的参数及其测试技术

1、专题七LED的参数及其测试技术的参数及其测试技术刘康 信息科学与工程学院2008届毕业设计论文课程内容第一部分 电学参数第二部分 光色学参数第三部分 光强与发光角度第四部分 热学参数 第一部分 电学参数的测量电学参数的测量 对于LED器件，一般常用的电学参数主要有：正向直流电流、正向直流电压、反向漏电流和反向电压等。（1）正向工作电流 由于正向的电压变化不大，所以正向电流变化时，一方面耗散功率的变化，另一方面会引起我们最关心的发光强度的变化。因此，可以通过正向工作电流说明器件的发光强度，或者就把它作为发光强度的一种间接表示。（2）正向工作电压 一般指在一定的正向工作电流条件下的正向压降。随的变

2、化而稍有变化，其值也与温度有关，随着温度的上升有所下降。其值视LED器件所用的半导体材料的不同而不同，一般在1.4V至4V之间。（3）反向漏电流 反向漏电流是LED器件处于反偏置时的漏电流。按LED的常规规定，习惯指反向电压在5V是的反向漏电流。（4）反向电压 当反向偏压一直增加使V大于时，则出现突然增加而出现击穿现象。由于所用半导体化合物材料种类不同，各种LED的反向电压也不同。 LED的正向电流，正向电压，反向漏电流和反向电压具体意义指什么？的正向电流，正向电压，反向漏电流和反向电压具体意义指什么？ .正向电流：正向电流：驱动发光二极管正常工作的的额定正向激励电流。LED标准的驱动电流20

3、mA。根据实际情况，LED具有最大正向电流IFm，为安全起见，实际电流IF 0.6IFm。与亮度成比例关系。.正向电压正向电压：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。.反向电压：反向电压：由反向电流通过从而在两极间产生的电压降。LED工作有最大反向电压VRm，超过此值时，LED可能被击穿损坏，一般要求为VR0.6VRm。.反向电流：反向电流：二极管在规定的温度和最高反向电压作用下，流过二极管的反向电流。反向电流越小，管子的单方向导电性能越好。值得注意的是反向电流与温度有着密切的关系，大约温度每升高10，反向电流增大一倍。 正反向电性的测量正反向电性的测量正向电性能正向电性能

4、：采用恒流源供电，根据设定的电流自动调节输出正向 工作电流，并测出LED两端的正向电压和流过LED的正 向电流。 反向电性能：反向电性能：采用恒压源供电，增加恒压源电压，监测流过LED的电 流,当电流达到设定的反向漏电流值时，测量此时的电 压即为反向电压; 根据设定的反向电压调节恒压源， 测出流过LED的反向漏电流。FIFI1、VF正向电压一般： 红、黄、黄绿=VF值在1.8-2.5V 蓝、绿、紫=VF值在2.7-4.0V之间。 2、IF反向电流 IF 值通常为 20mA 被设为一个测试条件和常亮时的一个标准电流，设定不同的值用以测试二极管的各项性能参数。 IF 特性： 、以正常的寿命讨论，

5、通常标准 IF 值设为 20 30mA ， 瞬间（ 20ms ）可增至 100mA ； 、IF 增大时 LAMP 的颜色、亮度、 VF 特性及工作温度均会受到影响，它是正常工作时的一个先决条件， IF 值增大：寿命缩短、 VF 值增大、波长偏低、温度上升、亮度增大、角度不变。3.VR（LAMP的反向电压）由于 LAMP 是二极管具有单向导电特性 ，反向通电时反向电流为 0 ，而反向电压高到一定程度时会把二极管击穿，刚好能把二极管击穿的电压称为反向崩溃电压，可以用“ VR ”来表示。VR 特性： 、VR 是衡量 P/N 结反向耐压特性，当然 VR 赿高赿好； 、VR 值较低在电路中使用时经常会有

6、反向脉冲电流经过，容易击穿变坏； 、VR 又通常被设定一定的安全值来测试反向电流值，一般设为 5V ； 、红、黄、黄绿等四元晶片反向电压可做到 20 40V ，蓝、纯绿、紫色等晶片反向电压只能做到 5V 以上。 4.IR（反向加电压时流过的电流） 二极管的反向电流为 0 ，但加上反向电压时如果用较精密的电流表测量还是有很小的电流，只不过它不会影响电源或电路所以经常忽略不记，认为是 0 。 IR 特性： 、IR 是反映二极管的反向特性， IR 值太大说明 P/N 结特性不好，快被击穿； IR 值太小或为 0 说明二极管的反向很好； 、通常 IR 值较大时 VR 值相对会小， IR 值较小时 VR

7、 值相对会大； IR 的大小与晶片本身和封装制程均有关系，制程主要体现在银胶过多或侧面沾胶，双线材料焊线时焊偏，静电亦会造成反向击穿，使 IR 增大。 . LED I-V 特性特性表征表征LED芯片芯片pn结制备性能主要参数。结制备性能主要参数。LED的的I-V特性具有非线性、整特性具有非线性、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。如图：电阻。如图：LED電流與電壓關系LED电流与亮度关系 应用范围：车用仪表板指示灯、开关灯、音响指示灯低电流使用LED 第二部分 光色参数的测量光色参数的测量 光通量（）发

8、光强度（I）亮度（L）照度（E）发光效率（）主波长（d）峰值波长（p）色纯度（Purity)红色比（Red ratio）色温（Tc）显色指数（Ra）等。1、光通量 单位单位:流明/lm 符号符号: 定义定义：发光体每秒钟所发出的光量的总和。 说明说明: 为表明光强和光通量的关系，发光强度为表明光强和光通量的关系，发光强度为为1cd的点光源在单位立体角（的点光源在单位立体角（1球面度）球面度）内发出的光通量为内发出的光通量为1lm。2、发光强度单位单位: 坎德拉/cd (Candela) 符号符号I =/ 定义定义： 光源在指定方向的单位立体角单位立体角内发出的光通量。（即：光照或照明灯具所发出

9、的光通量在空间选定方向上分布密度）3、亮度 单位单位:cd/m 尼脱 符号符号L 定义定义: 表示发光面明亮程度的，指发光表面在指定方向的发光强度与垂直且指定方向的发光面的面积之比。4、照度单位单位:勒克斯/lx (Lux) 符号符号:E定义定义: 被光均匀照射的物体，距离该光源1米处，在1m面积上得到的光通量是1lm时，它的照度是1lux。习称“烛光米”。 当在球心中心点燃一光源时，在球壁B点上的照度为：积分球原理241ErB.Lo由于光源是各向异性的，因此式中的第一项会因球壁上的位置不同而相差很大，这样对测量不利。故光度球测量时在光源与测量点之间设置一块挡屏，以挡去直射光，这样上式就变成

10、光强度、光照度和光亮度的区别？光强度、光照度和光亮度的区别？光强度：光强度：光源在单位立体角内发出的光通量，也就是光源所发出的光通量在空间选定方向上分布的密度。光强的单位是坎特拉cd，也称烛光。如：1单位立体角度内发出1流明的光称为1坎特拉(1cd）。如果在d立体角范围内传递的光通量为d，那么发光强度的单位是坎德拉Candle,记作Cd。发光强度为1cd的光源可放射出l2.57即4lm光通量。 光强度、光照度和光亮度的区别？光强度、光照度和光亮度的区别？光照度：光照度：表面上一点的光照度是入射在包含该点的面元上的光通量d除以该面元的面积dA。光照度的公制单位是lx（lm/m）。投射在受照面上的

11、ds面元上的总的光通量d与该面元的比值光照度的单位是lux。称为勒克斯，记作lx。 勒克斯=流明/平方米一般而言：一般而言：桌面、工作面的照度不应少于150lX。起居室的照明采用光线柔合的半直接型照明灯具较理想，其平均照度应达到l00lX左右。阅读和书写用的灯具功率可大些，照度应达到200lX。 光强度、光照度和光亮度的区别？光强度、光照度和光亮度的区别？光亮度：光亮度：在给定方向上，每单位面积上的光强度。公制单位为cd/m。i为发光元面积ds的法线N和元立体角d的方向的夹角 实验表明：光通量di与元立体角d及元面光源ds在该方向垂直平面上的投影dscosi成正比 di正比与ddscosi。或

12、者写成L为光亮度因为光强度因为光强度所以光亮度可以看成把光源ds投影到i方向后单位面积上的发光强度。光亮度的单位为熙提stilb， 5、发光效率单位单位:lm/w 符号符号: 定义定义:LED发光效率表征器件电光转换的能力，一般用流明效率表示，即：Visible Luminous flux (Lm)Total Optical Power (W)白光白光 LED光谱流明效率白光光谱流明效率白光 LED是色光的混合光源，不属于单色光源，必须考虑是色光的混合光源，不属于单色光源，必须考虑 E（）对）对 LM的影响。白光的的影响。白光的 E（）分布特性与白光方式、峰值波长和色温、显色指数等因素有关。）

13、分布特性与白光方式、峰值波长和色温、显色指数等因素有关。白光白光 LED的的 E（）（nm）曲线）曲线当蓝光和黄光的能量混合比例或峰值波长变化时， E（）、色温和流明效率均随之变化。LED白光源光谱流明效率范围达 300400lm/W。选择最佳的可用峰值波长，形成有利的相对光谱能量分布 E（），即可有效利用光谱光视效率，光谱流明效率将趋近于上述范围的高端。LED与其他墙顶灯源发光效率对比与其他墙顶灯源发光效率对比6、主波长 如图所示的色品图，图中AB为黑体轨迹。设F点为某一光源在色品图中的坐标，E点为理想等能白光的参考光源点，坐标为(x,y)=(0.33,0.33)。由E点连接F点并延长交于G

14、点，则G点对应的单色光波长即称为F点光源的主波长。7、峰值波长 光谱发光强度或辐射功率最大处所对应的波长。它是一个纯粹的物理量，一般应用于波形比较对称的单色光的检测。 .主波长主波长D ：任何一个颜色都可以看作为用某一个光谱按一定比例与一个参照光源相混合而匹配出来的颜色，这个光谱就是颜色的主波长。若已获得被测光的色度坐标，那么CIE1931色度图上由E光源的色坐标点向该测光源的色坐标点引一直线，延长直线与光谱轨迹相交的波长值即称之为该被测光源的主波长。如GaP材料可发出多个峰值波长，而主波长只有1个。主波长与峰值波长有什么区别？主波长与峰值波长有什么区别？ .峰值波长峰值波长p ：光谱辐射功率

15、最大的波长。一般芯片厂家提供的是主波长，象峰值波长一般验钞等领域用得比较多。只有单色光才有p波长。 8、色纯度 如上图，Pc =EF/EG。易知，越接近1，色纯度越高。9、红色比（红色比（R） 红色比一般用来表征白光红色比一般用来表征白光LED的色彩效的色彩效果，是指果，是指LED红光成分（红光成分（ ）占整）占整个可见光光谱（个可见光光谱（ ）的量。即：）的量。即： 式中式中 为光谱功率分布函数，为光谱功率分布函数， 为视见函数。为视见函数。1010、相关色温、相关色温Tc 光源发射的光与黑体在某一温度下辐射的光颜色最接近，则黑体的温度就称为该光源发射的光的相关色温，单位为K。 色温与色坐标

16、有着紧密的联系，一个色坐标x,y值对应一个色温值。色温的确定可以根据相关色温公式(McCamy，1992)进行计算，即： 其中， ，x, y为色坐标。11、显色指数显色性、显色指数和相关色温各指什么，有什么联系？显色性、显色指数和相关色温各指什么，有什么联系？a.显色性：显色性：人眼在不同光源的照明下看到物体色会改变，感到物体颜色失真，这种影响物体颜色的特性称为光源的显色性。显色性好的光源照明下，则物体颜色失真小。光源的显色性由CRI表示，它表征了物体在光下颜色比基准色（太阳光）照明时颜色的偏离，能较全面反映光源的颜色特征。b.显色指数：显色指数：在相应的色温情况下确立表征在特定条件下经某光源

17、照射的物体所产生心理感官颜色与物体在标准光源照射下的心理感官相符合的程度的参数。国际照明委员会CIE把太阳的显色指数定为100，并规定了14种测试用的标准用品，各类光源的显色指数各不相同。c.相关色温：相关色温：光源发射光与黑体在某一温度下辐射的光颜色最接近，则黑体的温度就称为该源发射的相关色温，单位为K。 显色指数越高，其显色性越好；色温越高，偏蓝色，人的感觉越显色指数越高，其显色性越好；色温越高，偏蓝色，人的感觉越清爽；低色温光源照射，偏红色给人一种鲜艳温暖感清爽；低色温光源照射，偏红色给人一种鲜艳温暖感.12、平均波长 某一波长左右两边光谱所占的能量相等，则该波长称为平均波长。LED的光

18、谱功率分布：其中 为标准光谱功率分布， 、 分别是标准灯、LED在 处的响应。LED的色坐标计算公式：Y和Z算法同X，从而可由X、Y、Z计算出1931 CIE的色坐标x、y、z： dxE Xt780380ZYXYyZYXXxyx1z ststiiEE sE siCIE 1931 Chromaticity DiagramvuCIE 1976 UCS Chromaticity Diagram312y2x4xu312y2x9yvgr1bGBRRrGBRGg由CIE 1931 x, y可推算出CIE 1976的 和 ：自然界中各种原色都能由R,G,B三原色按照一定的比例混合而成，具体表达式为：因此只要

19、给定r, g值便可以确定一种颜色。CIE 1931 x,y与色温对应关系图与色温对应关系图LED光参量光参量符号符号单位单位简单定义简单定义光通量光通量Luminous flux(毫毫)流明流明(mlm) lm光源在单位时间内发出的光量。光源在单位时间内发出的光量。发光效率发光效率Luminous flux efficiency流明每瓦流明每瓦lm/W也叫光通量效率。也叫光通量效率。LED发射的光通量与发射的光通量与其电功率的比值。其电功率的比值。主波长主波长Dominant wavelength纳米纳米nm主波长是人眼能观察到的，由主波长是人眼能观察到的，由LED发出发出的主要单色光的波长。

20、的主要单色光的波长。峰值波长峰值波长Peak wavelength纳米纳米nm光谱辐射功率最大的波长。光谱辐射功率最大的波长。光照度光照度illuminance勒克斯勒克斯lx单位投射面积内的光通量。单位投射面积内的光通量。光强度光强度Luminous Intensity(毫毫)坎德拉坎德拉(mcd) cd单位立体角内的光通量。单位立体角内的光通量。光亮度光亮度Luminance坎德拉每平方米坎德拉每平方米cd/m 单位投射面积在单位立体角内的光通量。单位投射面积在单位立体角内的光通量。色坐标色坐标Color Coordinates根据光谱功率分布根据光谱功率分布 曲线，用分光光曲线，用分光光

21、度法求和来近似积分。度法求和来近似积分。v vDp VE vI vLyx,低色温的白光低色温的白光LED与标准灯的比较分析与标准灯的比较分析 R9（深红色）值是所有显色指数中最小的，低于60。图图 白光白光LED和标准灯的显色指数比较和标准灯的显色指数比较 表表1 低色温的白光低色温的白光LED与标准灯的光色参数与标准灯的光色参数 改善LED光源的显色性，须调整其光谱，使之在可见光连续、均衡。 图图 白光白光LED和标准灯的光谱和标准灯的光谱图 R8（亮浅红-紫色）R9（深红色）R11（浓绿色）R12（浓蓝色）的值低色温暖白光低色温暖白光LED显色性的比较分析显色性的比较分析 表表2 低色温暖

22、白光低色温暖白光LED的光色参数的光色参数图图 低色温暖白光低色温暖白光LED的显色指数比较的显色指数比较 两颗暖白光W1和W2的蓝光能量比暖白光W3要小，且黄光光谱部分相对偏向黄橙波段，也就是说红光能量相对较低，所以显色性较差。图图 暖白光暖白光LED的光谱的光谱图 第三部分 光强与发光角度的测量光强与发光角度的测量1、发光强度 单位单位: 坎德拉/cd (Candela) 符号符号I =/ 定义定义： 光源在指定方向的单位立体角单位立体角内发出的光通量。（即：光照或照明灯具所发出的光通量在空间选定方向上分布密度）2、发光角度 半强角度指的是LED光源中心法线向四周张开，中心光强I衰减50%

23、之间的夹角，即为半强角度，如图所示。 光源的半强度角：. LED 发光视角发光视角 半值角半值角1/2和视角：和视角：1/2是指发光强度值为轴向强度值一半的方向与发光轴向（法向）的夹角。 半值角的2倍为视角视角（或称半功率角）。测量条件A(近场条件)圆孔光阑面积1 cm2机械轴31.6 cm测量条件B（远场条件）圆孔光阑面积1 cm2机械轴新新标标准准下下的的测测量量方方法法LED光强依赖于测量距离LED光强依赖于测量立体角LED光强还依赖于光轴与机械轴之间的偏差配光曲线的测试 显示屏用LED LAMP的配光曲线测试 显示屏用的显示屏用的546椭圆椭圆LED LAMP样品样品（1）546椭圆蓝光LED 一个（2）546椭圆绿光LED一个（3）546椭圆红光LED一个 实验仪器 杭州远方光电信息有限公司的LED620光强分布测试仪 工作环境 测试的正向电流为20mA，测试角度C0-180和C90-270 配光曲线测试结果图图3.1(a) 546蓝光蓝光LED直角坐标配光曲线直角坐标配光曲线 图图3.1(b) 546蓝光蓝光LED极坐标配光曲线极坐标配光曲线图图3.2(a) 546绿光绿光LED直角坐标配光曲线直角坐标配光曲线图图3.2(b) 546绿光绿光LE