LED新型设备-器件特性测试-讲义.doc

LED光色电特性测试光学基本概念：1、光通量光通量（luminous flux）指人眼所能感觉到的辐射功率，它等于单位时间内某一波段的辐射能量和该波段的相对视见率的乘积。由于人眼对不同波长光的相对视见率不同，所以不同波长光的辐射功率相等时，其光通量并不相等。人眼对亮度的敏感程度与颜色有关,在整个可见光范围内并不是均匀的。可以用相对敏感函数曲线进行描述。光通量的单位：流明 lm 不同光亮度水平下人眼相对敏感函数曲线2、发光强度Iv点光源向各方向发出的可见光在某一方向在单位立体角d内发出的光通量为d则点光源在该方向上的发光强度Iv为：Ivd/d單位坎德拉 cd 1000mcd1cd 3、光亮度L描述具有有限尺寸的发光体发出的可见光在空间的分布情况。单位发光面积dA在方向的发光强度Iv与该单位面积在垂直于该方向平面上的投影cosdA之比。LIv/cosdA光亮度的單位坎德拉平方米 cd/m2 4、发光效率光源所发出的光通量和该光源所消耗的电功率的比值/发光效率的单位流明瓦 lm/w白炽灯的光效率15 lm/w LED可达到100 lm/w(实验室值)白光的效率25lm/w 5、光出射度M光源单位发光面积所发出的光通量大小。Md/dA光出射度的单位勒克斯 lx（1lm/ m2）6、色温黑体是指这样一种物体，它能在任何温度下将辐射到它表面的任何波长的能量全部吸收。黑体的光出射度随温度上升而极快的上升。黑=T4上式为著名的斯蒂芬玻尔滋曼定律其中為斯蒂芬玻尔滋曼常数。当光源所发出的光的颜色与黑体在某一温度下辐射的颜色相同时，黑体的这个温度就称为该光源的颜色温度简称色温。7、显色指数描述光源照射到物体上所产生的客官效果，如果各色物体受照射时效果和标准光源照射时一样则认为该光源的显色性好即显色指數高反之如果物体在受照射后颜色失真则该光源的显色性就差即显色指数低。一、实验目的：1、 学习发光二极管的工作原理。2、 学习发光二极管个参数的意义。3、 学会利用ZWL-600光色电综合测试系统测试发光二极管的特性。二、LED工作原理：LED，即发光二极管（light emitting diode），是一种固态的半导体器件，它可以直接把电转化为光。常见的发光二极管是由-族化合物，如GaAs（砷化镓）、GaP（磷化镓）、GaAsP（磷砷化镓）、GaN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-V特性，即正向导通，反向截止、击穿特性。在一定条件下还具有发光特性。N区空间电荷区P区内建场图1 PN结我们知道当型半导体和型半导体结合时，由于交界面处存在的载流子浓度差，于是电子和空穴都会从高浓度区域向低浓度区域扩散。电子与空穴都是带电的，其扩散的结果就导致了区和区原来的电中性被破坏。这样，区一侧失去空穴剩下不能移动的负离子，区一侧失去电子而留下不能移动的正离子。这些不能移动的带电粒子就是空间电荷。在空间电荷集中在区和区交界面附近，形成了一很薄的空间电荷区，就是P-N结 。在P区一侧为负电荷，N区为正电荷，于是空间电荷区，便出现了由N到P的电场。这个电场是载流子扩散运动形成的，而不是外加电压形成的，这便是内电场。由于内电场的存在，使得P-N结处于动态平衡状态，如图1。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2所示。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、价格较高。图2、发光二极管工作原理LED特性及参数：极性参数：（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） 工作环境温度: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。光电参数的意义：（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3所示。由图可见，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：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的发光强度小，所以发光强度常用豪坎德拉(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4给出的是两只不同型号发光二极管发光强度角分布的情况，此图是发光角度与相应角度上发光强度的极坐标图。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）。1080的坐标示数表示的是偏离法线的角度。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） IV特性：发光二极管的电压与电流的关系可用图5表示。在正向电压小于某一值（开启电压）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IR测试设置，或直接点击快捷按钮的“测试设置”，即可打开基本曲线的测试设置界面。操作过程如下图所示：图8-1图7-2图7-3完成所有参数设置后，点击“确认设置”，即完成测试设置，设置的参数值显示到基本曲线的显示界面上。如图7-4所示：图7-4参数设置完毕后，即可进行联机测试，具体操作为：点击菜单 文件联机测试 或直接点击快捷按钮的“联机测试”。操作过程如下图所示：图7-5图7-6图7-7测试完成后，用户可根据需要进行应用报表、数据报表的打印，如图7-8，7-9所示：图7-8图7-9在报表中点击导出按钮，如图7-9所示，可将报表导出为 PDF、HTML、Excel、GIF、BMP和RTF等格式。应用报表建议不采用导出Excel格式。点击 导出PDF文件 后出现对话框如 图7-10 所示，选用默认设置，点击确认即可将报表导出为PDF格式，其他格式的导出操作与此一致。图7-108、光强分布测试：在主界面中点选光强分布，此时所有菜单、快捷按钮都对应到基本曲线的操作。然后在在菜单中点击 设置测试设置，或直接点击快捷按钮的 测试设置，即可打开光强分布的测试设置界面。设置过程如下图所示：图8-1图8-2图8-3完成所有参数设置后，点击“确认设置”，即完成测试设置，设置的参数值显示到光强分布的显示界面上如图8-4所示：图8-4参数设置完毕后，即可进行联机测试，具体操作为：点击菜单 文件联机测试 或直接点击快捷按钮的“联机测试”。操作过程如下图所示：图8-5图8-6图8-7测试完成后，用户可根据需要进行应用报表、数据报表的打印，如图8-8所示：图8-810、测试结束后，在主机界面按下“光通量”模式，此时LED灯熄灭，拔下LED灯。11、光谱分析测试：在测量界面下按下“光强”模式，在按下“”键清除当前的电流值，再按“数字键”输入需要的电流值5mA，最后按下“确认”键，将LED灯插入夹具上，然后将夹具插入到积分球中的插座上，再按回“光通量”模式，设置生效。此时，可以检查LED是否点亮，如果不亮，可能是弄错极性，在主机面板上重新选择到“光强” 模式，拔下LED反过来插入。在主界面中点选光谱分析，此时所有菜单、快捷按钮都对应到光谱分析的操作。然后在在菜单中点击 设置测试设置，或直接点击快捷按钮的 测试设置，即可打开光谱分析的测试设置界面。设置过程如下图所示：图11-1图11-2图11-3图11-4图11-5完成所有参数设置后，点击“确认设置”，即完成测试设置，设置的参数值显示到基本曲线的显示界面上。如图11-6所示：图11-6参数设置完毕后，即可进行联机测试，具体操作为：点击菜单 文件联机测试 或直接点击快捷按钮的“联机测试”，也可用点击主界面中的测试按钮。如下图所示图11-7图11-8图11-