LED光源有哪些光學(xué)參數(shù)？描述LED光源的光學(xué)參數(shù)有很多，其中主要的有光通量、發(fā)光強度、發(fā)光效率、光照度和光亮度，其中光強、亮度和照度都是表示光能光通量的光學(xué)參數(shù)。那么，LED光源的光通量怎么測量？本文對LED光源的光學(xué)參數(shù)及測量計算方法做了介紹。

LED光源的光學(xué)參數(shù)：

1.光通量

光通量Φv是表征LED總光輸出的輻射能量，它標(biāo)志器件的性能優(yōu)劣。Φv為LED向各個方向發(fā)光的能量之和，它與工作電流直接有關(guān)。隨著電流增加，LED光通量隨之增大。LED的光通量單位為流明（lm）。光通量與芯片材料、封裝工藝水平及外加恒流大小有關(guān)。

2.發(fā)光強度

LED光源在給定方向的單位立體角內(nèi)發(fā)射的光通量定義為光源在該方向的發(fā)光強度（簡稱光強）Iv，光強的單位是cd（坎德拉），表示為Iv=dΦv/dΩ。它是表征發(fā)光器件發(fā)光強弱的重要性能。

LED大量應(yīng)用要求是圓柱、圓球封裝，由于凸透鏡的作用，故都具有很強指向性：位于法向方向光強最大，其與水平面交角為90°。當(dāng)偏離正法向不同θ角度，光強也隨之變化。發(fā)光強度隨著不同封裝形狀而強度依賴角方向。發(fā)光強度的角分布是描述LED發(fā)光在空間各個方向上光強分布。

3.發(fā)光效率

發(fā)光效率是光通量與電功率之比，單位為lm/W，簡稱光效。發(fā)光效率表征了光源的節(jié)能特性，這是衡量現(xiàn)代光源性能的一個重要標(biāo)志。LED的光效與芯片的內(nèi)外量子效率、光提取效率和光譜分布等因素有關(guān)。對照明光源來說，總是希望光效要高，這樣可以在相同的功耗下得到更多的光通量，可以節(jié)省大量的電能。

4.光照度

光照度是物體表面被照明程度。或物體單位表面上所得到的光通量。即E=Φ/s。通常當(dāng)光源大小比其到被照射面的距離r小很多時，被照面的照度E和該面與光源間的距離平方成反比，即服從下列定律：E=Icosα/r2。式中I為發(fā)光強度，α為被照面的法線與其中心到光源連線間的夾角。在國際單位制中，照度單位為勒克斯，簡稱勒，符號為lx。

5.光亮度

光亮度表示每單位面積上的發(fā)光強度，即Lv=dIv/dS。亮度的單位為坎德拉每平方米（cd/m2）。上式中的面積，應(yīng)理解為一個面在觀察方向上的正投影面積。因此，若觀察方向與該面的法線夾角為θ時，上式將變?yōu)椋篖v=dIv/dScosθ。

所以，光源的光亮度可定義為：在表面一點處的面元在給定方向上的發(fā)光強度，除以該面元在垂至于給定方向的平面上的正投影面積。

由于Iv=dΦv/dΩ，故有Lv=d2Φv/dΩdScosθ，這個公式是光亮度的較通用的定義式。由該式可知，亮度不僅可用來描述一個發(fā)光面，而且還可以用來描述光路中的任意一個截面，如一個透鏡的有效面積、一個光闌所截的面積或一個象的面積等。此外，還可以用亮度來描述一束光，光束的亮度等于這個光束所包含的光通量除以這束光的橫截面和這束光的立體角。

LED光源的光通量的測量計算方法：

LED的光通量指它向整個空間在單位時間內(nèi)發(fā)射的能引起人眼視覺的輻射通量。但要考慮人眼對不同波長的可見光的明亮感覺是不同的，國際照明委員會（CIE）為人眼對不同波長單色光的靈敏度作了總結(jié)，在明視覺條件（亮度為3cd/m²以上）下，歸結(jié)出人眼標(biāo)準(zhǔn)光度觀測者光譜光效率函數(shù)V（λ），它在555nm上有最大值，此時1W輻射通量等于683lm。明視覺條件下，輻射量向光通量的轉(zhuǎn)化表達式可以表示為：

其中ΦE（λ）是光源發(fā)射的絕對光譜能量分布，通常采用相對光譜能量分布函數(shù)S（λ）更方便，它們的關(guān)系為Φ（λ）=kS（λ），k為常數(shù)。要準(zhǔn)確測量LED的光通量必須要把所有發(fā)射的光輻射能量收集起來，然后用經(jīng)過校正的標(biāo)準(zhǔn)光探測器把它們線性地轉(zhuǎn)換成光電流，再通過定標(biāo)確定被測量的大小。

光通量的測量主要有計算法和積分球法。計算法得到的結(jié)果準(zhǔn)確度高，但是比較繁瑣，積分球法非常簡單，測量迅速，精度滿足一般的要求，是目前測量光源光通量普遍采用的方法。積分球是一個球形的空腔，由兩個內(nèi)壁涂有均勻的白色漫反射層（硫酸鋇或氧化鎂）的半球殼組合而成，被測LED置于空腔內(nèi)。LED器件發(fā)射的光輻射經(jīng)積分球壁的多次反射，使整個球壁上的照度均勻分布，通過一置于球壁上的探測器來測量這個與光通量成比例的光照度，進而求出整體的光通量。球中有一擋屏，它是為了避免LED光直射到探測器。球和探測器組成的系統(tǒng)在測量前要進行校準(zhǔn)，可通過光通量標(biāo)準(zhǔn)燈來實現(xiàn)，同時還要關(guān)注探測器與光譜光效率曲線V（λ）的匹配程度，使之比較符合人眼的觀測效果。

對于大功率LED光通量的測量，我們可選用直徑500mm的積分球來測試，探測器選用如上述組裝并經(jīng)過校準(zhǔn)、符合一級V（λ）修正（即與標(biāo)準(zhǔn)V（λ）的匹配誤差小于5%）的光度探頭。獲得的光通量測試信號進入測試主機，經(jīng)過系統(tǒng)軟件處理，從而得到測試LED的光通量。測試軟件可實驗室成員編程得到。

LED光通量的計算方法包括通過光強和照度等來計算，其中通過光強計算的光通量準(zhǔn)確度高。它是將LED照亮的“球空間”分割成n條球帶，分別計算出每條球帶上的光通量再求和，如上圖所示。m表示在垂直光軸方向的球帶等分數(shù)，n表示光軸方向球帶等分數(shù)，一般情況下取m=n=72；δ=δmid，表示某一水平環(huán)帶中點所對應(yīng)的和光軸方向的夾角。則LED的光通量如下：

式中 Cz（δ）=（4π2/mn）cos（δ）——帶狀常數(shù)；

Iv（θ，δ）——和 LED光軸夾角為θ、和光軸垂直方向的夾角為δ的不等于零的點的發(fā)光強度。

測得發(fā)光二極管的光通量后，就可以進一步經(jīng)計算獲得LED器件的發(fā)光效率，其計算關(guān)系式定義為：

式中IF，VF分別是發(fā)光二極管的正向電流和正向電壓。