LED即為發(fā)光二級管,其擁有一般二級管的特性,同時還能夠?qū)㈦娔苓M行轉(zhuǎn)換,使其成為光能,加以一定電壓值的直流電進行激發(fā)便可發(fā)射出可見光。

與白熾燈、熒光等傳統(tǒng)燈具相比,該種照明光源能耗更低,且無有害輻射、使用時間更長,為一種節(jié)能、 環(huán)保、經(jīng)濟照明能源。

但是受諸多因素影響和制約,LED燈具在檢測、評估等方面的工作還處于相對滯后狀態(tài),這對LED燈具的大規(guī)模使用產(chǎn)生一定局限。

加強對LED燈具檢測標(biāo)準(zhǔn)、評估方法、檢測技術(shù)等進行深入研究,旨在促進該種新型照明能源能夠得到更加廣泛的應(yīng)用。

LED燈具基本機構(gòu)

LED燈具主要由5中物料組成,其分別為支架、晶片、銀膠、金線、環(huán)氧樹脂。

LED核心部件為半導(dǎo)體晶片,其一端固定于支架, 另外兩端則分別固定于正、負極引腳上,使用環(huán)氧樹脂對晶片進行封裝。LED由磷化鎵、砷化鎵等I-IV族化合物半導(dǎo)體材料制作而成。

半導(dǎo)體材料的選擇對發(fā)光顏色產(chǎn)生直接影響,材料不同,發(fā)光顏色也不同相同,P-N結(jié)禁帶寬度也不同,進而使得光的波長也不同,因此,LED燈具在使用過程中能夠形成紫外至紅外各種不同顏色的光線。

常見的如高亮單色LED、普通單色LED、超過亮度單色LED等,半導(dǎo)體材料分別為砷鋁化鎵、磷化鎵、磷銦砷化鎵。

LED燈具發(fā)光原理

LED具有反向截止、正向?qū)?、擊穿等相關(guān)一般PN結(jié)電學(xué)特性。同時,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)知識作為根據(jù),加以LED正向工作電壓時,多數(shù)載流子與少數(shù)載流子相互結(jié)合,在該種情況下,電子便會發(fā)生躍遷, 使能量能夠通過光子的形式發(fā)射,進而便產(chǎn)生光。反之,當(dāng)加以 LED負向電壓時,少數(shù)載流子無法注入,其不能與多數(shù)載流子相互結(jié)合,所以無法發(fā)光。

LED燈具檢測標(biāo)準(zhǔn)

IEC 6203 1:2008為目前業(yè)界首個LED安全檢測標(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燈具尚無統(tǒng)一的分類標(biāo)準(zhǔn)。

缺乏相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)來對LED燈具檢測進行規(guī)范,會導(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受到嚴(yán)重影響。目前,實施LED燈具檢測的實施主要以《GB7000.1-2015燈具一般安全要求與試驗》《外殼防護等級(IP代碼)GB4028-93》《整體式 LED路燈的測量方法》作為參考依據(jù);檢驗項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。

1、發(fā)光強度檢測

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

在CIE127標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定提出了實施光強測量時的兩種測量平均法向光強的條件,其分別為測量條件A(遠場條件)、 B(近場條件)。該兩個條件探測器面積是相同的,均為1 cm2 。目前, 一般選擇使用標(biāo)準(zhǔn)條件B實施LED燈具發(fā)光強度測量。

2、光通量和光效檢測

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LED燈具實施光通量檢測。積分法是在積分球內(nèi)依次將被測燈、標(biāo)準(zhǔn)燈點燃,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, 則被測燈光通量ΦD=ED×Φ/ES。該種方法主要利用到“點光源”原理,實際檢測過程中操作較為簡單,但檢測結(jié)果易受被測燈、標(biāo)準(zhǔn)燈色溫偏差影響,往往會存在極大的測量誤差。

分光法主要是通過光譜能量P(λ)實施分布計算,最后檢測出光通量。檢測應(yīng)用儀器為單色儀,積分球內(nèi)測量標(biāo)準(zhǔn)燈380～780 nm光譜,在相同條件下實施被測燈光譜測量,然后再實施對比計算,測出測量的光通量。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LED燈具的光效實施測量。

3、光譜特性檢測

對LED燈具實施光譜特性檢測時,檢測內(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色 輻射共同組合而成,不同波長輻射功率大小存在差異性。

各個不同隨波長的順序排列極為光譜功率分布。憑借光譜光度計以及標(biāo)準(zhǔn)燈對光源實施對比測量可獲得光譜功率分布。

色溫指的是人通過肉眼可以看到的光源色表的量。在光源所發(fā)射出來的光和特定某溫度下絕對黑體發(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光源光學(xué)特性進行描述的一個重要參數(shù)。在理論方面,色溫主要源于黑體輻射,能夠通過光源色坐標(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8個 色樣顯色指數(shù)的一個算術(shù)平均值。在光源質(zhì)量中,顯色指數(shù)為一個重要參量,其對光源實際應(yīng)用范圍起著決定性作用。目前,采取何種方式促進白光LED顯色指數(shù)能夠得到有效提高為LED研發(fā)中一種重點內(nèi)容。

4、光強分布測試

光強隨著空間方向或角度發(fā)生變化的關(guān)系被稱為假光強分布。通過該種分布相互連接形成的封閉曲線被稱為光強分布曲線。因為測點數(shù)量相對較多,同時各個點均須實施數(shù)據(jù)處理。目前,主要選用自動分布光度計實施光強分布測試。

5、表面亮度測量

光源處于某個方向時的亮度極為光源在此方向單位投影面積上表現(xiàn)出來的發(fā)光強度。通常憑借瞄準(zhǔn)式亮度計、表面亮度計實施LED燈具表面亮度測量。此外,還需對LED燈具電參數(shù)、熱學(xué)特性等其他性能參數(shù)實施測量。電性參數(shù)測量主要為正向電壓測量、反向電流測量兩種。LED燈具結(jié)溫、熱阻測量方法主要應(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。