LED及检测技术

6.3 LED的测试 6.3.1电性能测试 LED电特性参数包括正向电流、正向电压、反向电流和反向 电压。LED必须在合适的电流电压驱动下才能正常工作。通 过LED电特性的测试可以获得LED的最大允许正向电压、正 向电流及反向电压、反向电流，此外也可以测定LED的最佳 工作电功率。
（a）电流表内接法（b）电流表外接法（c）四线法电压取样 图6-8 LED电牲能测试接线图
6.1概述 LED为发光二极管英文（Light Emitting Diode）简称，它是 一种能够将电能转化为可见光的固态的半导体器件，它可以 直接把电转化为光。LED的心脏是一个半导体的晶片，整个 晶片被环氧树脂封装起来。LED内部结构有和普通二极管相 似的P区和N区，P区和N区交界形成PN结。LED与普通半导 体二极管一样是一种允许电流单向导通的器件。 LED又称半导体光源或冷光源，与常规白炽光源及气体放电 光源具有完全不同的发光原理，其发光机理是利用某些特殊 半导体材料电致发光原理直接将电能转化为可见光和辐射能， 具有发光效率高、热量低、寿命长等特点，具有常规光源无 法比拟的优势。
2.LED发光器件色度学参数 （1）主波长D 任何一个颜色都可以看作为用某一个光谱色按一定比例与一个 参照光源（如CIE标准光源A，B，C等，能光源E，标准照明 体D65等）相混合而匹配出来的颜色，这个光谱色就是颜色的 主波长。 （2）CIE光谱三刺激值X，Y，Z X，Y，Z为颜色的三刺激值，它们的数值表示了三原色匹配该 颜色时相互之间的比例。 （3）色度坐标x，y，z 三刺激值中的每一刺橄值与其总和之比。 （4）纯度P 样品颜色接近主波长光谱色的程度就表示该样品颜色的纯度． （5）色温Tc 光源的光辐射所呈现的颜色与在某一温度下黑体辐射的颜色相 同时，称黑体的温度（Tc）为光源的色温度。
3.LED发光器件的电参数 （1）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）反向电压VR（Reverse Voltage） 被测发光二极管器释通过的反向电流为确定值时，在两极间 所产生的电压降。 （3）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。 4.LED的伏安特性
6.2.2LED特性 1．光学特性 （1）光通量F 光通量F是表征LED总的光输出辐射能量。 目前单色LED的光通量F最大约1lm，白光LED的F≈1.5～ 1.8lm，对于1mm×1mm的功率级芯片制成白光LED，其 F=18lm。 （2）LED发光强度 发光强度定义为光源在指定方向上单位立体角内所包含的 光通量。 （3）LED相对光谱能量分布P（） 发光二极管的相对光谱能量分布P（）表示在发光二极管 的光辐射波长范围内，各个波长的辐射能量分布情况，通常 在实际场合中用相对光谱能量分布来表示。 （4）LED的峰值波长p和光谱半波宽△ LED相对光谱能量分布曲线的重要参数用峰值波长p和光 谱半波宽△这两个参数表示。
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6.3.2光色性能测试 1．光通量测量
（1）光通量测量的探测器旋转式分布光度计
探测器旋转式分布光度计是以照度分布积分法来实现总光通量测量的，其原 理表达式如下式 =SEdS （6-1） 其中，E为包围被测LED产品的虚拟球表面的照度，S为虚拟球面积。 CIE84-1989对照度分布积分法及其分布光度计的要求进行了明确的规定：被 测光源和灯具无需严格位于虚拟球的中心，且对灯中心到光度探侧器间的测 量距离不作严格的要求，最小测量距离只要满足光度探测器绕被侧LED模块 旋转的物理尺寸即可，但应注意在测量距离较近时，光度探测器应具有较好 的余弦校正。 如图6-9所示为测量总光通量的探测器旋转式分布光度计原理示意图和典型结 构示意图，其中（a）为原理图，（b）为结构图。测量LED模块总光通量的 探测器旋转式分布光度计应能使被测LED模块按标准测量姿态燃点，并尽量 使其光度中心处于分布光度计的旋转中心，被测LED模块在光度取样中保持 静止状态：探测器旋转式分布光度计的光度探侧器应正面面对被侧LED模块， 直接接收来自被侧LED棋块的光束。
（a）原理图（b）结构图 图6-9 测量光通量的探测器旋转式分布光度计原理和结构
（2）总光通量的基准测量方法 在测光暗室中，使用光通量测量的探测器旋转式分布光度 计测量LED模块的光通量将被测LED模块夹持在探测器旋 转式分布光度计上，使LED模块处于规定的姗点状态， LED模块的发光中心处于分布光度计的旋转中心。在足够 多的发光平面上以足够小的角度间隔测量以分布光度计的 光度探测器到被测LED模块发光中心之间的测量距离为半 径的虚拟球面上的各点的照度。平面间角度间隔一般为5， 平面内的角度间隔一般为1，当被测LED模块尺寸较大或 光束角较窄时，应采用更小的平面间隔和角度步长，以保 证照度分布的取样完整性。 用数值积分的办法计算出LED模块的总光通量，总光通量按 公式计算： （6-2） 式中，tot为总光通量，r为虚拟球面的半径，Stot为虚拟球 上的表面面积，（，）为空间角，如图6-10所示。
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6.2原理与特性 半导体发光二极管（LED）和半导体激光器（LD）都属于 发光器件，都采用PN结或异质结的注入式场致发光的方法发 光。它们的结构如图6-2所示，其中图6-2（a）为LED，图62（b）为半导体激光器。它们的发光光谱相当窄，LED发光 谱线宽，典型值是100～500A，LD的只有0.01～0.lnm宽。 它们之间主要区别是：发光二极管靠注入载流子自发复合的 自发辐射，发射的是非相干光，而半导体激光器靠受激辐射， 发射的是相干光，光的单色性、方向性和亮度等都比发光二 极管好得多。 6.2.1LED工作原理 半导体发光包括激发过程和复合过程．这两个过程前后衔 接，是发光必不可少的两个环节。 （1）激发 （2）复合