大连民族学院：LED辐射强度空间分布及半值角的测量

大連民族学院 DLNI Dalian Nationalities University LED辐射强度空间分布 及半值角的测量 一、实验目的 1.了解LED发光的空间特性,了解半 值角的概念和它的意义; 2.学会用C!E标准定量测量平均辐射 (发光)强度及半值角

1 LED辐射强度空间分布 及半值角的测量 一 、实验目的 1. 了解LED发光的空间特性，了解半 值角的概念和它的意义； 2. 学会用CIE标准定量测量平均辐射 （发光）强度及半值角

大連民族学院 DLNI Dalian Nationalities University 二、实验原理 LED的能量空间分布,涉及到光度学和辐射度学两方面。 光功率:表示光源在单位时间内发射的光能量大小,用瓦 (W)作为单位。 辐射通量:发光二极管单位时间内发射的总电磁能量称为 辐射通量,它通常表示发光器件单位时间内在整个360空 间发射的能量,但有时也规定在一定角度范围内发射的辐 射通量。 如果辐射通量随波长而改变,发光器件在某个波长发射的 辐射通量称为单色辐射通量,可以写为由ΦE(),单位为 W/nm,辐射通量可以表示为 =()d2

2 二、实验原理 LED的能量空间分布，涉及到光度学和辐射度学两方面。 光功率：表示光源在单位时间内发射的光能量大小，用瓦 (W)作为单位。 辐射通量：发光二极管单位时间内发射的总电磁能量称为 辐射通量，它通常表示发光器件单位时间内在整个360o空 间发射的能量，但有时也规定在一定角度范围内发射的辐 射通量。 如果辐射通量随波长而改变，发光器件在某个波长发射的 辐射通量称为单色辐射通量，可以写为由ФE(l)，单位为 W/nm，辐射通量可以表示为   l l E E = ( ) d 

大連民族学院 DLNI Dalian Nationalities University 辐射通量的概念适用于所有光谱段的光和辐射。在可见光 范围内,光源发射的光和辐射将引起人眼的视觉。 光通量:光源发射的辐射通量中能引起人眼视觉的那部分 量称作为(Φ∨),单位是流明(m)。 人眼对不同波长的单色光有不同的灵敏度,其中对555m 的单色光最灵敏,在这个波长上,個W辐射通量等于683m。 与辐射通量类似,光通量通常指光源向整个空间在单位时 间内发射的能引起人眼视觉的辐射通量。 人眼对不同波长单色光的灵敏度已经由国际照明委员会总 结为人眼标准光度观测者光谱光效率函数(),因此光通 量可以写为 =683J(4)(1 380

3 辐射通量的概念适用于所有光谱段的光和辐射。在可见光 范围内，光源发射的光和辐射将引起人眼的视觉。 光通量：光源发射的辐射通量中能引起人眼视觉的那部分 量称作为 (ФV)，单位是流明(lm)。 人眼对不同波长的单色光有不同的灵敏度，其中对555nm 的单色光最灵敏，在这个波长上，1W辐射通量等于683lm。 与辐射通量类似，光通量通常指光源向整个空间在单位时 间内发射的能引起人眼视觉的辐射通量。 人眼对不同波长单色光的灵敏度已经由国际照明委员会总 结为人眼标准光度观测者光谱光效率函数V(l)，因此光通 量可以写为 ( ) ( ) 780 380 683   l l l V E = V d 

大連民族学院 DLNI Dalian Nationalities University 发光强度:光源在指定方向上的一个很小的立体角元d内 所包含的光通量v。发光强度的单位是坎德拉 ( candela),符号为cd。 发光强度的概念要求光源是一个点光源,或者要求光源的 尺寸和探测器的面积与光源离探测器的距离相比足够小 (这种要求被称为远场条件)。 平均发光强度:照射在与LED保持一定距离处的光探测器 上的通量@与由探测器构成的立体角的比值。其中立体角 可将探测器的面积S除以测量距离d的平方计算得到: 光探测器,入射孔径为cm 相应直径为113mm)的圆 1=4=4 Q2 S/d2 机械独

4 发光强度：光源在指定方向上的一个很小的立体角元dΩ内 所 包 含 的 光 通 量 dΦV 。 发 光 强 度 的 单 位 是 坎 德 拉 （candela），符号为cd。 发光强度的概念要求光源是一个点光源，或者要求光源的 尺寸和探测器的面积与光源离探测器的距离相比足够小 （这种要求被称为远场条件）。 平均发光强度：照射在与LED保持一定距离处的光探测器 上的通量ΦV与由探测器构成的立体角的比值。其中立体角 可将探测器的面积S除以测量距离d的平方计算得到： 2 V V I S d   = = 

大連民族学院 DLNI Dalian Nationalities University CIE平均LED发光强度测试标准条件 LED顶端到 CIE推荐探测器的距立体角平面角(全角)应用 离l(mm) CIE标准条件A 316 0.olsr 窄视角LED CIE标准条件B 100 0. 01sr 6.5° 般I LED 实际应用中,用得较多的是条件B,它适用于大多数低 亮度的LED光源,高亮度且发射角很小的LED光源可以 使用条件A。 半值角:等于最大光功率一半的两个位置间的夹角。 通常LED的发散角较大,为使出光能量集中,在其头部用 树脂加工成圆形,相当于凸透镜。我们对同种红光LED带 圆形树脂头的发光功率在水平平面的分布进行测试

5 CIE平均LED发光强度测试标准条件 CIE推荐 LED顶端到 探测器的距 离d(mm) 立体角 平面角(全角) 应用 CIE标准条件A 316 0.001sr 2° 窄视角LED CIE标准条件B 100 0.01sr 6.5° 一般LED 实际应用中，用得较多的是条件B，它适用于大多数低 亮度的LED光源，高亮度且发射角很小的LED光源可以 使用条件A。 半值角：等于最大光功率一半的两个位置间的夹角。 通常LED的发散角较大，为使出光能量集中，在其头部用 树脂加工成圆形，相当于凸透镜。我们对同种红光LED带 圆形树脂头的发光功率在水平平面的分布进行测试

大連民族学院 DLNI Dalian Nationalities University 三、实验步骤 1.半值角测量:找到最大光功率mna对应的转盘角度,以此 角度为基准,顺时针和逆时针旋转转台,找到半最大功率 位置的角度12和a12,则半值角为α12+o’12 2.辐射强度空间分布曲线测量:计算机采集信号并经软件 运算得到实际光功率和光强。以最大光功率为中心,记录 多组(L,a),特别是半最大光功率对应的a12和a1m2仿照下 图由计算机画出LED发光强度的空间分布曲线。 302010L0102030 50 60 70 80

6 三、实验步骤 1. 半值角测量：找到最大光功率Imax对应的转盘角度，以此 角度为基准，顺时针和逆时针旋转转台，找到半最大功率 位置的角度a1/2和a’ 1/2，则半值角为 a1/2+a’ 1/2 。 2. 辐射强度空间分布曲线测量：计算机采集信号并经软件 运算得到实际光功率和光强。以最大光功率为中心，记录 多组(I, a)，特别是半最大光功率对应的a1/2和a’ 1/2。仿照下 图由计算机画出LED发光强度的空间分布曲线

大連民族学院 DLNI Dalian Nationalities University 四、思考题 1.参考光辐射的相关教材,了解辐射度量和光度量之间的 关系和区别,熟悉常用光度学物理量的意义。 2.影响LED能量空间分布的因素有哪些,研究宄LED的能量 空间分布有何意义?

7 四、思考题 1. 参考光辐射的相关教材，了解辐射度量和光度量之间的 关系和区别，熟悉常用光度学物理量的意义。 2. 影响LED能量空间分布的因素有哪些，研究LED的能量 空间分布有何意义？