【正文】 ，人眼的顏色特性對(duì)于不同的觀測者或多或少會(huì)有一些差異，因此要求根據(jù)大量觀測者的顏色視覺實(shí)驗(yàn)，確定 一組為匹配等能光譜色的三原色數(shù)據(jù)，即“ 標(biāo)準(zhǔn)色度觀測者光譜三刺激值 ” ，以此來代表人眼的平均顏色視覺特性，用于色度學(xué)的測量和計(jì)算。 CIE于 1931 年在 RGB系統(tǒng)的基礎(chǔ)上采用設(shè)想的三原色 X、 Y、 Z（分別代表紅色、綠色和藍(lán)色），建立了 CIE1931 色品圖，如圖 1 所示。該圖是歸一 化圖，只要標(biāo)示 X、 Y 值，就可以知道 Z的值（ Z=1（ X+Y）），因而三變量的色品圖就變成 X、 Y二變量的平面圖。 CIE1931色品圖 、 光的顏色鮮艷度 光的顏色鮮艷度必須用光的主波長 λd 和色純度來表示。目前， LED芯片供應(yīng)商都是用主波長 λd 來表示鮮艷度，而不用峰值波長 λp 來表示。 ? 主波長 λd ：如圖 2 所示為色品圖，圖中 AB為黑體軌跡。設(shè) F點(diǎn)為某一光源在色品圖中的坐標(biāo)， E點(diǎn)為理想等能量白光的參考光源點(diǎn)，在 色品圖標(biāo)中為 (， )。由 E點(diǎn)連接 F點(diǎn)并延伸交于 G點(diǎn)，則 G點(diǎn)對(duì)應(yīng)的單色波長即稱為 F點(diǎn)光源的主波長 λd 。 ? 峰值波長 λp ：光譜發(fā)光強(qiáng)度或輻射功率最大處的對(duì)應(yīng)的波長。它是一種純粹的物理量，一般應(yīng)用于波形比較對(duì)稱的單色光的檢測。 ? 中心波長：光譜發(fā)光強(qiáng)度或輻射功率出現(xiàn)主峰和次峰時(shí)，主峰半寬度的中心點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的波長。一般應(yīng)用于配光曲線法向方向附近凹進(jìn)去的、質(zhì)量不好的單色管的檢測。 ? 色純度 Pe：如圖 2所示， Pe=EF/EG。如果某一光源在色品圖中 F點(diǎn)的坐標(biāo)越靠近 G點(diǎn)，那么 EF和 EG的 長度就越接近相等， Pe 越 接近 1，色純度就越高。色純度通俗地說是指出射光的色坐標(biāo)靠近 CIE1931 色品圖上光譜軌跡的程度，靠得越近則純度越高。所 以，若色坐標(biāo)位于光譜軌道上，則色純度為 100%；反之，等能的白光純度則為 0%。色純度也是一種生理 心理物理量。 ? 半寬度：光譜發(fā)光強(qiáng)度或輻射功率最大處的一半的寬度（ FWHM），簡稱 “ 帶寬 ” 。帶寬越小則顏色越純，顯然它也是純粹的物理量。 主波長示意圖 、 色溫或相關(guān)色溫 白光在照明領(lǐng)域的使用，一般用色溫或相關(guān)色溫表示（有時(shí)也用色坐標(biāo)表示）。光源的顏色有兩方面的意思，即色表和顯色性。色表就是人眼直接觀察光源時(shí)所看到的顏色感覺；光源的光照射到物體上所產(chǎn)生的客觀效果，即光源使被照有色物體的顏色再次顯現(xiàn)出來的能力，稱為光源的顯色性。 光源發(fā)光的顏色可用色溫 Tc表示。當(dāng)光源所發(fā)射的光的顏色與黑體在某一溫度下輻射的顏色相同時(shí)，黑體的這個(gè)溫度就稱為光源的顏色溫度，簡稱色溫。 光譜的能量分布和黑體在某一溫度下輻射的相對(duì)光譜能量分布相似時(shí)，其顏色必定相同。因此分布溫度一定是色溫，如白熾燈、鹵鎢燈發(fā)出光的顏色可用色溫表示； 但對(duì)于氣體放電光源，其光譜能量分布很少與黑體的相似，所以這些光源的分布溫度僅能稱為相關(guān)色溫。如黑體鎢絲在 2020176。F （華氏度 1176。F= ）以上時(shí)輻射出的顏色與蠟燭點(diǎn)亮?xí)r發(fā)射光的顏色相同，那么鎢絲 2020176。F 以上的溫度就稱為蠟燭光的色溫。 某一光源的相關(guān)色溫的求法是：在 CIE1960UCS色品圖中，代表該光源顏色的坐標(biāo)點(diǎn)向黑體白軌做垂線，與白軌相交 點(diǎn)的黑體的色溫即為該光源的相關(guān)色溫。一般情況下，人們把高色溫稱為冷色調(diào)，把低色溫叫做暖色調(diào)。 、 與光輻射強(qiáng)度有關(guān)的指標(biāo) ： 相對(duì)視敏函數(shù) V（ λ ）曲線 對(duì)于有不同 λp 的光線，即使光功率一樣，人眼感到的光強(qiáng)度仍是不一樣。人眼對(duì)于λp=555nm 的綠光的靈敏度最高，對(duì)該值兩邊波長的靈敏度越來越低。當(dāng) λp380nm 或λp780nm 時(shí)，即使光源的光能量輻射再強(qiáng)，人眼也對(duì)它沒有任何光的感覺。例如在 下 圖的相對(duì)視敏函數(shù)曲線中，對(duì)于 850nm、 880nm、 940nm處的線外線，人眼根本看不到。 相對(duì)視敏函數(shù)曲線 國際照明委員會(huì)研究推薦了 V（ λ ）曲線。當(dāng) λp=555nm 時(shí)， V（ λ ）為最大值；而當(dāng) λp=460nm 時(shí)， V（ λ ） =；當(dāng) λp=660nm 時(shí)， V（ λ ） =。 ? 光通量 φ 光通量是按人眼的光感覺來度量光的輻射功率，即輻射光功率能夠被人眼視覺系統(tǒng)所感受到的那部分 有 效當(dāng)量 （可見譜段） 。表征的符號(hào)為 φ ，國際通用的光通量單位為流明（ lm）。 假設(shè)單色光的波長為 λi ，則該波長的光通量 F（ λi ）就等于它的輻射功率 P（ λi ）與相對(duì)視敏函數(shù) V（ λi ）的乘積，可參見式（ 1）： F（ λi ） =P（ λi ） V （ λi ） （ 1） 如果光源的輻射功率波譜為 Px(λ) ，則總的光通量 F（ λ ）應(yīng)為各個(gè)波長分量光通量的總和，即式（ 2）： （ 2） P（ λ ）為給定波長的光輻射功率，單位是 W。 V（ λ ）為給定波長的相對(duì)視敏函數(shù)。最大流明效率 Km為 683lm/W（當(dāng) λp=555nm 時(shí)）。 ? 流明效率 : 人眼受能見度限制，因此對(duì)于不同的 λp ，光有不同的最高流明效率： λp=555nm 時(shí)：最大流明效率（ Km）為 683lm/W； λp=470nm 時(shí)： V（ λ ） =，最大流明效率為 683= ； λp=460nm 時(shí)： V（ λ ） =，最大流明效率為 683=； λp=450nm 時(shí)： V（ λ ） =，最大流明效率為 683=； λp=660nm 時(shí)： V（ λ ） =，最大流明效率為 683=； λp=650nm 時(shí)： V（ λ ） =，最大流明效率為 683=； λp=620nm 時(shí)： V（ λ ） =，最大流明效率為 683=； 不同光源組成的白光，其最大流明效率因人眼能見度不同的原因而不同。中色溫區(qū)的最大流明效率會(huì)比較高，而高色溫區(qū)和低色溫區(qū)的最大流明效率會(huì)比較低。所以對(duì)于不同的色溫，其流明效率會(huì)不一樣。 提高白光 LED 的光效，應(yīng)考慮選用 LED 輻射的光波長和 YAG 熒光粉的光譜，當(dāng)前 YAG熒光粉有 λp =530nm 、 540nm、 550nm、 560nm、 570nm，并且?guī)捯膊灰粯印? 藍(lán)光 LED激發(fā)黃色 YAG熒光粉形成白光時(shí)，雖然輻射出的藍(lán)光能量有損失，但激發(fā)出黃光的最大流明比藍(lán)光要高好幾倍，所以人眼感覺的流明效率提高了。 ? 發(fā)光強(qiáng)度 (I) 光源在指定方向上的立體角 dΩ 之內(nèi)所發(fā)出的光通量或所得到光源傳輸?shù)墓馔縟φ ，這二者的商即為發(fā)光強(qiáng)度 I（單位為坎德拉， cd）： I=dφ/dΩ （ 3） 1 cd=1 lm/sr（流明 /立體弧度） =1 燭光 若光源向空間發(fā)射的總光通量為 φ ，因光源總立體角度為 4π ，則平均光強(qiáng)Iθ=φ/4π 。實(shí)際光強(qiáng)在空間各個(gè)方向的分布是不均勻的，空間光強(qiáng)分布的曲線稱為配光曲線。 ? 亮度 (L) 光源發(fā)光面上某點(diǎn)的亮度 L（單位為 cd/m2），等于 垂直于給定方向的平面上所得到的發(fā)光強(qiáng)度與該正投影面積之商，即 L=dI/dScosθ （ 4） 單位為尼特（ nt）， 1nt=1 燭光 /m2=1 cd/m2 。 若光源射來的光線與測量面垂直，則 cosθ=1 。對(duì)于理想平面漫反射光源，若光源面積為 S，向上空發(fā)射的光通量為 φ ，則有光強(qiáng) I=φ/2π （因?yàn)橄蛏习l(fā)射，所以只有 2π ）： L=I/S=φ/2πS （ 5） ? 照度 E 光源的照度 E（單位為勒克斯， 1x； 1 1x=1 1m/m2）即 光源照到某一物體表面上的光通量 dφ 與該表面積 dS之商，表示為 : E=φ/S （ 6） 對(duì)于點(diǎn)光源，若在某一方向上光強(qiáng)為 I，則距離 r處的照度為 E=I/r2 (7) 照度與光源距離的平方成反比。 ? 半強(qiáng)角度 : 半強(qiáng)角度即以前所說的半值角，就是光源中心法線方向向四周張開，中心光強(qiáng) I到周圍的 I/2之間的夾角，即為半強(qiáng)角度 ，如 下 圖所示。當(dāng)光源的光強(qiáng)均勻時(shí)，向法線偏轉(zhuǎn)的周圍光強(qiáng)是原來一半時(shí)所夾的角應(yīng)當(dāng)都相等。當(dāng)光強(qiáng)不均勻時(shí)，夾角就不相等了。半強(qiáng)角度與視角是有區(qū)別的，視角一般比較大。 LED光源的發(fā)光角度也是一個(gè)指標(biāo)。 光源的半強(qiáng)度角 、 LED的熱學(xué)指標(biāo) 、 熱阻 Rt h 在 LED點(diǎn)亮后達(dá)到熱量傳導(dǎo)穩(wěn)態(tài)時(shí)，芯片表面每耗散 1W的功率，芯片 pn結(jié)點(diǎn)的溫度與連接的支架或鋁基板的溫度之間的溫差就稱為熱阻 Rth，單位為 ℃ /W。數(shù)值越低，表示芯片中的熱量傳導(dǎo)到支架或鋁基板上就越快。這有利于降低芯片中的 pn結(jié)的溫度，從而延長 LED的壽命。 ? 影響熱阻的因素 怎樣才能降低 LED的熱阻呢？熱阻的大小與以下因素有關(guān)： 與 LED芯片本身的結(jié)構(gòu)與材料有關(guān)。與 LED芯片粘結(jié)所用的材料的導(dǎo)熱性 能及粘結(jié)時(shí)的質(zhì)量有關(guān)，是用導(dǎo)熱性能很好的膠，還是用絕緣導(dǎo)熱的膠，還是用金屬直接連接。熱沉 （散熱器） 是用什么材料制成的？是用導(dǎo)熱很好的銅，還是鋁，而且與銅、鋁的散熱面積大小也有直接的關(guān)系。選用一定的材料與控制相關(guān)的技術(shù)細(xì)節(jié)，就可以降低 LED的熱阻，從而提高LED的壽命與工作效能。 ? 確定熱阻大小 怎么測出熱阻呢？根據(jù) LED芯片 pn結(jié)溫度升高 10℃ ，波長會(huì)漂移 1~2nm，或當(dāng) pn結(jié)溫度升高 10℃ 時(shí)，光強(qiáng)會(huì)下降 1%，按照這種規(guī)律可測出 pn結(jié)溫度上升了多少度。 中國電子科技集團(tuán)第十三研究所制造聽 NC2992 型半導(dǎo)體器件可靠性分析儀，可用于測試熱阻。這種儀器的工作原理是，利用半導(dǎo)體器件在恒定電流下 LED的 正向電壓與溫度具有很好的線性關(guān)系（測試布線圖參見 下 圖）。輸入電壓隨溫度的變化關(guān)系可近似為下列公式： VT j=VT o +K(TjTo) (1) 式中， VT j、 VT o分別是 Tj和 To時(shí)的輸入電壓； K是熱敏溫度系數(shù)，它與芯片襯底材料、芯片結(jié)構(gòu)、封裝結(jié)構(gòu)、發(fā)光波長等都有關(guān)系。熱阻是沿?zé)崃魍ǖ郎系臏囟炔钆c通道上耗散的功率之比，對(duì)于 LED來說，熱阻一般是指從 LED芯征 pn 結(jié)到熱沉上的熱阻，熱阻計(jì)算公式可表示為 Rt h =( TjTx)/P (2) 式中， Tj 為施加大小為 P 的加熱功率脈沖后測得的 LED結(jié)溫； Tx 為熱沉鋁基板上的溫度。 正向電壓法二極管熱阻測試示意圖 根據(jù) 上 圖，對(duì)被測 LED 施加一定的加熱功率 脈沖（恒流 IH），被測 LED的 pn結(jié)發(fā)熱。比較恒流脈沖施加前后，在恒流 IM偏置下所測的電壓變化量。在測試前被測 LED結(jié)溫與熱沉溫度相同的前提下，由溫度檢測裝置測得熱沉溫度，從而得到被測 LED的初始結(jié)溫。 由于在正向電流 IM下， pn結(jié)溫升與其正向電壓變化成線性關(guān)系，因此相關(guān)系數(shù) K為器件的熱敏溫度系數(shù)（ mV/℃ ）。通過此熱敏溫度系數(shù)，在恒定的偏置電流 IM 下，可將功率恒流脈沖施加前后的結(jié)電壓變化量 ΔVF 換算為相應(yīng)的結(jié)溫變化量?？蓪⑹剑?1）和式（ 2）改寫為式（ 3）： Rt h =ΔVF/KP （ 3） 如 上 圖所示，首先轉(zhuǎn)換開關(guān)置于 “1” ，則被測 LED注入恒定電流 IM，測得其正向電壓 VF1。然后開關(guān)切換到 “2” ，給被測 LED注入恒定電流 IH，使其結(jié)溫升高。在一定時(shí)間之后，開關(guān)再次切換至 “1” ，在 IM下測得 LED的正向電壓 VF2。最后就可以計(jì)算出熱阻。 、 LED 的儲(chǔ)存環(huán)境溫度與工作溫度 通常情況下， LED的儲(chǔ)存環(huán)境溫度應(yīng)在 40℃ ~+100℃ 。所以在封裝 LED時(shí)，有時(shí)為了使封裝膠快干或熒光粉快干，在溫度 150℃ 保存 1~2小時(shí)。這對(duì) LED是否有影響， 可以繼續(xù)展開實(shí)驗(yàn)來證明。按作者做過的實(shí)驗(yàn)，上述方式會(huì)對(duì) LED產(chǎn)生一定的影響。 一般情況下， LED 的工作溫度是 30℃ ~+80℃ ，但工作溫度與熱阻有關(guān)系。總而言之，LED在工作時(shí)，最好將它的 pn結(jié)溫度保持在 100℃ 以下。 、 其他相關(guān)指標(biāo) 、 防靜電（ ESD）指標(biāo) 做好的 LED器件要注意防靜電。無論是在運(yùn)輸狀態(tài)，還是在裝配過程中，都可能出現(xiàn)靜電帶來的損壞，要特別注意防靜電。一般 LED 做好后，雙極開路防靜電指標(biāo)應(yīng)在 500V之內(nèi)。 、 失效率 λ 失效率 λ 是指一批 LED器件在 點(diǎn)亮后多長時(shí)間、有多少個(gè)出現(xiàn) “ 死燈 ” 現(xiàn)象。這是衡量這批 LED器件質(zhì)量的關(guān)鍵指標(biāo)。若工作 10 小時(shí)內(nèi)無 “ 死燈 ” 現(xiàn)象出現(xiàn)，說明失效率較好，即失效率為 0。 、 壽命 LED器件在正常工作條件下，半光衰時(shí)間越長，說明 LED的壽命越長。按理論計(jì)算可達(dá)10 萬小時(shí)以上。但目前由于材料、制造技術(shù)等方面原因，市場上的 LED器件壽命只能達(dá)到2~3 萬小時(shí)。隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步， LE