实验6LED光色测试系统.doc

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1、实验6LED光色测试系统一、实验目的1.了解CIE色度学基本知识以及LED光色测试原理。2.掌握LED光电系统的定标方法。3.学习LED芯片光谱测试分析技术。4.学习用积分球测试LED灯色坐标、光谱、光效等参数的测量方法。学习LED荧光粉的光谱、色坐标的测试方法。二、仪器用具积分球、PMS-50紫外-可见光-近红外光谱分析系统、电脑、LED芯片电光测试台、直插式LED灯若干个、LED芯片若干个、荧光粉、硫酸钡等。三、实验原理1.色度学理论基础：1802年英国物理学家杨格提出：在人的视网膜中可能存在3种分别对红、绿、蓝色光敏感的感光细胞，由它们感受的混合光刺激产生各

2、种颜色的感觉。赫姆霍兹在此基础上创立了三基色理论：（1）将适当选择的3种基色（如红、绿、蓝）按不同比例合成，可以引起不同的彩色感觉；（2）合成的彩色光的亮度取决于三基色亮度之和，色度取决于三基色成分的比例；（3）3种基色彼此独立，任一种基色不能由其他两种基色配出。为客观、统一地评价光源或物体的颜色，CIE在大量心理学和物理学实验基础上推荐了“CIE1931XYZ标准色度系统”，其三刺激函数如图6-1所示。即是感观视觉函数。对于一发光物体假设其发射光谱为P(λ)，则人眼的刺激值响应为：（6-1）图6-1CIE1931XYZ系统三刺激值函数则其色品坐标为：（6-2）三

3、基色系统XYZ，绘制出据CIE1931-XYZ系统的色度图。色度图由一封闭舌形曲线组成，横坐标x相当于红原色比例，纵坐标y相当于绿原色比例。舌形曲线的坐标点表示纯单色光的光谱轨迹，波长从400-700nm的连线是光谱上所没有的从紫到红的颜色。从色度图上可以获得样品色坐标，发光率，显色指数，相关色温等重要色参数。1.光度学理论基础：光辐射特性的物理度量单位对整个电磁波谱都有意义。但对于照明光源，必须引入衡量人眼对照明光源的亮度感觉的物理量，称为光度学。假定某一辐射体发出的光线是单一波长λ，该辐射体单位时间内所辐射的单位波长范围内的能量就是辐射通量或辐射功率Pλ，由该

4、辐射通量对人眼所引起感觉的量为光通量Fλ，它表示单位时间内流出光能的大小，单位是流明。则（6-3）其中，Kλ：与视觉有关的比例系数，也称可见度，Km：光功当量，Φλ：相对可见度(通常称视见函数)。各波长发出的总辐射通量的总光通量F为：（6-4）流明效率是发射的光通量F(以流明为单位)与激发时输入的电功率或被吸收的其它形式能量总功率Px之比，即（6-5）图6-3CIE标准观察者的人眼的光谱光视效率和效能1.PMS系统测试原理：根据光度色度学理论，只要测得被测体的光谱功率分布P(λ)（即在每一光谱下测其能量值）后，就不难计算出被测光源的颜色参数：色品坐标（x，y）和（

5、u，v），相关色温TC，显色指数Ra、Ri（1-15），峰值波长及半宽度等。因此测出P(λ)是PMS-50/80紫外-可见-近红外光谱分析系统的根本任务，图6-4是PMS-50/80紫外-可见-近红外光谱分析系统原理框图。图6-4PMS系统原理框图如图6-4所示，LED芯片的正负极被接通电源后发出的光线，经光纤，被汇聚在单色仪的入射狭缝上，经单色仪分光后的单色光由单色仪出射狭缝射出，并由光电倍增管(PMT)转换成电信号，经电路放大处理，A/D转换，将数字信号送入计算机。设光源光谱功率分布为P(λ)，积分球的光谱反射比为ρ(λ)，光纤、光学系统及滤色片的光谱透射比为

6、τ(λ)，单色仪的衍射效率为T(λ)，PMT的光谱灵敏度为S(λ)，那么光电流信号Iph(λ)为：（6-6）定义K(λ)为测试系统的光谱响应常数，Iph(λ)由信号放大、处理电路和计算机组成的系统测试获得。K(λ)通常用已知光谱功率分布的标准辐射体（如2856K标准A光源）对测量系统定标得到。假设用标准光源S定标，定标时测得的光电流为Iphs(λ)：（6-7）那么测量系统的光谱响应常数：（6-8）代入式(6-6)，得到被测光源光谱功率分布P(λ)：（6-9）本仪器除实现一般光谱辐射计的光谱辐射和颜色参数的测量以外，其更优异的特性在于它有机结合了积分法光度测试和分光

7、法光度测试的优点，实现了宽动态范围的光度线性，同时消除了由于标准光源与被测光源强弱差异而引起的误差和异谱误差。1.积分球原理图积分球又称光通球，是一个中空的完整球壳。内壁涂有白色漫反射层，且球内壁各点漫反射均匀。并且光源在球壁上任意一点上产生的光照度是由多次反射光产生的光照度叠加而成的，球壁上任意位置的光照度E（挡去直接光照后）与灯的光通量Φ成正比，通过测量球壁窗口上的光照度E，以及光谱功率分布曲线就可求出光源的光通量Φ。近年来，由于在发射单色仪的输出光路中采用了光纤耦合系统，利用荧光光度计也可完成一些关于光色参数的测量。早期采用“万能光电色度计”测量色坐标，而更

8、早期，色坐