LED-光电参数定义及其详解

发光二极管光电参数的定义和详细说明2.1发光二极管照明原理发光二极管的实体结构是半导体PN结，核心由P型半导体和N型半导体组成。形成的晶片在P型半导体和N型半导体之间有一个过渡层，称为PN结。它的头发光学原理可以用PN结的能带结构来解释。用于制造半导体发光二极管的半导体材料它是重掺杂的。在热平衡状态下，在N区有许多高迁移率的电子，在P区有更多的电子。速率较低的孔。在正常条件和PN结阻挡层的限制下，两者之间不能发生自然复合。然而，当当向PN结施加直流电压时，由于施加电场的方向与势垒区中自建电场的方向相反，因此势垒高度降低，势垒区宽度变窄，破坏了PN结的动态平衡，产生了少数载流子电喷16。空穴从p区注入n区，电子也从n区注入p区。注入的少数载流子拖缆将与该区域的多数载流子重新结合，以光的形式持续辐射多余的能量。2.2可见光谱光是特定波长范围内的电磁辐射。电磁辐射的波长范围很广，最短的是波长只有几十亿分之一米(10-14-10-15米)的宇宙射线，最长的是波长数千公里的交流电。在电磁辐射范围内，只有波长为380纳米至780纳米的电磁辐射才能引起人类视觉。这个波长叫做可见光谱，如图2-1所示。图2-1电磁辐射谱图2-1中标记的数字以基本单位表示，即频率为赫兹(Hz)，波长为米(m)。由于使用上述单位时波长值太大，因此有必要使用较小的单位来测量可见光谱的波长，因此使用标准纳米(也称为纳米，符号为nm)，这里1nm=10-9m.人眼睛视觉反射的最长和最短波长分别为780纳米和380纳米，分别位于光谱的红色端和紫色端。在电磁辐射范围内，有紫外线、x光、伽玛射线、红外线、无线电波等。可见光、紫外光和红外光是原子和分子的发光辐射，称为光辐射。x射线，伽马射线射线等是原子内部激发电子产生的辐射，称为核辐射。电振动引起的电磁辐射被称为无线电波。对人类来说，能够被眼睛感觉到并产生视觉的光辐射叫做可见光辐射；肉眼感觉不到且不产生视觉的光辐射称为不可见辐射。因此，光学辐射可以进一步分为可见辐射和不可见辐射。来自外部的可见辐射刺激人类的视觉器官官员在大脑中创造光、颜色、形状等视觉印象，以获得对外部世界的理解。不可见辐射当刺激眼睛时，不能产生视觉，而作用于皮肤时有时会产生其他感觉，如产生紫外线。痛觉，红外线热觉。严格地说，只有一种能被眼睛感觉到产生视觉现象的辐射是可见辐射或可见光，或简称光。这就是本文中提到的光。光的定义。2.3测量发光二极管发光器件的光度参数17 1819相关的光度和辐射参数为：1.光通量 V(光通量):当通过发光二极管的正向电流为规定值时，器件光学窗口发出的光通量。2.光强IV:单位立体角内光源发出的光通量，可表示为IV=d/d。3.相对光谱能量(功率)分布P (L):光辐射波长范围内不同波长的辐射能分布。4.峰值发射波长：对应于最大光谱辐射功率的波长。5.光谱半波宽度l(全宽半最大值，FWHM):两个波长之间的间隔，相当于峰值发射波长辐射功率的1/2。Led光通量在辐射测量中，发光二极管辐射以流明(lm)表示的量F V类似于辐射通量的概念，这意味着发光二极管光源向整个空间发射光每单位时间发出的辐射通量，能引起人类视觉。然而，应该考虑人眼对不同波长的可见度。光对光的感知是不同的。国际照明委员会对人眼不同波长的单色光很敏感。得出的结论是，在明亮的视觉条件下(亮度在3cd/m2以上)，人眼标准光度观测器光被累加。683 7801700 780在555nm处具有最大值的光谱光效率函数V(l)具有等于683lm的1W辐射通量，如图2-2所示，其中V(l)是暗视觉条件下的光谱光视觉(亮度为0.001cd/m2或更小)效率。五(1)五(1)图2-2明、暗视觉条件下的光谱光效率函数在明亮视觉条件下，从辐射量到光通量的转换表达式可表示如下：F=V380FE(1)V(1)d l(2-1)在暗视觉条件下，从辐射量到光通量的转换表达式可表示如下：离差=离差(l(2-2)380通常的测量以明亮的视觉条件作为测量条件，并且在发光二极管的测量中，为了获得为了获得准确的测量结果，必须收集发光二极管发出的光辐射功率，并用合适的检测器将其线性转换为光电流(检测器应具有CIE标准光度观测器光谱光效率函数的光谱响应)，然后通过校准20确定测量尺寸。2.3.2发光二极管发光强度发光强度的概念要求光源是点光源，或者光源的尺寸和检测器的面积积与到光检测器的距离相比足够小，表示为iv=d c/d，其中d是点光源在某个方向上拉伸的立体角元素，如图2-3所示。图2-3点光源的发光强度然而，在许多发光二极管测量的实际应用中，测量距离往往不够长，光源的尺寸相对较大，或者发光二极管与探测器表面形成的立体角过大。在这种近场条件下，距离平方反比定律不能得到很好的保证，实际发光强度的测量值随上述因素而变化，因此不能严格测量发光二极管的实际发光强度。为了解决这个问题并使测量结果具有普遍可比性，国际照明委员会建议使用“平均发光强度”的概念：在离发光二极管一定距离处照射到光电探测器上的光通量与探测器形成的立体角之比。如图2-7所示，立体角可以通过将探测器的面积s除以测量距离d的平方来计算。因此，有以下表达式：I=战斗车辆W外宾=2S d(2-3)在物理上，平均发光强度的概念不再与发光强度的概念相关它与光通量的测量和测量机构的设计密切相关。近场条件下的积分方程对于的发光二极管测量，有两个推荐的标准条件：发光二极管标准条件A和发光二极管标准条件b.这两种情况都要求所使用的探测器具有面积为1cm2的圆形入口(相应的直径为11.3毫米)光圈21。表2-1 CIE推荐的近场标准条件CIE推荐从发光二极管尖端到检测器的距离，立体角，平面角(全角度)标准条件A316mm0.001sr2o标准条件B100mm0.01sr6.5o2.3.3发光二极管相对光谱能量分布发光二极管的相对光谱能量分布P(l)表示发光二极管的光辐射的波长范围其中，每个波长的辐射能量分布通常用实际情况下的相对光谱能量分布来表示。表演。如图2-4所示，示出了具有不同颜色的每个发光二极管的相对光谱能量分布曲线。通常换句话说，发光二极管发出的光辐射通常由许多不同波长的光和不同波长的光组成比例也不一样。发光二极管辐射能量随波长而变化，并绘制成分布图。曲线相对光谱能量分布曲线。该曲线确定后，相关的主波长、纯度和其它相关色度学参数将根据你怎么包装都没关系。图2-4描绘了由不同化合物半导体和掺杂制成的几个发光二极管光谱响应曲线排队。人眼致敏图2-4发光二极管光谱分布曲线其中：1.发射光谱峰值l p=460 465 nm的蓝色InGaN/GaN发光二极管2.绿色发光二极管，发射光谱峰值l p=550nm3.光谱峰值L p=680 700 nm的红色发光二极管4.红外发光二极管，峰值l p=910nm5.硅光电二极管2 . 3 . 4 led的峰值波长l p和光谱半波宽度l发光二极管相对光谱能量分布曲线的重要参数是峰值波长和光谱半波宽度两个参数代表。无论什么材料制成的发光二极管，都有一个相对光辐射最强的地方，与之应该有一个相对波长，它是峰值波长，由半导体材料的带隙宽度或发光中心组成能级的位置被确定。光谱半波宽度l被定义为相对光谱能量分布曲线上的两个半极大值如图2-5所示，强度值对应的波长差表示光谱纯度，也可用于平衡光谱纯度。测量半导体材料中有助于光发射的能量状态的色散，并且发光二极管的光发射光谱的半宽度为1一般30-100纳米，窄光谱宽度意味着良好的单色性，明亮的发光颜色和清晰的能见度22。图2-5光谱半波宽度l2.4发光二极管发光器件色度参数的测量相关色度参数包括：1.主波长：任何一种颜色都可以被认为是某种颜色光谱颜色与参考光源(如国际照明委员会标准光源甲、乙、丙等)成正比。能量光源E，D65等。)的标准照明器，该光谱颜色是该颜色的主要波长。2.光谱三刺激值：X，y，Z(光谱三刺激值):X，y，Z是颜色的三刺激值，它们的值代表匹配颜色时三原色的比率。3.色度坐标x，y，z(色度坐标):三个刺激值中每个刺激值与其总和的比率。4.纯度：样品颜色接近主波长光谱颜色的程度表明样品颜色的纯度学位。5.色温：在一定温度下，光源发出的光的颜色当黑体辐射出相同的颜色时，黑体的温度称为光源的色温。在光度学中，“光”的定义是相对于可见光有一个波长范围380 780 nm。然而，在这个间隔中，进入人眼的不同波长的辐射的颜色感知是不同的。例如，波长为700纳米的发光二极管辐射引起的感知是红色的，波长为580纳米的发光二极管的感知是红色的。辐射引起的感觉为黄色，波长为510纳米的发光二极管辐射引起的感觉为波长为450纳米发光二极管辐射引起的感觉是蓝色等。表2-2列出了不同颜色感觉的波长范围。因此，发光二极管光的颜色与进入人眼的光辐射的相对光谱能量分布有关当眼睛光谱辐射的波长改变或它们的相对光谱能量分布改变时，人眼对光的颜色感知也会改变。表2-2各种颜色光的波长光色波长(nm)代表波长红色780 630700橙色)630600620黄色)600570580绿色570 500550青色500 470500蓝色470 420470紫罗兰色)4203804202.4.1 CIE标准色度系统CIE比色系统是基于三原色的彩色光RGB，具有光源、物体反射和配色功能计算x、y和z的刺激值。任何颜色都可以用RGB混合，然后用仪器测量。XYZ三刺激值可以通过光谱辐射能和反射值来计算。根据三色论原理，任该颜色可以通过以不同的比例混合红色、绿色和蓝色这三种原色来获得。然而，给定一个用来复制颜色的三原色的比例是多少，这个比例是否是唯一的？是需要解决的问题只能通过RGB给颜色一个完整的定义来解决配色方案。2.4.2配色实验将两种颜色调整到相同视觉的方法称为颜色匹配，颜色匹配实验使用颜色光添加。要实现的颜色。在白色屏幕上，红色r、绿色g和蓝色b这三种原色被投射到上方和下方待匹配的光C，三原色的光照亮白屏的上半部分，待匹配的光照亮白屏的下半部分，白色屏幕的上部和下部被一个黑屏隔开，从白屏反射的光通过一个小孔到达右视图。在观察者的眼中。人眼的视野大约是2，分为两部分。在这个实验装置上可以进行一系列的颜色匹配实验。要匹配的光可以通过调节上面三原色的强度来混合当视场中的两部分彩色光相同时，要匹配的光的颜色被认为与三原色的颜色相同混合光颜色实现颜色匹配。当要匹配的不同光源达到匹配时，三原色的亮度不同，可以使用不同的颜色。方程式代表2324:C=R (R) G (G) B (B)(2-4)其中C代表要匹配光；(r)、(g)和(b)代表产生混合颜色的红、绿和蓝三原色的单位量；R、G和B分别是匹配待匹配颜色所需的红、绿、蓝三原色的数目，称为三刺激值；“=”表示视觉上相等，即颜色匹配。2.4.3 CIE-RGB光谱三刺激