LED即为发光二级管,其拥有一般二级管的特性,同时还能够将电能进行转换,使其成为光能,加以一定电压值的直流电进行激发便可发射出可见光。
与白炽灯、荧光等传统灯具相比,该种照明光源能耗更低,且无有害辐射、使用时间更长,为一种节能、 环保、经济照明能源。
但是受诸多因素影响和制约,LED灯具在检测、评估等方面的工作还处于相对滞后状态,这对LED灯具的大规模使用产生一定局限。
加强对LED灯具检测标准、评估方法、检测技术等进行深入研究,旨在促进该种新型照明能源能够得到更加广泛的应用。
LED灯具基本机构
LED灯具主要由5中物料组成,其分别为支架、晶片、银胶、金线、环氧树脂。
LED核心部件为半导体晶片,其一端固定于支架,另外两端则分别固定于正、负极引脚上,使用环氧树脂对晶片进行封装。LED由磷化镓、砷化镓等I-IV族化合物半导体材料制作而成。
半导体材料的选择对发光颜色产生直接影响,材料不同,发光颜色也不同相同,P-N结禁带宽度也不同,进而使得光的波长也不同,因此,LED灯具在使用过程中能够形成紫外至红外各种不同颜色的光线。
常见的如高亮单色LED、普通单色LED、超过亮度单色LED等,半导体材料分别为砷铝化镓、磷化镓、磷铟砷化镓。
LED灯具发光原理
LED具有反向截止、正向导通、击穿等相关一般PN结电学特性。同时,在某种特定条件下,能够使其发光,因此,其还具备一般PN结没有的发光特性。在发光二极管中,其zui主要的部件为一块半导体芯片。该半导体芯片主要有n型半导体以及p型半导体二者共同构成。
该两者之间存在的过渡层即为PN结构。以半导体物理能带理论相关知识作为根据,加以LED正向工作电压时,多数载流子与少数载流子相互结合,在该种情况下,电子便会发生跃迁,使能量能够通过光子的形式发射,进而便产生光。反之,当加以LED负向电压时,少数载流子无法注入,其不能与多数载流子相互结合,所以无法发光。
LED灯具检测标准
IEC 6203 1:2008为目前业界首个LED安全检测标准,该标准于IECTC34/SC34A在2008年出版发行,之后,诸多LED灯具标准相继出版。
LED灯具具有半导体特性,其在颜色、光通量等方面均与传统光源存在较大差异性。因此,目前LED灯具尚无统一的分类标准。
缺乏相应的标准来对LED灯具检测进行规范,会导致该行业的发展出现混乱,产品的推广及普及均会受到严重影响。目前,实施LED灯具检测的实施主要以《GB700.12002灯具一般安全要求与试验》《外壳防护等级(IP代码)GB4028-93》《整体式LED路灯的测量方法》作为参考依据;检验项目主要为电性能参数、光学参数、结构与外观、可靠性试验。
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发光强度检测
光强指的是光的强度,具体为在某个特定角度范围内放射光的量。LED光线相对较为集中,距离较近时不适用平方反比定律实施发光强度检测。
在CIE127标准规定提出了实施光强测量时的两种测量平均法向光强的条件,其分别为测量条件A(远场条件)、B(近场条件)。该两个条件探测器面积是相同的,均为1 cm2 。目前, 一般选择使用标准条件B实施LED灯具发光强度测量。
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光通量和光效检测
光通量即为发光量,其指的是光源发出光量的总和。目前主要选用积分法、分光法两种方法对LED灯具实施光通量检测。积分法是在积分球内依次将被测灯、标准灯点燃,然后分别记录其在光电转换器上的读数为ES、ED。假设已知Φ为标准灯的光通量,则被测灯光通量ΦD=ED×Φ/ES。该种方法主要利用到“点光源”原理,实际检测过程中操作较为简单,但检测结果易受被测灯、标准灯色温偏差影响,往往会存在极大的测量误差。
分光法主要是通过光谱能量P(λ)实施分布计算,zui后检测出光通量。检测应用仪器为单色仪,积分球内测量标准灯380～780nm光谱,在相同条件下实施被测灯光谱测量,然后再实施对比计算,测出测量的光通量。光效指的是光源所发出的光通量与其消耗功率二者间之比。
目前主要选用恒流方式对LED灯具的光效实施测量。
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光谱特性检测
对LED灯具实施光谱特性检测时,检测内容主要为色坐标、光谱功率分布、色温、显色指数等。色坐标指的是以数字方式存在于坐标图上,用以表示光源的发光颜色的量。诸多种坐标系均可表示颜色坐标图,一般选择X、 Y坐标系表示。光谱功率分布主要是描述光源所发出的光由诸多不同波长色辐射共同组合而成,不同波长辐射功率大小存在差异性。
各个不同随波长的顺序排列极为光谱功率分布。凭借光谱光度计以及标准灯对光源实施对比测量可获得光谱功率分布。
色温指的是人通过肉眼可以看到的光源色表的量。在光源所发射出来的光和特定某温度下黑体发射光颜色一致的情况下,该温度便是色温。照明领域中所谓的色温主要是对光源光学特性进行描述的一个重要参数。在理论方面,色温主要源于黑体辐射,能够通过光源色坐标中获得。显色指数指的是光源所发射出来的光正确反映被照物颜色的量。一般显色指数通常选用Ra表示。
这里的Ra指的是光源对8个色样显色指数的一个算术平均值。在光源质量中,显色指数为一个重要参量,其对光源实际应用范围起着决定性作用。目前,采取何种方式促进白光LED显色指数能够得到有效提高为LED研发中一种重点内容。
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光强分布测试
光强随着空间方向或角度发生变化的关系被称为假光强分布。通过该种分布相互连接形成的封闭曲线被称为光强分布曲线。因为测点数量相对较多,同时各个点均须实施数据处理。目前,主要选用自动分布光度计实施光强分布测试。
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表面亮度测量
光源处于某个方向时的亮度极为光源在此方向单位投影面积上表现出来的发光强度。通常凭借瞄准式亮度计、表面亮度计实施LED灯具表面亮度测量。此外,还需对LED灯具电参数、热学特性等其他性能参数实施测量。电性参数测量主要为正向电压测量、反向电流测量两种。LED灯具结温、热阻测量方法主要应用到光谱法、红外微象仪法、 光热阻扫描法、电学参数法等。