MAXIM战略应用师与你一起关注LED产业__光学基础

发光强度:

    发光强度的衡量单位有照度单位(勒克司Lux)、光通量单位(流明Lumen)、发光强度单位(烛光 Candle power)

    1CD(烛光)指完全辐射的物体,在白金凝固点温度下,每六十分之一平方厘米面积的发光强度.(以前指直径为2.2厘米,质量为75.5克的鲸油烛,每小时燃烧7.78克,火焰高度为4.5厘米,沿水平方向的发光强度)

    1L(流明)指1 CD烛光照射在距离为1厘米,面积为1平方厘米的平面上的光通量.

    1Lux(勒克司)指1L的光通量均匀地分布在1平方米面积上的照度.

    一般主动发光体采用发光强度单位烛光 CD,如白炽灯、LED等;反射或穿透型的物体采用光通量单位流明L,如LCD投影机等;而照度单位勒克司Lux,一般用于摄影等领域.三种衡量单位在数值上是等效的,但需要从不同的角度去理解.比如:如果说一部LCD投影机的亮度(光通量)为1600流明,其投影到全反射屏幕的尺寸为60英寸(1平方米),则其照度为1600勒克司,假设其出光口距光源1厘米,出光口面积为1平方厘米,则出光口的发光强度为1600CD.而真正的LCD投影机由于光传播的损耗、反射或透光膜的损耗和光线分布不均匀,亮度将大打折扣,一般有50%的效率就很好了.

    实际使用中,光强计算常常采用比较容易测绘的数据单位或变向使用.对于LED显示屏这种主动发光体一般采用CD/平方米作为发光强度单位,并配合观察角度为辅助参数,其等效于屏体表面的照度单位勒克司;将此数值与屏体有效显示面积相乘,得到整个屏体的在最佳视角上的发光强度,假设屏体中每个像素的发光强度在相应空间内恒定,则此数值可被认为也是整个屏体的光通量.一般室外LED显示屏须达到4000CD/平方米以上的亮度才可在日光下有比较理想的显示效果.普通室内LED,最大亮度在700~2000 CD/平方米左右.
  
    单个LED的发光强度以CD为单位,同时配有视角参数,发光强度与LED的色彩没有关系.单管的发光强度从几个mCD到五千mCD不等.LED生产厂商所给出的发光强度指LED在20mA电流下点亮,最佳视角上及中心位置上发光强度最大的点.封装LED时顶部透镜的形状和LED芯片距顶部透镜的位置决定了LED视角和光强分布.一般来说相同的LED视角越大,最大发光强度越小,但在整个立体半球面上累计的光通量不变.

    当多个LED较紧密规则排放,其发光球面相互叠加,导致整个发光平面发光强度分布比较均匀.在计算显示屏发光强度时,需根据LED视角和LED的排放密度,将厂商提供的最大点发光强度值乘以30%~90%不等,作为单管平均发光强度.

    一般LED的发光寿命很长,生产厂家一般都标明为100,000小时以上,实际还应注意LED的亮度衰减周期,如大部分用于汽车尾灯的UR红管点亮十几至几十小时后,亮度就只有原来的一半了.亮度衰减周期与LED生产的材料工艺有很大关系,一般在经济条件许可的情况下应选用亮度衰减较缓慢的四元素LED.

配色、白平衡:

    白色是红绿蓝三色按亮度比例混合而成,当光线中绿色的亮度为69%,红色的亮度为21%,蓝色的亮度为10%时,混色后人眼感觉到的是纯白色.但LED红绿蓝三色的色品坐标因工艺过程等原因无法达到全色谱的效果,而控制原色包括有偏差的原色的亮度得到白色光,称为配色.

    当为全彩色LED显示屏进行配色前,为了达到最佳亮度和最低的成本,应尽量选择三原色发光强度成大致为3:6:1比例的LED器件组成像素.

    白平衡要求三种原色在相同的调灰值下合成的仍旧为纯正的白色.

原色、基色:

    原色指能合成各种颜色的基本颜色.色光中的原色为红、绿、蓝,下图为光谱表,表中的三个顶点为理想的原色波长.如果原色有偏差,则可合成颜色的区域会减小,光谱表中的三角形会缩小,从视觉角度来看,色彩不仅会有偏差,丰富程度减少.

    LED发出的红、绿、蓝光线根据其不同波长特性和大致分为紫红、纯红、橙红、橙、橙黄、黄、黄绿、纯绿、翠绿、蓝绿、纯蓝、蓝紫等,橙红、黄绿、蓝紫色较纯红、纯绿、纯蓝价格上便宜很多.三个原色中绿色最为重要,因为绿色占据了白色中69%的亮度,且处于色彩横向排列表的中心.因此在权衡颜色的纯度和价格两者之间的关系时,绿色是着重考虑的对象.

   目前不同的发光二极管可以发出从红外到蓝间不同波长的光线,目前发出紫色乃至紫外光的发光二极管也已经诞生.除此之外还有在蓝光 LED 上涂上荧光粉,将蓝光转化成白光的白光 LED.

LED的色彩与工艺:
  
    制造LED的材料不同,可以产生具有不同能量的光子,借此可以控制LED所发出光的波长,也就是光谱或颜色.历史上第一个LED所使用的材料是砷(As)化镓(Ga) ,其正向PN结压降(VF,可以理解为点亮或工作电压)为1.424V,发出的光线为红外光谱.另一种常用的LED材料为磷(P)化镓(Ga),其正向PN结压降为2.261V,发出的光线为绿光.

    基于这两种材料,早期 LED工业运用GaAs1-xPx材枓结构,理论上可以生产从红外光一直到绿光范围内任何波长的LED,下标X代表磷元素取代砷元素的百分比.一般通过PN结压降可以确定LED的波长颜色.其中典型的有GaAs0.6P0.4 的红光 LED,GaAs0.35P0.65 的橙光LED,GaAs0.14P0.86 的黃光 LED等.由于制造采用了鎵、砷、磷三种元素,所以俗称这些LED为三元素发光管.而GaN(氮化镓)的蓝光 LED 、GaP 的绿光 LED和GaAs红外光LED,被称为二元素发光管.而目前最新的工艺是用混合铝(Al)、钙(Ca) 、铟(In)和氮(N)四种元素的AlGaInN 的四元素材料制造的四元素LED,可以涵盖所有可见光以及部份紫外光的光谱范围.