《LED基本资料》PPT课件.ppt

目录,LED产品关键参数理论基础 LED产品企业测试标准化建设 LED产品测试常见疑问解答,2,LED产品关键参数理论基础,1. LED发光原理 2. LED电特性 3. LED光度特性 4. LED色度特性 5. LED热学特性 6. 其它常见光度术语 7.LED产品企业测试标准化建设,1. LED发光原理,LED（Light Emitting Diode），即发光二极管。是一种半导体固体发光器件。它是利用固体半导体芯片作为发光材料。当电流加到LED的PN结上，半导体中的少数截流子和多数截流子发生复合，放出过剩的能量而引起光子发射，直接发出各种颜色光。,3,发光二极管是一种可以将电能转化为光能的电子器件,具有二极管的特性。 不同的发光二极管可以发出从红外到蓝间不同波长的光线，目前发出紫色乃至紫外光的发光二极管也已经诞生。除此之外还有在蓝光 LED 上涂上荧光粉或者RGB三元色混光形成的白光 LED。,4,LED典型特性曲线 I-V特性曲线,5,I-V特性 表征LED芯片PN结制备性能主要参数。LED的I-V特性具有非线性、整流性质：单向导电性，即外加正偏压表现低接触电阻，反之为高接触电阻。 (1) 正向死区：设Va 为开启电压，当VVa，外加电场尚克服不少因载流子扩散而形成势垒电场，此时R很大；开启电压对于不同LED其值不同，GaAs为1V，红色GaAsP为1.2V，GaP为1.8V，GaN为2.5V,6,（2）正向工作区：电流IF与外加电压呈指数关系 （3）反向死区 （3）反向击穿区 V- VR ，VR 称为反向击穿电压；VR 电压对应IR为反向漏电流。当反向偏压一直增加使V- VR时，则出现IR突然增加而出现击穿现象。由于所用化合物材料种类不同，各种LED的反向击穿电压VR也不同。,7,2. LED电特性,8,2.1 正向电压VF Forward voltage 通过发光二极管的正向电流为确定值时，在两极间产生的电压降。 表征LED功率消耗的直接参数。从用户角度比较关心功耗和LED VF的一致性，以便于节能及便于电路的设计。一般红、黄等LED电压2 V左右，而蓝光、白光3V左右，大功率LED电压会偏高，不同衬底的芯片会有所不同。,2.2 反向电流IR Reverse current 加在发光二极管两端的反向电压为确定值时，流过发光二极管的电流,即通常说的漏电流。 LED有漏电的直接表现就是短时间不易发现但只要点亮一段时间就会死灯且点亮过程中电压、亮度等各项参数都不稳定。对灯具质量会造成大的隐患，出厂后不久就会死灯。 预防漏电最重要的要防止静电，只是LED工厂自己预防还不行，同时要指导灯具厂家生产过程中预防静电，比如锡炉不接地或操作过程不带防静电手环等。,9,2.3反向电压VR Reverse voltage 被测LED 器件通过的反向电流为确定值时，在两极间所产生的电压降。,10,2.4 总电容C Capacitance 在规定正向偏压和规定频率下，发光二极管两端的电容。 2.5 开关时间 Switching time 涉及以下概念的最低和最高规定值是10和90，除非特别注明。 2.5.1 开启延迟时间td(on) Turn-on delay time 输入脉冲前沿最低规定值到输出脉冲前沿最低规定值之间的时间间隔。,11,2.5.2 上升时间tr Rise time 输出脉冲前沿最低规定值到最高规定值之间的时间间隔。 2.5.3 开启时间ton Turn-on time 器件所加输入脉冲前沿的最低规定值到输出脉冲前沿最高规定值之间的时间间隔。 ton= td(on)+tr 2.5.4 关闭延迟时间td(off) Turn-off delay time 器件所加输入脉冲后沿的最高规定值到输出脉冲后沿最高规定值之间的时间间隔。,12,2.5.5 下降时间tf Fall time 输出脉冲后沿最高规定值到最低规定值之间的时间间隔（见图1）。 2.5.6 关闭时间toff Turn-off time 器件所加输入脉冲后沿的最低规定值到输出脉冲后沿最低规定值之间的时间间隔。 toff =td(off)+tf,13,14,2.6 电功率 PD 正向电压VF和正向电流IF的乘积,15,2.7 闸流体效应,LED的主要材料是PN接面，而闸流体(Thyristor)是电子电力常用的控制元件，当它的厚度不均匀的时候就会有pn层面交错的情形产生，此时的电压差就会有很大的差异，这就是闸流体效应，而若电压差太大的话就显示此产品的品质不太好，所以这也可以用来衡量LED的品质。 不过，一般不会用闸流体效应来判断LED的品质，一般会测试LED的VFD来判定。VFD小于0.1V判为合格。早期LED芯片由于工艺问题会导致经常有闸流体效应,现在已经比较少见.,16,2.8常用电特性曲线,17,18,19,3. LED光度特性,20,3.1光通量v Luminous flux 通过发光二极管的正向电流为规定值时，器件光学窗口发射的光通量。 3.2辐射功率e Radiant power 通过发光二极管的正向电流为规定值时，器件光学窗口发射的辐射功率。,3.3辐射功率效率e Radiant power efficiency 器件发射的辐射功率 与器件的电功率（正向电流 乘以正向电压 ）的比值： e =e/(IFVF) 注：在与其它术语不会混淆时，可简称为辐射效率 (Radiant efficiency)。,21,3.4 光通量效率v Luminous flux efficiency 器件发射的光通量v 与器件的电功率（正向电流 IF 乘以正向电压 VF）的比值： v =v/(IFVF) 注：在与其它术语不会混淆时，可简称为发光效率,即我们通常所说的光效。 光效是LED发光的一个重要参数。,22,3.5平均LED 强度 Averaged LED intensity 照射在离LED 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，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。 I=/=/(S/d2) CIE 推荐标准条件A 和B来测量近场条件下的平均LED 强度,可以分别用符号ILED A 和ILED B 来表示,用符号ILE D Ie 和ILED Iv 分别表示标准条件A 测量的平均LED 辐射强度和平均LED 发光强度。,23,3.6发光（或辐射）强度空间分布图 Luminous（or Radiant）diagram 反映器件的发光（或辐射）强度空间分布特性（见图2）： Iv(或Ie)=f(),24,注1：除非另外规定，发光（或辐射）强度分布应该规定在包括机械轴Z 的平面内。 注2：如果发光（或辐射）强度分布图形有以Z 轴为旋转对称特性，发光（或辐射）强度空间分布图仅规定一个平面。 注3：如果没有以Z 轴为旋转对称特性，各种角度的发光（或辐射）强度分布应有要求，X、Y、Z 方向要求可有详细规范定义。,25,3.7半强度角1/2 Half-intensity angle 在发光（或辐射）强度分布图形中，发光（或辐射）强度大于最大强度一半构成的角度（见图2）。 3.8偏差角 Misalignment angle 在发光（或辐射）强度分布图形中，最大发光（或辐射）强度方向（光轴）与机械轴Z 之间的夹角（见图2）,26,常用光度特性曲线,27,28,29,30,31,4. LED色度特性,32,33,34,4.1 峰值发射波长p Peak-emission wavelength 光谱辐射功率最大的波长。 4.2 光谱辐射带宽 Spectral radiation bandwith 光谱辐射功率大于等于最大值一半的波长间隔。 4.3 光谱功率（能量）分布P() Spectral power distribution 在光辐射波长范围内，各个波长的辐射功率分布情况。,35,4.4 色坐标 色坐标 也叫 色品坐标或色度坐标。 CIE色度系统中，三刺激值各值与他们之和的比。在XYZ色品系统中，由三刺激值X、Y、Z可算出色品坐标x、y、z。x=X/(X+Y+Z)，y=Y/(X+Y+Z)，z=Z/(X+Y+Z)。XYZ表示任何一种特定颜色所具有的三种理论原色刺激的量。X表示红原色刺激的量、Y表示绿原色刺激的量，而Z表示蓝原色刺激的量。,36,4.5 主波长 任何一个颜色都可以看作为用某一个光谱色按一定比例与一个参照光源（如CIE 标准光源A、B、C 等，能光源E，标准照明体D65 等）相混合而匹配出来的颜色，这个光谱色就是颜色的主波长。颜色的主波长相当于人眼观测到的颜色的色调（心理量）。若已获得被测LED 器件的色度坐标，就可以采用等能白光E 光源（ x00.3333，y0 0.3333）作为参照光源来计算决定颜色的主波长。计算时根据色度图上连接参照光源色度点与样品颜色色度点的直线的斜率，查表读出直线与光谱轨迹的交点，确定主波长。,4.6色纯度 样品颜色接近主波长光谱色的程度就表示了该样品颜色的纯度。在CIE1931 色度图上，在颜色主波长线上用参照光源色度点到样品色度点的距离与参照光源色度点到光谱色色度点的距离之比来表示纯度。颜色的纯度和人眼观测到的颜色饱和度基本一致。 4.7色温 光源的光辐射所呈现的颜色与在某一温度下黑体辐射的颜色相同时，称黑体的温度（TC）为光源的色温度。为了求得光源的色温，需要先求得它的色度坐标，然后在色度图上由CIE1960UCS 推导的ISO 色温线求取色温。对于相对光谱功率分布偏离黑体相对光谱功率分布较远的光源，用色度坐标与其最靠近的黑体温度来表示该光源的相关色温，在色温线上求取相关色温。,38,4.8 显色指数 光源对物体的显色能力称为显色性，是通过与同色温的参考或基准光源（白炽灯或画光）下物体外观颜色的比较。光所发射的光谱内容决定光源的光色，但同样光色可由许多，少数甚至仅仅两个单色的光波纵使而成，对各个颜色的显色性亦大不相同。相同光色的光源会有相异的光谱组成，光谱组成较广的光源较有可能提供较佳的显色品质。 当光源光谱中很少或缺乏物体在基准光源下所反射的主波时，会使颜色产生明显的色差(color shift)。色差程度愈大，光源对该色的显色性愈差。显色指数系数(Kaufman)仍为目前定义光源显色性评价的普遍方法。,39,光源对物体的显色能力称为显色性，是通过与同色温的参考或基准光源（白炽灯或画光）下物体外观颜色的比较。光所发射的光谱内容决定光源的光色，但同样光色可由许多，少数甚至仅仅两个单色的光波纵使而成，对各个颜色的显色性亦大不相同。相同光色的光源会有相异的光谱组成，光谱组成较广的光源较有可能提供较佳的显色品质。 当光源光谱中很少或缺乏物体在基准光源下所反射的主波时，会使颜色产生明显的色差(color shift)。色差程度愈大，光源对该色的显色性愈差。演色指数系数(Kaufman)仍为目前定义光源显色性评价的普遍方法。 显色分两种 忠实显色：能正确表现物质本来的颜色需使用显色指数(Ra)高的光源，其数值接近100，显色性最好。 效果显色：要鲜明地强调特定色彩，表现美的生活可以利用加色的方法来加强显色效果。采用低色温光源照射，能使红色更加鲜艳；采用中等色温光源照射，使蓝色具有清凉感；采用高色温光源照射，使物体有冷的感觉。 显色指数与显色性的关系 当光源光谱中很少或缺乏物体在基准光源下所反射的主波时，会使颜色产生明显的.色差程度越大，光源对该色的显色性越差。显色指数系数仍为目前定义,40,光源显色性评价的普遍方法。 白炽灯的显色指数定义为100，视为理想的基准光源。此系统以8种彩度中等的标准色样来检验，比较在测试光源下与在同色温的基准下此8色的偏离程度，以测量该光源的显色指数，取平均偏差值Ra20-100，以100为最高，平均色差越大，Ra值越低。低于20的光源通常不适于一般用途。 指数（Ra） 等级 显色性 一般应用 90-100 1A 优良 需要色彩精确对比的场所 80-89 1B 需要色彩正确判断的场所 60-79 2 普通 需要中等显色性的场所 40-59 3 对显色性的要求较低，色差较小的场所 20-39 4 较差 对显色性无具体要求的场所,41,白炽灯的理论显色指数为100，但实际生活中的白炽灯种类繁多，应用也不同，所以其Ra值不是完全一致的。只能说是接近100，是显色性最好的灯具。具体灯具的Ra值可见下表所举。 光源 显色指数Ra 白炽灯 97 日光色荧光灯 80-94 白色荧光灯 75-85 暖白色荧光灯 80-90 卤钨灯 95-99 高压汞灯 22-51 高压钠灯 20-30 金属卤化物灯 60-65 钠铊铟灯 60-65 镝灯 85以上 power 白光 LED 60-80 （特殊可达90以上） LAMP 白光LED 75-85,42,4.9 中心波长 设a1,a2分别是峰值波长两侧光谱辐射功率最大值一半处的波长。中心波长入为a1,a2的中点处的波长（a1+a2）/2。 4.10 质心波长 质心波长为光谱能量曲线（380-780nm）的质心处的波长,43,5.LED热学特性,5.1 热阻 热能从高温区自动地传到低温区。单位时间从高温区流向低温区的热量叫做热流。热流同温差T 成正比。 TQ 式中比例系数叫做热阻。如果T 的单位是，的单位是，则的单位是。,44,5.2 结温 是指PN结的温度,一般很难测到,都是通过测壳温在通过热阻去计算的。,45,LED的光学参数与pn结结温有很大的关系。一般工作在小电流IF10mA，或者1020 mA长时间连续点亮LED温升不明显。若环境温度较高，LED的主波长或p 就会向长波长漂移，亮度也会下降，尤其是点阵、大显示屏的温升对LED的可靠性、稳定性影响应专门设计散射通风装置。 LED的主波长随温度关系可表示为p（ T）=0（T0）+Tg0.1nm/ 由式可知，每当结温升高10，则波长向长波漂移1nm，且发光的均匀性、一致性变差。这对于作为照明用的灯具光源要求小型化、密集排列以提高单位面积上的光强、光亮度的设计尤其应注意用散热好的灯具外壳或专门通用设备、确保LED长期工作。,46,6.其它常见光度术语,6.1 照度 在照明应用中，往往要知道当用LED作照明光源时，希望知道这种光源照射在接收面上某一点处的面元上的光通量。很显然，不同面元的面积，其照射效果不一样，于是人们用一个光照度来规范这一情况下光源的性能。 照度又称光照度，它定义为：照射在光接收面上一点处的面元上的光通量d中与该一点处面元的面积ds之比，照度单位为勒克斯，用lux来表示，并可写作： E=dds 从上式可以知道，只要了解了LED光源的光通量中，和需被照射的面积s，则在这个面积S的面上，它的照度E即可用(68-1)式求得。因此照度又可称作是单位面积的光通量。,47,从照度的定义和公式(68-1)式，我们可以得到与E的相互换算关系，公式(68-1)式是知道照度E和单位面积可以计算出光通量： =Eds 这些关系式在LED实际应用中十分重要，是经常要用到的基本设计公式。 例如：用LED光源作路灯，已知路灯高10米，灯距为16米，要使两盏灯问路面范围 内照度为20lux，每灯的LED光源要用多大的光通量? 这里r=162=8m 因此S=31482=200m2 于是有：=E*S=20lux200 m2=4000 lm 假设用每个为20lm的功率LED来作这个灯的光源，需要200个才能满足要求。,48,6.2 光亮度 光源表面一点处的面元在给定方向上的发光强度dIv 与该面元在垂直于给定方向的平面上的正投影面积的比值。单位为坎德拉每平方米(cd/m2 ) Lv=dIv /(dScos)=d2(ddScos,49,6.3 光照度Ev illuminance 照射在光接收面上一点处的面元上的光通量dv 与该面元面积dS 的比值。单位为勒克斯(lux),常用lx 表示。 Ev=dv /dS,50,7、LED产品企业测试标准化建设,7.1计量实验室的建立 7.11标准光源的