LED光源作為一種新型的節(jié)能光源，對其性能的評定，具有許多的光度學(xué)參數(shù)和色度學(xué)參數(shù)。其中光度學(xué)參數(shù)主要包括光通量、發(fā)光強(qiáng)度、相對光譜能量分布、峰值波長以及光譜半波寬度等；色度學(xué)參數(shù)主要包括色度坐標(biāo)、主波長、純度、色溫以及顯色指數(shù)等。本文對此作了詳細(xì)的介紹，感興趣的朋友可以了解一下！

LED光源的光度學(xué)參數(shù)：

LED光源的光度學(xué)參數(shù)主要包括光通量、發(fā)光強(qiáng)度、相對光譜能量分布、峰值波長以及光譜半波寬度等。

1.光通量

在輻射度學(xué)上，LED輻射通量用來衡量發(fā)光二極管在單位時(shí)間內(nèi)發(fā)射的總電磁功率。它通常表示LED在4π空間范圍內(nèi)單位時(shí)間所發(fā)出的功率。LED光源發(fā)射的輻射通量中能引起人眼視覺的那部分，稱為光通量，它是單位時(shí)間內(nèi)LED光源向整個(gè)空間發(fā)射的能引起人眼視覺的輻射通量。但人眼對不同波長的可見光的感覺是不同的，為此國際照明委員會(huì)（C1E）為人眼對不同波長單色光的靈敏度作了總結(jié)，在亮度為3cd/m2以上的明視覺條件下，歸結(jié)出標(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。其中v（λ）為亮度為0.001cd/m2以下的暗視覺條件下的光譜光視效率。

明視覺條件下，輻射量向光通量的轉(zhuǎn)化表達(dá)式為：

暗視覺條件下，輻射量向光通量的轉(zhuǎn)化表達(dá)式為：

光通量的測量通常有兩種方法，并且通常在明視覺條件下測試。一種是用積分球收集總的輻射量，然后用已知光通量的標(biāo)準(zhǔn)燈與被測燈作比較，從而得到被測燈的光通量；另一種方法是用分布式光度計(jì)測量被測光源發(fā)光強(qiáng)度的空間分布，計(jì)算后得到光通量。

2.發(fā)光強(qiáng)度

發(fā)光強(qiáng)度表示光源在給定方向上的單位立體角內(nèi)發(fā)射的光通量。假設(shè)光源是一個(gè)點(diǎn)光源或光源距離探測器足夠遠(yuǎn)以致光源面積可以忽略不計(jì)時(shí)，發(fā)光強(qiáng)度可以表示為：

其中dΩ是點(diǎn)光源在某一方向上所張的立體角，如下圖所示。

在LED光強(qiáng)測試中通常用CIE推薦的“平均發(fā)光強(qiáng)度”概念，即照射在離LED一定距離處的光探測器上的光通量Φv與由探測器構(gòu)成的立體角的比值。其中立體角可將探測器的面積S除以測試距離d的平方計(jì)算得到，因而有如下計(jì)算式：

CIE關(guān)于近場條件下的LED測試，有兩個(gè)推薦的標(biāo)準(zhǔn)條件：CIE標(biāo)準(zhǔn)條件A和CIE標(biāo)準(zhǔn)條件B。這兩個(gè)條件都要求所用的探測器有一個(gè)面積為1cm2的圓形入射孔徑。主要區(qū)別在于LED頂端到探測器的距離，立體角和平面角（全角）的不同。

3.相對光譜能量分布P（λ）

LED的相對光譜能量分布P（λ）是在光輻射波長范圍內(nèi)，各個(gè)波長的輻射能量分布情況，通常用相對光譜能量分布來表示，如下圖所示。

LED的光譜分布與所用的材料性質(zhì)及PN結(jié)結(jié)構(gòu)等有關(guān)，而與器件的幾何形狀、封裝方式無關(guān)。

4.峰值波長λp

峰值波長λp和光譜半波寬度△λ=λ2-λ1是LED相對光譜能量分布曲線的重要參數(shù)。峰值波長定義為相對光譜功率分布曲線上相對光輻射最強(qiáng)處所對應(yīng)的波長，它由半導(dǎo)體材料的發(fā)光中心的能級位置決定。

5.光譜半波寬度△λ

光譜半波寬度△λ定義為相對光譜能量分布曲線上，兩個(gè)半極大值強(qiáng)度處對應(yīng)的波長差，如上圖所示，它標(biāo)志著光譜純度，同時(shí)也可以用來衡量半導(dǎo)體材料中對發(fā)光有貢獻(xiàn)的能量狀態(tài)的離散度，LED的發(fā)光光譜半寬度一般為30-100nm，光譜寬度窄意味著單色性好、發(fā)光顏色鮮明。

光通量和發(fā)光強(qiáng)度的關(guān)系：

由于人眼對等能量的不同波長的可見光輻射能所產(chǎn)生的光感覺是不同的，因此按人眼函數(shù)V（λ）來評價(jià)的輻射通量Φ（λ）即為光通量Φ，即：

式中：Km為明視覺的最大光譜光視效率函數(shù)，亦稱為光功當(dāng)量，它表示人眼對波長為555nm處光輻射產(chǎn)生光感覺的效能，按國家實(shí)用溫標(biāo)IPTS-168的理論計(jì)算，其值為680lm/w。

光度學(xué)中最基本的單位是發(fā)光強(qiáng)度，單位為坎德拉（cd），它是國際單位制中7個(gè)基本單位之一。其定義為555nm的單色輻射在給定方向上的輻射強(qiáng)度為1/683W·sr時(shí)，在該方向上的發(fā)光強(qiáng)度為1cd。

光通量的單位為流明（lm），它是發(fā)光強(qiáng)度為1cd的均勻點(diǎn)光源在單位立體角（1sr）內(nèi)發(fā)出的光通量。

如果光源為點(diǎn)光源，并且是均勻發(fā)光體，那么光強(qiáng)（I）與光通量（Φ）符合距離反比平方定律。距離平方反比定律來自于點(diǎn)光源向空間發(fā)射球面波的特性，即點(diǎn)光源在傳播方向某點(diǎn)的輻照度與該點(diǎn)到點(diǎn)光源的距離平方成反比。

在任一錐立體角內(nèi)，假設(shè)在傳輸路徑上沒有光能損失或分束，那么點(diǎn)光源向空間發(fā)出的輻射通量是不變的。然而位于球心的均勻點(diǎn)光源所張開的立體角所截的表面積卻和球半徑的平方成正比，這樣在球面上的輻照度就和點(diǎn)光源到該面的距離平方成反比，即：Φ=4πI。

LED光源的色度學(xué)參數(shù)：

光源的色度學(xué)參數(shù)主要包括色度坐標(biāo)、主波長、純度、色溫以及顯色指數(shù)等。

1.色度坐標(biāo)

CIE光譜三刺激值X、Y、Z表示了三原色匹配該顏色時(shí)相互之間的比例，而三刺激值中的每一刺激值與其總和之比即為色度坐標(biāo)。

2.主波長

如果波長λd的光譜色按照一定比例與一種確定的參照光源相加混合，能匹配顏色S1，則λd為顏色S1的主波長，主波長直接反映人眼對光源發(fā)光的視覺感受，相當(dāng)于所觀察顏色的色調(diào)，是衡量色度參數(shù)的重要指標(biāo)。

3.色純度

色純度是色度學(xué)另一個(gè)重要的參數(shù)，表示樣品顏色接近其主波長光譜色的程度。在色度圖的樣品主波長線上，用白光參照光源的色度坐標(biāo)點(diǎn)到樣品色度坐標(biāo)點(diǎn)的距離與參照光源色度坐標(biāo)點(diǎn)到光譜色度坐標(biāo)點(diǎn)的距離的比值來表示，色純度大致相當(dāng)于顏色知覺中的色飽和度。

4.色溫

色溫是描述光源光譜質(zhì)量最常用的指標(biāo)。當(dāng)某輻射體與絕對黑體在可見光區(qū)域具有相同形狀的光譜功率分布時(shí)的溫度，稱為該輻射體的色溫。當(dāng)光源的色度坐標(biāo)位于色度圖上的黑體跡線上時(shí)，就把黑體的絕對溫度定義為該光源的色溫，不同溫度下，絕對黑體的色度坐標(biāo)是不同的，但是非熱輻射光源，它們的光譜功率分布形式與黑體輻射相差很大，其色度坐標(biāo)不一定落在黑體輻射跡線上，這時(shí)常用相關(guān)色溫來表示，即在色度圖上，和某一光源的色度坐標(biāo)點(diǎn)相距最近的那個(gè)黑體的絕對溫度就定義為該光源的相關(guān)色溫。

5.顯色性

光源對物體的顯色能力稱為顯色性，是通過與同色溫的白熾燈下觀察到的物體顏色比較得到的。光源發(fā)射的光譜分布決定它的顏色，光譜分布不同，對各個(gè)顏色的顯色性亦大不相同。相同顏色的光源可以由不同的光譜組成，光源的光譜組成波長范圍越廣顯色品質(zhì)越好。當(dāng)光源光譜中缺少白熾燈下物體所反射的主波長時(shí)，會(huì)使物體顏色產(chǎn)生明顯的色差，色差程度越大，光源對該顏色的顯色性也就越差。目前，顯色指數(shù)仍是定義評價(jià)光源顯色性的普遍方法。

色溫和顯色性的關(guān)系：

光源顯色性和色溫是光源的兩個(gè)重要的顏色指標(biāo)。色溫是衡量光源色的指標(biāo)，而顯色性是衡量光源視覺質(zhì)量的指標(biāo)。假若光源色處于人們所習(xí)慣的色溫范圍內(nèi)，則顯色性應(yīng)是光源質(zhì)量的更為重要的指標(biāo)。這是因?yàn)轱@色性直接影響著人們所觀察到的物體的顏色。對于顏色檢測行業(yè)來說，人工光源顯色性的高低，直接影響被測試樣品顏色評價(jià)結(jié)果。因此，CIE標(biāo)準(zhǔn)光源的對顯色性有著嚴(yán)格的要求，標(biāo)準(zhǔn)光源箱中必須使用色溫、顯色指數(shù)等技術(shù)參數(shù)合格的人工光源。

光源的色溫與顯色性，從本質(zhì)上說，都是由它的光譜能量分布決定的。以日光為例，日光是由紅、橙、黃、綠、青、藍(lán)、紫等多種顏色的光按一定的比例混合而成。日光照到某一種顏色的物體上，物體將其他顏色的光吸收，而將這種顏色的光反射出來。比如，藍(lán)布受日光照射后，就將藍(lán)光反射出來，并將其他光吸收，因此人眼看到的這塊布是藍(lán)色的。由于日光本身包含了各種顏色，再加上各種物體對不同的光的反射性能不一樣，所以大自然在日光照射下就顯得五彩繽紛。鈉燈則不然，鈉燈發(fā)出的光主要是黃光，當(dāng)黃光照在藍(lán)布上，藍(lán)布將黃光吸收，藍(lán)布雖然能反射藍(lán)光，但鈉燈發(fā)出的光中基本上沒有藍(lán)光，也就談不上反射藍(lán)光了。因此在鈉燈照射下藍(lán)布就變成黑布了。鎢絲燈的光譜能量分布是連續(xù)的，各種顏色都有，因而有較好的顯色性，但其輻射能量分布偏重于長波方面，整體上看來光色偏紅偏黃。

然而，光源的色溫與顯色性之間并沒有必然的聯(lián)系，相同色溫的各光源之間的顯色性差別可能很大，相同顯色指數(shù)的各光源之間的色溫差別也可能很大，各種色溫的光源都可能有較好的顯色性，也可能有較差的顯色性。如：鎢絲燈色溫低，顯色性好；高壓鈉燈色溫低，而顯色性差；馬路上的高壓汞燈，從遠(yuǎn)處看它發(fā)出的光既亮又白（色溫高），但被它照射的人的臉色卻象抹了一層青灰色（顯色性差）；而高壓缸燈，發(fā)出的光亮白（色溫高），燈下的顏色也不失真（顯色性好）。