LED光度学单位的基础

LED光度学的根底普及内容光是电磁辐射,是电磁波的一种一.光度学的单位度量光的强弱(大小)和方向的一门科学.根本单位:光通量--------发光体的发光强度-----发光体的亮度------发光体反射体----受照体照明后的反射光照度-----------受照体的四个单位的图示:1.光通量

光通量:看得见的光辐射功率单位:瓦光通量的单位:流明(lm)眼睛视网膜上的视觉细胞明视觉:锥体细胞>3cd/m2.暗视觉:杆体细胞<0.003cd/m2.两种视觉细胞的光谱光视效率是不同的.分别是光谱光视效率V(λ)和V’(λ)曲线目前的光通量由V(λ)计算得到的明视觉,中间视觉和暗视觉说明1W功率555nm的黄绿光发出的光通量是:683lm.说明:对人的眼睛555nm的黄绿光最敏感.其它颜色的光线的敏感度低于555nm的值.有V(λ)曲线.相同的功率(W),不同的光源得到的光通量(Φ)是不同的:400W高压钠灯54000lm----138lm/w400W高压汞灯21600lm-----54lm/w400W金卤灯38000lm------95lm/w发光效率就能说明这个问题.

发光效率(luminousefficiency):

光源发出的光通量/光源的输入功率.

发光效能(luminousefficacy):系统(光源+电器)发出的光通量/系统的输入功率.常见光源的光效:白炽灯10-12lm/w卤钨灯15-20lm/w荧光灯---卤磷酸钙粉50-70lm/w---三基色粉80—104lm/w高压汞灯54lm/w高压钠灯70-120lm/w金卤灯60-90lm/w陶瓷金卤灯85-100lm/wLED(白)60-90lm/w2.发光强度一个电珠,光通量一样,但装于手电后效果不同了.还需要发光强度的概念.

发光强度I的定义:

单位立体角中的光通量.单位(cd):1cd(坎特拉)=1lm/1sr立体角ω:包围空间一点的空间角度:常用光强的介绍:探照灯:~106cd一般功率的投光灯:几万---几十万cd路灯(400W):~5000cd矿灯:1200cd烛光:1cd.LED(白光):XX-XXXmcd(毫cd)从光源光通量Φ球光源亮度L:对直线状光源,光通量Φ的荧光灯管:光通量Φ与灯管轴向光强Io的关系:

Φ=

∫I(θ)dω=

∫

∫Iosinθsinθdθdφ对直线状光源:

Φ=π2Io举例:三基色32W灯管,Φ=3200lm,Io=324.6cd..3.亮度(发光体)和出光度(反光体)亮度概念的引入:亮度L的定义:

单位投影面积上发出的光强L=I/S单位：cd/m2.读作每平方米坎特拉.亮度定义应用之一:两个发光体间的投影面积之比.亮度定义的应用之二:

探照灯的出射光强I:I=ρ·L·SS:探照灯反射器的投影面积.亮度定义的应用之三:出光度M与亮度L外表反射的光通量构成了出光度.反射量的多少与反射率有关.出光度M:M=ρ•E出光度和亮度的计算(从照度算亮度)发光体的亮度举例:钨丝灯､HID灯:~106cd/m2.荧光灯:T12:3-4000cd/m2.T8卤粉:>8000cd/m2.三基色粉:>10000cd/m2.T5:16000cd/m2.CFL:40000cd/m2.

人眼适应的最好亮度:100cd/m2.白云:8000cd/m2.道路:0.5-2.0cd/m2.三基色32W灯管,Φ=3200lm,Io=324.6cd.灯管长1.2m,直径26mm,平均灯管亮度LIo/1.2m•0.026m=10402cd/m2.我们周围环境中看到的发亮物体的亮度和人眼长期适应的亮度:4.照度E被照面上单位面积S上接受的光通量.E=Φ/S单位:勒克司(lx).即1lx=1lm/1m2.举例:夏天的太阳下:80000-100000lx满月下:2lx办公室:500lx车间一般照明:150-300lx体育场(国际):垂直1200lx居住小区最正确半柱面照度Esc:3~10lx有多种照度的定义:照度的计算E=I/r2举例:10000cd的光强在10m远处的照度?E=10000/10X10=100lx.二.LED的发光特点及在光度学中的情况1.根本特点从光度学内容来说,LED并无不同.仅根据LED的发光特点,决定了有以下差异:1)LED的光通量仅射向2π空间;2)LED的光强很小,Φ5的仅mcd数量级;3)LED的亮度很高,达106cd/m2数量级;4)LED的发光情况与热管理有关。2.LED的光通量仅分布在2π空间(半空间)的问题1)LED的灯具做在芯片中去了2)与传统灯具的效率比较特别节能的几种灯具:(1)下射筒灯(2)线槽灯､橱柜灯(3)球泡灯3)光通量测量上的问题

积分球测量法:应该使用的测量形式积分球原理到达平衡后,光源光通Φ,积分球上照度E,积分球面积S和外表吸收系数α有下关系:Φ=(E0+E1+E2+E3…)•S•α即:Φ=E•4πr2•(1-ρ)E=Φ/4πr2•(1-ρ)在点光源时,Φ=4πI0.代入有:E=I0/r2(1-ρ)而第一次照度E0=I0/r2,最后的照度比第一次增大了:1/(1-ρ)倍.在ρ=0.9,1/(1-ρ)=10.看LED在积分球内测量的问题1.内壁肮上下半球肮脏带来的问题2.灯具配光形式不同带来的问题积分球内脏的分析:设定半球反射率ρ1,另半球ρ2,最后的Φ有:Φ=(E0+E1+E2+E3…)[S•α1/2+S•α2/2]=E’S(2-ρ1-ρ2)/2E’=2Φ/S(2-ρ1-ρ2)=2•4π•Io/4πr2(2-ρ1-ρ2)=2Io/r2(2-ρ1-ρ2)与原来都是ρ1的相比:E’/E=2Io/(2-ρ1-ρ2)/I0/r2(1-ρ1)=2(1-ρ1)/(2-ρ1-ρ2)假设ρ1=0.98,ρ2=0.95,E’/E=4/7=0.57;假设ρ1=0.98,ρ2=0.90,E’/E=1/3=0.33.影响很大.准确测量需要的形式:考虑球内的不均匀性后:1)基准与被测配光､光谱相同2)基准与被测置于球侧.LED基准器的说明:

•相同配光,

•相同光谱,

•光强最好在相似的数量级,

•热稳定性好(Peltier效应,半导体致冷).

半导体致冷(帕而贴效应)的说明3.LED的光强很小一般的LED光强仅几百mcd,或大功率的也仅几个cd.100mcd在0.5m测量也仅0.4lx.一般照度计述的范围:0.01-3X105lx.计量范围(受标准灯的限制):40-3000lx.需要在小数值和大数值之间的线性和准确度.注意!!例如上述照度计在1.5X10-1-3X105lx之间的不确定度Urel=1.4%(K=3).LED太小,所以CIE规定了测量光强的方法:测量标准条件:光度计有效接受面积:100mm2;直径11.283mm,近似11.3mm.原因:1)LED太小,配光变化多,必须标准;2)规定元件的比较条件,利于比较和表述;远场条件(CIE标准条件A):L=316mm,接受面对LED顶的张角0.001sr,相应平面角2º.测得的平均光强符号:ILEDA.近场条件(CIE标准条件B):L=100mm,接受面对LED顶的张角0.01sr,相应平面角6.5º.测得的平均光强符号:ILEDB.LED都装在透镜内.看光路:必须规定接受器的大小和它离接受器的距离.近场和远场的图示:聚光光束(光强大):A(远场)条件;散光光束(光强变小):B