一、什么是“发光强度”?
发光强度是表示光源在一定方向范围内发出的可见光幅射强弱的物理量。它的单位是candela,即坎德拉,简称坎、cd。cd的千分之一就是毫cd,也就是mcd,即1cd=1000mcd。如10000mcd=10cd。衡量手电筒和LED一般用“发光强度”表示,但早期的LED“亮度”低,因此都用mcd,后来有了成千上万mcd的LED,其发光强度的单位也就不改了,仍然习惯用mcd表示。

二、如何衡量发光效率?
衡量发光效率的一个指标,就是每瓦的电功率可以发出多少流明的光通量,理论极限是683流明(而且需要是0.54微米波长的黄绿色光)。白炽灯是每瓦10流明左右,好的白色LED应该可以达到200流明以上。LED能耗约为白炽灯的10%,荧光灯的50%。市面上的白光LED主要有两类,一类是聚光型的LED,另一类是散光型的LED,同类LED也有多种规格,除了它们的直径大小不同,有3mm、5mm、8mm、10mm等,主要的是发光强度(俗称“亮度”)有很大的不同,低的只有几百mcd,高的有近20000mcd。同类管子中的mcd值越高,说明其在同等电流条件下的发光效率也越高,因此其价格相对也就越高。要比较LED的发光效率,最基本的指标就是光通量。光通量F是表征LED总光输出的辐射能量,F为LED向各个方向发光的能量之和,它与工作电流直接有关。随着电流增加,LED光通量随之增大。光通量单位为流明(lm)。
根据发光强度和光通量的定义,可以得出如下计算光通量的公式:Φ=2πI(1-cos.α/2)。式中Φ为主光束光通量,单位流明,I为发光强度,单位cd,α为散射角,单位度。按上述公式得出的Φ仅为发光管主光束的光通量,此外还应包括散射光。因而总的光通量比Φ大。但是由于散射光难于计算,一般情况下,只算出主光束光通量就可以比较其发光效率的高低了。例如一个发光管,发光强度为15000mcd,发散角为25°,则Φ=2π×15(1-cos12.5°)≈2.23流明。如果其消耗电功率为3.2V×0.02A,则发光效率=2.23÷0.064=35流明/W。另一个发光管发光强度为800mcd,发散角为120°,则Φ=2π×0.8(1-cos60°)≈2.51流明。若消耗功率相同,则光效=2.51÷0.064=39流明/W。可见后者尽管发光强度低,但光通量,光效率均高于前者。

三、为什么不能超电压或超电流使用白光LED?
一般最常用的5mm白光LED,其正常的工作电压大都在3.0-3.5V范围之内,其正常的工作电流为20mA。但很多人误认为超电压或超电流使用白光LED会更亮,而实际测试结果是15mA以后光通量增长很厉害,20mA以后几乎没有见长,增大到30mA,比20mA只多了5%,但LED却有明显的发热。还有寿命的试验:20mA工作了一个月,衰减只有5%,现在还有95%的光通量,30mA的工作到19天的时候,光通量就只有50%了。可以这样认为,一只在正常条件下可工作10万小时的白光LED,在大电流下使用,寿命只有600小时!因此,为使LED工作在最佳状态以保证其使用寿命,而同时又要发挥它的最高效率,即使其亮度达到最佳,则LED的正常工作电流以15-20mA为宜。
LED在一般说明中,都是可以使用50,000小时以上,还有一些生产商宣称其LED可以运作100,000小时左右,但这并不能保证LED产品也可以使用如此之久。错误的操作及工序就可以轻易的“毁掉”LED。LED之所以持久,是因为它不会产生灯丝熔断的问题。LED不会直接停止运作,但它会随着时间的流逝而逐渐退化。有预测表明,高质量LED在经过50,000小时的持续运作后,还能维持初始灯光亮度的60%以上。要想延长LED的使用寿命,就有必要降低或完全驱散LED芯片产生的热能。热能是LED停止运作的主要原因。

四、为什么白光LED发出的光的颜色总有点偏蓝或偏黄?

 

 这是由于白光的LED,本来就是在发射蓝光的lnGaN基料上覆盖转换材料荧光粉,这种材料在受到蓝光激励时会发出黄光。于是得到了蓝光和黄光的混合物,在肉眼看来就是白光。看看白色LED的发射谱线就知道,它有两个峰值,因此真正发射白光的LED是不存在的。这样的器件很难制造,因为LED的特点是只发射一个波长的单彩色光,而真正的白色光需要多色彩光谱合成。由于工艺关系,包括十多元钱进口的LED,也有这个问题,光斑边缘都存在偏色,只是多少而已。
白光发光二极管有微黄色的到略带紫色的白光。白光发光二极管的色温范围从4000°K到12000°K。常见的白光发光二极管通常都是6500°K到 8000°K范围内。

五、聚光型LED与散光型LED有什么不同?
聚光型LED的发光强度数值很高,因为它的光线是经过其本身把光线聚合起来,所以它的发光角度一般都较小,光线照射范围小,其发出的光就像手电筒发出的光束,光斑的亮度很高,但光斑外围就不太高了。而散光型的LED发光强度数值较低,它的发光角度大,可达120度以上,因此它的光照范围大,发出的光线均匀,就像普通照明灯发出的光。LED发光角度的大小主要取决于封装的工艺,包括支架、模粒头、环氧树脂中添加散射剂与否。为获得高指向性的角分布,也就是要获得较小的发光角度,这就要求:LED管芯位置离模粒头远些; 使用圆锥状(子弹头)的模粒头; 封装的环氧树脂中勿加散射剂。
聚光型的LED最适合于要求亮度高,但照射范围较小的场合,如制作射灯、筒灯、台灯、手电筒等,而散光型的LED则更适合于房间照明和需要光线柔和均匀的场合。

六、为什么聚光型的LED与散光型的LED发光强度相差那么大?
聚光型LED与散光型LED的芯片在本质上并无多大差别,只是由于封装制作工艺的不同,散光型LED芯片的发光角度大,发出的光线照射范围广,因此亮度值就较小。而聚光型的LED芯片的发光角度小,它的照射范围也小,因此亮度值当然就高了。所以,如果两个发光强度数值一样高的LED,发光角度大的,它的光通量要比发光角度小的LED的光通量来得大。而光通量是表征LED总光输出的辐射能量,即LED向各个方向发光的能量之和,光通量的大小标志着器件的性能优劣。因此,判断一个LED的优劣,不能只看它的发光强度多少,而同时要看它的发光角度的大小。

七、为什么同样管芯的LED,5mm的mcd值没有10mm的mcd值大?
同样管芯的LED,5mm的mcd值就没有10mm的mcd值大,原因是10mm的体积较大,其管芯位置可以制作得离模粒头更远些,这样聚焦更好、光点更小,也就是它的发光角度可以更小,一般可达到5°。而实际上10mm的发出的光通量不一定就比5mm的发出的光通量更大。

八、一盏用40只LED组装的灯,它的功率是多少?其亮度可相当于普通灯泡多少瓦的亮度?
这是很多淘友问得最多的一个问题。关于功率,一般5mm直径的白光LED正常工作电压都在3V-3.5V之间,正常工作电流为20mA,按此计算,则单个LED功率为0.06W-0.07W,40只LED的功率就是2.4W-2.8W。而关于亮度问题就没有一个唯一的答案了。因为同样是40只LED,但LED的发光强度和发光角度各有不同,而且相差可达几倍。如果采用同样数量同样发光角度的LED,则采用发光强度高的LED的灯的亮度就一定比采用发光强度低的LED的灯的亮度高。例如,采用发光角度120度,发光强度1000mcd的管子,按本文问题2的计算光通量的公式计算可得总光通量是126流明,而普通白炽灯的光效是每瓦约10流明,则按此计算相当于12瓦左右的白炽灯的亮度。但如果采用发光角度同样是120度,而发光强度2000mcd的管子,按计算光通量的公式计算可得总光通量是252流明,则相当于25瓦左右白炽灯的亮度。同样道理,采用发光强度一样,但发光角度不一样的管子,则灯的亮度也是不同的。

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