LED的測試培訓資料(PPT)

1、1LED的測量的測量主講：宋賢杰主講：宋賢杰測試：李綺珍測試：李綺珍2電磁波譜電磁波譜電磁波波長范圍從電磁波波長范圍從波長到無線電波波長波長到無線電波波長,光波只是其中極小一光波只是其中極小一部分部分.3光譜光效率曲線光譜光效率曲線人眼對不同的顏色人眼對不同的顏色(波長波長)有不同的靈敏度。有不同的靈敏度。 而而這是產(chǎn)生不同燈有不同光效的基礎。這是產(chǎn)生不同燈有不同光效的基礎。明視覺明視覺 暗視覺暗視覺4照明單位照明單位光線光線(可見電磁輻射可見電磁輻射)光波的能量內(nèi)容光波的能量內(nèi)容眼睛的視覺感受眼睛的視覺感受兩不相同事物兩不相同事物 能量輻射的量子術(shù)語能量輻射的量子術(shù)語&視覺感受視覺感受光是以

2、人眼視覺感受為基準的輻射光是以人眼視覺感受為基準的輻射5 光通量光通量光源在單位時間內(nèi)發(fā)光源在單位時間內(nèi)發(fā)出的光量稱為光源光出的光量稱為光源光通量通量單位單位 流明流明 (lm)符號符號 6 光通量光通量某些實際例子某些實際例子自行車車燈自行車車燈3W30lm白熾燈白熾燈Softone 75 W900lm節(jié)能燈節(jié)能燈SL 18 W900 lm直管熒光燈直管熒光燈TL D”58W/835200lm高壓鈉燈高壓鈉燈SONT Plus100W10500 lm低壓鈉燈低壓鈉燈SOX-E 131 W26 000 lm高壓汞燈高壓汞燈HPLN 1000W58500 lm7IwI = 光通量光通量 立體角立

3、體角fdw光源在給定方向上單光源在給定方向上單位立體角內(nèi)輻射的光位立體角內(nèi)輻射的光通量通量單位單位 : 坎德拉坎德拉 cd符號符號 : I=4 I8某些實際例子某些實際例子自行車車燈(無反射罩)2.5 cd自行車車燈(有反射罩)250 cd厚玻璃射燈 PAR 38 120WSpot9500 cdMVF 406 CAT A1/1800W最大光強4,500,000 cd9光照度光照度照度照度E = 流明流明 x (設計系數(shù)設計系數(shù)) 面積面積流明流明面積面積( m2 )單位面積接受到的光通量單位面積接受到的光通量單位單位 : 勒克斯勒克斯lx符號符號 : E10trafficsignalAutom

4、otivebrake/tailturn/markerInGaNAlInGaPAlInGaPAlInGaPAlInGaPInGaNInGaN11LED的光學特性的光學特性X，Y色坐標色坐標 光譜純度光譜純度12l國標照明委員會（CIE）第二分部（D2）于2001年5月在美國華盛頓國家標準局（NIST）召開CIE第二次LED專家會議，共有美國、法國、英國、中國、日本等17個國家，約200人參加。此會議的主題是討論LED的光學特性和相關(guān)的計量方法。13lLED測量的分類測量的分類lLED的主要的光學、電學和熱特性的主要的光學、電學和熱特性lLED的發(fā)光強度、總光通量和光譜分布測量的發(fā)光強度、總光通量

5、和光譜分布測量l測試實例分析測試實例分析14lA. 實驗室測量 對于大多數(shù)生產(chǎn)商和LED的大批量使用者，通常首先在設備完善的實驗室中獲得LED的特性參數(shù)。由此，得到各種不同類型的LED工作參數(shù)，用于生產(chǎn)過程中的質(zhì)量控制。lB. 整體試驗 整體試驗用于生產(chǎn)控制或檢驗入貨的質(zhì)量。由于要處理大量單元，試驗的裝置應能高速運作。 當對LED的常規(guī)測量在專業(yè)實驗室之外時，有穩(wěn)定、經(jīng)定標的標準LED就非常重要。這些標準LED還必須有與所測的LED同樣的空間和光譜特性，這樣，就能盡可能確保測量過程僅是一個簡單而直接的對相似器件的比較過程。 在所提的建議中，我們考慮更多的是A類試驗。在實驗室獲得一套工作特性參數(shù)

6、之后，生產(chǎn)商和使用者的責任是確保用于常規(guī)生產(chǎn)檢驗的測試裝置能正確地測量。值得再次重申的是，在測試裝置被安裝之前，應對理論依據(jù)和可能的誤差來源進行仔細的研究。15輻射的空間分布輻射的光譜分布輻射的中心波長、峰值波長、質(zhì)心波長和光譜寬度輻射的發(fā)光面和角分布電特性標準參考光源工作環(huán)境溫度溫度對LED的影響16LED的光學特性的光學特性輻射的空間分布輻射的空間分布l空間分布不均勻性?？臻g分布不均勻性。lLED輻射的空間特性輻射的空間特性取決于封裝半導體芯取決于封裝半導體芯片的形式。因為，封片的形式。因為，封裝內(nèi)可能帶有內(nèi)部反裝內(nèi)可能帶有內(nèi)部反射杯、透鏡以及一些射杯、透鏡以及一些散射和濾色材料。散射和濾

7、色材料。 17LED的光學特性的光學特性輻射的光譜分布輻射的光譜分布l&LED光輻射光譜分光輻射光譜分布有其獨特的一面。它布有其獨特的一面。它不是單色光（如激光），不是單色光（如激光），也不是寬光譜輻射（如也不是寬光譜輻射（如白熾燈），而是介于兩白熾燈），而是介于兩者之間：有幾十納米的者之間：有幾十納米的帶寬、峰值波長位于可帶寬、峰值波長位于可見光或近紅外區(qū)域。見光或近紅外區(qū)域。18LED的光學特性的光學特性輻射的中心波長輻射的中心波長 峰值波長峰值波長 質(zhì)心波長質(zhì)心波長19LED的光學特性的光學特性發(fā)光面和角分布發(fā)光面和角分布20LED的電特性的電特性l恒定電流下工作恒定電流下工作LED工作

8、電流恒定為工作電流恒定為IF，相應電壓，相應電壓UF可由可由LED兩邊兩邊觸點測得。建議采用四腳觸點測得。建議采用四腳LED。LED消耗的電功率消耗的電功率可由下式計算得到：可由下式計算得到：對于對于LED特性參數(shù)的測量，恒定的工作電流是至關(guān)特性參數(shù)的測量，恒定的工作電流是至關(guān)重要的。重要的。 l恒定電功率下工作恒定電功率下工作l恒定光輸出下工作恒定光輸出下工作 需要需要“控制線路控制線路”的光線反饋系統(tǒng)的光線反饋系統(tǒng) FFelIU 21LED的電特性的電特性測量方法測量方法輻射效率輻射效率 （ 輻射功率輻射功率/電功電功率）受電流影響率）受電流影響調(diào)制電流方式（調(diào)制電流方式（ 恒流方式）恒流

9、方式）特點特點方法方法10s 毫秒毫秒 不影響溫度不影響溫度 （用于生產(chǎn)控制）（用于生產(chǎn)控制）單脈沖方式單脈沖方式短時間重復加大電流信號，短時間重復加大電流信號，測量取平均值（結(jié)果等同與測量取平均值（結(jié)果等同與恒流方式）恒流方式）多重反復方式（使用復合電多重反復方式（使用復合電路）路）22LED的電特性的電特性正向電壓正向電壓l正向電壓的大小取決于正向電壓的大小取決于LED的半導體材料的半導體材料 。l單個單個LED的電壓與電流的電壓與電流IF和半導體芯片的溫度和半導體芯片的溫度TC有關(guān)：有關(guān)：l正向電壓的全微分正向電壓的全微分dUF可分為兩部分：可分為兩部分： ),(FCFFITUUCCFF

10、FFFdTTUdIIUdU23LED的電特性的電特性正向電壓正向電壓l與電流的關(guān)系與電流的關(guān)系 在穩(wěn)定的溫度下，所有半導體在穩(wěn)定的溫度下，所有半導體LED的正向電壓及電流的關(guān)系的正向電壓及電流的關(guān)系基本一致。在正常工作狀態(tài)下，基本一致。在正常工作狀態(tài)下，即啟動和飽和狀態(tài)之間，斜率即啟動和飽和狀態(tài)之間，斜率基本為線性：基本為線性：如果如果LED的工作電流為的工作電流為IF0，相，相應正向電壓為應正向電壓為UF0， 則此時的則此時的微分電阻為：微分電阻為：則電壓則電壓/電流特性可近似表示為：電流特性可近似表示為：AVIUFF10000FFFIUR)1log()(000FFFFFFIIbIRIU)e

11、xp(000FFFIRUb24標準參考光源標準參考光源25工作工作環(huán)境溫度環(huán)境溫度 lLED測量的環(huán)境溫度一般為測量的環(huán)境溫度一般為Tamb25oC。 l溫度變化的速度取決于輸入電功率的大小和溫度變化的速度取決于輸入電功率的大小和LED封裝的熱容量。封裝的熱容量。 l當達到熱平衡后，當達到熱平衡后，LED主要通過管腳向周圍主要通過管腳向周圍環(huán)境傳遞疏散熱量。環(huán)境傳遞疏散熱量。26溫度對溫度對LED的影響的影響l溫度與正向電壓的關(guān)系溫度與正向電壓的關(guān)系l溫度對光輻射的影響溫度對光輻射的影響主波長的偏移公式主波長的偏移公式l溫度對輻射的輻射效率和光效影響溫度對輻射的輻射效率和光效影響KmVTUCF

12、5.2.5.1Knm3.0.1.0TCP27l平均光強測量方法 對于CIE標準環(huán)境A: 316nm 對于CIE標準環(huán)境B: 100nml總光通量測量方法 1. 分布光度計法 2. 積分球法28平均光強測量平均光強測量l一個新的物理量：平均一個新的物理量：平均LED光強光強產(chǎn)生原因產(chǎn)生原因測量標準環(huán)境測量標準環(huán)境l對于對于CIE標準環(huán)境標準環(huán)境A： 316mml對于對于CIE標準環(huán)境標準環(huán)境B： 100mm計算公式計算公式2dEILED2930總光通量的測量總光通量的測量積分球法積分球法l積分球法積分球法使用積分球?qū)⑹故褂梅e分球?qū)⑹筁ED總總光通量的測量更加簡單。光通量的測量更加簡單。帶有兩個入

13、射孔和一個帶有兩個入射孔和一個用于探測器的出射孔用于探測器的出射孔 的的積分球測量可對待測積分球測量可對待測LED的自吸收進行修正。的自吸收進行修正。3132總光通量的測量總光通量的測量積分球法積分球法l積分球法積分球法使用積分球?qū)⑹故褂梅e分球?qū)⑹筁ED總光總光通量的測量更加簡單。通量的測量更加簡單。帶有兩個入射孔和一個用帶有兩個入射孔和一個用于探測器的出射孔于探測器的出射孔 的積的積分球測量可對待測分球測量可對待測LED的的自吸收進行修正。自吸收進行修正。33總光通量的測量總光通量的測量分布光度計法分布光度計法 l分布光度計法分布光度計法 球面面元球面面元dA上所接受的光通量微分上所接受的光通量微分d（與方向（與方向,有關(guān)）可以表示為：有關(guān)）可以表示為： 積分可以得到總光通量積分可以得到總光通量： dAdE),(f)( AdAE34商品化儀器測試實例35商品化儀器商品化儀器LED-1100平均強度，光譜，空間分布，平均強度，光譜，空間分布，CIE-127 條件條件B 100 mm LED-202/600輻射通量輻射通量/光譜光譜OmniLED FMS輻射通量輻射通量/光譜光譜/正向電壓，電正向電壓，電流流36LED-1100光譜光譜/角度分析儀角度分析儀l光譜特性