半导体发光二极管测试方法(精)

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。

ont= td(on)+tr

2.7.4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

2.8光通量Φv 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Φe 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ηe 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：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ηv Luminous flux efficiency

器件发射的光通量Φv 与器件的电功率（正向电流 IF乘以正向电压 VF）的比值：

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 =dΦ/dΩ。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/d 。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Φ与由探测器构成的立体角Ω 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2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。off t=td(off)+tf ηe =Φe/(IF·VF) ηv =Φv/(IF·VF) 。I=Φ/Ω=Φ/(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ILE

D 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）： v

I(或Ie)=f(θ)