LED测量

1LED的测量主讲：宋贤杰测试：李绮珍2电磁波谱电磁波波长范围从γ波长到无线电波波长,光波只是其中极小一部分.3光谱光效率曲线人眼对不同的颜色(波长)有不同的灵敏度。而这是产生不同灯有不同光效的基础。明视觉暗视觉4照明单位光线(可见电磁辐射)光波的能量内容眼睛的视觉感受两不相同事物能量辐射的量子术语&视觉感受光是以人眼视觉感受为基准的辐射5光通量光源在单位时间内发出的光量称为光源光通量单位流明(lm)符号Ø6光通量某些实际例子自行车车灯3W30lm白炽灯Softone75W900lm节能灯SL18W900lm直管荧光灯TL’D”58W/835200lm高压钠灯SONTPlus100W10500lm低压钠灯SOX-E131W26000lm高压汞灯HPLN1000W58500lm7光强IwI=光通量立体角＝dw光源在给定方向上单位立体角内辐射的光通量单位:坎德拉cd符号:IΦ=4πI8光强某些实际例子自行车车灯(无反射罩)2.5cd自行车车灯(有反射罩)250cd厚玻璃射灯PAR38120WSpot9500cdMVF406CATA1/1800W最大光强4,500,000cd9光照度照度E=流明x(设计系数)面积流明面积(m2)单位面积接受到的光通量单位:勒克斯lx符号:E10trafficsignalvideoscreenAutomotivebrake/tailturn/markerInGaNAlInGaPAlInGaPAlInGaPAlInGaPInGaNInGaN11LED的光学特性——X，Y色坐标光谱纯度12关于LED计量测试国际标准的介绍国标照明委员会（CIE）第二分部（D2）于2001年5月在美国华盛顿国家标准局（NIST）召开CIE第二次LED专家会议，共有美国、法国、英国、中国、日本等17个国家，约200人参加。此会议的主题是讨论LED的光学特性和相关的计量方法。13目录LED测量的分类LED的主要的光学、电学和热特性LED的发光强度、总光通量和光谱分布测量测试实例分析14一.LED测量的分类A.实验室测量对于大多数生产商和LED的大批量使用者，通常首先在设备完善的实验室中获得LED的特性参数。由此，得到各种不同类型的LED工作参数，用于生产过程中的质量控制。B.整体试验整体试验用于生产控制或检验入货的质量。由于要处理大量单元，试验的装置应能高速运作。当对LED的常规测量在专业实验室之外时，有稳定、经定标的标准LED就非常重要。这些标准LED还必须有与所测的LED同样的空间和光谱特性，这样，就能尽可能确保测量过程仅是一个简单而直接的对相似器件的比较过程。在所提的建议中，我们考虑更多的是A类试验。在实验室获得一套工作特性参数之后，生产商和使用者的责任是确保用于常规生产检验的测试装置能正确地测量。值得再次重申的是，在测试装置被安装之前，应对理论依据和可能的误差来源进行仔细的研究。15二.LED的主要的光学、电学和热特性•辐射的空间分布•辐射的光谱分布•辐射的中心波长、峰值波长、质心波长和光谱宽度•辐射的发光面和角分布•电特性•标准参考光源•工作环境温度•温度对LED的影响16LED的光学特性——辐射的空间分布空间分布不均匀性。LED辐射的空间特性取决于封装半导体芯片的形式。因为，封装内可能带有内部反射杯、透镜以及一些散射和滤色材料。17LED的光学特性——辐射的光谱分布&&LED光辐射光谱分布有其独特的一面。它不是单色光（如激光），也不是宽光谱辐射（如白炽灯），而是介于两者之间：有几十纳米的带宽、峰值波长位于可见光或近红外区域。18LED的光学特性——辐射的中心波长峰值波长质心波长19LED的光学特性——发光面和角分布20LED的电特性恒定电流下工作–LED工作电流恒定为IF，相应电压UF可由LED两边触点测得。建议采用四脚LED。LED消耗的电功率可由下式计算得到：–对于LED特性参数的测量，恒定的工作电流是至关重要的。恒定电功率下工作恒定光输出下工作–需要“控制线路”的光线反馈系统FFelIU21LED的电特性——测量方法辐射效率（辐射功率/电功率）受电流影响调制电流方式（恒流方式）特点方法10s毫秒不影响温度（用于生产控制）单脉冲方式短时间重复加大电流信号，测量取平均值（结果等同与恒流方式）多重反复方式（使用复合电路）22LED的电特性——正向电压正向电压的大小取决于LED的半导体材料。单个LED的电压与电流IF和半导体芯片的温度TC有关：正向电压的全微分dUF可分为两部分：),(FCFFITUUCCFFFFFdTTUdIIUdU23LED的电特性——正向电压与电流的关系–在稳定的温度下，所有半导体LED的正向电压及电流的关系基本一致。在正常工作状态下，即启动和饱和状态之间，斜率基本为线性：–如果LED的工作电流为IF0，相应正向电压为UF0，则此时的微分电阻为：–则电压/电流特性可近似表示为：AVIUFF10000FFFIUR)1log()(000FFFFFFIIbIRIU)exp(000FFFIRUb24标准参考光源25工作环境温度LED测量的环境温度一般为Tamb＝25oC。温度变化的速度取决于输入电功率的大小和LED封装的热容量。当达到热平衡后，LED主要通过管脚向周围环境传递疏散热量。26温度对LED的影响温度与正向电压的关系温度对光辐射的影响–主波长的偏移公式温度对辐射的辐射效率和光效影响KmVTUCF5.2...5.1Knm3.0...1.0TCP27三.LED发光强度、总光通量和光谱分布测量平均光强测量方法对于CIE标准环境A:316nm对于CIE标准环境B:100nm总光通量测量方法1.分布光度计法2.积分球法28平均光强测量一个新的物理量：平均LED光强–产生原因–测量标准环境对于CIE标准环境A：316mm对于CIE标准环境B：100mm–计算公式2dEILED2930总光通量的测量——积分球法积分球法–使用积分球将使LED总光通量的测量更加简单。–带有两个入射孔和一个用于探测器的出射孔的积分球测量可对待测LED的自吸收进行修正。3132总光通量的测量——积分球法积分球法–使用积分球将使LED总光通量的测量更加简单。–带有两个入射孔和一个用于探测器的出射孔的积分球测量可对待测LED的自吸收进行修正。33总光通量的测量——分布光度计法分布光度计法–球面面元dA上所接受的光通量微分dΦ（与方向θ,φ有关）可以表示为：–积分可以得到总光通量Φ：dAdE),()(AdAE34四.测试实例分析商品化仪器测试实例35商品化仪器LED-1100平均强度，光谱，空间分布，CIE-127条件B100mmLED-202/600辐射通量/光谱OmniLEDFMS辐射通量/光谱/正向电压，电流36LED-1100光谱/角度分析仪光谱特性色度学坐标，主波长和纯度CIE-127平均发光强度测定LED角度分布：-80°--+80°计算视角21/2，绘制极坐标图3738测试实例：394041424344LightingSourcesandIlluminationEngineeringDepartmentFudanUniversity45THEEND