从光度学与CIE规范谈如何量测LED

然而，由于以(x, y)色度坐标所建构之色域为非均匀性，使色差难以量化表示，所以CIE于1976年将CIE 1931色度坐标加以转换，使其所形成之色域为接近均匀之色度空间，让色彩差异得以量化表示，即CIE 1976 UCS(Uniform Chromaticity Scale)色度坐标，以(u', v')表示
主波长(λD)
其亦为表达颜色的方法之一，在得到待测件的色度坐标(x, y)后，将其标示于CIE色度坐标图(如下图)上，连结E光源色度点(色度坐标(x,y)=(0.333, 0.333))与该点并延伸该连结线，此延长线与光谱轨迹(马蹄形)相交的波长值即称之为该待测件的主波长。惟应注意的是，此种标示方法下相同主波长将代表多个不同色度点，是以用于待测件色度点邻近光谱轨迹时较具意义，而白光LED则无法以此种方式描述其颜色特性。
纯度(Purity)
其为以主波长描述颜色时之辅助表示，以百分比计，定义为待测件色度坐标与E光源之色度坐标直线距离与E光源至该待测件主波长之光谱轨迹(Spectral Locus)色度坐标距离的百分比，纯度愈高，代表待测件的色度坐标愈接近其该主波长的光谱色，是以纯度愈高的待测件，愈适合以主波长描述其颜色特性，LED即是一例。
色温(Color Temperature)
光源之辐射能量分布与某一绝对温度下之标准黑体 (Black Body Radiator) 辐射能量分布相同时，其光源色度与此黑体辐射之色度相同，此时光源色度以所对应之绝对温度表之，此温度称之为色温( Color Temperature)，而在各温度下之黑体辐射所呈现之色度可在色度图上标出曲线，称之为蒲朗克轨迹(Planckian Locus)。标准黑体的温度愈高，其辐射出的光线对人眼产生蓝色刺激愈多，红色刺激成分亦相对减少。然而在实际量测上，无任何光源具有跟黑体相同的辐射能量分布，换言之，待测光源之色度通常并未落在蒲朗克轨迹上。因此计算待测光源之色度坐标所最接近蒲朗克轨迹上某个坐标点，此点之黑体温度即定义为该光源之相关色温(Correlated Color Temperature; CCT)，通常以CIE 1960 UCS ( u, v)色度图求之，并配合色差△uv加以描述。须注意的是，此种表示方式对光源色度邻近蒲朗克轨迹时方具意义，是以对于LED量测而言，仅适用于白光LED之颜色描述。
半功率角量测
所谓半功率角定义为仰角0度时，由LED的几何中心点起算相对光强度为50﹪的两点间所张之角度。其量测方式系以光侦测器依LED中心位置为0度，由-90度扫描至+90度，即可得该待测LED之空间辐射分布图，如下图所示。再依定义求得半功率角，惟须注意的是光侦测器的受光面积不宜太大，以免影响量测分辨率。
全光通量量测
光通量量测有双旋角光度计(Goniophotometer)与积分球(Integrating Sphere)量测两种方式，虽然双旋角光度计可得到精确的量测值，但由于设备昂贵且复杂，一般均采用积分球量测方式，其架构示意如下。须注意的是随待测LED大小不同，积分球开孔孔径亦会变化，使用之积分球大小亦须调整匹配。
结论
随着LED产品从早期的显示用途扩展到照明设备的应用，以及封装方式的多元化，如何正确地量测LED特性，并因应不同应用需求变化量测方式，已成为提升LED产品品质的重要课题，是以在进行LED量测时，须特别注意下列两个问题：
1. 测试方式是否依循国际公认之量测规范？
为使量测结果可通用比较，测试方式须基于相同条件下方得以沟通，为此，国际照明协会考量LED的发光特性，制定了条件A与条件B二种不同测试条件，以量测不同辐射空间分布特性LED之平均光强度（CIE 127-1997），是以在选择测试设备时，须注意其系统设计是否依循CIE测试规范？仪器校正是否追溯国家标准（如美国国家标准NIST或中 华民国国家标准NML）？全光通量量测时积分球是否依待测LED尺寸大小选择合适之规格？以及积分球之几何设计是否合于CIE规范？
2. LED之特性描述是否完整？<BR>为满足LED的多元应用需求，使用之测试设备须可提供以下诸项之测试结果：Iv、Φ、(x, y)、λD、λP 、△λ0.5、(u',v')、CCT、Purity、Spectral Distribution、Spatial Radiation、VF、IR、VBR、CVF 与 THY。且为因应多晶封装LED之测试需求，其测试系统之软硬件设计亦必须可支持。
综上所述，LED业者若能对量测方式有正确认知并加以落实，将更能掌握LED的各种特性，进而改善其产品规格，提升附加价值，以利于各式产品的应用。