發(fā)光二極管測(cè)試方法

1、摘要 系統(tǒng)地介紹了與發(fā)光二極管測(cè)試有關(guān)的術(shù)語(yǔ)和定義,在此基礎(chǔ)上,詳細(xì)介紹了測(cè)試方法和測(cè)試裝置的要求。 1 前 言半導(dǎo)體發(fā)光二極管是一種重要的光電子器件,它在科學(xué)研究和工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中均有非常廣泛的應(yīng)用.發(fā)光二極管雖小,但要準(zhǔn)確測(cè)量它的各項(xiàng)光和輻射參數(shù)并非一件易事.目前在世界范圍內(nèi)的測(cè)試比對(duì)還有較大的差異.鑒于此,CIE(國(guó)際照明委員會(huì))TC2-34小組對(duì)此進(jìn)行了研究,所提出的技術(shù)報(bào)告形成了CIE127-1997文件.中國(guó)光學(xué)光電子行業(yè)協(xié)會(huì)光電器件專業(yè)分會(huì)根據(jù)國(guó)內(nèi)及行業(yè)內(nèi)部的實(shí)際情況,初步制定了行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)"發(fā)光二極管測(cè)試方法",2002年起在行業(yè)內(nèi)部試行.本文敘述了與發(fā)光二極管測(cè)試

2、有關(guān)的術(shù)語(yǔ)和定義,在此基礎(chǔ)上,詳細(xì)介紹了測(cè)試方法和測(cè)試裝置的要求,以期收到拋磚引玉之效果.本文涉及的測(cè)試方法適用于紫外/可見(jiàn)光/紅外發(fā)光二極管及其組件,其芯片測(cè)試可以參照進(jìn)行。2 術(shù)語(yǔ)和定義2.1發(fā)光二極管 LED除半導(dǎo)體激光器外，當(dāng)電流激勵(lì)時(shí)能發(fā)射光學(xué)輻射的半導(dǎo)體二極管。嚴(yán)格地講，術(shù)語(yǔ)LED應(yīng)該僅應(yīng)用于發(fā)射可見(jiàn)光的二極管；發(fā)射近紅外輻射的二極管叫紅外發(fā)光二極管（IRED,Infrared Emitting Diode）；發(fā)射峰值波長(zhǎng)在可見(jiàn)光短波限附近，由部份紫外輻射的二極管稱為紫外發(fā)光二極管；但是習(xí)慣上把上述三種半導(dǎo)體二極管統(tǒng)稱為發(fā)光二極管。2.2光軸 Optical axis最大發(fā)光（或輻

3、射）強(qiáng)度方向中心線。2.3正向電壓VF Forward voltage通過(guò)發(fā)光二極管的正向電流為確定值時(shí)，在兩極間產(chǎn)生的電壓降。2.4反向電流IR Reverse current加在發(fā)光二極管兩端的反向電壓為確定值時(shí)，流過(guò)發(fā)光二極管的電流。2.5反向電壓VR Reverse voltage被測(cè)LED器件通過(guò)的反向電流為確定值時(shí)，在兩極間所產(chǎn)生的電壓降。2.6總電容C Capacitance在規(guī)定正向偏壓和規(guī)定頻率下，發(fā)光二極管兩端的電容。2.7開(kāi)關(guān)時(shí)間 Switching time涉及以下概念的最低和最高規(guī)定值是10和90，除非特別注明。開(kāi)啟延遲時(shí)間td(on) Turn-on delay t

4、ime輸入脈沖前沿最低規(guī)定值到輸出脈沖前沿最低規(guī)定值之間的時(shí)間間隔。上升時(shí)間tr Rise time輸出脈沖前沿最低規(guī)定值到最高規(guī)定值之間的時(shí)間間隔。開(kāi)啟時(shí)間ton Turn-on time器件所加輸入脈沖前沿的最低規(guī)定值到輸出脈沖前沿最高規(guī)定值之間的時(shí)間間隔。ton= td(on)+tr關(guān)閉延遲時(shí)間td(off) Turn-off delay time器件所加輸入脈沖后沿的最高規(guī)定值到輸出脈沖后沿最高規(guī)定值之間的時(shí)間間隔。 下降時(shí)間tf Fall time輸出脈沖后沿最高規(guī)定值到最低規(guī)定值之間的時(shí)間間隔（見(jiàn)圖1）。圖1 開(kāi)關(guān)時(shí)間 延遲時(shí)間關(guān)閉時(shí)間toff Turn-off time器件所加輸

5、入脈沖后沿的最低規(guī)定值到輸出脈沖后沿最低規(guī)定值之間的時(shí)間間隔。 toff =td(off)+tf2.8光通量v Luminous flux通過(guò)發(fā)光二極管的正向電流為規(guī)定值時(shí)，器件光學(xué)窗口發(fā)射的光通量。2.9輻射功率e Radiant power通過(guò)發(fā)光二極管的正向電流為規(guī)定值時(shí)，器件光學(xué)窗口發(fā)射的輻射功率。2.10輻射功率效率e Radiant power efficiency器件發(fā)射的輻射功率 與器件的電功率（正向電流 乘以正向電壓 ）的比值：e =e/(IF·VF)注：在與其它術(shù)語(yǔ)不會(huì)混淆時(shí)，可簡(jiǎn)稱為輻射效率 (Radiant efficiency)。2.11光通量效率v Lum

6、inous flux efficiency器件發(fā)射的光通量v 與器件的電功率（正向電流 IF乘以正向電壓 VF）的比值：v =v/(IF·VF)注：在與其它術(shù)語(yǔ)不會(huì)混淆時(shí)，可簡(jiǎn)稱為發(fā)光效率（Luminous efficiency）。2.12發(fā)光（或輻射）空間分布圖及相關(guān)特性發(fā)光（或輻射）強(qiáng)度Iv Luminous（or Radiant） intensity光源在單位立體角內(nèi)發(fā)射的光（或輻射）通量，可表示為Iv =d/d。發(fā)光（或輻射）強(qiáng)度的概念要求假定輻射源是一個(gè)點(diǎn)輻射源，或者它的尺寸和光探測(cè)器的面積與離光探測(cè)器的距離相比是足夠小，在這種情形，光探測(cè)器表面的光（或輻射）照度遵循距離平

7、方反比定理，即E=I/d2 。這里I是輻射源的強(qiáng)度，d是輻射源中心到探測(cè)器中心的距離。把這種情況稱為遠(yuǎn)場(chǎng)條件。然而在許多應(yīng)用中，測(cè)量LED時(shí)所用的距離相對(duì)較短，源的相對(duì)尺寸太大，或者探測(cè)器表面構(gòu)成的角度太大，這就是所謂的近場(chǎng)條件。此時(shí)，光探測(cè)器測(cè)量的光（或輻射）照度取決于正確的測(cè)量條件。平均LED強(qiáng)度 Averaged LED intensity照射在離LED一定距離處的光探測(cè)器上的通量與由探測(cè)器構(gòu)成的立體角 的比值，立體角可將探測(cè)器的面積S除以測(cè)量距離d的平方計(jì)算得到。I=/=/(S/d2)CIE推薦標(biāo)準(zhǔn)條件A和B(見(jiàn)7.2.1.2)來(lái)測(cè)量近場(chǎng)條件下的平均LED強(qiáng)度,可以分別用符號(hào)ILED

8、A和ILED B來(lái)表示,用符號(hào)ILED Ae和ILED Av分別表示標(biāo)準(zhǔn)條件A測(cè)量的平均LED輻射強(qiáng)度和平均LED發(fā)光強(qiáng)度。發(fā)光（或輻射）強(qiáng)度空間分布圖 Luminous（or Radiant）diagram反映器件的發(fā)光（或輻射）強(qiáng)度空間分布特性（見(jiàn)圖2）：Iv(或Ie)=f()圖2 輻射圖和有關(guān)特性注1：除非另外規(guī)定，發(fā)光（或輻射）強(qiáng)度分布應(yīng)該規(guī)定在包括機(jī)械軸Z的平面內(nèi)。注2：如果發(fā)光（或輻射）強(qiáng)度分布圖形有以Z軸為旋轉(zhuǎn)對(duì)稱特性，發(fā)光（或輻射）強(qiáng)度空間分布圖僅規(guī)定一個(gè)平面。注3：如果沒(méi)有以Z軸為旋轉(zhuǎn)對(duì)稱特性，各種角度的發(fā)光（或輻射）強(qiáng)度分布應(yīng)有要求，X、Y、Z方向要求可有詳細(xì)規(guī)范定義。半強(qiáng)

9、度角1/2 Half-intensity angle 在發(fā)光（或輻射）強(qiáng)度分布圖形中，發(fā)光（或輻射）強(qiáng)度大于最大強(qiáng)度一半構(gòu)成的角度（見(jiàn)圖2）。偏差角 Misalignment angle在發(fā)光（或輻射）強(qiáng)度分布圖形中，最大發(fā)光（或輻射）強(qiáng)度方向（光軸）與機(jī)械軸Z之間的夾角（見(jiàn)圖2）。2.13光譜特性峰值發(fā)射波長(zhǎng)p Peak-emission wavelength光譜輻射功率最大的波長(zhǎng)。光譜輻射帶寬 Spectral radiation bandwith光譜輻射功率大于等于最大值一半的波長(zhǎng)間隔。光譜功率（能量）分布P() Spectral power distribution在光輻射波長(zhǎng)范圍內(nèi)，

10、各個(gè)波長(zhǎng)的輻射功率分布情況。 3 最大額定值3.1 最低和最高儲(chǔ)存溫度（Tstg ）3.2 最低和最高工作環(huán)境溫度或管基溫度（Tamb 或Tcase ）3.3 最大反向電壓（VR ）注：不可用于相互首尾相接的雙管器件。3.4 在25環(huán)境或管基溫度時(shí)的最大連續(xù)正向電流（IF ）和減額定值曲線或減額定值系數(shù)。3.5 在適當(dāng)?shù)胤?，在?guī)定脈沖條件下，在25環(huán)境或管基溫度時(shí)的最大峰值正向電流（IFM ）4 主要光電特性（見(jiàn)表1） 5 一般要求5.1 試驗(yàn)條件除非另有規(guī)定，器件的光電參數(shù)測(cè)試應(yīng)按本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定試驗(yàn)條件進(jìn)行。 標(biāo)準(zhǔn)大氣條件溫度：1535相對(duì)濕度：2080氣壓：86kPa106kPa 仲裁試驗(yàn)的標(biāo)

11、準(zhǔn)大氣條件溫度：25±1；相對(duì)濕度：4852；氣壓：86kPa106kPa 環(huán)境條件a） 測(cè)試環(huán)境應(yīng)無(wú)影響測(cè)試準(zhǔn)確度的機(jī)械振動(dòng)和電磁干擾；.b） 除非另有規(guī)定，器件全部光電參數(shù)均應(yīng)在熱平衡下進(jìn)行；c） 測(cè)試系統(tǒng)應(yīng)接地良好。 5.2 參數(shù)要求 除非另有規(guī)定，器件測(cè)試應(yīng)采取預(yù)防措施和保持下述公差。雖然在有關(guān)文件中規(guī)定的測(cè)試條件嚴(yán)于下述公差，但在一般情況下，應(yīng)遵循下述規(guī)定的條件。 a） 偏置條件應(yīng)在規(guī)定值的±3以內(nèi)；b） 輸入脈沖特性，重復(fù)頻率和頻率等的誤差應(yīng)在±10以內(nèi)；c） 測(cè)量開(kāi)關(guān)參數(shù)的誤差應(yīng)在±5以內(nèi)；d） 測(cè)量直流電參數(shù)誤差不大于±2；e）

12、 測(cè)量輻射功率的誤差不大于5；f） 測(cè)量峰值輻射波長(zhǎng)的誤差不大于±2nm； g） 測(cè)量半強(qiáng)度角誤差不大于10；h） 測(cè)量發(fā)光強(qiáng)度誤差不大于25。6 測(cè)試方法測(cè)試方法分為：a） 1000類 電特性測(cè)試方法-方法1001 正向電壓-方法1002 反向電壓-方法1003 反向電流-方法1004 總電容b） 2000類 光特性測(cè)試方法-方法2001 平均LED強(qiáng)度-方法2002 半強(qiáng)度角和偏差角-方法2003 光通量和發(fā)光效率-方法2004 輻射通量和輻射效率-方法2005 峰值發(fā)射波長(zhǎng)，光譜輻射帶寬和光譜功率分布c） 3000類 光電特性測(cè)試方法-方法3001 開(kāi)關(guān)時(shí)間6.1 1000類

13、電特性測(cè)試方法6.1.1 方法1001：正向電壓 目的測(cè)量LED器件在規(guī)定正向工作電流下，兩電極間產(chǎn)生的電壓降。6.1.1.2 測(cè)試框圖（見(jiàn)圖3）圖3 方法1001測(cè)試框圖 D-被測(cè)LED器件；G-恒流源；A-電流表；V-電壓表。 測(cè)試步驟a） 按圖3原理連接測(cè)試系統(tǒng)，并使儀器預(yù)熱；b） 調(diào)節(jié)恒流源，使電流表讀數(shù)為規(guī)定值，這時(shí)在直流電壓表上的讀數(shù)即為被測(cè)器件的正向電壓。 規(guī)定條件環(huán)境或管基溫度；電源電壓；正向偏置電流。6.1.2 方法1002：反向電壓 目的 測(cè)量通過(guò)LED器件的反向電流為規(guī)定值時(shí)，在兩電極之間產(chǎn)生的反向電壓。 測(cè)試框圖（見(jiàn)圖4）圖4 方法1002測(cè)試框圖D-被測(cè)LED器件；G

14、-穩(wěn)壓源；A-電流表；V-電壓表。 測(cè)試步驟a） 按圖4原理連接測(cè)試系統(tǒng)，并使儀器預(yù)熱。b） 調(diào)節(jié)穩(wěn)壓電源，使電流表讀數(shù)為規(guī)定值，這時(shí)在直流電壓表上的讀數(shù)即為被測(cè)器件的反向電壓。 規(guī)定條件環(huán)境或管基溫度；電源電壓；反向電流。6.1.3 方法1003：反向電流6.1.3.1 目的 測(cè)量在被測(cè)LED器件施加規(guī)定的反向電壓時(shí)產(chǎn)生的反向電流。6.1.3.2 測(cè)試框圖（見(jiàn)圖5）圖5 方法1003測(cè)試框圖D-被測(cè)LED器件；G-穩(wěn)壓源；A-電流表；V-電壓表。 測(cè)試步驟a） 按圖5原理連接測(cè)試系統(tǒng)，并使儀器預(yù)熱。 b） 調(diào)節(jié)穩(wěn)壓電源，使電壓表讀數(shù)為規(guī)定值，這時(shí)在直流電流表上的讀數(shù)即為被測(cè)器件的反向電流。

15、規(guī)定條件環(huán)境或管基溫度；電源電壓；反向電流。6.1.4 方法1004：總電容6.1.4.1 目的 在被測(cè)LED器件施加規(guī)定的正向偏壓和規(guī)定頻率的信號(hào)時(shí)，測(cè)量被測(cè)器件兩端的電容值。 測(cè)試框圖（見(jiàn)圖6）圖6 方法1004測(cè)試框圖D-被測(cè)LED器件；C0-隔離電容；A-電流表；V-電壓表；L-電感。6.1.4.3 測(cè)試步驟a） 按圖6原理連接測(cè)試系統(tǒng)，并使儀器預(yù)熱；b） 調(diào)節(jié)電壓源和調(diào)節(jié)電容儀，分別給被測(cè)LED器件施加規(guī)定的正向偏壓和規(guī)定頻率的信號(hào)，將電容儀刻度盤(pán)上讀數(shù)扣去電容C0等效值即為被測(cè)LED器件總電容值。 規(guī)定條件環(huán)境或管基溫度；正向偏置電壓；電容儀提供規(guī)定頻率的信號(hào)。6.2 2000類

16、光特性測(cè)試方法6.2.1 方法2001：平均LED強(qiáng)度6.2.1.1 目的 測(cè)量半導(dǎo)體發(fā)光二極管平均LED強(qiáng)度。6.2.1.2 測(cè)試框圖（見(jiàn)圖7）圖7 方法2001測(cè)試框圖D-被測(cè)LED器件；G-電流源；PD-包括面積為A的光闌D1的光度探測(cè)器；D2、D3-消除雜散光光欄, D2,D3不應(yīng)限制探測(cè)立體角；d-被測(cè)LED器件與光闌D1之間的距離。注1：調(diào)整被測(cè)LED器件使它的機(jī)械軸通過(guò)探測(cè)器孔徑的中心。注2：光度探測(cè)器的光譜靈敏度在被測(cè)器件發(fā)射的光譜波長(zhǎng)范圍內(nèi)應(yīng)該校準(zhǔn)到CIE（國(guó)際照明委員會(huì)）標(biāo)準(zhǔn)光度觀測(cè)者光譜曲線;測(cè)試輻射參數(shù)時(shí)應(yīng)采用無(wú)光譜選擇性的光探測(cè)器。測(cè)試系統(tǒng)應(yīng)該按距離d和光闌D1用標(biāo)準(zhǔn)

17、器校正。測(cè)量距離d應(yīng)按CIE推薦的標(biāo)準(zhǔn)條件A和B設(shè)置。在這兩種條件下,所用的探測(cè)器要求有一個(gè)面積為100mm2(相應(yīng)直徑為11.3mm)的園入射孔徑。CIE推薦LED頂端到探測(cè)器的距離d立體角平面角(全角)標(biāo)準(zhǔn)條件A 316mm0.001sr2o標(biāo)準(zhǔn)條件B 100mm0.01sr6.5o 注3：對(duì)于脈沖測(cè)量，電流源應(yīng)該提供所要求的幅度，寬度和重復(fù)率的電流脈沖。探測(cè)器上升時(shí)間相對(duì)于脈沖寬度應(yīng)該足夠小，系統(tǒng)應(yīng)該是一個(gè)峰值測(cè)量?jī)x器。 測(cè)量步驟被測(cè)LED器件按照選定的形式定位給被測(cè)器件加上規(guī)定的電流，在光度測(cè)量系統(tǒng)測(cè)量平均LED強(qiáng)度。 規(guī)定條件環(huán)境溫度和合適的大氣條件；正向電流和，需要的話，寬度和重復(fù)

18、率； 方法2002：半強(qiáng)度角和偏差角6.2.2.1 目的 測(cè)量半導(dǎo)體發(fā)光二極管在規(guī)定的工作電流下的平均LED強(qiáng)度的空間分布和半最大強(qiáng)度角及偏差角。半強(qiáng)度角 1/2是發(fā)光（或輻射）強(qiáng)度大于等于最大強(qiáng)度一半構(gòu)成的角度（見(jiàn)圖8），在平均LED強(qiáng)度分布圖形中，最大強(qiáng)度方向（光軸）與機(jī)械軸Z之間的夾角即為偏差角 （見(jiàn)圖）。6.2.2.1 測(cè)試框圖（見(jiàn)圖）圖8 方法2002測(cè)試框圖D：被測(cè)LED器件；G：電流源；PD：包括面積為A的光闌D1的光度探測(cè)器；D2,D3：消除雜散光光欄, D2,D3不應(yīng)限制探測(cè)立體角；d：被測(cè)LED器件與光闌D1之間的距離；：Z軸和探測(cè)器軸之間的夾角。注1：距離d應(yīng)該設(shè)置為CI

19、E標(biāo)準(zhǔn)條件A或B；注2：對(duì)于脈沖測(cè)量，電流源應(yīng)該提供所要求的幅度、寬度和重復(fù)率的電流脈沖，探測(cè)器上升時(shí)間相對(duì)于脈沖寬度應(yīng)該足夠小，系統(tǒng)應(yīng)該是一個(gè)峰值測(cè)量?jī)x器；注3：被測(cè)LED定位在一種裝置上（如：旋轉(zhuǎn)中心位于系統(tǒng)光軸上的角度盤(pán)上，度盤(pán)應(yīng)該有足夠的角度刻度精度），要求：-被測(cè)LED器件位置可精確再現(xiàn)；-變化角度、器件D光學(xué)窗口的中心能保持固定；-能測(cè)量夾角；-能繞被測(cè)器件Z軸旋轉(zhuǎn)；-能測(cè)量關(guān)于X軸的旋轉(zhuǎn)角。 測(cè)量步驟a） 給被測(cè)器件加上規(guī)定的工作電流。調(diào)正被測(cè)器件D的機(jī)械軸與光探測(cè)器軸重合，即0，測(cè)量光探測(cè)器的信號(hào)，把這個(gè)值設(shè)置為 I0100；b） 從0±90°旋轉(zhuǎn)度盤(pán)，光電

20、測(cè)量系統(tǒng)測(cè)量各個(gè)角度時(shí)的發(fā)光強(qiáng)度值，得到相對(duì)強(qiáng)度I /I0 與之間的關(guān)系，優(yōu)先采用極坐標(biāo)圖來(lái)表示，其它形式，如直角坐標(biāo)圖，在空白詳細(xì)規(guī)范中定義后可以使用。在該圖上分別讀取半最大強(qiáng)度點(diǎn)對(duì)應(yīng)的角度1 2 ，半強(qiáng)度角=|2 -1 |。偏差角就是Imax 和I0 方向之間的夾角。6.2.2.3 規(guī)定條件環(huán)境和管基溫度； 規(guī)定正向電流IF 或者輻射功率e； 機(jī)械參照平面。 方法2003:光通量和發(fā)光效率6.2.3.1 目的測(cè)量被測(cè)LED器件在規(guī)定條件下的光通量和發(fā)光效率。 測(cè)試框圖（見(jiàn)圖9）圖9 方法2003測(cè)試框圖圖9 方法2003測(cè)試框圖注1：被測(cè)LED器件發(fā)射的光輻射經(jīng)積分球壁的多次反射，導(dǎo)致產(chǎn)生

21、一個(gè)均勻的與光通量成比例的面出光度，一個(gè)位于球壁的探測(cè)器測(cè)量這個(gè)面出光度，一個(gè)漫射屏擋住光線，不使探測(cè)器直接照射到被測(cè)器件的光輻射；注2：被測(cè)器件、漫射屏、開(kāi)孔的面積和球面積比較應(yīng)該相對(duì)較小，球內(nèi)壁和漫射屏表面應(yīng)有均勻的高反射率漫反射鍍層（最小0.8）。球和探測(cè)器組合應(yīng)該校準(zhǔn)，應(yīng)該考慮到峰值發(fā)射波長(zhǎng)和光通量由于功率消耗產(chǎn)生的變化。注3：也可以用變角光度計(jì)測(cè)量。 測(cè)量步驟被測(cè)量器件放在積分球入口處，不要使光線直接到達(dá)探測(cè)器。給被測(cè)器件施加規(guī)定的正向電流IF ，光度探測(cè)系統(tǒng)測(cè)量出光通量。將光通量數(shù)值除以正向電流IF 和正向電壓VF 的乘積值即為發(fā)光效率。6.2.3.4 規(guī)定條件環(huán)境和管基溫度； 正

22、向電流。 方法2004：輻射通量和輻射效率 目的測(cè)量被測(cè)LED器件在規(guī)定條件下的輻射通量(功率)和輻射效率。6.2.4.2 測(cè)試框圖（見(jiàn)圖10）圖10 方法2002測(cè)試框圖圖10 方法2002測(cè)試框圖注：被測(cè)LED器件發(fā)射的光輻射經(jīng)積分球壁的多次反射，導(dǎo)致產(chǎn)生一個(gè)均勻的與輻射通量成比例的面輻射出射度，一個(gè)位于球壁的探測(cè)器測(cè)量這個(gè)面輻射出射度，一個(gè)漫射屏擋住光線，不使探測(cè)器直接照射到被測(cè)器件的光輻射。被測(cè)器件、漫射屏、開(kāi)孔的面積和球面積比較應(yīng)該相對(duì)較小，球內(nèi)壁和漫射屏表面應(yīng)有均勻的高反射率漫反射鍍層（最小0.8）。球和探測(cè)器組合應(yīng)該用輻射標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行校準(zhǔn),測(cè)量單位為瓦特。應(yīng)該考慮到峰值發(fā)射波長(zhǎng)和輻射

23、通量由于功率消耗產(chǎn)生的變化。 測(cè)量步驟被測(cè)量器件放在積分球入口處，不要使光線直接到達(dá)探測(cè)器，給被測(cè)器件施加規(guī)定的正向電流IF ，輻射探測(cè)系統(tǒng)測(cè)量出輻射通量，將輻射通量數(shù)值除以正向電流IF 和正向電壓VF 的乘積值即為輻射效率。6.2.4.4 規(guī)定條件環(huán)境和管基溫度；正向電流。 方法2005：峰值發(fā)射波長(zhǎng)、光譜輻射帶寬和光譜功率分布 目的在規(guī)定正向工作電流下，測(cè)量被測(cè)LED器件的峰值發(fā)射波長(zhǎng)，光譜輻射帶寬和光譜功率分布。 測(cè)試框圖（見(jiàn)圖11）圖11 方法2005測(cè)試框圖D：被測(cè)LED器件；G：電流源；L：聚焦透鏡系統(tǒng)；G：電流源（直流或脈沖）；D2,D3：消除雜散光光欄；M：?jiǎn)紊珒x；RM：包括光

24、闌D1的輻射探測(cè)系統(tǒng)。注：?jiǎn)紊珒x的波長(zhǎng)分辨率和帶寬應(yīng)該使測(cè)試有合適的精度。輻射探測(cè)系統(tǒng)的光譜響應(yīng)應(yīng)該校準(zhǔn)。為便于測(cè)量，曲線峰值可以用100表示。如果單色儀的光譜透過(guò)率和輻射探測(cè)系統(tǒng)的光譜靈敏度不是常數(shù)，記錄的測(cè)量數(shù)據(jù)應(yīng)該修正。 測(cè)量步驟在需要的光譜范圍內(nèi)調(diào)整單色儀的波長(zhǎng)直到輻射測(cè)量系統(tǒng)獲得最大讀數(shù)，相應(yīng)的波長(zhǎng)就是峰值波長(zhǎng)（p ），然后往p 的兩邊調(diào)整單色儀的波長(zhǎng)直到峰值波長(zhǎng)讀數(shù)的一半，獲得相對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)1 和2 ，兩者之差就是光譜輻射帶寬（見(jiàn)圖12）。按照要求的波長(zhǎng)間隔分別測(cè)量記錄每個(gè)波長(zhǎng)時(shí)的光譜功率數(shù)值，即為光譜功率分布。圖12 光譜分布帶寬6.2.5.4 規(guī)定條件環(huán)境和管基溫度； 規(guī)定的正向

25、電流（直流或脈沖）。 6.3 3000類：光電特性測(cè)試方法 6.3.1 方法3001: 開(kāi)關(guān)時(shí)間 目的測(cè)量被測(cè)LED器件的開(kāi)啟時(shí)間ton （開(kāi)啟延時(shí)時(shí)間td(on) 上升時(shí)間tr ）和關(guān)閉時(shí)間toff （關(guān)閉延時(shí)時(shí)間td(off) 下降時(shí)間tr ）。6.3.1.2 測(cè)試框圖（見(jiàn)圖13）圖13 方法3001測(cè)試框圖D：被測(cè)LED器件；G1：高阻電流脈沖發(fā)生器；G2：直流電流偏置電源；G3：直流電壓偏置電源；Rd: 匹配發(fā)生器阻抗的電阻；RL: 負(fù)載電阻；M：測(cè)量?jī)x器；PD：光電二極管；Syn：同步信號(hào)。注：光電二極管的開(kāi)關(guān)時(shí)間，實(shí)驗(yàn)電路和測(cè)量?jī)x器的延遲時(shí)間，輸入電流脈沖的上升時(shí)間和下降時(shí)間都應(yīng)該

26、足夠短以保證不影響測(cè)量精度。在光脈沖頂部獲得的平均輸出功率（見(jiàn)圖1）沒(méi)有必要等于直流偏置電流與輸入脈沖電流之和時(shí)的連續(xù)輻射功率。 測(cè)量步驟把規(guī)定的直流和脈沖電流加到被測(cè)器件，用測(cè)量?jī)x器M測(cè)量開(kāi)關(guān)時(shí)間。100的輻射輸出功率電平就是輻射脈沖頂端獲得的平均輸出功率。0電平是在直流偏置電流時(shí)的輸出功率。 規(guī)定條件環(huán)境和管基溫度；直流偏置電流；光學(xué)窗口；光學(xué)結(jié)構(gòu)。7 量值傳遞發(fā)光強(qiáng)度是LED器件主要光參數(shù)，由于有些LED非點(diǎn)光源且各向異性，在近場(chǎng)條件下,LED光度測(cè)試過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生很多誤差。因此CIE推薦用LED平均強(qiáng)度的概念來(lái)作為L(zhǎng)ED發(fā)光強(qiáng)度測(cè)量的基礎(chǔ).目前最好的LED測(cè)試技術(shù)是將被測(cè)LED和在光譜和

27、空間功率分布與其盡可能接近一致的參照標(biāo)準(zhǔn)樣管進(jìn)行比對(duì)測(cè)試.發(fā)光強(qiáng)度測(cè)試儀器和參照標(biāo)準(zhǔn)樣管的標(biāo)定和校準(zhǔn)必須采用統(tǒng)一的方法和基準(zhǔn)。8.1 原理發(fā)光強(qiáng)度的單位是坎德拉（candela，符號(hào)為cd），它是國(guó)際單位制的七個(gè)基本單位之一。1979年前世界上只有9個(gè)國(guó)家建立了光強(qiáng)基準(zhǔn)，我國(guó)很早就建立了光度基準(zhǔn)和2856K色溫的光強(qiáng)度工作基準(zhǔn)。因此，確定由國(guó)家或?。ㄊ校┘?jí)法定計(jì)量測(cè)試部門(mén)標(biāo)定的2856K光強(qiáng)標(biāo)準(zhǔn)燈作為發(fā)光強(qiáng)度傳遞的工具。8.2 方法a）用色溫為2856K的光強(qiáng)標(biāo)準(zhǔn)燈對(duì)LED測(cè)試系統(tǒng)進(jìn)行校準(zhǔn)和標(biāo)定。b）用具有CIE標(biāo)準(zhǔn)光度觀測(cè)者光譜響應(yīng)的光電探測(cè)器分別對(duì)專門(mén)挑選的LED器件和色溫為2856K的光

28、強(qiáng)標(biāo)準(zhǔn)燈進(jìn)行比對(duì)測(cè)試，對(duì)不同光譜功率分布的LED器件求得他們的光譜修正系數(shù)(SCF,Spectral correction factor),從而把標(biāo)準(zhǔn)燈光強(qiáng)數(shù)值傳遞到LED器件上，以此作為L(zhǎng)ED光強(qiáng)參照標(biāo)準(zhǔn)樣管.但是作為參照標(biāo)準(zhǔn)樣管的LED器件必須有嚴(yán)格的要求。它們主要是：-優(yōu)良的穩(wěn)定性，必須進(jìn)行嚴(yán)格的篩選和老化,必須規(guī)定最少老化時(shí)間；-采用光軸和機(jī)械軸重合的LED器件作參照樣管.或采用光強(qiáng)（輻射）分布圖形近似為圓形的器件。-參照標(biāo)準(zhǔn)樣管工作時(shí),必須使其在恒定的溫度和驅(qū)動(dòng)電流(20mA)下工作,保證其有一個(gè)恒定的光學(xué)輸出.c）建立專門(mén)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行仲裁性測(cè)試和各種參照標(biāo)準(zhǔn)樣管的定標(biāo)。附錄1. 基本

29、輻射度量和光度量1. 輻射度量1.1 輻射能Qe radiant energy以輻射的形式發(fā)射,傳輸和接收的能量,單位為J(焦耳)。1.2 輻射通量e radiant flux輻射通量又常稱為輻射功率(radiant power)Pe ,是輻射源發(fā)射,傳輸和接收的功率.單位為瓦(W),如以t表示時(shí)間,輻射通量定義為e =dQe/dt1.3 輻射強(qiáng)度Ie radiant intensity 輻射強(qiáng)度定義為在給定方向上的立體角元內(nèi),離開(kāi)點(diǎn)輻射源(或輻射源面元)的輻射通量de與該立體角元 d的比值.單位為瓦球面度(W/sr ).Ie =de/d1.4 輻射亮度Le radiance輻射源面上面積為d

30、S 的一點(diǎn)沿給定方向上的輻射強(qiáng)度dIe 與該點(diǎn)在垂直于給定方向的平面上正投影面積的比值定義為給定方向上的輻射亮度.單位為W/(sr·m2)1.5 輻射照度Ee irradiance照射在輻射接收面上一點(diǎn)的輻射通量de 與該點(diǎn)面積dA的比值。即Ee=de/dA單位為W/m2 。2. 光度量2.1 光量 quantity of light or luminance energy 光通量和光照射時(shí)間的乘積,單位為流明秒(lumen second) 。2.2 光通量v luminous flux 光源在單位時(shí)間內(nèi)發(fā)出的光量,單位為流明(lumen),符號(hào)為lm。v=dQv/dt3.3 發(fā)光強(qiáng)

31、度Iv luminous intensity 光源在給定方向上的一個(gè)很小的立體角元內(nèi)所包含的光通量dv 與這個(gè)立體角d 的比值,單位為坎德拉( cd)Iv=dv /d3.4 光亮度Lv luminance 光源表面一點(diǎn)處的面元在給定方向上的發(fā)光強(qiáng)度dIv 與該面元在垂直于給定方向的平面上的正投影面積的比值。單位為坎德拉每平方米(cd/m2 )Lv=dIv /(dScos)=d2(ddScos)3.5 光照度Ev illuminance照射在光接收面上一點(diǎn)處的面元上的光通量dv與該面元面積dS 的比值。單位為勒克斯(lux),常用lx表示。Ev=dv /dS附錄2. LED器件顏色評(píng)價(jià)LED器件

32、的光輻射和自然界的所有顏色一樣會(huì)對(duì)人眼產(chǎn)生視覺(jué)刺激，人們根據(jù)自己的感受評(píng)價(jià)LED器件的顏色特性，為避免這種評(píng)價(jià)的主觀性，必須用物理的方法來(lái)對(duì)顏色進(jìn)行計(jì)量（色度學(xué)）。目前在實(shí)際應(yīng)用中常有術(shù)語(yǔ)誤用情況等問(wèn)題，因此完全有必要就LED器件的色度計(jì)量問(wèn)題作敘述，以供參考。1 顏色的心理屬性和術(shù)語(yǔ)人們根據(jù)顏色的外貌，按直觀顏色視覺(jué)的心理感受，對(duì)顏色進(jìn)行系統(tǒng)的歸納和排列，給以相應(yīng)的文字描述和數(shù)字標(biāo)記。顏色可以分為彩色和非彩色兩大類：非彩色是指白色，黑色和各種深淺不同的灰色。它們構(gòu)成所謂的黑白系列，研究表明顏色有三種心理特性，分別可以用色調(diào)、飽和度、明度來(lái)描述。1.1 色調(diào)Hue表示顏色相互區(qū)分的屬性。可見(jiàn)光

33、譜中不同波長(zhǎng)的光輻射在視覺(jué)上表現(xiàn)為不同的色調(diào)，如紅、綠、藍(lán)和黃等。光源的色調(diào)取決于人眼對(duì)其輻射的光譜構(gòu)成產(chǎn)生的感覺(jué)；物體的色調(diào)則取決于人眼對(duì)光源光譜組成和物體表面反射（或透射）的各波長(zhǎng)輻射的比例所產(chǎn)生的感覺(jué)。1.2 飽和度Saturation指顏色的純潔性?？梢?jiàn)光譜中各單色光的飽和度最高，當(dāng)單色光中摻入白光愈多時(shí)，則飽和度愈低。1.3 明度Brightness明度是人眼感覺(jué)到顏色的明亮程度。顏色的亮度越高，眼睛就越感覺(jué)明亮，即有較高的明度。物體色的黑白系列的非彩色代表物體的光反射率的變化，在視覺(jué)上就是明度的變化，愈接近白色，明度愈高。反之，愈接近黑色，明度愈低。2 LED顏色測(cè)量2.1 CIE

34、1931XYZ色度系統(tǒng)顏色感覺(jué)是由于光輻射源的或被物體反射的光輻射作用于人眼的結(jié)果。因此，顏色不僅取決于光刺激，而且取決于人眼的視覺(jué)特性。關(guān)于顏色的測(cè)量和標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)該符合人眼的觀測(cè)結(jié)果。但是，人眼的顏色特性對(duì)于不同的觀測(cè)者或多或少會(huì)有差異，因此要求根據(jù)大量的觀測(cè)者的顏色視覺(jué)實(shí)驗(yàn)，確定一組為匹配等能光譜色的三原色數(shù)據(jù)，?quot;標(biāo)準(zhǔn)色度觀測(cè)者光譜三刺激值"，以此代表人眼的平均顏色視覺(jué)特性，用于色度學(xué)的測(cè)量和計(jì)算。CIE（國(guó)際照明委員會(huì)）1931年在RGB系統(tǒng)的基礎(chǔ)上采用設(shè)想的三原色（X），（Y），（Z）分別代表紅色，綠色和藍(lán)色，建立了CIE1931色度圖，同時(shí)將匹配等能光譜各種顏色的三原色數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化，確定?quot;CIE1931XYZ標(biāo)準(zhǔn)色度學(xué)系統(tǒng)"。CIE1931XYZ色度系統(tǒng)是色度學(xué)基礎(chǔ)。任何一種顏色均可以用CIE1931-XYZ色度圖中它的色度坐標(biāo)x,y和刺激值Y來(lái)表示。圖16為CIE1931色度圖。圖16 CIE1931色度圖在這個(gè)系統(tǒng)中，色度坐標(biāo)：這里X、Y、Z為顏色的三刺激值，它們的數(shù)值表示了三原色匹配該顏色時(shí)相互之間的比例。一個(gè)等能光譜的白光是