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第七章 LED的性能指标和测试

一、LED的电学指标

1、LED的正向电流IF

1)正向电流与电压间的关系:当正向电压小于3V时,LED正向电流很小,此时LED不发光,但正向电压等于和大于3V时,正向电流迅速增加,LED发光。额定工作电流的大小与LED的额定功率大小有关;

2)正向电流与温度间的关系:温度小于30度时,正向电流几乎不随温度变化,一旦温度超过30度,则正向电流随温度的升高而降低,发光强度和发光效率都将随温度的升高而降低,于是对于大功率LED的散热问题尤为重要;

3)正向电流与发光强度的关系:发光强度随正向电流的增大而增加,另外发光强度与结晶材料及用以控制n、p层的杂质有关。

2、LED正向电压VF

正向工作电压:规格书等参数表所标示的工作电压是在给定的正向电流下得到的,一般在IF=20mA时测得。

3、LED电压与相关电性参数的关系

1)VF-IF曲线(伏安特性曲线):在正向电压小于某一值时,电流极小,LED不发光。当电压超过某一值后,正向电流随着电压迅速增加而发光。

2)正向电压与温度间的关系:在外界温度升高时,内阻变小,VF将会下降;

3)热阻的概念:

a.热阻Rth的定义:在热平衡条件下,导热介质在两个规定点处的温度差,及热源、周围环境之间的温差(T1-T2)与产生这两点温度差的耗散功率(P)之比,单位是oC/W或K/W;

b.LED的热阻;

c.LED的热阻模型

d.LED器件热阻的测量;

4、反向电压和电流的单位和大小

1)反向电压VR单位为V,正常VR设定值:5V(也有的管大于100V)。在反向施加高电压会导致组件受损,因此操作时须留意反向电压的极限值;

2)反向电流IR单位为uA,正常IR读值范围:在VR=5V条件下,反向电流小于5uA,要求严格的高档产品其反向电流值规定小于1uA。

5、电学参数测量

 

二、LED光学特性参数

1、发光角度: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,成为半值角,半值角的2倍称为视角(或称为半功率角)。

2、发光角度测量:让光电探测器沿半球空间缓慢扫描,发光强度下降一半时即可确定发光角度;

3、发光强度IV

1)发光强度的定义:表示光源在一定方向范围内发出的光通量的空间分布的物理量。

2)有关单位:发光强度单位为cd,光通量单位为lm,照度单位为lux。

a.cd-坎德拉(candela)。1cd是指点一支标准蜡烛,在一尺的距离所照射的亮度值;

b.lm-流明(lummious)。1lm定义为一国际标准烛光的光源在单位立体弧角内所通过的光通量;

c.lux-照度(illuminance)。照度是指单位面积所照射的cd值,即被照物所承受的能量值。

3)人眼视觉函数:相等的辐射通量,由于波长不同,引起人眼的感觉也不同。设任一波长的光和波长为555nm的光,产生相同亮暗视觉所需的辐射通量分别为A和B,则其比值A/B称为视觉函数。

4)辉度:指发光物单位面积上所发出的能量值(光功率密度),单位为mW/cm2

4、波长(WL):电磁辐射的电场(或磁场)在空间峰-峰值间的长度。峰值波长λP:光谱特性曲线峰值对应的波长(此波长附件单位波长的辐射能最大),峰值波长由材料禁带宽度决定。

1)仪器直读波长λP:发光体或物体(经由反射或穿透)在分光仪上所测得的能量分布,其峰值位置说对应的波长,称为λP(peak)

2)峰值波长λP的测量;

3)人眼波长读值λD,在人眼可见光区(380-780nm),决定发光体或物体的光线主要在什么波长,该波长称为人眼波长读值λD(Dominat)。

 

三、色度学和LED相关色参数

1、CIE标准色度学系统简介:以色光三原色RGB为准,以光源、物体反射和配色函数计算出X,Y,Z刺激值,任何色彩都可以由RGB混色而成,再经由仪器测出光谱辐射能量和反射率值,即可计算出X,Y,Z三刺激值。

1)颜色匹配实验:把两个颜色调整到视觉相同的方法叫颜色匹配;

2)CIE-RGB光谱三刺激值:国际照明委员会CIE规定红绿蓝三原色的波长分别为700.0、546.1和435.8nm。1931年CIE给出了用等能标准三原色来匹配任意颜色的光谱三刺激值曲线,这样的一个系统被称为CIE-RGB系统;

3)1931CIE-xyz系统;

4)色坐标及主波长λD的计算。

2、显色指数CRI:以D65(白光参数)标准机测试,并以太阳光为准频谱读取频谱波形,CRI具体数据是以所占太阳光波的频谱波形面积之比例得出的。注意LED的频谱波形一定要在太阳光波形之内。

3、色温:当某辐射体与绝对黑体在可见光区域具有相同形状的光谱功率分布时的温度,称为该辐射体的色温。所谓黑体,是指能够完全吸收由任何方向入射的任何波长的辐射的热辐射体。

4、国际标准色度图。

5、什么是CIE 1931:

色彩是一个三维函数,所以应该由三维空间表示。但国际照明委员会CIE1931年规定了三原色光红绿蓝的波长分别为700.0、546.1和435.8nm。自然界中各种色光都能由这三种原色光按一定比例混合而成。1个红基色光单位(R)=1光瓦,1个绿基色光单位(G)=4.5907光瓦,1个蓝基色光单位(R)=1光瓦,其中1光瓦=680lm。所以标准白光可以用每个基色单位为1的物理三基色配出:E白=1(R)+1(G)+1(B),在以上定义的基础上,人们定义了这样的一组公式:r=R/(R+G+B), g=G/(R+G+B), b=B/(R+G+B)。因为r+g+b=1,所以只用给出r和g的值,就能唯一地确定一种颜色,这样就可将光谱中的所有颜色表示在一个二维的平面内,由此便建立了CIE1931-RGB表色系统。

6、CIE 1931 XY表色方法。

 

四、用光色电参数综合测试仪测试LED

1、光色电参数综合测试仪说明;

2、光色电参数综合测试仪的主要原理

1)积分球;

2)角度光强分布测试系统;

3、光色电参数综合测试仪的软件。

 

五、LED主要参数的测量

1、LED光度学测量

1)光谱测量;

2)发光强度测量;

3)LED相对光谱能量分布P(λ);

4)LED的峰值λP和光谱半波宽Δλ;

5)LED光强角度分布测试。

2、LED色度学测量

3、LED电常数测量

1)LED伏安特性(I-V)测试;

2)LED瞬态光衰测试。

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