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LED基本理论知识一、 半导体发光二极管工作原理、特性及应用 （一）LED发光原理 发光二极管是由-族化合物，如GaAs（砷化镓）、GaP（磷化镓）、GaAsP（磷砷化镓）等半导体制成的，其核心是PN结。因此它具有一般P-N结的I-N特性，即正向导通，反向截止、击穿特性。此外，在一定条件下，它还具有发光特性。在正向电压下，电子由N区注入P区，空穴由P区注入N区。进入对方区域的少数载流子（少子）一部分与多数载流子（多子）复合而发光，如图1所示。图1 假设发光是在P区中发生的，那么注入的电子与价带空穴直接复合而发光，或者先被发光中心捕获后，再与空穴复合发光。除了这种发光复合外，还有些电子被非发光中心（这个中心介于导带、介带中间附近）捕获，而后再与空穴复合，每次释放的能量不大，不能形成可见光。发光的复合量相对于非发光复合量的比例越大，光量子效率越高。由于复合是在少子扩散区内发光的，所以光仅在靠近PN结面数m以内产生。 理论和实践证明，光的峰值波长与发光区域的半导体材料禁带宽度g有关，即1240/Eg（mm） 式中Eg的单位为电子伏特（eV）。若能产生可见光（波长在380nm紫光780nm红光），半导体材料的Eg应在3.261.63eV之间。比红光波长长的光为红外光。现在已有红外、红、黄、绿及蓝光发光二极管，但其中蓝光二极管成本、价格很高，使用不普遍。 （二）LED的特性 1极限参数的意义 （1）允许功耗Pm:允许加于LED两端正向直流电压与流过它的电流之积的最大值。超过此值，LED发热、损坏。 （2）最大正向直流电流IFm：允许加的最大的正向直流电流。超过此值可损坏二极管。 （3）最大反向电压VRm：所允许加的最大反向电压。超过此值，发光二极管可能被击穿损坏。 （4）工作环境topm:发光二极管可正常工作的环境温度范围。低于或高于此温度范围，发光二极管将不能正常工作，效率大大降低。 2电参数的意义 （1）光谱分布和峰值波长：某一个发光二极管所发之光并非单一波长，其波长大体按图2所示。 图2 由图可见，该发光管所发之光中某一波长0的光强最大，该波长为峰值波长。 （2）发光强度IV：发光二极管的发光强度通常是指法线（对圆柱形发光管是指其轴线）方向上的发光强度。若在该方向上辐射强度为（1/683）W/sr时，则发光1坎德拉（符号为cd）。由于一般LED的发光二强度小，所以发光强度常用坎德拉(mcd)作单位。 （3）光谱半宽度:它表示发光管的光谱纯度.是指图3中1/2峰值光强所对应两波长之间隔. （4）半值角1/2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（或称半功率角）。图3 图3给出的二只不同型号发光二极管发光强度角分布的情况。中垂线（法线）AO的坐标为相对发光强度（即发光强度与最大发光强度的之比）。显然，法线方向上的相对发光强度为1，离开法线方向的角度越大，相对发光强度越小。由此图可以得到半值角或视角值。 （5）正向工作电流If：它是指发光二极管正常发光时的正向电流值。在实际使用中应根据需要选择IF在0.6IFm以下。 （6）正向工作电压VF：参数表中给出的工作电压是在给定的正向电流下得到的。一般是在IF=20mA时测得的。发光二极管正向工作电压VF在1.43V。在外界温度升高时，VF将下降。（7）V-I特性：发光二极管的电压与电流的关系可用图4表示。 图4 在正向电压正小于某一值（叫阈值）时，电流极小，不发光。当电压超过某一值后，正向电流随电压迅速增加，发光。由V-I曲线可以得出发光管的正向电压，反向电流及反向电压等参数。正向的发光管反向漏电流IR10A以下。 （三）LED的分类 1按发光管发光颜色分 按发光管发光颜色分，可分成红色、橙色、绿色（又细分黄绿、标准绿和纯绿）、蓝光等。另外，有的发光二极管中包含二种或三种颜色的芯片。 根据发光二极管出光处掺或不掺散射剂、有色还是无色，上述各种颜色的发光二极管还可分成有色透明、无色透明、有色散射和无色散射四种类型。散射型发光二极管和达于做指示灯用。 2按发光管出光面特征分 按发光管出光面特征分圆灯、方灯、矩形、面发光管、侧向管、表面安装用微型管等。圆形灯按直径分为2mm、4.4mm、5mm、8mm、10mm及20mm等。国外通常把3mm的发光二极管记作T-1；把5mm的记作T-1（3/4）；把4.4mm的记作T-1（1/4）。 由半值角大小可以估计圆形发光强度角分布情况。从发光强度角分布图来分有三类： （1）高指向性。一般为尖头环氧封装，或是带金属反射腔封装，且不加散射剂。半值角为520或更小，具有很高的指向性，可作局部照明光源用，或与光检出器联用以组成自动检测系统。 （2）标准型。通常作指示灯用，其半值角为2045。 （3）散射型。这是视角较大的指示灯，半值角为4590或更大，散射剂的量较大。 3按发光二极管的结构分 按发光二极管的结构分有全环氧包封、金属底座环氧封装、陶瓷底座环氧封装及玻璃封装等结构。 4按发光强度和工作电流分 按发光强度和工作电流分有普通亮度的LED（发光强度100mcd）；把发光强度在10100mcd间的叫高亮度发光二极管。 一般LED的工作电流在十几mA至几十mA，而低电流LED的工作电流在2mA以下（亮度与普通发光管相同）。 除上述分类方法外，还有按芯片材料分类及按功能分类的方法。 LED驱动知识概述如果能够通过使LED正向电流相等而确保白光发射的均匀性，则可以并联驱动白光LED。为驱动LED，应该选择可控的电流源或者带有电流控制的步进转换器。采用电荷泵或者开关升压转换器可以实现这样的与几个标准产品的结合。 很多年来，发光二极管(LED)广泛的应用于状态显示与点阵显示板。现在，不仅可以选择近期刚刚研发出来的蓝光和白光产品(普遍用于便携设备)，而且也能在已有的绿光、红光和黄光产品中选择。例如，白光LED被认为是彩色显示器的理想背光源。但是，必须注意这些新型LED产品的固有特性，需要为其设计适当的供电电源。本文描述了新、旧类型LED的特性，以及对驱动电源的性能要求。 标准红光、绿光和黄光LED 使LED工作的最简单的方式是，用一个电压源通过串接一个电阻与LED相连。只要工作电压(VB)保持恒定，LED就可以发出恒定强度的光(尽管随着环境温度的升高光强会减小)。通过改变串联电阻的阻值能够将光强调节至所需要的强度。 对于5mm直径的标准LED，图1给出了其正向导通电压(VF)与正向电流(IF)的函数曲线。1 注意LED的正向压降随着正向电流的增大而增加。假定工作于10mA正向电流的绿光LED应该有5V的恒定工作电压，那么串接电阻RV 等于(5V -VF,10mA)/10mA = 300。如数据表中所给出的典型工作条件下的曲线图(图2)所示，其正向导通电压为2V。 图1. 标准红光、绿光和黄光LED具有1.4V至2.6V的正向导通电压范围。当正向电流低于10mA时，正向导通电压仅仅改变几百毫伏。 图2. 串联电阻和稳压源提供了简单的LED驱动方式。 这类商用二极管采用GaAsP (磷砷化镓)制成。易于控制，并且被绝大多数工程师所熟知，它们具有如下优点： 所产生的色彩(发射波长)在正向电流、工作电压以及环境温度变化时保持相当的稳定性。标准绿光LED发射大约565nm的波长，容差仅有25nm。由于色彩差异非常小，在同时并联驱动几个这样的LED时不会出现问题(如图3所示)。正向导通电压的正常变化会使光强产生微弱的差异，但这是次要的。通常可以忽略同一厂商、同一批次的LED之间的差异。 正向电流高至大约10mA时，正向电压变化很小。红光LED的变化量大约为200mV，其它色彩大约为400mV (如图1所示)。 相比之下，对于低于10mA的正向电流，蓝光和白光LED的正向电压变化更小。可以直接使用便宜的锂电池或三节NiMH电池驱动。 图3. 该图给出了同时并联驱动几个红光、黄光或者绿光LED的结构，具有很小的色彩差异或亮度差异。 因此，驱动标准LED的电流消耗非常低。如果LED的驱动电压高于其最大的正向电压，则并不需要升压转换器或者复杂昂贵的电流源。 LED甚至可以直接由锂电池或者3节NiMH电池来驱动，只要因电池放电而导致的亮度减弱可以满足该应用的要求即可。 蓝光LED 在很长的一段时间内都无法提供发射蓝光的LED。设计工程师仅能采用已有的色彩：红色、绿色和黄色。早期的“蓝光”器件并不是真正的蓝光LED，而是包围有蓝色散射材料的白炽灯。 几年前，使用纯净的碳化硅(SiC)材料研制出了第一个“真正的蓝光”LED，但是它们的发光效率非常低。下一代器件使用了氮化镓基料，其发光效率可以达到最初产品的数倍。当前制造蓝光LED的晶体外延材料是氮化铟镓(InGaN)。发射波长的范围为450nm至470nm，氮化铟镓LED可以产生五倍于氮化镓LED的光强。 白光LED 真正发射白光的LED是不存在的。这样的器件非常难以制造，因为LED的特点是只发射一个波长。白色并不出现在色彩的光谱上；一种替代的方法是，利用不同波长合成白色光。白光LED设计中采用了一个小窍门。在发射蓝光的InGaN基料上覆盖转换材料，这种材料在受到蓝光激励时会发出黄光。于是得到了蓝光和黄光的混合物，在肉眼看来就是白色的(如图4所示)。2 图4. 白光LED的发射波长(实线)包括蓝光和黄光区域的峰值，但是在肉眼看来就是白色。肉眼的相对光敏感性(虚线)如图所示。 白光LED的色彩由色彩坐标定义。X和Y坐标的数值根据国际照明委员会(CIE)的15.2规范的要求计算得到。3 白光LED的数据资料通常会详细说明随着正向电流增加而引起的色彩坐标的变化(如图5所示)。4 图5. 正向电流的变化改变了白光LED (OSRAM Opto Semiconductors的LE Q983)的色彩坐标，并因此改变了白光质量。 不幸的是，采用InGaN技术的LED并不像标准绿光、红光和黄光那样容易控制。InGaN LED的显示波长(色彩)会随着正向电流而改变(如图6所示)。例如，白光LED所呈现的色彩变化产生于转换材料的不同浓度，以及蓝光发光InGaN材料随着正向电压的变化而产生波长变化。从图5可以看到色彩的变化，X和Y坐标的移动意味着色彩的改变(如前所述，白光LED没有明确的波长。) 图6. 增加的正向电流通过改变其发射波长而改变了蓝光LED的色彩。 当正向电流高至10mA时，正向电压的变化很大。变化量的范围大约为800mV (有些二极管型号变化会更大一些)。电池放电引起的工作电压的变化因此会改变色彩，因为工作电压的变化改变了正向电流。在10mA正向电流时，正向电压大约为3.4V (该数值会随供应商的不同而有所不同，范围从3.1V至4.0V)。同样，不同LED之间的电流-电压特性也有较大差异。直接用电池驱动LED是很困难的，因为绝大数电池会随着放电使电压低于LED所需要的最小正向导通电压。 驱动并联白光LED 许多便携式或采用电池供电的设备使用白光LED作为背光。特别是PDA彩色显示器需要白色背景光，以恢复所希望的色彩，恢复色彩要与原物很接近。未来的3G手机支持图片和视频数据，这也需要白色背光。数码照相机、MP3播放器和其它视频、音频设备也包括需要白色背光的显示器。 在绝大多数应用中，单个白光LED是不够的，需要同时驱动几个LED。必须采用特定的操作，以确保它们的强度和色彩一致，即使是在电池放电或其它条件变化时。 图7给出了一组随机挑选的白光LED的电流-电压曲线。在这些LED上加载3.3V电压(上端虚线)会产生2mA至5mA范围的正向电流，导致不同亮度的白光。该区域中(如图5所示) Y坐标变化很剧烈，会导致显示色彩的不真实。同样，LED也具有不同的光强，这会产生不均匀的亮度。另外一个问题是所需的最小供电电压，LED要求高于3V的电压驱动，若低于该电压，几个LED可能会完全变暗。 图7. 曲线显示了不同白光LED的电流-电压特性之间的相当大的差异，甚至是从同一产品批次中随机挑选的LED。因此，用恒定的3.3V驱动这样几个并联的LED会导致不同亮度的白光(上虚线)。 锂电池在完全充满电时可以提供4.2V的输出电压，在很短的一段工作时间内会下降到标称的3.5V。由于电池放电，其输出电压会进一步下降到3.0V。如果白光LED直接由电池驱动，如图3所示，则会产生如下问题： 首先，当电池充满电时，所有的二极管都被点亮，但会具有不同的光强和色彩。当电池电压下降至其标称电压时，光强减弱，并且白光间的差异变得更大。因此，设计人员必须考虑电池电压和二极管正向电压的数值，而需要计算串联电阻的阻值。(随着电池彻底放电，部分LED将会完全熄灭。)带有电流控制的电荷泵 LED供电电源的目标是提供一个足够高的输出电压，并且在并联连接的LED上加载同样的电流。注意(如图5所示)，如果并联配置的所有LED具有一致的电流，那么所有的LED将会具有相同的色彩坐标。Maxim提供带有电流控制的电荷泵，以实现这一目标(MAX1912)。 图8所示的三个并联的LED，电荷泵具有较大量程，可以提高输入电压至1.5倍。早期的电荷泵只能简单的使输入电压倍压，而新的技术则提供了更好的效率。将输入电压升高至恰好可以驱动LED工作的电平。连接至SET (10引脚)的电阻网络保证所有LED的电流一致。内部电路保持SET电平在200mV，这样就可以计算出流经每个LED的电流ILED = 200mV/10= 20mA。如果某些二极管需要较低的电流，可以同时并联驱动3个以上的LED，MAX1912的输出电流可达60mA。进一步的应用和图表可以参考MAX1912数据资料。5 图8. IC内部包括电荷泵和电流控制，电荷泵为白光LED提供足够的驱动电压，而电流控制通过给每个LED加载同样的电流来确保均匀的白光。 简单电流控制 如果系统提供高于二极管正向导通电压的电平，白光LED可以很容易的被驱动。例如，数码照相机通常包括一个+5V供电电源。如果那样的话，就不需要升压功能，因为供电电压足以驱动LED。对于图8所示电路，应该选择一个匹配的电流源。比如，MAX1916可以同时驱动3个并联的LED (如图9所示)。 图9. 单个外部电阻(RSET)设定流经每个LED的电流数值。在IC的使能引脚(EN)上加载脉宽调制信号可以实现简单的亮度控制(调光功能)。 工作简单：电阻RSET设定加载至所连LED的电流。这种方法占用很少的PCB空间。除IC (小巧的6引脚SOT23封装)和几个旁路电容之外，仅需要一个外部电阻。IC具有极好的电流匹配，不同LED之间差别0.3%。这种结构提供了相同的色彩区域，因此每个LED具有一致的白光亮度。 调光改变光强 某些便携式设备根据环境光线条件来调节其光输出亮度，有些设备在一段较短的空闲时间之后通过软件降低其光强。这都要求LED具有可调光强，并且这样的调节应该以同样的方式去影响每路正向电流，以避免可能的色彩坐标偏移。利用小型数模转换器控制流经RSET电阻的电流可以得到均匀的亮度。 6位分辨率的转换器，比如带有I2C接口的MAX5362或者带有SPI接口的MAX5365，能够提供32级亮度调节(如图10所示)。由于正向电流会影响色彩坐标，因此LED白光会随着光强的变化而改变。但是这并不是问题，因为相同的正向电流会使得这个组里的每个二极管都发出同样的光。 图10. 数模转换器通过一致改变LED的正向电流来控制LED的调光。 使色彩坐标不发生移动的调光方案叫做脉宽调制。它能够由绝大多数可以提供使能或者关断控制的电源器件实现。例如，通过拉低EN电平禁止器件工作时，MAX1916可以将流经LED的泄漏电流限定在1A，使发射光为零。拉高EN电平可以管理可控的LED正向电流。如果给EN引脚加脉宽调制信号，那么亮度就与该信号的占空比成正比。 由于流经每个LED的正向电流持续保持一致，因而色彩坐标不会偏移。但是，肉眼会感觉到占空比改变带来的光强变化。人眼无法分辨超过25Hz的频率，因此200-300Hz的开关频率是PWM调光的很好选择。更高的频率会产生问题，用来切换LED开关的短暂时间间隔内色彩坐标会发生变化。PWM信号可以由微处理器的I/O引脚或其外设提供。可提供的两度等级取决于所用的计数寄存器的字节长度。 开关模式升压转换器，具有电流控制 除了前面所提到的电荷泵(MAX1912)之外，还可以实现带有电流控制的升压转换器。比如，开关模式电压转换器MAX1848，可以产生最高至13V的输出电压，足以驱动三个串联的LED (如图11所示)。这种方法也许是最简洁的，因为所有串接的LED具有完全相同的电流。LED电流由RSENSE与加载在CTRL输入上的电压共同决定。 半导体发光二极管测试方法 摘要 系统地介绍了与发光二极管测试有关的术语和定义,在此基础上,详细介绍了测试方法和测试装置的要求。 1 前 言半导体发光二极管是一种重要的光电子器件,它在科学研究和工农业生产中均有非常广泛的应用.发光二极管虽小,但要准确测量它的各项光和辐射参数并非一件易事.目前在世界范围内的测试比对还有较大的差异.鉴于此,CIE(国际照明委员会)TC2-34小组对此进行了研究,所提出的技术报告形成了CIE127-1997文件.中国光学光电子行业协会光电器件专业分会根据国内及行业内部的实际情况,初步制定了行业标准发光二极管测试方法,2002年起在行业内部试行.本文叙述了与发光二极管测试有关的术语和定义,在此基础上,详细介绍了测试方法和测试装置的要求,以期收到抛砖引玉之效果.本文涉及的测试方法适用于紫外/可见光/红外发光二极管及其组件,其芯片测试可以参照进行。2 术语和定义2.1发光二极管 LED除半导体激光器外，当电流激励时能发射光学辐射的半导体二极管。严格地讲，术语LED应该仅应用于发射可见光的二极管；发射近红外辐射的二极管叫红外发光二极管（IRED,Infrared Emitting Diode）；发射峰值波长在可见光短波限附近，由部份紫外辐射的二极管称为紫外发光二极管；但是习惯上把上述三种半导体二极管统称为发光二极管。2.2光轴 Optical axis最大发光（或辐射）强度方向中心线。2.3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。2.4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。2.5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。2.6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。2.7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。2.7.1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。2.7.2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。2.7.3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)+tr2.7.4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。 2.7.5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）。图1 开关时间 延迟时间 2.7.6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)+tf2.8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。2.9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。2.10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)。2.11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（Luminous efficiency）。2.12发光（或辐射）空间分布图及相关特性2.12.1发光（或辐射）强度Iv Luminous（or Radiant） intensity光源在单位立体角内发射的光（或辐射）通量，可表示为Iv =d/d。发光（或辐射）强度的概念要求假定辐射源是一个点辐射源，或者它的尺寸和光探测器的面积与离光探测器的距离相比是足够小，在这种情形，光探测器表面的光（或辐射）照度遵循距离平方反比定理，即E=I/d2 。这里I是辐射源的强度，d是辐射源中心到探测器中心的距离。把这种情况称为远场条件。然而在许多应用中，测量LED时所用的距离相对较短，源的相对尺寸太大，或者探测器表面构成的角度太大，这就是所谓的近场条件。此时，光探测器测量的光（或辐射）照度取决于正确的测量条件。2.12.2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(见7.2.1.2)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ILED Ae和ILED Av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。2.12.3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()图2 辐射图和有关特性 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。2.12.4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）。2.12.5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）。2.13光谱特性2.13.1峰值发射波长p Peak-emission wavelength光谱辐射功率最大的波长。2.13.2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。2.13.3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。 3 最大额定值3.1 最低和最高储存温度（Tstg ）3.2 最低和最高工作环境温度或管基温度（Tamb 或Tcase ）3.3 最大反向电压（VR ）注：不可用于相互首尾相接的双管器件。3.4 在25环境或管基温度时的最大连续正向电流（IF ）和减额定值曲线或减额定值系数。3.5 在适当地方，在规定脉冲条件下，在25环境或管基温度时的最大峰值正向电流（IFM ）4 主要光电特性（见表1） 5 一般要求5.1 试验条件除非另有规定，器件的光电参数测试应按本标准规定试验条件进行。5.1.1 标准大气条件温度：1535相对湿度：2080气压：86kPa106kPa5.1.2 仲裁试验的标准大气条件温度：251；相对湿度：4852；气压：86kPa106kPa5.1.3 环境条件a） 测试环境应无影响测试准确度的机械振动和电磁干扰；.b） 除非另有规定，器件全部光电参数均应在热平衡下进行；c） 测试系统应接地良好。 5.2 参数要求 除非另有规定，器件测试应采取预防措施和保持下述公差。虽然在有关文件中规定的测试条件严于下述公差，但在一般情况下，应遵循下述规定的条件。 a） 偏置条件应在规定值的3以内；b） 输入脉冲特性，重复频率和频率等的误差应在10以内；c） 测量开关参数的误差应在5以内；d） 测量直流电参数误差不大于2；e） 测量辐射功率的误差不大于5；f） 测量峰值辐射波长的误差不大于2nm； g） 测量半强度角误差不大于10；h） 测量发光强度误差不大于25。6 测试方法测试方法分为：a） 1000类 电特性测试方法-方法1001 正向电压-方法1002 反向电压-方法1003 反向电流-方法1004 总电容b） 2000类 光特性测试方法-方法2001 平均LED强度-方法2002 半强度角和偏差角-方法2003 光通量和发光效率-方法2004 辐射通量和辐射效率-方法2005 峰值发射波长，光谱辐射带宽和光谱功率分布c） 3000类 光电特性测试方法-方法3001 开关时间6.1 1000类 电特性测试方法6.1.1 方法1001：正向电压 6.1.1.1 目的测量LED器件在规定正向工作电流下，两电极间产生的电压降。6.1.1.2 测试框图（见图3）图3 方法1001测试框图 D-被测LED器件；G-恒流源；A-电流表；V-电压表。6.1.1.3 测试步骤a） 按图3原理连接测试系统，并使仪器预热；b） 调节恒流源，使电流表读数为规定值，这时在直流电压表上的读数即为被测器件的正向电压。6.1.1.4 规定条件环境或管基温度；电源电压；正向偏置电流。6.1.2 方法1002：反向电压6.1.2.1 目的 测量通过LED器件的反向电流为规定值时，在两电极之间产生的反向电压。6.1.2.2 测试框图（见图4）图4 方法1002测试框图 D-被测LED器件；G-稳压源；A-电流表；V-电压表。6.1.2.3 测试步骤a） 按图4原理连接测试系统，并使仪器预热。b） 调节稳压电源，使电流表读数为规定值，这时在直流电压表上的读数即为被测器件的反向电压。6.1.2.4 规定条件环境或管基温度；电源电压；反向电流。6.1.3 方法1003：反向电流6.1.3.1 目的 测量在被测LED器件施加规定的反向电压时产生的反向电流。6.1.3.2 测试框图（见图5）图5 方法1003测试框图 D-被测LED器件；G-稳压源；A-电流表；V-电压表。6.1.3.3 测试步骤a） 按图5原理连接测试系统，并使仪器预热。 b） 调节稳压电源，使电压表读数为规定值，这时在直流电流表上的读数即为被测器件的反向电流。6.1.3.4 规定条件环境或管基温度；电源电压；反向电流。6.1.4 方法1004：总电容6.1.4.1 目的 在被测LED器件施加规定的正向偏压和规定频率的信号时，测量被测器件两端的电容值。6.1.4.2 测试框图（见图6）图6 方法1004测试框图 D-被测LED器件；C0-隔离电容；A-电流表；V-电压表；L-电感。6.1.4.3 测试步骤a） 按图6原理连接测试系统，并使仪器预热；b） 调节电压源和调节电容仪，分别给被测LED器件施加规定的正向偏压和规定频率的信号，将电容仪刻度盘上读数扣去电容C0等效值即为被测LED器件总电容值。6.1.4.4 规定条件环境或管基温度；正向偏置电压；电容仪提供规定频率的信号。6.2 2000类 光特性测试方法6.2.1 方法2001：平均LED强度6.2.1.1 目的 测量半导体发光二极管平均LED强度。6.2.1.2 测试框图（见图7）图7 方法2001测试框图 D-被测LED器件；G-电流源；PD-包括面积为A的光阑D1的光度探测器；D2、D3-消除杂散光光栏, D2,D3不应限制探测立体角；d-被测LED器件与光阑D1之间的距离。注1：调整被测LED器件使它的机械轴通过探测器孔径的中心。注2：光度探测器的光谱灵敏度在被测器件发射的光谱波长范围内应该校准到CIE（国际照明委员会）标准光度观测者光谱曲线;测试辐射参数时应采用无光谱选择性的光探测器。测试系统应该按距离d和光阑D1用标准器校正。测量距离d应按CIE推荐的标准条件A和B设置。在这两种条件下,所用的探测器要求有一个面积为100mm2(相应直径为11.3mm)的园入射孔径。CIE推荐LED顶端到探测器的距离d立体角平面角(全角)标准条件A 316mm0.001sr2o标准条件B 100mm0.01sr6.5o 注3：对于脉冲测量，电流源应该提供所要求的幅度，宽度和重复率的电流脉冲。探测器上升时间相对于脉冲宽度应该足够小，系统应该是一个峰值测量仪器。6.2.1.3 测量步骤被测LED器件按照选定的形式定位给被测器件加上规定的电流，在光度测量系统测量平均LED强度。6.2.1.4 规定条件环境温度和合适的大气条件；正向电流和，需要的话，宽度和重复率； 6.2.2 方法2002：半强度角和偏差角6.2.2.1 目的 测量半导体发光二极管在规定的工作电流下的平均LED强度的空间分布和半最大强度角及偏差角。半强度角 1/2是发光（或辐射）强度大于等于最大强度一半构成的角度（见图8），在平均LED强度分布图形中，最大强度方向（光轴）与机械轴Z之间的夹角即为偏差角 （见图）。6.2.2.1 测试框图（见图）图8 方法2002测试框图 D：被测LED器件；G：电流源；PD：包括面积为A的光阑D1的光度探测器；D2,D3：消除杂散光光栏, D2,D3不应限制探测立体角；d：被测LED器件与光阑D1之间的距离；：Z轴和探测器轴之间的夹角。注1：距离d应该设置为CIE标准条件A或B；注2：对于脉冲测量，电流源应该提供所要求的幅度、宽度和重复率的电流脉冲，探测器上升时间相对于脉冲宽度应该足够小，系统应该是一个峰值测量仪器；注3：被测LED定位在一种装置上（如：旋转中心位于系统光轴上的角度盘上，度盘应该有足够的角度刻度精度），要求：-被测LED器件位置可精确再现；-变化角度、器件D光学窗口的中心能保持固定；-能测量夹角；-能绕被测器件Z轴旋转；-能测量关于X轴的旋转角。6.2.2.2 测量步骤a） 给被测器件加上规定的工作电流。调正被测器件D的机械轴与光探测器轴重合，即0，测量光探测器的信号，把这个值设置为 I0100；b） 从090旋转度盘，光电测量系统测量各个角度时的发光强度值，得到相对强度I /I0 与之间的关系，优先采用极坐标图来表示，其它形式，如直角坐标图，在空白详细规范中定义后可以使用。在该图上分别读取半最大强度点对应的角度1 2 ，半强度角=|2 -1 |。偏差角就是Imax 和I0 方向之间的夹角。6.2.2.3 规定条件环境和管基温度； 规定正向电流IF 或者辐射功率e； 机械参照平面。6.2.3 方法2003:光通量和发光效率6.2.3.1 目的测量被测LED器件在规定条件下的光通量和发光效率。6.2.3.2 测试框图（见图9）图9 方法2003测试框图 图9 方法2003测试框图注1：被测LED器件发射的光辐射经积分球壁的多次反射，导致产生一个均匀的与光通量成比例的面出光度，一个位于球壁的探测器测量这个面出光度，一个漫射屏挡住光线，不使探测器直接照射到被测器件的光辐射；注2：被测器件、漫射屏、开孔的面积和球面积比较应该相对较小，球内壁和漫射屏表面应有均匀的高反射率漫反射镀层（最小0.8）。球和探测器组合应该校准，应该考虑到峰值发射波长和光通量由于功率消耗产生的变化。注3：也可以用变角光度计测量。6.2.3.3 测量步骤被测量器件放在积分球入口处，不要使光线直接到达探测器。给被测器件施加规定的正向电流IF ，光度探测系统测量出光通量。将光通量数值除以正向电流IF 和正向电压VF 的乘积值即为发光效率。6.2.3.4 规定条件环境和管基温度； 正向电流。 6.2.4 方法2004：辐射通量和辐射效率6.2.4.1 目的测量被测LED器件在规定条件下的辐射通量(功率)和辐射效率。6.2.4.2 测试框图（见图10）图10 方法2002测试框图 图10 方法2002测试框图注：被测LED器件发射的光辐射经积分球壁的多次反射，导致产生一个均匀的与辐射通量成比例的面辐射出射度，一个位于球壁的探测器测量这个面辐射出射度，一个漫射屏挡住光线，不使探测器直接照射到被测器件的光辐射。被测器件、漫射屏、开孔的面积和球面积比较应该相对较小，球内壁和漫射屏表面应有均匀的高反射率漫反射镀层（最小0.8）。球和探测器组合应该用辐射标准进行校准,测量单位为瓦特。应该考虑到峰值发射波长和辐射通量由于功率消耗产生的变化。6.2.4.3 测量步骤被测量器件放在积分球入口处，不要使光线直接到达探测器，给被测器件施加规定的正向电流IF ，辐射探测系统测量出辐射通量，将辐射通量数值除以正向电流IF 和正向电压VF 的乘积值即为辐射效率。6.2.4.4 规定条件环境和管基温度；正向电流。6.2.5 方法2005：峰值发射波长、光谱辐射带宽和光谱功率分布6.2.5.1 目的在规定正向工作电流下，测量被测LED器件的峰值发射波长，光谱辐射带宽和光谱功率分布。6.2.5.2 测试框图（见图11）图11 方法2005测试框图 D：被测LED器件；G：电流源；L：聚焦透镜系统；G：电流源（直流或脉冲）；D2,D3：消除杂散光光栏；M：单色仪；RM：包括光阑D1的辐射探测系统。注：单色仪的波长分辨率和带宽应该使测试有合适的精度。辐射探测系统的光谱响应应该校准。为便于测量，曲线峰值可以用100表示。如果单色仪的光谱透过率和辐射探测系统的光谱灵敏度不是常数，记录的测量数据应该修正。6.2.5.3 测量步骤在需要的光谱范围内调整单色仪的波长直到辐射测量系统获得最大读数，相应的波长就是峰值波长（p ），然后往p 的两边调整单色仪的波长直到峰值波长读数的一半，获得相对应的波长1 和2 ，两者之差就是光谱辐射带宽（见图12）。按照要求的波长间隔分别测量记录每个波长时的光谱功率数值，即为光谱功率分布。图12 光谱分布带宽 6.2.5.4 规定条件环境和管基温度； 规定的正向电流（直流或脉冲）。 6.3 3000类：光电特性测试方法 6.3.1 方法3001: 开关时间6.3.1.1 目的测量被测LED器件的开启时间ton （开启延时时间td(on) 上升时间tr ）和关闭时间toff （关闭延时时间td(off) 下降时间tr ）。6.3.1.2 测试框图（见图13）图13 方法3001测试框图 D：被测LED器件；G1：高阻电流脉冲发生器；G2：直流电流偏置电源；G3：直流电压偏置电源；Rd: 匹配发生器阻抗的电阻；RL: 负载电阻；M：测量仪器；PD：光电二极管；Syn：同步信号。注：光电二极管的开关时间，实验电路和测量仪器的延迟时间，输入电流脉冲的上升时间和下降时间都应该足够短以保证不影响测量精度。在光脉冲顶部获得的平均输出功率（见图1）没有必要等于直流偏置电流与输入脉冲电流之和时的连续辐射功率。6.3.1.3 测量步骤把规定的直流和脉冲电流加到被测器件，用测量仪器M测量开关时间。100的辐射输出功率电平就是辐射脉冲顶端获得的平均输出功率。0电平是在直流偏置电流时的输出功率。6.3.1.4 规定条件环境和管基温度；直流偏置电流；光学窗口；光学结构。7 量值传递发光强度是LED器件主要光参数，由于有些LED非点光源且各向异性，在近场条件下,LED光度测试过程中会产生很多误差。因此CIE推荐用LED平均强度的概念来作为LED发光强度测量的基础.目前最好的LED测试技术是将被测LED和在光谱和空间功率分布与其尽可能接近一致的参照标准样管进行比对测试.发光强度测试仪器和参照标准样管的标定和校准必须采用统一的方法和基准。8.1 原理发光强度的单位是坎德拉（candela，符号为cd），它是国际单位制的七个基本单位之一。1979年前世界上只有9个国家建立了光强基准，我国很早就建立了光度基准和2856K色温的光强度工作基准。因此，确定由国家或省（市）级法定计量测试部门标定的2856K光强标准灯作为发光强度传递的工具。8.2 方法a）用色温为2856K的光强标准灯对LED测试系统进行校准和标定。b）用具有CIE标准光度观测者光谱响应的光电探测器分别对专门挑选的LED器件和色温为2856K的光强标准灯进行比对测试，对不同光谱功率分布的LED器件求得他们的光谱修正系数(SCF,Spectral correction factor),从而把标准灯光强数值传递到LED器件上，以此作为LED光强参照标准样管.但是作为参照标准样管的LED器件必须有严格的要求。它们主要是：-优良的稳定性，必须进行严格的筛选和老化,必须规定最少老化时间；-采用光轴和机械轴重合的LED器件作参照样管.或采用光强（辐射）分布图形近似为圆形的器件。-参照标准样管工作时,必须使其在恒定的温度和驱动电流(20mA)下工作,保证其有一个恒定的光学输出.c）建立专门实验室进行仲裁性测试和各种参照标准样管的定标。附录1. 基本辐射度量和光度量1. 辐射度量1.1 辐射能Qe radiant energy以辐射的形式发射,传输和接收的能量,单位为J(焦耳)。1.2 辐射通量e radiant flux辐射通量又常称为辐射功率(radiant power)Pe ,是辐射源发射,传输和接收的功率.单位为瓦(W),如以t表示时间,辐射通量定义为e =dQe/dt1.3 辐射强度Ie radiant intensity 辐射强度定义为在给定方向上的立体角元内,离开点辐射源(或辐射源面元)的辐射通量de与该立体角元 d的比值.单位为瓦球面度(W/sr ).Ie =de/d1.4 辐射亮度Le