1、By SCHFor future illumination LEDLEDLED是利用化合物材料制成PN結(jié)的光電器件。它具備PN結(jié)結(jié)型器件的電學(xué)特性：I-V特性、C-V特性和光學(xué)器件的光學(xué)特性：光譜響應(yīng)特性、發(fā)光光強(qiáng)指向特性，時(shí)間特性以及熱學(xué)特性。By SCHFor future illumination LED lightsLED lightsBy SCHFor future illumination LEDLED歷史歷史50年前人們已經(jīng)了解半導(dǎo)體材料可產(chǎn)生光線的基本知識(shí)，第一個(gè)商用二極管產(chǎn)生于1960年。LED是英文light emitting diode（發(fā)光二極管）的縮寫，它的基本結(jié)構(gòu)是

2、一塊電致發(fā)光的半導(dǎo)體材料，置于一個(gè)有引線的架子上，然后四周用環(huán)氧樹脂密封，即固體封裝，所以能起到保護(hù)內(nèi)部芯線的作用，所以LED的抗震性能好。 最初LED用作儀器儀表的指示光源，后來(lái)各種光色的LED在交通信號(hào)燈和大面積顯示屏中得到了廣泛應(yīng)用，產(chǎn)生了很好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。以12英寸的紅色交通信號(hào)燈為例，在美國(guó)本來(lái)是采用長(zhǎng)壽命、低光效的140瓦白熾燈作為光源，它產(chǎn)生2000流明的白光。經(jīng)紅色濾光片后，光損失90%，只剩下200流明的紅光。而在新設(shè)計(jì)的燈中， LUMILEDS公司采用了18個(gè)紅色LED光源，包括電路損失在內(nèi)，共耗電14瓦，即可產(chǎn)生同樣的光效。 汽車信號(hào)燈也是LED光源應(yīng)用的重要領(lǐng)域

3、。By SCHFor future illumination 對(duì)于一般照明而言，人們更需要白色的光源。1998年白光的LED開(kāi)發(fā)成功。這種LED是將GaN(氮化鎵)芯片和釔鋁石榴石（YAG）封裝在一起做成。GaN芯片發(fā)藍(lán)光（p=465nm，Wd=30nm），高溫?zé)Y(jié)制成的含Ce3+的YAG熒光粉受此藍(lán)光激發(fā)后發(fā)出黃色光射，峰值550nm。藍(lán)光LED基片安裝在碗形反射腔中，覆蓋以混有YAG的樹脂薄層，約200-500nm。 LED基片發(fā)出的藍(lán)光部分被熒光粉吸收，另一部分藍(lán)光與熒光粉發(fā)出的黃光混合，可以得到得白光?，F(xiàn)在，對(duì)于InGaN/YAG白色LED，通過(guò)改變YAG熒光粉的化學(xué)組成和調(diào)節(jié)熒光粉層

4、的厚度，可以獲得色溫3500-10000K的各色白光。這種通過(guò)藍(lán)光LED得到白光的方法，構(gòu)造簡(jiǎn)單、成本低廉、技術(shù)成熟度高，因此運(yùn)用最多。By SCHFor future illumination 白光白光LEDLED可見(jiàn)光光譜的波長(zhǎng)范圍為380nm760nm，是人眼可感受到的七色光：紅、橙、黃、綠、青、藍(lán)、紫，但這七種顏色的光都各自是一種單色光。例如LED發(fā)的紅光的峰值波長(zhǎng)為680nm。在可見(jiàn)光的光譜中是沒(méi)有白色光的，因?yàn)榘坠獠皇菃紊?，而是由多種單色光合成的復(fù)合光，正如太陽(yáng)光是由七種單色光合成的白色光，而彩色電視機(jī)中的白色光也是由三基色紅、綠、藍(lán)合成。由此可見(jiàn)，要使LED發(fā)出白光，它的光譜特

5、性應(yīng)包括整個(gè)可見(jiàn)的光譜范圍。但要制造這種性能的LED，在目前的工藝條件下是不可能的。根據(jù)人們對(duì)可見(jiàn)光的研究，人眼睛所能見(jiàn)的白光，至少需兩種光的混合，即二波長(zhǎng)發(fā)光（藍(lán)色光黃色光）或三波長(zhǎng)發(fā)光（藍(lán)色光綠色光紅色光）的模式。上述兩種模式的白光，都需要藍(lán)色光，所以攝取藍(lán)色光已成為制造白光的關(guān)鍵技術(shù)，即當(dāng)前各大LED制造公司追逐的“藍(lán)光技術(shù)”。目前國(guó)際上掌握“藍(lán)光技術(shù)”的廠商僅有少數(shù)幾家，比如日本的日亞化學(xué)、日本的豐田合成、美國(guó)的CREE、德國(guó)的歐司朗等，所以白光LED的推廣應(yīng)用，尤其是高亮度白光LED在我國(guó)的推廣還有一個(gè)過(guò)程。By SCHFor future illumination LEDLED照明

6、新光源照明新光源為了說(shuō)明白光LED的特點(diǎn)，先看看目前所用的照明燈光源的狀況。白熾燈和鹵鎢燈，其光效為1224流明/瓦；熒光燈和HID燈的光效為50120流明/瓦。對(duì)白光LED：在1998年，白光LED的光效只有5流明/瓦，到了1999年已達(dá)到15流明/瓦，這一指標(biāo)與一般家用白熾燈相近，而在2000年時(shí)，白光LED的光效已達(dá)25流明/瓦，這一指標(biāo)與鹵鎢燈相近。到2011年，LED的光效達(dá)到213流明/瓦，但考慮到成本，目前廣泛使用的還是以100120lm/W的LED為主，而且LED能耗約為白熾燈的10%，熒光燈的50%（非環(huán)保）。由此可見(jiàn)開(kāi)發(fā)白光LED作照明光源，將成為趨勢(shì)。By SCHFor

7、future illumination LEDLED結(jié)構(gòu)和基本原理結(jié)構(gòu)和基本原理1. 發(fā)光二極管的結(jié)構(gòu)發(fā)光二極管的結(jié)構(gòu)發(fā)光二極管（Light Emission Diode）圖1顯示了LED的結(jié)構(gòu)截面圖。要使LED發(fā)光，有源層的半導(dǎo)體材料必須是直接帶隙材料，越過(guò)帶隙的電子和空穴能夠直接復(fù)合發(fā)射出光子。為了使器件有好的光和載流子限制，大多采用雙異質(zhì)結(jié)（DH）結(jié)構(gòu)。LED晶片的組成：主要有砷(AS)鋁(AL)鎵(Ga)銦(IN)磷(P)氮(N)鍶(i)這幾種元素中的若干種組成By SCHFor future illumination 2. LED的基本工作原理的基本工作原理LED 是一種直接注入電流

8、的發(fā)光器件，是半導(dǎo)體晶體內(nèi)部受激電子從高能級(jí)回復(fù)到低能級(jí)時(shí)，發(fā)射出光子的結(jié)果，這就是通常所說(shuō)的自發(fā)發(fā)射躍遷。當(dāng)LED的PN結(jié)加上正向偏壓，注入的少數(shù)載流子和多數(shù)載流子（電子和空穴）復(fù)合而發(fā)光。值得注意的是，對(duì)于大量處于高能級(jí)的粒子各自分別自發(fā)發(fā)射一列一列角頻率為 Eg/h的光波，但各列光波之間沒(méi)有固定的相位關(guān)系，可以有不同的偏振方向，并且每個(gè)粒子所發(fā)射的光沿所有可能的方向傳播，這個(gè)過(guò)程稱為自發(fā)發(fā)射。其發(fā)射波長(zhǎng)可用下式來(lái)表示：(m)1.2396/Eg(eV)簡(jiǎn)單的說(shuō)：就是電流從LED正極流到LED負(fù)極，LED就會(huì)發(fā)光光的強(qiáng)弱與電流有關(guān)。By SCHFor future illumination

9、LEDLED電學(xué)特性電學(xué)特性1. I-V特性特性 表征LED芯片pn結(jié)制備性能主要參數(shù)。LED的I-V特性具有非線性、整流性質(zhì)：?jiǎn)蜗驅(qū)щ娦裕赐饧诱珘罕憩F(xiàn)低接觸電阻，反之為高接觸電阻。 如右圖：(1) 正向死區(qū)：（圖oa或oa段）a點(diǎn)對(duì)于V0 為開(kāi)啟電壓，當(dāng)VVa，外加電場(chǎng)尚克服不少因載流子擴(kuò)散而形成勢(shì)壘電場(chǎng)，此時(shí)R很大；開(kāi)啟電壓對(duì)于不同LED其值不同，GaAs為1V，紅色GaAsP為1.2V，GaP為1.8V，GaN為2.5V。By SCHFor future illumination （2）正向工作區(qū)：電流IF與外加電壓呈指數(shù)關(guān)系IF = IS (e qVF/KT 1 IS 為反向飽和電

10、流 。V0時(shí)，VVF的正向工作區(qū)IF 隨VF指數(shù)上升 IF = IS e qVF/KT （3）反向死區(qū) ：V0時(shí)pn結(jié)加反偏壓 V= - VR 時(shí)，反向漏電流IR（V= -5V）時(shí)，GaP為0V，GaN為10uA。（4）反向擊穿區(qū) V- VR ，VR 稱為反向擊穿電壓；VR 電壓對(duì)應(yīng)IR為反向漏電流。當(dāng)反向偏壓一直增加使V- VR時(shí)，則出現(xiàn)IR突然增加而出現(xiàn)擊穿現(xiàn)象。由于所用化合物材料種類不同，各種LED的反向擊穿電壓VR也不同。By SCHFor future illumination 2. C-V特性特性鑒于LED的芯片有(250250um)， (280280um)， (300300um)

11、，故pn結(jié)面積大小不一，使其結(jié)電容（零偏壓） C=A介電常數(shù)*q*N0/2Vn（約幾個(gè)pF）其中A為結(jié)面積，N0是約化濃度，n為結(jié)系數(shù)C-V特性呈二次函數(shù)關(guān)系（如圖）?？捎?MHZ交流信號(hào)用C-V特性測(cè)試儀測(cè)得。3. 最大允許功耗最大允許功耗PF m 當(dāng)流過(guò)LED的電流為IF、管壓降為UF則功率消耗為P=UFIFLED工作時(shí)，外加偏壓、偏流一定促使載流子復(fù)合發(fā)出光，還有一部分變?yōu)闊?，使結(jié)溫升高。若結(jié)溫為Tj、外部環(huán)境溫度為Ta，則當(dāng)TjTa時(shí)，內(nèi)部熱量借助管座向外傳熱，散逸熱量（功率），可表示為P = KT（Tj Ta）。 By SCHFor future illumination 4. 響應(yīng)

12、時(shí)間響應(yīng)時(shí)間響應(yīng)時(shí)間表征某一顯示器跟蹤外部信息變化的快慢?，F(xiàn)有幾種顯示LCD（液晶顯示）約10-310-5S，CRT、PDP、LED都達(dá)到10-610-7S（us級(jí)）。 響應(yīng)時(shí)間從使用角度來(lái)看，就是LED點(diǎn)亮與熄滅所延遲的時(shí)間，即圖中tr 、tf 。圖中t0值很小，可忽略。 響應(yīng)時(shí)間主要取決于載流子壽命、器件的結(jié)電容及電路阻抗。LED的點(diǎn)亮?xí)r間上升時(shí)間tr是指接通電源使發(fā)光亮度達(dá)到正常的10%開(kāi)始，一直到發(fā)光亮度達(dá)到正常值的90%所經(jīng)歷的時(shí)間。LED 熄滅時(shí)間下降時(shí)間tf是指正常發(fā)光減弱至原來(lái)的10%所經(jīng)歷的時(shí)間。不同材料制得的LED響應(yīng)時(shí)間各不相同；如GaAs、GaAsP、GaAlAs其響應(yīng)

13、時(shí)間10-9S，GaP為10-7 S。因此它們可用在10100MHZ高頻系統(tǒng)。By SCHFor future illumination LEDLED的組成的組成LED按封裝形式分類有Lamp-LED、TOP-LED、Side-LED、SMD-LED、High-Power-LED，COB等By SCHFor future illumination LEDLED光學(xué)特性光學(xué)特性發(fā)光二極管有紅外（非可見(jiàn)）與可見(jiàn)光兩個(gè)系列，前者可用輻射度，后者可用光度學(xué)來(lái)量度其光學(xué)特性。1. LED的光譜特性及測(cè)試方法的光譜特性及測(cè)試方法由于LED沒(méi)有光學(xué)諧振腔選擇波長(zhǎng)，所以它的光譜是以自發(fā)發(fā)射為主的光譜，圖2顯示

14、出了LED的典型光譜曲線。發(fā)光光譜曲線上發(fā)光強(qiáng)度最大時(shí)所對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)稱為發(fā)光峰值波長(zhǎng)，光譜曲線上兩個(gè)半光強(qiáng)點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)差稱為譜線寬度（簡(jiǎn)稱線寬），其典型值在3040nm之間。峰值波長(zhǎng)和譜線寬度的測(cè)試方法如圖3所示，當(dāng)被測(cè)器件的正向工作電流達(dá)到規(guī)定值時(shí)，旋轉(zhuǎn)單色儀波鼓，使指示器達(dá)到最大值，讀出波長(zhǎng)峰值，此即為該器件的發(fā)光峰值波長(zhǎng)。在旋轉(zhuǎn)單色儀波鼓（朝相反方向各轉(zhuǎn)一次），使指示器讀數(shù)為最大值的一半時(shí)，讀出兩個(gè)等于最大值一半的數(shù)值，兩者之差即為光譜譜線寬度。By SCHFor future illumination 由圖2可以看出，當(dāng)器件溫度升高時(shí)，光譜曲線隨之向右移動(dòng)，從峰值波長(zhǎng)的變化可以求出LE

15、D的波長(zhǎng)溫度系數(shù)。By SCHFor future illumination 2. 發(fā)光法向光強(qiáng)及其角分布發(fā)光法向光強(qiáng)及其角分布Ia. 發(fā)光強(qiáng)度（法向光強(qiáng)）是表征發(fā)光器件發(fā)光強(qiáng)弱的重要性能。LED大量應(yīng)用要求是圓柱、圓球封裝，由于凸透鏡的作用，故都具有很強(qiáng)指向性：位于法向方向光強(qiáng)最大，其與水平面交角為90。當(dāng)偏離正法向不同角度，光強(qiáng)也隨之變化。發(fā)光強(qiáng)度隨著不同封裝形狀而強(qiáng)度依賴角方向。b. 發(fā)光強(qiáng)度的角分布I是描述LED發(fā)光在空間各個(gè)方向上光強(qiáng)分布。它主要取決于封裝的工藝（包括支架、模粒頭、環(huán)氧樹脂中添加散射劑與否）By SCHFor future illumination 為獲得高指向性的角

16、分布（如圖1） LED管芯位置離模粒頭遠(yuǎn)些； 使用圓錐狀（子彈頭）的模粒頭； 封裝的環(huán)氧樹脂中勿加散射劑。采取上述措施可使LED 1/2 = 6左右，大大提高了指向性。 當(dāng)前幾種常用封裝的散射角（21/2角）圓形LED：5、10、30、45貼片LED：60 By SCHFor future illumination 3. 發(fā)光峰值波長(zhǎng)及其光譜分布發(fā)光峰值波長(zhǎng)及其光譜分布LED發(fā)光強(qiáng)度或光功率輸出隨著波長(zhǎng)變化而不同，繪成一條分布曲線光譜分布曲線。當(dāng)此曲線確定之后，器件的有關(guān)主波長(zhǎng)、純度等相關(guān)色度學(xué)參數(shù)亦隨之而定。LED的光譜分布與制備所用化合物半導(dǎo)體種類、性質(zhì)及pn結(jié)結(jié)構(gòu)（外延層厚度、摻雜雜質(zhì)）

17、等有關(guān)，而與器件的幾何形狀、封裝方式無(wú)關(guān)。下圖繪出幾種由不同化合物半導(dǎo)體及摻雜制得LED光譜響應(yīng)曲線。By SCHFor future illumination 1是藍(lán)色I(xiàn)nGaN/GaN發(fā)光二極管，發(fā)光譜峰p = 460465nm；2是綠色GaP:N的LED，發(fā)光譜峰p = 550nm；3是紅色GaP:Zn-O的LED，發(fā)光譜峰p = 680700nm；4是紅外LED使用GaAs材料，發(fā)光譜峰p = 910nm；5是Si光電二極管，通常作光電接收用。由圖可見(jiàn)，無(wú)論什么材料制成的LED，都有一個(gè)相對(duì)光強(qiáng)度最強(qiáng)處（光輸出最大），與之相對(duì)應(yīng)有一個(gè)波長(zhǎng)，此波長(zhǎng)叫峰值波長(zhǎng)，用p表示。只有單色光才有p波

18、長(zhǎng)。b) 譜線寬度：在LED譜線的峰值兩側(cè)處，存在兩個(gè)光強(qiáng)等于峰值（最大光強(qiáng)度）一半的點(diǎn)，此兩點(diǎn)分別對(duì)應(yīng)p-，p+之間寬度叫譜線寬度，也稱半功率寬度或半高寬度。半高寬度反映譜線寬窄，即LED單色性的參數(shù)，LED半寬小于40 nm。c) 主波長(zhǎng)：有的LED發(fā)光不單是單一色，即不僅有一個(gè)峰值波長(zhǎng)；甚至有多個(gè)峰值，并非單色光。為此描述LED色度特性而引入主波長(zhǎng)。主波長(zhǎng)是人眼所能觀察到的，由LED發(fā)出主要單色光的波長(zhǎng)。單色性越好，則p也就是主波長(zhǎng)。如GaP材料可發(fā)出多個(gè)峰值波長(zhǎng)，而主波長(zhǎng)只有一個(gè)，它會(huì)隨著LED長(zhǎng)期工作，結(jié)溫升高而主波長(zhǎng)偏向長(zhǎng)波。By SCHFor future illuminatio

19、n 光通量與光強(qiáng)光通量與光強(qiáng) 光通量F是表征LED總光輸出的輻射能量，它標(biāo)志器件的性能優(yōu)劣。F為L(zhǎng)ED向各個(gè)方向發(fā)光的能量之和，它與工作電流直接有關(guān)。隨著電流增加，LED光通量隨之增大?？梢?jiàn)光LED的光通量單位為流明（lm）。LED向外輻射的功率光通量與芯片材料、封裝工藝水平及外加恒流源大小有關(guān)。目前單色LED的光通量最大約1 lm，白光LED的F1.51.8 lm（小芯片），對(duì)于1mm1mm的功率級(jí)芯片制成白光LED，其F=18 lm。發(fā)光強(qiáng)度簡(jiǎn)稱光強(qiáng)，國(guó)際單位是candela（坎德拉）簡(jiǎn)寫cd。1cd即1000mcd是指單色光源（頻率540X1012HZ，波長(zhǎng)0.550微米）的光，在給定方

20、向上（該方向上的輻射強(qiáng)度為（1/683）瓦特/球面度）的單位立體角內(nèi)發(fā)出的發(fā)光強(qiáng)度。球面度是一個(gè)立體角，其定點(diǎn)位于球心，而他在球面上所截取的面積等于以球的半徑為邊長(zhǎng)的正方形面積。光源輻射是均勻時(shí)，則光強(qiáng)為I=F/，為立體角，單位為球面度（sr）,F為光通量，單位是流明，對(duì)于點(diǎn)光源由I=F/4 。By SCHFor future illumination 發(fā)光效率和視覺(jué)靈敏度發(fā)光效率和視覺(jué)靈敏度 1. LED效率有內(nèi)部效率（pn結(jié)附近由電能轉(zhuǎn)化成光能的效率）與外部效率（輻射到外部的效率）。前者只是用來(lái)分析和評(píng)價(jià)芯片優(yōu)劣的特性。LED光電最重要的特性是用輻射出光能量（發(fā)光量）與輸入電能之比，即發(fā)光

21、效率。2. 視覺(jué)靈敏度是使用照明與光度學(xué)中一些參量。人的視覺(jué)靈敏度在 = 555nm處有一個(gè)最大值680 lm/w。若視覺(jué)靈敏度記為K，則發(fā)光能量P與可見(jiàn)光通量F之間關(guān)系為 P=Pd ； F=KPd3. 發(fā)光效率量子效率=發(fā)射的光子數(shù)/pn結(jié)載流子數(shù) =（e/hcI）Pd 若輸入能量為W=UI，則發(fā)光能量效率P=P/W 若光子能量hc=ev,則P ，則總光通F=（F/P）P=KPW 式中K= F/P4. 流明效率：LED的光通量F/外加耗電功率W=KP它是評(píng)價(jià)具有外封裝LED特性，LED的流明效率高指在同樣外加電流下輻射可見(jiàn)光的能量較大，故也叫可見(jiàn)光發(fā)光效率。By SCHFor future

22、illumination 5. LED的電光轉(zhuǎn)換特性及測(cè)試方法電光轉(zhuǎn)換特性是LED的光輸出功率與注入電流的關(guān)系曲線，即PI曲線因?yàn)槭亲园l(fā)輻射光，所以PI曲線的線性范圍比較大如圖6所示。LED的輸出光功率是LED重要參數(shù)之一，分為直流輸出功率Po和脈沖輸出功率。所謂直流輸出功率是指在規(guī)定的正向直流工作電流下，LED所發(fā)出的光功率，圖7是測(cè)試原理圖。測(cè)試時(shí)，把LED和接受器置于同一暗盒中，使發(fā)光面和接受面相互平行且盡量靠近。調(diào)解恒流源，使其正向電流IF位規(guī)定值，指示器上的讀數(shù)即為被測(cè)LED的直流輸出光功率。所謂脈沖輸出光功率是指在規(guī)定的幅度、頻率和占空比的矩形脈沖電流作業(yè)下，LED發(fā)光面所發(fā)射出的

23、光功率。測(cè)試時(shí)把LED和接收器置于同一暗盒中，使發(fā)光面和接受面互相平行且靠近。調(diào)節(jié)脈沖源，使其峰值電流IP為規(guī)定值時(shí)，指示器上的讀數(shù)即為被測(cè)LED的脈沖輸出光功率值，圖8是測(cè)試原理圖，圖中RL為取樣電阻。脈沖峰值輸出光功率和平均輸出光功率的關(guān)系為：式中，PP為脈沖輸出光功率，PAV為脈沖平均輸出光功率，DR為脈沖波占空比。RAVPDPP By SCHFor future illumination 品質(zhì)優(yōu)良的LED要求向外輻射的光能量大，向外發(fā)出的光盡可能多，即外部效率要高。事實(shí)上，LED向外發(fā)光僅是內(nèi)部發(fā)光的一部分，總的發(fā)光效率應(yīng)為=ice ，式中i向?yàn)閜、n結(jié)區(qū)少子注入效率，c為在勢(shì)壘區(qū)少子

24、與多子復(fù)合效率，e為外部出光（光取出效率）效率。由于LED材料折射率很高i3.6。當(dāng)芯片發(fā)出光在晶體材料與空氣界面時(shí)（無(wú)環(huán)氧封裝）若垂直入射，被空氣反射，反射率為（n1-1）2/（n1+1）2=0.32，反射出的占32%，鑒于晶體本身對(duì)光有相當(dāng)一部分的吸收，于是大大降低了外部出光效率。By SCHFor future illumination 發(fā)光亮度亮度是LED發(fā)光性能又一重要參數(shù)，具有很強(qiáng)方向性。其正法線方向的亮度BO=IO/A，指定某方向上發(fā)光體表面亮度等于發(fā)光體表面上單位投射面積在單位立體角內(nèi)所輻射的光通量，單位為cd/m2 或Nit。若光源表面是理想漫反射面，亮度BO與方向無(wú)關(guān)為常數(shù)

25、。晴朗的藍(lán)天和熒光燈的表面亮度約為7000Nit（尼特），從地面看太陽(yáng)表面亮度約為14108Nit。 LED亮度與外加電流密度有關(guān)，一般的LED，JO（電流密度）增加BO也近似增大。另外，亮度還與環(huán)境溫度有關(guān)，環(huán)境溫度升高，c（復(fù)合效率）下降，BO減小。當(dāng)環(huán)境溫度不變，電流增大足以引起pn結(jié)結(jié)溫升高，溫升后，亮度呈飽和狀態(tài)。By SCHFor future illumination 配光曲線任何燈具在空間各方向上的發(fā)光強(qiáng)度都不一樣，我們可以用數(shù)據(jù)或圖形把照明燈具發(fā)光強(qiáng)度在空間的分布狀況記錄下來(lái)，通常我們用縱坐標(biāo)來(lái)表示照明燈具的光強(qiáng)分布，以坐標(biāo)原點(diǎn)為中心，把各方向上的發(fā)光強(qiáng)度用矢量標(biāo)注出來(lái)，連接

26、矢量的端點(diǎn)，即形成光強(qiáng)分布曲線，也叫配光曲線。大部份的燈具的形狀是軸對(duì)稱的旋轉(zhuǎn)體，其發(fā)光強(qiáng)度在空間的分布也是軸對(duì)稱的。所以，通過(guò)燈具軸線取任一平面，以該平面內(nèi)的光強(qiáng)分布曲線來(lái)表明照明燈具在整個(gè)空間的分布就夠了。By SCHFor future illumination 如果照明燈具發(fā)光強(qiáng)度在空間的分布是不對(duì)稱的，例如長(zhǎng)條形的熒光燈具，則需要用若干測(cè)光平面的光強(qiáng)度分布曲線來(lái)說(shuō)明空間光分布。取同燈具長(zhǎng)軸相垂直的通過(guò)燈具中心下垂線的平面為C0平面，與C0平面垂直且通過(guò)燈具中心的下垂線的平面為C90平面。至少要用C0、C90兩個(gè)平面的光強(qiáng)分布說(shuō)明非對(duì)稱燈具的空間配光。為了便于對(duì)各種照明燈具的光分布特性

27、進(jìn)行比較，統(tǒng)一規(guī)定以光通量為1000流明（lm）的假想光源來(lái)提供光強(qiáng)分布數(shù)據(jù)。因此，實(shí)際光強(qiáng)應(yīng)是測(cè)光資料提供的光強(qiáng)值乘以光源實(shí)際光通量與1000之比。By SCHFor future illumination 配光曲線以上所述的都是非常常用的極坐標(biāo)配光曲線標(biāo)示法。另外除了極坐標(biāo)標(biāo)示法之外，還有等照度曲線，直角坐標(biāo)曲線等配光曲線標(biāo)示法。By SCHFor future illumination LEDLED壽命壽命老化：LED發(fā)光亮度隨著長(zhǎng)時(shí)間工作而出現(xiàn)光強(qiáng)或光亮度衰減現(xiàn)象。器件老化程度與外加恒流源的大小有關(guān)，可描述為Bt=BO e-t/，Bt為t時(shí)間后的亮度，BO為初始亮度。通常把亮度降到Bt

28、=0.7BO所經(jīng)歷的時(shí)間t稱為二極管的壽命。測(cè)定t要花很長(zhǎng)的時(shí)間，通常以推算求得壽命。測(cè)量方法：給LED通以一定恒流源，點(diǎn)燃103 104 小時(shí)后，先后測(cè)得BO ，Bt=100010000，代入Bt=BO e-t/求出；再把Bt=0.7BO代入，可求出壽命t。 長(zhǎng)期以來(lái)總認(rèn)為L(zhǎng)ED壽命為106小時(shí)，這是指單個(gè)LED在IF=20mA下發(fā)光壽命。隨著功率型LED開(kāi)發(fā)應(yīng)用，國(guó)外學(xué)者認(rèn)為以LED的光衰減百分比數(shù)值作為壽命的依據(jù)。如LED的光衰減為原來(lái)70%，壽命20000h。在2011年，由能源之星提出：LM-80的LED壽命推算方法已經(jīng)不能完全準(zhǔn)確的描述出LED的壽命，故需由原來(lái)LM-80的測(cè)試數(shù)據(jù)

29、通過(guò)TM-21規(guī)則來(lái)推算6倍界限的壽命，推算方法是最小二乘法。By SCHFor future illumination 當(dāng)白光LED技術(shù)逐步進(jìn)化時(shí)，產(chǎn)業(yè)界專家預(yù)期LED將可能使照明工業(yè)產(chǎn)生突破性的變革，包括：在照明的領(lǐng)域。聽(tīng)到這個(gè)后，一些早期的采用者很快地就創(chuàng)造了 一種光源，使用5mm 白光LED數(shù)組包裝在一個(gè)燈殼內(nèi)。這些LED燈泡模仿標(biāo)準(zhǔn)的白熾燈泡，而且他們的制造者宣稱，他們是較白熾燈更有能源效率的，而且像他們的彩色伙伴一 樣可持續(xù)十萬(wàn)小時(shí)。這導(dǎo)致許多人相信，白光LED取代白熾燈時(shí)代來(lái)臨了。然而，現(xiàn)實(shí)卻無(wú)法實(shí)現(xiàn)初期的預(yù)測(cè)。在2000年代初期，研究人員的發(fā)表顯示，這些5mm 白光LED的光線

30、輸出下降地非常迅速。在僅約6000小時(shí)內(nèi)，光線的輸出下滑到其初始值的一半以下（NARENDRAN et al. 2000 and 2001a）。不同的彩色5mm LED，隨著時(shí)間變化而不會(huì)以同樣的方式衰減(NARENDRAN et al. 2001b)。僅管有這項(xiàng)信息，以及許許多多的資料已顯示，5mm的白光LED非常快地衰減，很多制造商仍繼續(xù)宣稱他們將可持續(xù)十萬(wàn)小時(shí)。By SCHFor future illumination 將LED封裝在不會(huì)隨時(shí)間劣化的材料，在結(jié)構(gòu)上強(qiáng)化LED的散熱能力，通過(guò)恒流電路來(lái)控制LED的自加熱循環(huán)，可以比較好的解決LED劣化的問(wèn)題。即使是傳統(tǒng)的光源，例如：白熾燈、

31、鹵素 燈、熒光燈和金屬鹵化物燈，都會(huì)在他們的壽命期間之出現(xiàn)衰減。高功率的LED有非 常低的光輸出劣化，光的吸收和散熱已使得高功率LED改善了發(fā)光功效，并提高了照度的維持度。By SCHFor future illumination 熱學(xué)特性 LED的光學(xué)參數(shù)與pn結(jié)結(jié)溫有很大的關(guān)系。一般工作在小電流IF10mA，或者1020 mA長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)點(diǎn)亮LED溫升不明顯。若環(huán)境溫度較高，LED的主波長(zhǎng)或p 就會(huì)向長(zhǎng)波長(zhǎng)漂移，BO也會(huì)下降，尤其是點(diǎn)陣、大顯示屏的溫升對(duì)LED的可靠性、穩(wěn)定性影響應(yīng)專門設(shè)計(jì)散射通風(fēng)裝置。LED的主波長(zhǎng)隨溫度關(guān)系可表示為p（ T）=0（T0）+Tg0.1nm/由式可知，每當(dāng)結(jié)溫

32、升高10，則波長(zhǎng)向長(zhǎng)波漂移1nm，且發(fā)光的均勻性、一致性變差。這對(duì)于作為照明用的燈具光源要求小型化、密集排列以提高單位面積上的光強(qiáng)、光亮度的設(shè)計(jì)尤其應(yīng)注意用散熱好的燈具外殼或?qū)ｉT通用設(shè)備、確保LED長(zhǎng)期工作。正向壓降Vf結(jié)溫Tj的關(guān)系 V Vf f（T Tj2j2）= V= Vf f（T Tj1j1）+k+kT Tj j k=Vf/Tj ：正向壓降隨結(jié)溫變化的系數(shù)，通常取-2.0mV/. LED內(nèi)部會(huì)形成自加熱循環(huán)，如果不及時(shí)引導(dǎo)和消散LED的熱量，LED的發(fā)光效率將不斷降低By SCHFor future illumination 色溫以絕對(duì)溫度K來(lái)表示，即將一標(biāo)準(zhǔn)黑體加熱，溫度升高到一定程

33、度時(shí)顏色開(kāi)始由深紅-淺紅-橙黃-白-藍(lán)，逐漸改變，某光源與黑體的顏色相同時(shí)，我們將黑體當(dāng)時(shí)的絕對(duì)溫度稱為該光源之色溫。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。不同光源環(huán)境的相關(guān)色溫度 光源 色溫 北方晴空 8000-8500k 陰天6500-7500k 夏日正午陽(yáng)光5500k 金屬鹵化物燈4000-4600k 下午日光4000k冷色營(yíng)光燈4000-5000k高壓汞燈3450-3750k By SCHFor futur

34、e illumination 暖色營(yíng)光燈2500-3000k鹵素?zé)?000k鎢絲燈2700k高壓鈉燈1950-2250k蠟燭光2000k 光源色溫不同，光色也不同：色溫在3300K以下，光色偏紅給以溫暖的感覺(jué)；有穩(wěn)重的氣氛，溫暖的感覺(jué)；色溫在3000-6000K為中間，人在此色調(diào)下無(wú)特別明顯的視覺(jué)心理效果，有爽快的感覺(jué)；故稱為中性色溫。色溫超過(guò)6000K，光色偏藍(lán)，給人以清冷的感覺(jué)，色溫與亮度：高色溫光源照射下，亮度不高則給人有一種陰氣的氣氛；低色溫光源照射下，亮度過(guò)高會(huì)給人們有一種悶熱感覺(jué)。 By SCHFor future illumination 光色的對(duì)比：在同一空間使用兩種光色差很大

35、的光源，其對(duì)比將會(huì)出現(xiàn)層次效果，光色對(duì)比大時(shí)，在獲得亮度層次的同時(shí)，又可獲得光色的層次。采用低色溫光源照射，能使紅色更鮮艷；采用中色溫光源照射，使藍(lán)色具有清涼感；采用高色溫光源照射，使物體有冷的感覺(jué)。By SCHFor future illumination By SCHFor future illumination NO.XY實(shí)測(cè)色溫實(shí)測(cè)色溫(K)計(jì)算色溫計(jì)算色溫(K)色溫色溫(K)10.26750.2809146101400061020.28200.30019655900065530.30270.32077572700057240.31720.356260816300-21950.3137

36、0.33526622650012270.30230.311882687100116880.29160.29609310850081090.33520.360454005600-200100.32220.344661225800322110.35190.395046284800-172130.35990.402144364700-264By SCHFor future illumination 顯色性光源對(duì)物體本身顏色呈現(xiàn)的程度稱為顯色性，也就是顏色逼真的程度；光源的顯色性是由顯色指數(shù)來(lái)表明，它表示物體在光下顏色比基準(zhǔn)光（太陽(yáng)光）照明時(shí)顏色的偏離，能較全面反映光源的顏色特性。我們的眼睛看到的物體

37、的顏色，在不同的照明條件下是不同的。比如說(shuō)我們穿上藍(lán)色衣服，在鈉燈照射下會(huì)呈現(xiàn)出黑色。說(shuō)明這種燈的顯色性不好。這是因?yàn)殁c燈發(fā)出的主要是黃色的光，當(dāng)黃色的光照在藍(lán)色衣服上時(shí)，而藍(lán)色衣服只能反射藍(lán)色光，卻把鈉燈發(fā)的黃色光全部吸收，所以藍(lán)衣服在黃色的鈉燈下就成了黑色。正中午的太陽(yáng)光是理想的白光，它是由紅、橙、黃、綠、青、藍(lán)、紫等多色光按一定比例混合而成的。照在物體上，能很“真實(shí)”地顯示物體的顏色。光源對(duì)物體本身顏色呈現(xiàn)的程度稱為顯色性，也就是顏色逼真的程度；光源的顯色性是由顯色指數(shù)來(lái)表明，它表示物體在光下顏色比基準(zhǔn)光（太陽(yáng)光）照明時(shí)顏色的偏離，能較全面反映光源的顏色特性。顯色性高的光源對(duì)顏色表現(xiàn)較好

38、，我們所見(jiàn)到的顏色也就接近自然色，顯色性低的光源對(duì)顏色表現(xiàn)較差，我們所見(jiàn)到的顏色偏差也較大。By SCHFor future illumination 光源顯色的性能用顯色指數(shù)（color rendering index）來(lái)定量評(píng)定。國(guó)際照明委員會(huì) CIE 把太陽(yáng)的顯色指數(shù)定為 100 ，顯色指數(shù)在80100，顯著色性優(yōu)良；顯色指數(shù)低于50的，顯色性差。各類光源的顯色指數(shù)各不相同，如：高壓鈉燈顯色指數(shù) Ra=23 ，熒光燈管顯色指數(shù) Ra=6090。目前，高顯色性的白光LED（低色溫暖白）平均顯色指數(shù)（CRI）已經(jīng)達(dá)到942，大大優(yōu)于我們常用的熒光燈。我們目前所常用的顯色性比較好的LED（暖白）顯色性在8085之