1、LED光度學的基礎光度學的基礎上海市照明學會上海市照明學會章海驄章海驄光是輻射的一種形態光是輻射的一種形態,是有能量的是有能量的 -光能夠做功,燒飯和燒水,轉變成熱能; -轉變成電的例子,可儲存和輸送.光是電磁輻射,是電磁波的一種光一定要度量和一定可以度量的. 能量-功率其中:與輻射掛鉤與輻射掛鉤: 輻射能量-輻射功率與眼睛掛鉤與眼睛掛鉤: 光能量-光功率一定是視覺細胞在起作用一定是視覺細胞在起作用. 眼睛感覺到的光功率.視網膜上的視覺細胞:眼睛感覺到的光功率-要經過“過濾”“過濾系數”見右.一一.光度學的單位光度學的單位 度量光的強弱(大小)和方向的一門科學.基本單位: 光通量光通量-發光體

2、發光體的的 發光強度發光強度-發光體發光體的的 亮度亮度-發光體發光體 反射體反射體-受照體照明后的反受照體照明后的反 射光射光 照度照度-受照體受照體的的四四個單位的圖示:1.光通量光通量 光通量光通量:看得見的 光輻射功率 單位:瓦瓦光通量的單位光通量的單位:流明流明(lm)眼睛視網膜上的視覺細胞眼睛視網膜上的視覺細胞明視覺明視覺:錐體細胞錐體細胞 3cd/m2.暗視覺暗視覺:桿體細胞桿體細胞8000 cd/m2. 三基色粉:10000 cd/m2. T5:16000 cd/m2. CFL:40000 cd/m2. 人眼適應的最好亮度人眼適應的最好亮度:100 cd/m2. 白云:8000

3、cd/m2. 道路:0.5-2.0 cd/m2.三基色32W燈管, =2Io=3200lm, Io=324.6cd.燈管長1.2m,直徑26mm,平均燈管亮度L Io /1.2m0.026m=10402cd/m2.我們周圍環境中看到的發亮物體的亮度和人眼長期適應的亮度:4.照度照度E 被照面上單位面積被照面上單位面積S上接受的光通量上接受的光通量. E= /S單位:勒克司(lx).即 1lx=1lm/1m2. 舉例: 夏天的太陽下:80000-100000lx 滿月下:2lx 辦公室:500lx 車間一般照明:150-300lx 體育場(國際):垂直1200lx 居住小區最佳半柱面照度Esc:

4、310lx有多種照度的定義:：衡量面觀察方向應用場合水平面平面物體辦公，教室，工廠，道路等垂直面對TV攝像機，對對方來人小區，TV轉播運動場，小路半圓柱對對方來人，小區，小路，圓柱對四周看臺上觀眾運動場照度的計算 E=I/r2舉例: 10000cd的光強在10m遠處的照度? E=10000/10X10=100lx.二.LED的發光特點及在光度學中的情況 1.基本特點 從光度學內容來說,LED并無不同.僅根據LED的發光特點,決定了有以下差異: 1) LED的光通量僅射向2空間; 2) LED的光強很小,5的僅mcd數量級; 3) LED的亮度很高,達106cd/m2數量級; 4) LED的發光

5、情況與熱管理有關。2. LED的光通量僅分布在2空間(半空間)的問題 1)LED的燈具做在芯片中去了2)與傳統燈具的效率比較特別節能的幾種燈具: (1)下射筒燈 (2)線槽燈 櫥柜燈 (3)球泡燈3)光通量測量上的問題 積分球測量法積分球測量法: 應該使用的測量形式積分球測量光通原則:1.積分球內面積與被測物的面積2.使用標準光通量燈做校正,較正內容視測試方法而異: 1)光通直接比對:需要發光形式相同配光近似的標準燈(積分法測量積分法測量),用兩者光通量和接收的信號之比值比值求得; 2)從光通標準燈的光譜和光通量確定被測光譜的絕對分布后計算計算得到光通量(分光法分光法測量測量).積分法測量積分

6、法測量 用標準光源替代一次測量分光法測量分光法測量-計算過程 第一步:用標準光通燈定標; 第二步:測量被測光源.積分球原理積分球原理 達到平衡后,光源光通,積分球上照度E,積分球面積S和表面吸收系數有下關系: =(E0+E1+E2+E3)S 即: =E4r2(1-) E= / 4r2(1-)在點光源時, =4I0.代入有: E= I0 / r2 (1-)而第一次照度E0= I0 / r2 ,最后的照度比第一次增大了:1/(1-)倍.在=0.9,1/(1- )=10. =0.98時,E=50 E0.看LED在積分球內測量的問題 1.內壁骯上下半球骯臟帶來的問題 2.燈具配光形式不同帶來的問題積分

7、球內臟的分析積分球內臟的分析: 設定半球反射率1,另半球2,最后的有: =(E0+E1+E2+E3)S1/2+ S 2/2 =ES(2-1- 2)/2 E=2/S(2-1- 2)=24Io/4r2(2-1- 2) =2Io/r2(2-1- 2)與原來都是1的相比: E/E=2Io/ r2(2-1- 2) / I0 / r2 (1-1) =2 (1-1)/(2-1- 2) 若1=0.98, 2=0.95 , E/E=4/7=0.57;若1=0.98, 2=0.90 , E/E=1/3=0.33. 影響很大.準確測量需要的形式: 考慮球內的不均勻性后: 1)基準與被測配光 光譜相同 2)基準與被測

8、置于球側.LED基準器的說明: 相同配光, 相同光譜, 光強最好在相似的數量級, 熱穩定性好(Peltier效應,半導體致冷). 半導體致冷(帕而貼效應)的說明3. LED的光強很小 一般的LED光強僅幾百mcd,或大功率的也僅幾個cd. 100 mcd在0.5m測量也僅0.4lx. 一般照度計述的范圍:0.01-3X105lx. 計量范圍(受標準燈的限制):40-3000lx. 需要在小數值和大數值之間的線性和準需要在小數值和大數值之間的線性和準確度確度.注意注意! 例如上述照度計在1.5X10-1- 3X105lx之間的不確定度Urel=1.4%(K=3).LED太小,所以CIE規定了測量

9、光強的辦法:測量標準條件: 光度計有效接受面積:100mm2; 直徑11.283mm,近似11.3mm.原因: 1) LED太小,配光變化多,必須規范; 2) 規定元件的比較條件,利于比較和表述;遠場條件遠場條件(CIE標準條件標準條件A):L=316mm,接受面對接受面對LED頂的張角頂的張角0.001sr,相應平面角相應平面角2.測得的平均光強符號測得的平均光強符號:ILEDA.近場條件近場條件(CIE標準條件標準條件B) :L=100mm,接受面對接受面對LED頂的張角頂的張角0.01sr,相應平面角相應平面角6.5.測得的平均光強符號測得的平均光強符號:ILEDB.LED都裝在透鏡內.看光路: 必須規定接受器的大小和它離接受器的距離.近場和遠場的圖示: 聚光光束(光強大):A (遠場)條件; 散光光束(光強變小):B(近場)條件.4. LED的亮度很高 請看CREE的數據：利用光通量和光強分布求得I0的數值： =I0f() I0= /f()2(cos i-cos i+1) LED的芯片的面積S見下： S=1.