LED的参数及其测试技术

专题七LED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？•••§.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20mA。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IF0.6IFm。与亮度成比例关系。•§.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：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：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向电性能：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：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。FIFI•1、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：•①、以正常的寿命讨论，•通常标准IF值设为20－30mA，•瞬间（20ms）可增至100mA；•②、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：•①、VR是衡量P/N结反向耐压特性，当然VR赿高赿好；•②、VR值较低在电路中使用时经常会有反向脉冲电流经过，容易击穿变坏；•③、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；•④、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：•①、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；•②、通常IR值较大时VR值相对会小，IR值较小时VR值相对会大；•③IR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。•§.LEDI-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。如图：LED電流與電壓關系•當電壓超過一定值後﹐正向電流隨電壓迅速增加而發光，不同顏色的LED電壓電流特性不同LED电流与亮度关系•LED在可使用的电流范围内﹐发光亮度随着电流的增加而增强•低电流使用时电压线性变化不明显•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通量（φ）发光强度（I）亮度（L）照度（E）发光效率（η）主波长（λd）峰值波长（λp）色纯度（Purity)红色比（Redratio）色温（Tc）显色指数（Ra）等。1、光通量单位:流明/lm符号:Φ定义：发光体每秒钟所发出的光量的总和。说明:为表明光强和光通量的关系，发光强度为1cd的点光源在单位立体角（1球面度）内发出的光通量为1lm。2、发光强度单位:坎德拉/cd(Candela)符号I=Φ/Ω定义：光源在指定方向的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）3、亮度单位:cd/m²尼脱符号L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:勒克斯/lx(Lux)符号:E定义:被光均匀照射的物体，距离该光源1米处，在1m²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241ErB.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•光强度、光照度和光亮度的区别？•§．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dω立体角范围内传递的光通量为dΦ，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4∏lm光通量。•光强度、光照度和光亮度的区别？•§．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dΦ除以该面元的面积dA。光照度的公制单位是lx（lm/m²）。投射在受照面上的ds面元上的总的光通量dΦ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：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？•§．光亮度：在给定方向上，每单位面积上的光强度。公制单位为cd/m²。i为发光元面积ds的法线N和元立体角dω的方向的夹角实验表明：光通量dΦi与元立体角dω及元面光源ds在该方向垂直平面上的投影ds·cosi成正比dΦi正比与dω·ds·cosi。或者写成L为光亮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:lm/w符号:η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：VisibleLuminousflux(Lm)TotalOpticalPower(W)白光LED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E（λ）对ηLM的影响。白光的E（λ）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LED的E（λ）~λ（nm）曲线当蓝光和黄光的能量混合比例或峰值波长变化时，E（λ）、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300~400lm/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（λ），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λD：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？•§.峰值波长λp：光谱辐射功率最大的波长。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λp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（R）红色比一般用来表征白光LED的色彩效果，是指LED红光成分（）占整个可见光光谱（）的量。即：式中为光谱功率分布函数，为视见函数。10、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？•a.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：在相应的色温情况下确立表征在特定条件下经某光源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：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1931CIE的色坐标x、y、z：dxEXt780380ZYXYyZYXXxyx1zststiiEEsEsiCIE1931ChromaticityDiagramvuCIE1976UCSChromaticityDiagram312y2x4xu312y2x9yvgr1bGBRRrGBRGg由CIE1931x,y可推算出CIE1976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：因此只要给定r,g值便可以确定一种颜色。CIE1931x,y与色温对应关系图LED光参量符号单位简单定义光通量Luminousflux(毫)流明(mlm)lm光源在单位时间内发出的光量。发光效率Lu