量條件A(遠(yuǎn)場(chǎng)條件)、 B(近場(chǎng)條件)。該兩個(gè)條件探測(cè)器面積是相同的,均為1 cm2 。目前, 一般選擇使用標(biāo)準(zhǔn)條件B實(shí)施LED燈具發(fā)光強(qiáng)度測(cè)量。

2、光通量和光效檢測(cè)

光通量即為發(fā)光量,其指的是光源發(fā)出光量的總和。目前主要選用積分法、分光法兩種方法對(duì)LED燈具實(shí)施光通量檢測(cè)。積分法是在積分球內(nèi)依次將被測(cè)燈、標(biāo)準(zhǔn)燈點(diǎn)燃,然后分別記錄其在光電轉(zhuǎn)換器上的讀數(shù)為ES、ED。假設(shè)已知Φ為標(biāo)準(zhǔn)燈的光通量, 則被測(cè)燈光通量ΦD=ED×Φ/ES。該種方法主要利用到“點(diǎn)光源”原理,實(shí)際檢測(cè)過(guò)程中操作較為簡(jiǎn)單,但檢測(cè)結(jié)果易受被測(cè)燈、標(biāo)準(zhǔn)燈色溫偏差影響,往往會(huì)存在極大的測(cè)量誤差。

分光法主要是通過(guò)光譜能量P(λ)實(shí)施分布計(jì)算,最后檢測(cè)出光通量。檢測(cè)應(yīng)用儀器為單色儀,積分球內(nèi)測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)燈380～780 nm光譜,在相同條件下實(shí)施被測(cè)燈光譜測(cè)量,然后再實(shí)施對(duì)比計(jì)算,測(cè)出測(cè)量的光通量。光效指的是光源所發(fā)出的光通量與其消耗功率二者間之比。

目前主要選用恒流方式對(duì)LED燈具的光效實(shí)施測(cè)量。

3、光譜特性檢測(cè)

對(duì)LED燈具實(shí)施光譜特性檢測(cè)時(shí),檢測(cè)內(nèi)容主要為色坐標(biāo)、光譜功率分布、色溫、顯色指數(shù)等。色坐標(biāo)指的是以數(shù)字方式存在于坐標(biāo)圖上,用以表示光源的發(fā)光顏色的量。諸多種坐標(biāo)系均可表示顏色坐標(biāo)圖,一般選擇X、 Y坐標(biāo)系表示。光譜功率分布主要是描述光源所發(fā)出的光由諸多不同波長(zhǎng)色 輻射共同組合而成,不同波長(zhǎng)輻射功率大小存在差異性。

各個(gè)不同隨波長(zhǎng)的順序排列即為光譜功率分布。憑借光譜光度計(jì)以及標(biāo)準(zhǔn)燈對(duì)光源實(shí)施對(duì)比測(cè)量可獲得光譜功率分布。

色溫指的是人通過(guò)肉眼可以看到的光源色表的量。在光源所發(fā)射出來(lái)的光和特定某溫度下絕對(duì)黑體發(fā)射光顏色一致的情況下,該溫度便是色溫。照明領(lǐng)域中所謂的色溫主要是對(duì)光源光學(xué)特性進(jìn)行描述的一個(gè)重要參數(shù)。在理論方面,色溫主要源于黑體輻射,能夠通過(guò)光源色坐標(biāo)中獲得。顯色指數(shù)指的是光源所發(fā)射出來(lái)的光正確反映被照物顏色的量。一般顯色指數(shù)通常選用Ra表示。

這里的Ra指的是光源對(duì)8個(gè) 色樣顯色指數(shù)的一個(gè)算術(shù)平均值。在光源質(zhì)量中,顯色指數(shù)為一個(gè)重要參量,其對(duì)光源實(shí)際應(yīng)用范圍起著決定性作用。目前,采取何種方式促進(jìn)白光LED顯色指數(shù)能夠得到有效提高為L(zhǎng)ED研發(fā)中一種重點(diǎn)內(nèi)容。

4、光強(qiáng)分布測(cè)試

光強(qiáng)隨著空間方向或角度發(fā)生變化的關(guān)系被稱(chēng)為假光強(qiáng)分布。通過(guò)該種分布相互連接形成的封閉曲線被稱(chēng)為光強(qiáng)分布曲線。因?yàn)闇y(cè)點(diǎn)數(shù)量相對(duì)較多,同時(shí)各個(gè)點(diǎn)均須實(shí)施數(shù)據(jù)處理。目前,主要選用自動(dòng)分布光度計(jì)實(shí)施光強(qiáng)分布測(cè)試。

5、表面亮度測(cè)量

光源處于某個(gè)方向時(shí)的亮度極為光源在此方向單位投影面積上表現(xiàn)出來(lái)的發(fā)光強(qiáng)度。通常憑借瞄準(zhǔn)式亮度計(jì)、表面亮度計(jì)實(shí)施LED燈具表面亮度測(cè)量。此外,還需對(duì)LED燈具電參數(shù)、熱學(xué)特性等其他性能參數(shù)實(shí)施測(cè)量。電性參數(shù)測(cè)量主要為正向電壓測(cè)量、反向電流測(cè)量?jī)煞N。LED燈具結(jié)溫、熱阻測(cè)量方法主要應(yīng)用到光譜法、紅外微象儀法、 光熱阻掃描法、電學(xué)參數(shù)法等。