1 概述 自1976年第一个红光LED问世以来,经过30年的发展,LED已形成各种光谱系列产品,单个LED的功率也从最初的零点零几瓦发展至几瓦乃至数十瓦。2001年白光LED研制成功,人们期待LED最终能进入照明领域,甚至进入家庭照明。
最新白光LED的研究成果更是激动人心。小功率LED的发光效率已达100lm/W。
特别是RGB-LED的研究结果表明,LED也与常规三基色荧光灯一样,可以获得各种不同的色温和均匀的照明环境。 LED光源的进展和人们对它在照明领域中应用的期待,也对相应的光学检测技术有了新的要求。
由于LED的光学特性与传统光源有较大差别,需要研究开发适应这种新型光源的测量方法。 2 国际照明委员会(CIE)技术委员会(TC)相关LED的技术特性研究国际照明委员会(CIE)的两个分部:D1(视觉和颜色分部)、D2(光和辐射测量分部),正在研究白光LED的显色性和相关的计量问题,并已转发D1∶TC 1-65,TC 1-62这两个研究色表的目视测量和LED的显色性的文件草案。
TC 1- 62文件《Colour Rendering of White LED Light Sources》可能部分替代CIE 13.3-1995出版物。这两个文件已进入投票阶段。
TC 1- 62文件《Colour Rendering of White LED Light Sources》介绍了白光LED显色指数CRI的目视实验结果。CIE 13.3-1995出版物中规定了CRI的计算方法,如果白光LED对CRI进行计算的结果与目视结果有矛盾,文件确定存在这一矛盾。
技术报告的结论是:应用包括白光LED在内的显色性计算时,CIE CRI并不适用。技术委员会建议D1建立一组新的显色指数,这些显色指数不立即替代目前的CIE显色指数计算方法。
新的显色指数作为CIE CRI的补充,在成功地应用组合新的显色指数后才能确定替代目前CRI的计算方法。D2成立专门的技术委员会TC 2-45研究LED的测量方法:TC 2-45文件《Mea-surement of LEDS》正在投票中,它将会替代CIE 127出版物。
3 LED发光效率极限值 长期以来,半导体研究专家探索各种新技术以提高LED的内、外量子效率,2006年已有小功率白光LED发光效率达100lm/W的报导。为确定合理的LED发光效率期待值,需要从光度学、色度学的基础上计算LED发光效率极限值。
1979年10月,第十届国际计量大会(CGPM)定义了新坎德拉(cd)。坎德拉(cd)为发出单色辐射频率540.0154×1012Hz(波长555nm)的光源在给定方向上的发光强度,在该方向上的辐射强度为: 1cd=(1/683)W/sr(波长555nm); 1cd=1lm/sr; 1W=683lm(波长555nm)。
如果忽略供电损耗、内量子效率、外量子效率数值,可以计算出各种光源和LED的发光效率极限值。 图1为人眼光谱光效率及理想等能白光的光谱功率分布。
由于人眼的光谱响应特性,理想等能白光经加权计算后,可以得到在可见光谱范围内的理想等能白光极限发光效率为182.45lm/W。 在照明领域中,一种新型光源的诞生,其寿命、光效是重要的质量指标,但它对各种颜色的显色特性是照明光环境的另一重要质量指标。
低压钠灯的2条黄色光谱线的理论发光效率可达450lm/W(如图2所示),实际光效超过200lm/W。但由于它的显色特性差,最终被高压钠灯、金卤灯所替代。
考察LED这一新型光源,在牺牲一些显色性指数Ra的条件下与理想等能白光比较,白光LED的极限发光效率还会高一些,大约在200lm上下。对于一个实际应用于照明领域中的白光LED,发光效率的目标值设定在150~160lm/W是合理的。
除了照明应用的白光LED外,各种光谱的LED的发光效率也可根据图2所示的数据进行估算。图3是红、绿、蓝(643nm,535nm,460nm)LED的极限发光效率值。
4 LED与传统光源的比较 (1)LED体积小,有各种不同的外形尺寸,适用于不同应用场所(如图4所示)。 (2)LED具有