LED基本資料課件

目錄LED產(chǎn)品關鍵參數(shù)理論基礎LED產(chǎn)品企業(yè)測試標準化建設LED產(chǎn)品測試常見疑問解答2LED產(chǎn)品關鍵參數(shù)理論基礎1.LED發(fā)光原理2.LED電特性3.LED光度特性4.LED色度特性5.LED熱學特性6.其它常見光度術語7.LED產(chǎn)品企業(yè)測試標準化建設1.LED發(fā)光原理LED（LightEmittingDiode），即發(fā)光二極管。是一種半導體固體發(fā)光器件。它是利用固體半導體芯片作為發(fā)光材料。當電流加到LED的PN結上，半導體中的少數(shù)截流子和多數(shù)截流子發(fā)生復合，放出過剩的能量而引起光子發(fā)射，直接發(fā)出各種顏色光。3LED典型特性曲線I-V特性曲線5I-V特性

表征LED芯片PN結制備性能主要參數(shù)。LED的I-V特性具有非線性、整流性質(zhì)：單向?qū)щ娦裕赐饧诱珘罕憩F(xiàn)低接觸電阻，反之為高接觸電阻。(1)正向死區(qū)：設Va

為開啟電壓，當V＜Va，外加電場尚克服不少因載流子擴散而形成勢壘電場，此時R很大；開啟電壓對于不同LED其值不同，GaAs為1V，紅色GaAsP為1.2V，GaP為1.8V，GaN為2.5V6（2）正向工作區(qū)：電流IF與外加電壓呈指數(shù)關系（3）反向死區(qū)（3）反向擊穿區(qū)V＜-VR，VR稱為反向擊穿電壓；VR電壓對應IR為反向漏電流。當反向偏壓一直增加使V＜-VR時，則出現(xiàn)IR突然增加而出現(xiàn)擊穿現(xiàn)象。由于所用化合物材料種類不同，各種LED的反向擊穿電壓VR也不同。72.2反向電流IRReversecurrent

加在發(fā)光二極管兩端的反向電壓為確定值時，流過發(fā)光二極管的電流,即通常說的漏電流。 LED有漏電的直接表現(xiàn)就是短時間不易發(fā)現(xiàn)但只要點亮一段時間就會死燈且點亮過程中電壓、亮度等各項參數(shù)都不穩(wěn)定。對燈具質(zhì)量會造成大的隱患，出廠后不久就會死燈。

預防漏電最重要的要防止靜電，只是LED工廠自己預防還不行，同時要指導燈具廠家生產(chǎn)過程中預防靜電，比如錫爐不接地或操作過程不帶防靜電手環(huán)等。92.3反向電壓VRReversevoltage

被測LED器件通過的反向電流為確定值時，在兩極間所產(chǎn)生的電壓降。102.4總電容CCapacitance

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。2.5開關時間Switchingtime

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。2.5.1開啟延遲時間td(on)Turn-ondelaytime輸入脈沖前沿最低規(guī)定值到輸出脈沖前沿最低規(guī)定值之間的時間間隔。112.5.5下降時間tfFalltime

輸出脈沖后沿最高規(guī)定值到最低規(guī)定值之間的時間間隔（見圖1）。 2.5.6關閉時間toffTurn-offtime

器件所加輸入脈沖后沿的最低規(guī)定值到輸出脈沖后沿最低規(guī)定值之間的時間間隔。toff=td(off)+tf13142.6電功率PD

正向電壓VF和正向電流IF的乘積152.8常用電特性曲線1718193.3輻射功率效率ηeRadiantpowerefficiency

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：ηe=Φe/(IF·VF)

注：在與其它術語不會混淆時，可簡稱為輻射效率(Radiantefficiency)。213.4光通量效率ηvLuminousfluxefficiency

器件發(fā)射的光通量Φv

與器件的電功率（正向電流IF乘以正向電壓VF）的比值：ηv=Φv/(IF·VF)

注：在與其它術語不會混淆時，可簡稱為發(fā)光效率,即我們通常所說的光效。光效是LED發(fā)光的一個重要參數(shù)。

223.5平均LED強度AveragedLEDintensity

照射在離LED一定距離處的光探測器上的通量Φ與由探測器構成的立體角Ω的比值，立體角可將探測器的面積S除以測

量距離d的平方計算得到。I=Φ/Ω=Φ/(S/d2) CIE推薦標準條件A和B來測量近場條件下的平均LED強度,可以分別用符號ILEDA和ILEDB來表示,用符號ILE DIe

和ILEDIv分別表示標準條件A測量的平均LED輻射強度和平均LED發(fā)光強度。23注1：除非另外規(guī)定，發(fā)光（或輻射）強度分布應該規(guī)定在包括機械軸Z的平面內(nèi)。注2：如果發(fā)光（或輻射）強度分布圖形有以Z軸為旋轉(zhuǎn)對稱特性，發(fā)光（或輻射）強度空間分布圖僅規(guī)定一個平面。注3：如果沒有以Z軸為旋轉(zhuǎn)對稱特性，各種角度θ的發(fā)光（或輻射）強度分布應有要求，X、Y、Z方向要求可有詳細規(guī)范定義。253.7半強度角θ1/2Half-intensityangle

在發(fā)光（或輻射）強度分布圖形中，發(fā)光（或輻射）強度大于最大強度一半構成的角度（見圖2）。3.8偏差角ΔθMisalignmentangle

在發(fā)光（或輻射）強度分布圖形中，最大發(fā)光（或輻射）強度方向（光軸）與機械軸Z之間的夾角（見圖2）26常用光度特性曲線272930314.LED色度特性3233344.1峰值發(fā)射波長λpPeak-emissionwavelength

光譜輻射功率最大的波長。4.2光譜輻射帶寬ΔλSpectralradiationbandwith

光譜輻射功率大于等于最大值一半的波長間隔。4.3光譜功率（能量）分布P(λ)Spectralpowerdistribution

在光輻射波長范圍內(nèi)，各個波長的輻射功率分布情況。354.4色坐標色坐標也叫色品坐標或色度坐標。CIE色度系統(tǒng)中，三刺激值各值與他們之和的比。在XYZ色品系統(tǒng)中，由三刺激值X、Y、Z可算出色品坐標x、y、z。x=X/(X+Y+Z)，y=Y/(X+Y+Z)，z=Z/(X+Y+Z)。XYZ表示任何一種特定顏色所具有的三種理論原色刺激的量。X表示紅原色刺激的量、Y表示綠原色刺激的量，而Z表示藍原色刺激的量。364.5主波長

任何一個顏色都可以看作為用某一個光譜色按一定比例與一個參照光源（如CIE標準光源A、B、C等，能光源E，標準照明體D65等）相混合而匹配出來的顏色，這個光譜色就是顏色的主波長。顏色的主波長相當于人眼觀測到的顏色的色調(diào)（心理量）。若已獲得被測LED器件的色度坐標，就可以采用等能白光E光源（x0＝0.3333，y0＝0.3333）作為參照光源來計算決定顏色的主波長。計算時根據(jù)色度圖上連接參照光源色度點與樣品顏色色度點的直線的斜率，查表讀出直線與光譜軌跡的交點，確定主波長。4.6色純度

樣品顏色接近主波長光譜色的程度就表示了該樣品顏色的純度。在CIE－1931色度圖上，在顏色主波長線上用參照光源色度點到樣品色度點的距離與參照光源色度點到光譜色色度點的距離之比來表示純度。顏色的純度和人眼觀測到的顏色飽和度基本一致。4.7色溫

光源的光輻射所呈現(xiàn)的顏色與在某一溫度下黑體輻射的顏色相同時，稱黑體的溫度（TC）為光源的色溫度。為了求得光源的色溫，需要先求得它的色度坐標，然后在色度圖上由CIE1960UCS推導的ISO色溫線求取色溫。對于相對光譜功率分布偏離黑體相對光譜功率分布較遠的光源，用色度坐標與其最靠近的黑體溫度來表示該光源的相關色溫，在色溫線上求取相關色溫。384.8顯色指數(shù)

光源對物體的顯色能力稱為顯色性，是通過與同色溫的參考或基準光源（白熾燈或畫光）下物體外觀顏色的比較。光所發(fā)射的光譜內(nèi)容決定光源的光色，但同樣光色可由許多，少數(shù)甚至僅僅兩個單色的光波縱使而成，對各個顏色的顯色性亦大不相同。相同光色的光源會有相異的光譜組成，光譜組成較廣的光源較有可能提供較佳的顯色品質(zhì)。當光源光譜中很少或缺乏物體在基準光源下所反射的主波時，會使顏色產(chǎn)生明顯的色差(colorshift)。色差程度愈大，光源對該色的顯色性愈差。顯色指數(shù)系數(shù)(Kaufman)仍為目前定義光源顯色性評價的普遍方法。

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光源對物體的顯色能力稱為顯色性，是通過與同色溫的參考或基準光源（白熾燈或畫光）下物體外觀顏色的比較。光所發(fā)射的光譜內(nèi)容決定光源的光色，但同樣光色可由許多，少數(shù)甚至僅僅兩個單色的光波縱使而成，對各個顏色的顯色性亦大不相同。相同光色的光源會有相異的光譜組成，光譜組成較廣的光源較有可能提供較佳的顯色品質(zhì)。當光源光譜中很少或缺乏物體在基準光源下所反射的主波時，會使顏色產(chǎn)生明顯的色差(colorshift)。色差程度愈大，光源對該色的顯色性愈差。演色指數(shù)系數(shù)(Kaufman)仍為目前定義光源顯色性評價的普遍方法。

顯色分兩種

忠實顯色：能正確表現(xiàn)物質(zhì)本來的顏色需使用顯色指數(shù)(Ra)高的光源，其數(shù)值接近100，顯色性最好。

效果顯色：要鮮明地強調(diào)特定色彩，表現(xiàn)美的生活可以利用加色的方法來加強顯色效果。采用低色溫光源照射，能使紅色更加鮮艷；采用中等色溫光源照射，使藍色具有清涼感；采用高色溫光源照射，使物體有冷的感覺。

顯色指數(shù)與顯色性的關系

當光源光譜中很少或缺乏物體在基準光源下所反射的主波時，會使顏色產(chǎn)生明顯的.色差程度越大，光源對該色的顯色性越差。顯色指數(shù)系數(shù)仍為目前定義40光源顯色性評價的普遍方法。

白熾燈的顯色指數(shù)定義為100，視為理想的基準光源。此系統(tǒng)以8種彩度中等的標準色樣來檢驗，比較在測試光源下與在同色溫的基準下此8色的偏離程度，以測量該光源的顯色指數(shù)，取平均偏差值Ra20-100，以100為最高，平均色差越大，Ra值越低。低于20的光源通常不適于一般用途。

指數(shù)（Ra）

等級

顯色性

一般應用

90-100

1A

優(yōu)良

需要色彩精確對比的場所

80-89

1B

需要色彩正確判斷的場所

60-79

2

普通

需要中等顯色性的場所

40-59

3

對顯色性的要求較低，色差較小的場所

20-39

4

較差

對顯色性無具體要求的場所

41白熾燈的理論顯色指數(shù)為100，但實際生活中的白熾燈種類繁多，應用也不同，所以其Ra值不是完全一致的。只能說是接近100，是顯色性最好的燈具。具體燈具的Ra值可見下表所舉。

光源

顯色指數(shù)Ra

白熾燈

97

日光色熒光燈

80-94

白色熒光燈

75-85

暖白色熒光燈

80-90

鹵鎢燈

95-99

高壓汞燈

22-51

高壓鈉燈

20-30

金屬鹵化物燈

60-65

鈉鉈銦燈

60-65

鏑燈

85以上

power白光LED60-80（特殊可達90以上）LAMP白光LED75-85424.9中心波長

設a1,a2分別是峰值波長兩側(cè)光譜輻射功率最大值一半處的波長。中心波長入為a1,a2的中點處的波長（a1+a2）/2。4.10質(zhì)心波長

質(zhì)心波長為光譜能量曲線（380-780nm）的質(zhì)心處的波長435.LED熱學特性5.1熱阻

熱能從高溫區(qū)自動地傳到低溫區(qū)。單位時間從高溫區(qū)流向低溫區(qū)的熱量叫做熱流Ｑ。熱流同溫差ΔT成正比。ΔT＝θQ

式中比例系數(shù)θ叫做熱阻。如果ΔT的單位是℃，Ｑ的單位是Ｗ，則θ的單位是℃／Ｗ。445.2結溫

是指PN結的溫度,一般很難測到,都是通過測殼溫在通過熱阻去計算的。45 LED的光學參數(shù)與pn結結溫有很大的關系。一般工作在小電流IF＜10mA，或者10~20mA長時間連續(xù)點亮LED溫升不明顯。若環(huán)境溫度較高，LED的主波長或λp就會向長波長漂移，亮度也會下降，尤其是點陣、大顯示屏的溫升對LED的可靠性、穩(wěn)定性影響應專門設計散射通風裝置。

LED的主波長隨溫度關系可表示為λp（T′）=λ0（T0）+△Tg×0.1nm/℃

由式可知，每當結溫升高10℃，則波長向長波漂移1nm，且發(fā)光的均勻性、一致性變差。這對于作為照明用的燈具光源要求小型化、密集排列以提高單位面積上的光強、光亮度的設計尤其應注意用散熱好的燈具外殼或?qū)ｉT通用設備、確保LED長期工作。466.其它常見光度術語6.1照度

在照明應用中，往往要知道當用LED作照明光源時，希望知道這種光源照射在接收面上某一點處的面元上的光通量φ。很顯然，不同面元的面積，其照射效果不一樣，于是人們用一個光照度來規(guī)范這一情況下光源的性能。

照度又稱光照度，它定義為：照射在光接收面上一點處的面元上的光通量dφ中與該一點處面元的面積ds之比，照度單位為勒克斯，用lux來表示，并可寫作： E=dφ／ds

從上式可以知道，只要了解了LED光源的光通量中，和需被照射的面積s，則在這個面積S的面上，它的照度E即可用(68-1)式求得。因此照度又可稱作是單位面積的光通量。47從照度的定義和公式(68-1)式，我們可以得到φ與E的相互換算關系，公式(68-1)式是知道照度E和單位面積可以計算出光通量φ：φ=E·ds這些關系式在LED實際應用中十分重要，是經(jīng)常要用到的基本設計公式。例如：用LED光源作路燈，已知路燈高10米，燈距為16米，要使兩盞燈問路面范圍內(nèi)照度為20lux，每燈的LED光源要用多大的光通量?這里r=16／2=8m因此S=3．14×82=200m2于是有：φ=E*S=20lux×200m2=4000lm假設用每個φ為20lm的功率LED來作這個燈的光源，需要200個才能滿足要求。486.2光亮度

光源表面一點處的面元在給定方向上的發(fā)光強度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/(dScosθ)=d2(dΩdScosθ496.3光照度Ev

illuminance

照射在光接收面上一點處的面元上的光通量dΦv

與該面元面積dS

的比值。單位為勒克斯(lux),常用lx表示。

Ev=dΦv/dS507、LED產(chǎn)品企業(yè)測試標準化建設7.1計量實驗室的建立7.11標準