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燈具檢測標準、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族化合物半導體材料制作而成。
半導體材料的選擇對發(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)?、擊穿等相關一般PN結(jié)電學特性。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體芯片。該半導體芯片主要有n型半導體以及p型半導體二者共同構(gòu)成。
該兩者之間存在的過渡層即為PN結(jié)構(gòu)。以半導體物理能帶理論相關知識作為根據(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燈具檢測標準
IEC 6203 1:2008為目前業(yè)界首個LED安全檢測標準,該標準于IECTC34/SC34A在2008年出版發(fā)行,之后,諸多LED燈具標準相繼出版。
LED燈具具有半導體特性,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)一的分類標準。
缺乏相應的標準來對LED燈具檢測進行規(guī)范,會導致該行業(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標準規(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, 一般選擇使用標準條件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、標準燈點燃,然后分別記錄其在光電轉(zhuǎn)換器上的讀數(shù)為ES、ED。假設已知Φ為標準燈的光通量, 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、標準燈色溫偏差影響,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。檢測應用儀器為單色儀,積分球內(nèi)測量標準燈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、光譜功率分布、色溫、顯色指數(shù)等。色坐標指的是以數(shù)字方式存在于坐標圖上,用以表示光源的發(fā)光顏色的量。諸多種坐標系均可表示顏色坐標圖,一般選擇X、 Y坐標系表示。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準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。照明領域中所謂的色溫主要是對光源光學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用到光譜法、紅外微象儀法、 光熱阻掃描法、電學參數(shù)法等。