LED光色度测试中存在的问题探讨

　　1　引　言

　　发光二极管(LED)是一种把电能直接转换成光的固体器件,它的结构主要由PN结芯片、电极和光学系统等组成(图1)。半导体发光二极管与传统的光源相比有很多优点。普通白炽灯产光的光辐射大部分为红外光,而发光二极管仅产生很少的热量,被称为“冷光源”。LED具有工作电流小、能耗更低;并且结构简单、体积更小、更轻、使用方便等优点;对工作条件要求低,在高温和低温环境下都能正常工作;其耐冲击、抗震动性能也不错,所以寿命更长[2]。只是由于LED的输出光功率较低和其颜色选择性较少,故限制了它在很多方面的应用。

　　LED的光色度特性参数包括:输出光通量、光谱、颜色、空间光强分布、温度特性等[1]。在LED的光色性能测试中,由于LED本身特性的特殊性、测试方法与仪器性能的差别、操作的不规范等因素,故往往难以得到比较一致、准确的结果[1]。为了使测试结果准确、可靠,必须针对LED特殊的光色特性,采用相应的技术和测试方法。

　　2　结构封装引起的问题

　　LED的发光芯片比较小,如典型的发光面为0.25mm²,封装在基质材料中,通过引线与外部的电极相连。在LED发光面前封装有透明或半透明材料,起到光学透镜的作用,形状有平面、球面等等。它主要是使芯片的发光通量最大限度地输出,同时控制输出光的空间分布状态。许多着色的材料还起到光学滤光片的作用,提高对比度。

　　LED的光谱和颜色主要由芯片的PN结材料决定,封装的基质和窗口材料也会改变其光谱分布。对于蓝紫光激发的白光LED,如图2所示,发射光由荧光粉的荧光辐射、透过荧光粉层的激发光本身等两部分组成,即使非着色的封装材料对宽光谱的白光LED的颜色也会有一定的影响。

　　图3是几种不同的LED封装结构示意,封装模型、导线脚插入深度、发光芯周围的反射杯等都会影响到LED的空间光分布。LED封装的多样性决定了其空间光分布的复杂性和测量的难度。

　　3　探测器引起的问题

　　用于LED的光强、光通量等光度参数测量的探头,一般是Si光电二极管,其光谱响应范围为300nm～1000nm,为了使探测器的光谱响应与CIE标准观察者光谱光视效率函数V(λ)一致,在探测器前需加一组滤色片。全滤光片法对探测器匹配的要求S(λ)·τc(λ)=V(λ),其中的透射率τc(λ)=τ1(λ)·τ2(λ)…τk(λ)。由于滤光片材料的限制,要达到完全一致是很困难的,在蓝光区域这种误差是比较普遍的。通常用评价值f1来表示探测器的光谱响应与V(λ)一致性程度。