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一、
前言
发光二极管
(Light Emitting Diode;
LED)
是半导体材料制成的组件，为一种微细的固态光
源，可
将电能转换为光，其发光原理是在一顺偏之二极管
p-n
接合面
处，自由
电子
与电洞发
生复合作用
(Recombination)
，因自由
电子
由高能阶掉到能量较低的价带时，释放出能量而
产生光与热
，其不但体积小
，且具有寿命长
、驱动电压低、反应速率快
、耐震性佳
、耗电少、
发热少、色彩纯度高
等特性，不仅能够配合各种应用设备的轻、薄及小型化之需求，随着蓝
光
LED
的开发，亦使得
LED Display
得以全彩化，再加上白光
LED
的相继推出，
更被誉为
是下一代照明工业的主流。综上所述，随着
LED
应用的多元化，在其旋光性与电性的测试
筛选上，自然较以往严格许
多，试想，在一块
显示
看板上所使用的
LED
，若其彼此的
光电
特
性差异过大，将造成各点亮度与颜色的不同，降低了整体均匀度，而影响呈现的品质，如此
可见
LED
在品管测试上的重要性。以下本文将
就
LED
的特性、旋光性相关量测单位、量测
< br>项目与
CIE
建议测试规范做一简介。
< br>
二、
LED
的特性与影响因素
空间辐射
(Spatial
Radiation)
分布
LED<
/p>
封装后的树脂外壳，除了具有保护晶粒的作用外，亦会影响
LED
发光的方向性，而所
谓空间辐射分布
，
系指不同视角与
LED
的相对发光强度
变化关系
，
即用以描述不同方向下，
L
ED
的发光强度变化，其系取决于
LED
的封装方式，如内建微透镜将可改变不同视角与相
对发光强度的分布关系，以因应用途
需求而强化其发光指向性
(
集中
)
或扩散性
(
分散
)
。
光谱
(S
pectrum)
分布
因使用
材料的不同，
LED
可
设计
出红、橙、黄、绿、蓝、紫等各
颜色不同波段的光，以及红外、紫外等不可
见光
LED
，且封装外壳颜色亦会对其光谱产生影
响，其光谱半波宽
(FWHM, Full Width Half Max
imum)
通常较窄，约数十奈米
(nm)
左右。
工作电流
LED
的光强度与供应电流关系密切，是以量测时之供应电流须稳定，以免影
响量测结果。
三、旋光性量测单位
全光通量
(Total Luminous Flux) <
/p>
不同波长之光辐射通量对人眼有不同权重之感应
，
光源之辐射通量依照其内各波长相对应之
权重造成人眼所感应的通量，称之为光
通量，单位为流明
(Lumen; lm)
，而全光通量则定义
为光源向各方向所发射光通量之总和，其示意图如下。
光强度
(Luminous Intensity; IV)
光强度定义为单位立体角所发射出的光通量，单位为烛光
(Ca
ndela, cd)
。一般而言，光源会
向不同方向以不同强
度放射出其光通量
，
在特定方向单位立体角所放出之可见光辐射
强度即
称之为光强度。示意图如下。
色度
(Chromaticity)
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（
C
IE
）
根据标准观测者的视觉实验，
将人眼对不同波长的辐射能所引起的视觉感加以纪录，计
算出红、绿、蓝三原色的配色函
数，经过数学转换后即得所谓的
CIE 1931 Color Matching
F
unction(x((), y((), z(())
，如
下图所示。而根据此一配色函数，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。
根据
CIE 1931
配色函数，将人眼对可见光的刺激值以
XYZ
< br>表示，经下列公式换算得到
x,
y
值，即
CIE 1931(x, y)
色度坐标，透过此统一标准，对色彩的描述便得以量化并加以控制。
x, y
：
CIE 1931
色度坐标值
(Chromaticity
Coordinates)
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<
/p>
图
(
如下图
)<
/p>
上，连结
E
光源色度点
< br>(
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
< br>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<
/p>
光源至该待测件主波长之光谱轨迹
(Spectral Locu
s)
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
< br>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
< br>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
之帄均
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