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  • 從光度學與CIE規(guī)范談如何量測LED

    作者:佚名 來源:本站整理 時間:2011-10-17 13:36 閱讀:2108 [投稿]
    一、 前言 發(fā)光二極管(Light Emitting Diode; LED)是半導體材料制成的組件,為一種微細的固態(tài)光源,可將電能轉換為光,其發(fā)光原理是在一順偏之二極管p-n接合面處,自由電子與電洞發(fā)生復合作用(Recombination),因自 ..
    然而,由于以(x, y)色度坐標所建構之色域為非均勻性,使色差難以量化表示,所以CIE于1976年將CIE 1931色度坐標加以轉換,使其所形成之色域為接近均勻之色度空間,讓色彩差異得以量化表示,即CIE 1976 UCS(Uniform Chromaticity Scale)色度坐標,以(u', v')表示
    主波長(λD)
    其亦為表達顏色的方法之一,在得到待測件的色度坐標(x, y)后,將其標示于CIE色度坐標圖(如下圖)上,連結E光源色度點(色度坐標(x,y)=(0.333, 0.333))與該點并延伸該連結線,此延長線與光譜軌跡(馬蹄形)相交的波長值即稱之為該待測件的主波長。惟應注意的是,此種標示方法下相同主波長將代表多個不同色度點,是以用于待測件色度點鄰近光譜軌跡時較具意義,而白光LED則無法以此種方式描述其顏色特性。
    純度(Purity)
    其為以主波長描述顏色時之輔助表示,以百分比計,定義為待測件色度坐標與E光源之色度坐標直線距離與E光源至該待測件主波長之光譜軌跡(Spectral Locus)色度坐標距離的百分比,純度愈高,代表待測件的色度坐標愈接近其該主波長的光譜色,是以純度愈高的待測件,愈適合以主波長描述其顏色特性,LED即是一例。
    色溫(Color Temperature)
    光源之輻射能量分布與某一絕對溫度下之標準黑體 (Black Body Radiator) 輻射能量分布相同時,其光源色度與此黑體輻射之色度相同,此時光源色度以所對應之絕對溫度表之,此溫度稱之為色溫( Color Temperature),而在各溫度下之黑體輻射所呈現(xiàn)之色度可在色度圖上標出曲線,稱之為蒲朗克軌跡(Planckian Locus)。標準黑體的溫度愈高,其輻射出的光線對人眼產(chǎn)生藍色刺激愈多,紅色刺激成分亦相對減少。然而在實際量測上,無任何光源具有跟黑體相同的輻射能量分布,換言之,待測光源之色度通常并未落在蒲朗克軌跡上。因此計算待測光源之色度坐標所最接近蒲朗克軌跡上某個坐標點,此點之黑體溫度即定義為該光源之相關色溫(Correlated Color Temperature; CCT),通常以CIE 1960 UCS ( u, v)色度圖求之,并配合色差△uv加以描述。須注意的是,此種表示方式對光源色度鄰近蒲朗克軌跡時方具意義,是以對于LED量測而言,僅適用于白光LED之顏色描述。
    半功率角量測
    所謂半功率角定義為仰角0度時,由LED的幾何中心點起算相對光強度為50﹪的兩點間所張之角度。其量測方式系以光偵測器依LED中心位置為0度,由-90度掃描至+90度,即可得該待測LED之空間輻射分布圖,如下圖所示。再依定義求得半功率角,惟須注意的是光偵測器的受光面積不宜太大,以免影響量測分辨率。
    全光通量量測
    光通量量測有雙旋角光度計(Goniophotometer)與積分球(Integrating Sphere)量測兩種方式,雖然雙旋角光度計可得到精確的量測值,但由于設備昂貴且復雜,一般均采用積分球量測方式,其架構示意如下。須注意的是隨待測LED大小不同,積分球開孔孔徑亦會變化,使用之積分球大小亦須調整匹配。
    結論
    隨著LED產(chǎn)品從早期的顯示用途擴展到照明設備的應用,以及封裝方式的多元化,如何正確地量測LED特性,并因應不同應用需求變化量測方式,已成為提升LED產(chǎn)品品質的重要課題,是以在進行LED量測時,須特別注意下列兩個問題:
    1. 測試方式是否依循國際公認之量測規(guī)范?
    為使量測結果可通用比較,測試方式須基于相同條件下方得以溝通,為此,國際照明協(xié)會考量LED的發(fā)光特性,制定了條件A與條件B二種不同測試條件,以量測不同輻射空間分布特性LED之平均光強度(CIE 127-1997),是以在選擇測試設備時,須注意其系統(tǒng)設計是否依循CIE測試規(guī)范?儀器校正是否追溯國家標準(如美國國家標準NIST或中 華民國國家標準NML)?全光通量量測時積分球是否依待測LED尺寸大小選擇合適之規(guī)格?以及積分球之幾何設計是否合于CIE規(guī)范?
    2. LED之特性描述是否完整?<BR>為滿足LED的多元應用需求,使用之測試設備須可提供以下諸項之測試結果:Iv、Φ、(x, y)、λD、λP 、△λ0.5、(u',v')、CCT、Purity、Spectral Distribution、Spatial Radiation、VF、IR、VBR、CVF 與 THY。且為因應多晶封裝LED之測試需求,其測試系統(tǒng)之軟硬件設計亦必須可支持。
    綜上所述,LED業(yè)者若能對量測方式有正確認知并加以落實,將更能掌握LED的各種特性,進而改善其產(chǎn)品規(guī)格,提升附加價值,以利于各式產(chǎn)品的應用。
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