LED特性测量要点.docx

LED 特性测量 实验者：林巧玲 合作者：洪艺江 组别：A14 物理科学与工程技术学院 光信息科学与技术专业 实验时间：2015.05.27 上午 8:20 实验地点：物理楼 一、实验目的 了解发光二极管的发光机理、光学特性与电学特性，并掌握其测试方法。 设计简单的测试装置，并对发光二极管进行 V－I 特性曲线、P－I 特性曲线的测量。二、实验原理 LED（light emitting diode）即发光二极管，它属于固态光源。1.发光二极管的基本原理 发光二极管的核心部分是由 p 型半导体和 n 型半导体组成的晶片。当外加一足够高的正向偏压 V 时，电子和空穴将克服在p－n 结处的势垒相遇、复合，电子由高能级跃迁到低能级，电子将多余的能量将以发射光子的形式释放出来，产生电致发光现象。选择可以改变半 导体的能带隙，从而就可以发出从紫外到红外不同波长的光线，且发光的强弱与注入电流有 关。 2.发光二极管的主要特性 光谱分布、峰值波长和光谱辐射带宽：发光二极管所发之光并非单一波长，其波长具有正态分布的特点，在最大光谱能量(功率)处的波长成为峰值波长。即使有两个 LED 的峰值波长是一样的，但它们在人眼中引起的色感觉也是可能不同的。光谱辐射带宽是指光谱辐射功率大于等于最大值一半的波长间隔，它表示发光管的光谱纯度。 档屏被 测LED光通量：LED 向整个空间在单位时间内发射的能引起人眼视觉的辐射通量ΦV（单位是流明 lm）。国际照明委员会(CIE)为人眼对不同波长单色光的灵敏度作了总结，在明视觉条件(亮度为 3cd/m2 以上 档屏 被 测 LED 度观测者光谱光效率函数 V ( )，它在555nm 上有最大值，此时 1W 辐射通量等于 683lm。通常，光通量的测量以明视觉条件作为测 量条件，可以用积分球来把 LED 发射的光辐射能量收集起来，并用合适的探测器将它线性地转换成光电流，再通过定标确定被测量的大小。 第 1 页/共 12 页  探测器 图 1.积分球结构示意图 积分球又叫光度球（如图 1）是一个球形空腔，由内壁涂有均匀的白色漫反射层(硫酸钡或氧化镁)的球壳组装而成，被测 LED 置于空腔内。LED 器件发射的光辐射经积分球壁的多次反射，使整个球壁上的照度均匀分布，可用一置于球壁上的探测器来测量这个与光通量成比例的光的照度。挡屏的设计是为了避免LED 光直射到探测器。球和探测器组成的整体要进行校准，同时还要关注探测器与光谱光视效率V( ? )的匹配程度，使之比较符合人眼的观测效果。 发光强度：取决于 p－n 结中辐射型复合机率与非辐射型复合机率之比，通常是指法线方向上的发光强度。要求光源是一个点光源，或者满足远场条件，实际中往往没有达到这样的要求，不能严格测出LED 的发光强度。 色温：用黑体加热到不同温度所发出的不同光色来表达一个光源的颜色，称作光源的 颜色温度，简称色温。 发光效率：光源发出的光通量除以所消耗的功率 ?  ? ? V （单位是lm/w）。它是衡 V I V F F 量光源节能的重要指标。其中I ，V F F 分别是发光二极管的正向电流和正向电压，Φ 为光 V 通量。 显色性：光源对物体本身颜色呈现的程度称为显色性。也就是颜色的逼真程度。国际照明委员会CIE 把太阳的显色指数（ra）定为 100。 F正向工作电压 V F ：正向工作电压是在给定的正向电流IF 下得到的。一般是在 I F =20mA 时测得的。 V－I 特性：满足Shockley方程: ??＋ ? ? D n2? P iND D n2 ? P i N D n2 ? n i N eV ? ? ?I ? eA? ? ? ? e kT p D n A ?? ?1? ?  (2) 电压源 － m A 在正向电压小于阈值时，正向电流极小，不 发光。当电压超过阈值后，正向电流随电压迅速增加。由V－I 曲线可以得出LED 的正向电压，  V 图 2.LED V－I 特性测试电路 反向电流及反向电压等参数。正常情况下常见的GaN LED 反向漏电流在V = -5V 时，反 R 向漏电流 I R 10μA。 P－I 特性：即LED 轴向光强与正向注入电流关系特性。LED 光强的测量是按照光度学上的距离平方反比定律来实现的。测量电路及装置如图 3 和 4 所示。根据 CIE127-1997 标准，取LED 到探测器端面距离d＝100mm，探测器接收面直径a＝11.3mm。 第 2 页/共 12 页 da光阑 d a ＋ 可调稳流 恒流源LED 恒流源 LED — A V 图 3.LED P－I 特性测试电路图 图 4.LED P－I 特性测试装置图三、实验仪器 LED（若干种类）、精密数