發(fā)光二極管參數(shù)的測量和研究

1、發(fā)光二極管參數(shù)的測量和研究發(fā)光二極管（light emission diode LED）現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于戶外顯示屏、交通燈、汽車燈及電子設(shè)備和工業(yè)設(shè)備指示燈等方面,因其具有體積小、功耗低、壽命長、反映速度快、適合量產(chǎn)等諸多優(yōu)點；同時，發(fā)光二極管也符合節(jié)能、環(huán)保的綠色照明光源。目前它已進(jìn)入功能性照明領(lǐng)域，正在逐步進(jìn)入普通照明領(lǐng)域，以替代白熾燈和熒光燈。它是繼白熾燈、熒光燈、高強(qiáng)度氣體放電燈（HID后的第四代新光源。對其物理參數(shù)的測量和研究是具有重大的經(jīng)濟(jì)效益和社會意義。實驗原理1.發(fā)光二極管的結(jié)構(gòu)和發(fā)光原理發(fā)光二極管（LED）,是電能轉(zhuǎn)換成光能的能量轉(zhuǎn)換裝置。發(fā)光二極管的結(jié)構(gòu)如圖，LED的核心材料

2、是III-V族化合物，如GaAs（砷化鎵）、GaAsP（磷砷化鎵）、AlGaAs（砷化鋁鎵）等半導(dǎo)體制成，其核心是P-N結(jié)，具有一般的P-N結(jié)伏安特性，即正向?qū)ā⒎聪蚪刂?、擊穿的特性。它的發(fā)光是由半導(dǎo)體中的電子-空穴的復(fù)合產(chǎn)生的。LED 是一種直接注入電流的發(fā)光器件，是半導(dǎo)體晶體內(nèi)部受激電子從高能級回復(fù)到低能級時，發(fā)射出光子的結(jié)果。對于大量處于高能級的粒子各自分別自發(fā)發(fā)射一列一列的角頻率為的光波，其中， ，是半導(dǎo)體帶隙寬度， 的單位是eV, 的單位是nm但各波列之間沒有固定的相位關(guān)系，它們可以有不同的偏轉(zhuǎn)方向，而且每個粒子所發(fā)射的光沿所有可能的方向傳播，這就是通常所說的自發(fā)發(fā)射躍遷。在正向電

3、壓下，電子由N區(qū)注入P區(qū)，空穴由P區(qū)注入N區(qū)。進(jìn)人對方區(qū)域的少數(shù)載流子(少子)一部分與多數(shù)載流子(多子)復(fù)合而發(fā)光。 LED的光學(xué)參數(shù)測定目前人們公認(rèn)的光通量測試、發(fā)光強(qiáng)度測試、光強(qiáng)分布測試、光強(qiáng)功率分布和色度參數(shù)測試。此外，LED的正向工作電壓（一般定義注入電流20mA）、熱特性參數(shù)、外部量子效率、色度等也是需要關(guān)注的。測量以上參數(shù)，基本就能夠滿足各方面對LED測試的基本要求。光P電極（）N電極(-)有源層N型隔離層P型隔離層N型襯底邊發(fā)射LED結(jié)構(gòu)截面2.光度學(xué)的幾個概念光通量：輻射體發(fā)出的不同波長的光對人眼是有不同的靈敏度的。其對應(yīng)的生物物理量為視見度函數(shù)，對于明視覺，若輻射體的光譜輻射

4、通量為，其光通量的表達(dá)式為： ，為輻射的光譜光效能的最大值，在明視條件下的值為6831 (當(dāng))，單位為流明（lm）發(fā)光強(qiáng)度（光強(qiáng)I）光源在給定的方向單位立體角內(nèi)發(fā)出的光通量為光源在該方向上的發(fā)光強(qiáng)度，單位為坎德拉（cd） 光照度E 在被照物體表面上，單位面積內(nèi)接受到的光通量稱為光照度，它是表征表面被照明程度的量 單位是勒克斯（lx）。該單位較小，滿月夜晚的地面照度約為0.2 lx，白天采光良好的室內(nèi)照度為100500 lx，晴朗的室外太陽非直射下的地面照度為103104 lx，而中午太陽直射下的地面照度可達(dá)105 lx . 一般推薦辦公室的平均水平照度為5001000 lx；在商業(yè)照明中，推薦

5、的垂直照度平均值為300500 lx . 發(fā)光效率發(fā)光效率是指一個光源發(fā)出的光通量與光源消耗的電功率之比。 二、實驗內(nèi)容1. 伏安特性測試 自行設(shè)計測試電路，經(jīng)老師檢查后才能進(jìn)行實驗表1 發(fā)光二極管（紅色、綠色、白色） 次 數(shù) nl2345678910繪制出發(fā)光二極管的伏安特性曲線2. 發(fā)光強(qiáng)度、光通量測試發(fā)光強(qiáng)度是LED的一個重要光度學(xué)特性參數(shù)，一般而言，光強(qiáng)的測量都是在遠(yuǎn)場的條件下進(jìn)行的。這時，光源和探測器之間的距離比光源發(fā)光面的尺寸大得多，探測器得直徑比測量距離小得多。而實際LED測量時，距離較小，探測器得直徑也不?。?1.3mm），這樣測得的光強(qiáng)是平均值。而且這個平均值與測量的具體距離

6、有關(guān)。為此，國際照明委員會（CIE127-1997）在1997給出兩種試行標(biāo)準(zhǔn)CIE測定LED平均光強(qiáng)的條件A和B條件測量距離(mm)探測器面積(mm2)，直徑(mm)立體角(sr)平面角A316100(11.3)0.00120B100100(11.3)0.016.50 按如下圖示搭建器材，實驗操作步驟詳見實驗室操作板。3.光功率分布測試a. 發(fā)光二極管光功率分布測試光路和光柵單色儀的結(jié)構(gòu)分光系統(tǒng)光源接收系統(tǒng)透鏡圖1 單色儀的組成PMTM2GM1S1：入射狹縫 S2：出射狹縫 M1：離軸拋物鏡G：閃耀光柵 M2：反光鏡 PMT：光電倍增管 S2b. LED的光譜特性及測試方法由于LED沒有光學(xué)諧振腔選擇波長，所以它的光譜是以自發(fā)發(fā)射為主的光譜，圖中顯示出了LED的典型光譜曲線。發(fā)光光譜曲線上發(fā)光強(qiáng)度最大時所對應(yīng)的波長稱為發(fā)光峰值波長，光譜曲線上兩個半光強(qiáng)點所對應(yīng)的波長差稱為譜線寬度（簡稱線寬），其典型值在3040nm之間。峰值波長和譜線寬度的測試方法。將發(fā)光二極管波長掃描范圍從短波段到長波段（不同的二極管范圍不一樣），光強(qiáng)峰值處對于的波長即為發(fā)光峰值波長；最大值的一