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LED 光学知识

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LED光学知识发布日期：2009-7-25 | 阅读次数：364光学名词释义照明技术就如同其它任何技术和科学学科一样，有其专有之术语。

此些特殊用语及观念被用来定义灯及灯具之特性并将测量单位统一化。

以下为一些重要之照明用语。

光及辐射 (Light and radiation)光是指人眼可以感知为明亮之电磁辐射，也可以说是整个电磁辐射光谱中人眼可以看见之部份；这部份之波长分布在360到830 nm，只占已知之电磁辐射光谱中之非常微小之部份。

光通量(Luminous flux,Φ)单位为：流明 (lumen, lm)由一光源所发射并被人眼感知之所有辐射能称之为光通量。

光强度 (luminous intensity, I )光源在某一方向立体角内之光通量大小。

单位：坎德拉 (candela, cd)一般而言，光源会向不同方向以不同之强度放射出其光通量。

在特定方向所放出之可见光辐射强度称为光强度。

照度 (Illuminance, E)单位：勒克斯 (Lux, lx)照度是光通量与被照面之比值。

1 lux之照度为1 lumen之光通量均匀分布在面积为一平方米之区域。

辉度 (Luminance, L)单位：坎德拉每平方米 (cd/㎡)一光源或一被照面之辉度指其单位表面在某一方向上的光强度密度，也可说是人眼所感知此光源或被照面之明亮程度。

重要之测光公式：I , 光强度[cd] = 立体角内之光通量 / 立体角Ω[sr]E , 照度[lx] = 落在某面积上之光通量[lm] / 此被照面面积[㎡]= 光强度[cd] / (距离[m] )2L , 辉度[cd/㎡]= 光强度[cd] / 所见之被照面面积[㎡]η发光效率[lm/W]= 所产生之光通量[lm] / 消耗电功率[W]发光效率(Luminous efficacy, η)单位：流明每瓦[lm/W]代表光源将所消耗之电能转换成光之效率色温 ( Co1or Temperature )单位：绝对温度 ( Kelvin, K )一个光源之色温被定义为与其具有相同光色之"标准黑体 (black body radiator)" 本身之绝对温度值，此温度可以在色度图上之普朗克轨迹上找到其对应点。

标准黑体之温度越高,其辐射出之光线光谱中蓝色成份越多,红色成份也就相对的越少。

以发出光色为暖白色之普通白热灯泡为例，其色温为2700K，而昼光色日光灯之色温为6000K。

光色 (Light color)一个灯的光色可以简单的以色温来表示。

光色主要可分成三大类：暖色：< 3300K中间色：3300 至 5000K昼光色：> 5000K即使光色相同，灯种间也可能因为其发出光线光谱组成不同而有很大的演色性表现差异。

演色性 (Color rendering )一般认为人造光源应让人眼正确地感知色彩，就如同在太阳光下看东西一样。

当然这需视应用之场合及目的而有不同之要求程度。

此准据即是光源之演色特性，称之为" 平均演色性指数(general color rendering index, (Ra)"。

平均演色性指数为对象在某光源照射下显示之颜色与其在参照光源照射下之颜色两者之相对差异。

其数值之评定法为分别以参照光源及待测光源照在DIN 6169所规定之八个色样上逐一作比较并量化其差异性；差异性越小，即代表待测光源之演色性越好，平均演色性指数Ra为100之光源可以让各种颜色呈现出如同被参照光源所照射之颜色。

Ra值越低，所呈现之颜色越失真。

灯具效率 (Luminaire efficiency)灯具效率(又称灯具光输出比)是用来评估灯具之能源效率的一项重要标准，其值是将装有光源的灯具所发出之光通量除以所装光源本身所发出光通量所得之商值。

不可见光 (Invisible Light)相对于可见光，波长在360到830nm以外的电磁辐射称为不可见光。

波长小于360nm的电磁波最为一般人了解的是紫外线，其它还有x射线、r射线、宇宙线；大于780nm的电磁辐射则有红外线及无线电波等。

光谱 (Spectrum)光线依波长大小顺序之分布称为光谱。

每种光源都可以依其波长组成而在光谱图上显示出其光谱能量分布图(Power Spectrum Distribution) 。

太阳光及白炽灯泡之光谱能量分布为连续曲线，而一般放电灯为非连续曲线。

白炽灯泡 (Incandescent lamp)白炽灯泡为最早成熟的人工电光源，它是利用灯丝通电发热发光的原理发光。

一般而言，白炽灯泡的发光效率较低，寿命也较短，但使用上较方便。

气体放电灯 (Gas discharge lamp)此类光源之发光原理为其两电极间之气体受电子激发而发光。

又可分为低压气体放电灯，如日光灯及高压气体放电灯，如水银灯、高压钠气灯及复金属灯。

发光二极管 (LED)发光二极管为特殊材质制成之p-n二极管。

在顺向偏压下，电子在接合面流动时，会在再结合而消灭的过程中发光。

体积小、发光效率原不高，但近年来发展迅速，适用场合已推广到交通信号灯、指示灯，甚至也适用于一些特殊场合之照明用途。

LED使用提示静电的基本物理特性为：吸引或排斥，与大地有电位差，会产生放电电流。

这三种特性对电子元件的影响：1、静电吸附灰尘，降低元器件绝缘电阻（缩短寿命）。

2、静电放电破坏，使元器件受损坏不能工作（安全破坏）。

3、静电放电或电流产生的热，使元件器受伤（潜在损伤）。

4、静电放电产生的电磁场幅度很大(达几百伏/米）频谱极宽（从几十兆到几千兆），对电子器件造成干扰甚至损坏（电磁干扰）。

如果元器件损坏，则能在生产及品管中被察觉而排除，影响较小。

如是静电使元器件轻微受损，在正常测试下不易发现，并会因过多层的加工，直至已在使用时才出现，不但检查不易，还要耗费很多人力及财力才能查出问题，而且造成的损失将可能巨大。

目前针对高亮度LED在使用上存在的最大问题是ESD(静电)的影响。

静电是造成LED材料漏电（IR / 反向电流）的主要因素，90%的静电均来源于作业中没有对设备进行接地及操作员没有配备相应的防静电设置，LED在漏电后其亮度和颜色不会即时表现出不良现象,但在正常持久工作时其亮度会明显下降或不稳定及不亮, 因而在制造作业中应尽可能的在防静电方面做一些控制。

1.检验：1.测试机台需接地（单独地线）2.测试人员需配备防静电环（必须为有线并接单独地线）3.避免材料有剧烈磨擦，如在材料盘内来回挪动材料及在桌面上反复挪动材料均易造成漏电。

2．仓库储存：1.储存条件：Ta25℃±5℃ HR%60%以下2.杜绝12小时内不封口现象。

3．制造生产：1.生产车间地板布铜网进行静电吸收处理（单独地线）。

2.焊接设备（包括电烙铁、自动焊接机台及测试机台）需接地，操作人员需配备防静电环。

关于静电Electro Static Discharge静电简介静电学是十八世纪以库仑定律为基础建立起来的，以研究静止电荷及磁场作用规律的学科，是物理学中电磁学的一个重要组成部分。

静电工程学是指从十九世纪初以现在形成的以静电学为基础而研究静电危害及其防护和静电应用技术的专门科学。

其主要研究内容有静电应用技术如静电除尘、静电复印、静电生物效应等以及静电防护技术如电子工业、石油工业、兵器工业、纺织工业、橡胶工业以及航天与军事领域等静电危害问题。

在二十世纪中期随着工业生产的高速发展以及高分子材料的迅速推广应用，一方面，一些电阻率很高的高分子材料如塑料，橡胶等制品的广泛应用以及现代生产过程的高速化，使得静电能积累到很高的程度，另一方面，静电敏感材料的生产和使用，如轻质油品，火药，固态电子器件等，工矿企业部门受静电的危害也越来越突出，静电危害造成了相当严重的后果和损失。

它曾造成电子工业年损失达上百亿美元，这还不包括潜在的损失。

二次世界大战后许多工业发达国家都建立了静电研究机构。

我国对静电的研究有40多年的历史，取得了许多成果，有一大批各层次的科技人员，尽管如此，还有许多静电问题没解决，静电仍是困扰我们的“幽灵”。

静电是怎样产生的在日常生活中，任何两个不同材质的物体接触后再分离，即可生产静电。

当两个不同的物体相互接触时就会使得一个物体失去一些电荷如电子转移到一个物体使其带正电，而另一个物体得到一些剩余电子的物体而带负电。

所以物体之间接触后分离就会带上静电。

通常在从一个物体上剥离一张塑料薄膜时就是一种典型的“接触分离”起电。

固体、液体甚至气体都会因接触分离而带上静电。

为什么气体也会产生静电呢？因为气体也是由分子、原子组成，当空气流动时分子、原子也会发生“接触分离”而起电。

所以在我们周围环境以至我们的身上都会带有不同程度时就会发生放电。

我们都知道磨擦起电而很少听说接触起电。

实质上磨擦起电是一种接触又分离从而造成正负电荷不平衡的过程。

磨擦是一个不断接触与分离的过程。

因此磨擦起电实质上是接触分离起电。

在日常生活中，各类物体都会因移动或磨擦而产生静电，如工作桌面、地板、椅子、衣服、纸张、包装袋、流动空气等。

另一种常见的起电是感应起电，当带电物体接近不带电物体时会在不带电物体的两端分别感应出正电与负电。

为何要提高ESD防护意识ESD是Electro Static Discharge即“静电放电”的意思。

ESD是二十世纪中期以来形成的以研究静电的产生与衰减、静电放电模型、静电放电效应如电流热（火花）效应（如静电引起的着火与爆炸）和电磁效应如电磁干扰（EMI）及电磁兼容性（EMC）问题越来越重视。

在二十世纪70年代以前，很多静电问题都是由于人们没有ESD意识而造成的，即使现在也有很多人怀疑ESD会对电子产品造成损坏。

这是因为大多数ESD损害发生在人的感觉以外，因为人体对静电放电的感知电压约为3KV，而许多电子元件在几百伏甚至几十伏时就会损坏，通常电子器件对被ESD损坏后没有明显的界限，把元件安装在PCB板上以后再检测，结果出现很多问题，分析也相当困难。

特别是潜在损坏，即使用精密仪器也很难测量出其性能有明显变化，所以很多电子工程师和设计人员都怀疑ESD，但近年实验证实，这种潜在损坏在一定时间以后，电子产品的可靠性明显下降。

电子工业的静电是如何产生静电是时时刻刻到处存在的，但是在二十世纪40-50年代很少有静电问题，因为那时是晶体三级管和二极管，而所产生的静电也不如现在普遍存在。

在60年代，随着对静电非常敏感的MOS器件的出现，静电问题日渐明显，到70年代静电问题越来越严重。

80-90年代，随着集成电路的密度越来越大，一方面其二氧化硅膜的厚度越来越薄（微米一纳米），其承受的静电电压越赤越低，另一方面，产生和积累静电的材料如塑料，橡胶等大量使用，使得静电越来越普遍存在。

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LED光学基础

LED光学基础

功率因素(Power Factor)功率因素是实际消耗的功率与电力供给容量之比值.所以功率因素越高,电力在传输过程中即可减少无谓的损失并提高电力的利用率色温：色温：光源发射光的颜色与黑体在某一温度下辐射光色相同时，黑体的温度称为该光源的色温。

因为大部分光源所发出的光皆通称为白光，故光源的色表温度或相关色温度即用以指称其光色相对白的程度，以量化光源的光色表现。

根据Max Planck的理论，将一具完全吸收与放射能力的标准黑体加热，温度逐渐升高光度亦随之改变；CIE色座标上的黑体曲线（Black body locus）显示黑体由红——橙红——黄——黄白——白——蓝白的过程。

黑体加温到出现与光源相同或接近光色时的温度，定义为该光源的相关色温度，称色温，以绝对温K （Kelvin，或称开氏温度）为单位（K=℃+273.15）。

因此，黑体加热至呈红色时温度约527℃即800K，其他温度影响光色变化。

光色愈偏蓝，色温愈高；偏红则色温愈低。

一天当中画光的光色亦随时间变化：日出后40分钟光色较黄，色温3,000K；正午阳光雪白，上升至4,800-5,800K，阴天正午时分则约6,500K；日落前光色偏红，色温又降至纸2,200K。

其他光源的相关色温度。

因相关色温度事实上是以黑体辐射接近光源光色时，对该光源光色表现的评价值，并非一种精确的颜色对比，故具相同色温值的二光源，可能在光色外观上仍有些许差异。

仅冯色温无法了解光源对物体的显色能力，或在该光源下物体颜色的再现如何。

不同光源环境的相关色温度一些常见的例子：1700 K: 火柴光1850 K: 蜡烛2800 K: 钨灯(白炽灯)3350 K: 演播室"CP"灯3400 K: 演播室台灯, 照相泛光灯（不是闪光灯）, 等...4100 K: 月光5000 K: 日光5500 K: 平均日光, 电子闪光(因厂商而异)5770 K: 有效太阳温度6420 K: 氙弧灯6500 K: 日光9300 K: 电视屏幕（模拟）5000K和6500K的黑体的颜色分别接近于普通D50和D65的发光物，这通常用于颜色再现的场合（摄影、出版，等等）。

LED的光学特性

LED的光学特性

LED作为一个光源，LED电源工厂的光学参数包括光和辐射在空间分布的能量参数、光和辐射能量的光谱分布参数及它们在人眼中所引起的心理响应。

LED的光学特征参数包括:光通量、发光强度、相对光谱功率分布特性、峰值波长和峰值波长半宽度等，这些都是衡量LED作为一个光源的发光特性的主要参数.2.3.1相对光谱功率分布LED的相对光谱功率分布是在其光辐射波长范围内(u]，各个波长的辐射功率分布情况.常采用光谱辐射计进行测量.在实际场合中通常用相对光谱功率分布来表示。

光谱密度与波长之间的函数关系称为光谱分布.以光谱密度的相对值与波长之间的函数关系来描述光谱分布.称为相对光谱能量(功率)分布PM.光谱波长丸为横坐标，相对光谱能量分布PM为纵坐标，就可以绘制出光源相对光谱能量分布曲线.知道了光源的相对光谱能量分布，就知道了光源的颜色特性.反过来说，光源的颜色特性，取决于在发出的光线中，不同波长上的相对能量比例，而与光谱密度的绝对值无关。

绝对值的大小只反映光的强弱，不会引起光源颜色的变化.人眼对色彩的感知是一种错综复杂的过程，为了将色彩的描述加以量化，国际照明协会(CIE)根据标准观侧者的视觉实验，将人眼对不同波长的辐射能所引起的视觉感加以记录在RGB系统的墓础上采用设想的三原色X. Y, Z(分别代表红色，绿色和蓝色)，建立了CIE-1931色度图，同时将匹配等能光谱各种颜色的三原色数据标准化，确定了“CIE1931-XYZ标准色度学系统”.计算出三原色的配色函数，经过数学转换后即得所谓的CIE1931标准色度观察者光谱三刺激值曲线，如图(12]2一所示，将人眼对可见光的刺激值以XYZ表示.根据此配色函数，后续发展出数种色彩度量定义.使人们得以对色彩加以描述运用.LED的光谱功率分布的测试需要通过分光进行，将各色光从混合的光中区分出来进行测定，采用棱镜和光栅实现分光·对于实现了空间分离分布的各个波长的光，一般用单色仪各个波长逐个采集或线阵CCD全波段一次采集的方法得到整个光谱功率分布曲线.。

LED光学常识

LED光学常识

灰度也可认为是亮度，简单的说就是色彩的深浅程度。

实际上在我们的日常生活中，通过三原色色彩深浅的组合，可以组成各种不同的颜色。

产品能够展现的灰度数量越多，也就意味着这款产品的色彩表现力更加丰富，能够实现更强的色彩层次。

例如三原色16级灰度，能显示的颜色就是16×16×16=4096色。

不过目前的产品256级灰度已经非常地普遍了。

所谓颜色或灰度级指黑白显示器中显示像素点的亮暗差别，在彩色显示器中表现为颜色的不同，灰度级越多，图像层次越清楚逼真。

灰度级取决于每个像素对应的刷新存储单元的位数和显示器本身的性能。

如每个象素的颜色用16位二进制数表示，我们就叫它16位图，它可以表达2的16次方即65536种颜色。

如每一个象素采用24位二进制数表示，我们就叫它24位图，它可以表达2的24次方即16777216种颜色。

------------------------------------------------------------------- 灰度就是没有色彩，RGB色彩分量全部相等。

如果是一个二值灰度图象，它的象素值只能为0或1，我们说它的灰度级为2。

用个例子来说明吧：一个256级灰度的图象，RGB(100,100,100)就代表灰度为100,RGB(50,50,50)代表灰度为50，。

----------------------------------------------------------------------- 灰度是指黑白图像中点的颜色深度，范围一般从0到255，白色为255 ，黑色为0，故黑白图片也称灰度图像，在医学、图像识别领域有很广泛的用途彩色图象的灰度其实在转化为黑白图像后的像素值（是一种广义的提法），转化的方法看应用的领域而定，一般按加权的方法转换，R ， G ，B 的比一般为3：6：1。

什么是显色性？人造光线应与自然光线相同，使人的肉眼能正确辨别事物的颜色，当然，这要根据照明的位置和目的而定。

LED光学知识2021年更新版

LED光学知识2021年更新版

LED光学知识2020.121提纲1.发光角度的概念；2.道路照明中的一些常见术语；3.光源、光学结构、光学指标之间的关系；4.实现控光的几种典型方式；5.道路照明的配光类型；6.透镜的材质介绍及其透光率；7.SHINE常用透镜类型;01Part one发光角度的概念定义：LED灯具的发光角度，一般也称为光束角，指LED产品点亮后发光范围的大小。

◇CIE（国际照明委员会）建议光束角为50%最大光强的矢径夹角。

（默认以CIE为标准）◇IES（北美照明工程协会）则建议光束角为10%最大光强的矢径夹角举例：以下发光角度为64.9°02Part two道路照明中的一些常见术语➢城市道路分为快速路、主干路、次干路、支路、居住区道路。

快速路，是指双向行车道、中央设有分隔带、进出口全部采用立体交叉控制，为城市中大量、长距离和快速交通服务。

主干路，连接城市各主要分区的干路，采取机动车与非机动车分隔形式，如三幅路或四幅路。

次干路，与主干路结合组成路网起集散交通作用的道路。

支路，次干路与居住区道路之间的连接道路一、道路的分类居住区路，居住区内的道路及主要供行人和非机动车通行的街巷。

按照灯杆长度主要分为：常规照明，高杆照明。

常规照明灯具安装在高度通常为15m 以下的灯杆上，按一定间距有规律地连续设置在道路的一侧、两侧或中间分车带上进行照明的一种方式。

采用这种照明方式时，灯具的纵轴垂直于路轴，使灯具所发出的大部分光射向道路的纵轴方向。

高杆照明一组灯具安装在高度等于或大于20m 的灯杆上进行大面积照明的一种照明方式。

➢灯按是否截光，把灯具分为以下四类：•全截光型灯具full cut-off luminaire（符合所有国家）•截光型灯具cut-off luminaire（巴西市场的门槛）•半截光型灯具semi-cut-off luminaire（竞标最低要求）•非截光型灯具non-cut-off luminaire➢Full cut-offA luminaire light distribution wherezero candela intensity occurs at or above an angle of 90°above nadir.100 (10 percent) at or above a vertical angle 80°above nadir. This applies to all lateral angles around the luminaire.A luminaire light distribution where the can-dela per 1000 lamp lumens does not numerically exceed 25 (2.5 percent) at or above an angle of 90°above nadir.100 (10 percent) at or above a vertical angle 80°above nadir. This applies to all lateralangles around the luminaire.A luminaire light distribution where the candela per 1000 lamp lumens does not numerically exceed 50 (5 percent) at or above an angle of90°above nadir.200 (20 percent) at or above a vertical angle 80°above nadir. This applies to all lateral anglesaround the luminaire.A luminaire light distribution where there is no candela limitation in the zone abovemaximum candela.四、维护系数maintenance factor定义：在照明装置使用一定时期之后，在规定表面上的平均照度或平均亮度与该装置在相同条件下新安装时在同一表面上所得到的平均照度或平均亮度之比。