LED基本資料課件

目錄LED產(chǎn)品關(guān)鍵參數(shù)理論基礎(chǔ)LED產(chǎn)品企業(yè)測試標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)LED產(chǎn)品測試常見疑問解答2LED產(chǎn)品關(guān)鍵參數(shù)理論基礎(chǔ)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(xué)特性6.其它常見光度術(shù)語7.LED產(chǎn)品企業(yè)測試標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)1.LED發(fā)光原理LED（LightEmittingDiode），即發(fā)光二極管。是一種半導(dǎo)體固體發(fā)光器件。它是利用固體半導(dǎo)體芯片作為發(fā)光材料。當(dāng)電流加到LED的PN結(jié)上，半導(dǎo)體中的少數(shù)截流子和多數(shù)截流子發(fā)生復(fù)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(jié)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(shè)Va

為開啟電壓，當(dāng)V＜Va，外加電場尚克服不少因載流子擴(kuò)散而形成勢壘電場，此時(shí)R很大；開啟電壓對(duì)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(guān)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(duì)應(yīng)IR為反向漏電流。當(dāng)反向偏壓一直增加使V＜-VR時(shí)，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(shí)，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(shí)間不易發(fā)現(xiàn)但只要點(diǎn)亮一段時(shí)間就會(huì)死燈且點(diǎn)亮過程中電壓、亮度等各項(xiàng)參數(shù)都不穩(wěn)定。對(duì)燈具質(zhì)量會(huì)造成大的隱患，出廠后不久就會(huì)死燈。

預(yù)防漏電最重要的要防止靜電，只是LED工廠自己預(yù)防還不行，同時(shí)要指導(dǎo)燈具廠家生產(chǎn)過程中預(yù)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(shí)，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(guān)時(shí)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(shí)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(shí)間間隔。112.5.5下降時(shí)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(shí)間間隔（見圖1）。 2.5.6關(guān)閉時(shí)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(shí)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(shù)語不會(huì)混淆時(shí)，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(shù)語不會(huì)混淆時(shí)，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(gè)重要參數(shù)。

223.5平均LED強(qiáng)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(gòu)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(jì)算得到。I=Φ/Ω=Φ/(S/d2) CIE推薦標(biāo)準(zhǔn)條件A和B來測量近場條件下的平均LED強(qiáng)度,可以分別用符號(hào)ILEDA和ILEDB來表示,用符號(hào)ILE DIe

和ILEDIv分別表示標(biāo)準(zhǔn)條件A測量的平均LED輻射強(qiáng)度和平均LED發(fā)光強(qiáng)度。23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：如果沒有以Z軸為旋轉(zhuǎn)對(duì)稱特性，各種角度θ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。253.7半強(qiáng)度角θ1/2Half-intensityangle

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（見圖2）。3.8偏差角ΔθMisalignmentangle

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(gè)波長的輻射功率分布情況。354.4色坐標(biāo)色坐標(biāo)也叫色品坐標(biāo)或色度坐標(biāo)。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(biāo)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(lán)原色刺激的量。364.5主波長

任何一個(gè)顏色都可以看作為用某一個(gè)光譜色按一定比例與一個(gè)參照光源（如CIE標(biāo)準(zhǔn)光源A、B、C等，能光源E，標(biāo)準(zhǔn)照明體D65等）相混合而匹配出來的顏色，這個(gè)光譜色就是顏色的主波長。顏色的主波長相當(dāng)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(biāo)，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(jì)算決定顏色的主波長。計(jì)算時(shí)根據(jù)色度圖上連接參照光源色度點(diǎn)與樣品顏色色度點(diǎn)的直線的斜率，查表讀出直線與光譜軌跡的交點(diǎn)，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(diǎn)到樣品色度點(diǎn)的距離與參照光源色度點(diǎn)到光譜色色度點(diǎn)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(shí)，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(biāo)，然后在色度圖上由CIE1960UCS推導(dǎo)的ISO色溫線求取色溫。對(duì)于相對(duì)光譜功率分布偏離黑體相對(duì)光譜功率分布較遠(yuǎn)的光源，用色度坐標(biāo)與其最靠近的黑體溫度來表示該光源的相關(guān)色溫，在色溫線上求取相關(guān)色溫。384.8顯色指數(shù)

光源對(duì)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(zhǔn)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(gè)單色的光波縱使而成，對(duì)各個(gè)顏色的顯色性亦大不相同。相同光色的光源會(huì)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(dāng)光源光譜中很少或缺乏物體在基準(zhǔn)光源下所反射的主波時(shí)，會(huì)使顏色產(chǎn)生明顯的色差(colorshift)。色差程度愈大，光源對(duì)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(píng)價(jià)的普遍方法。

39

光源對(duì)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(zhǔn)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(gè)單色的光波縱使而成，對(duì)各個(gè)顏色的顯色性亦大不相同。相同光色的光源會(huì)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(dāng)光源光譜中很少或缺乏物體在基準(zhǔn)光源下所反射的主波時(shí)，會(huì)使顏色產(chǎn)生明顯的色差(colorshift)。色差程度愈大，光源對(duì)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(píng)價(jià)的普遍方法。

顯色分兩種

忠實(shí)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(qiáng)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(qiáng)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(lán)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(guān)系

當(dāng)光源光譜中很少或缺乏物體在基準(zhǔn)光源下所反射的主波時(shí)，會(huì)使顏色產(chǎn)生明顯的.色差程度越大，光源對(duì)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(píng)價(jià)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(zhǔn)光源。此系統(tǒng)以8種彩度中等的標(biāo)準(zhǔn)色樣來檢驗(yàn)，比較在測試光源下與在同色溫的基準(zhǔn)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(jí)

顯色性

一般應(yīng)用

90-100

1A

優(yōu)良

需要色彩精確對(duì)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(duì)顯色性的要求較低，色差較小的場所

20-39

4

較差

對(duì)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(shí)際生活中的白熾燈種類繁多，應(yīng)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(dá)90以上）LAMP白光LED75-85424.9中心波長

設(shè)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(diǎn)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(xué)特性5.1熱阻

熱能從高溫區(qū)自動(dòng)地傳到低溫區(qū)。單位時(shí)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(jié)溫

是指PN結(jié)的溫度,一般很難測到,都是通過測殼溫在通過熱阻去計(jì)算的。45 LED的光學(xué)參數(shù)與pn結(jié)結(jié)溫有很大的關(guān)系。一般工作在小電流IF＜10mA，或者10~20mA長時(shí)間連續(xù)點(diǎn)亮LED溫升不明顯。若環(huán)境溫度較高，LED的主波長或λp就會(huì)向長波長漂移，亮度也會(huì)下降，尤其是點(diǎn)陣、大顯示屏的溫升對(duì)LED的可靠性、穩(wěn)定性影響應(yīng)專門設(shè)計(jì)散射通風(fēng)裝置。

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

由式可知，每當(dāng)結(jié)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(duì)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(qiáng)、光亮度的設(shè)計(jì)尤其應(yīng)注意用散熱好的燈具外殼或?qū)ｉT通用設(shè)備、確保LED長期工作。466.其它常見光度術(shù)語6.1照度

在照明應(yīng)用中，往往要知道當(dāng)用LED作照明光源時(shí)，希望知道這種光源照射在接收面上某一點(diǎn)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(gè)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(diǎn)處的面元上的光通量dφ中與該一點(diǎn)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(gè)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(guān)系，公式(68-1)式是知道照度E和單位面積可以計(jì)算出光通量φ：φ=E·ds這些關(guān)系式在LED實(shí)際應(yīng)用中十分重要，是經(jīng)常要用到的基本設(shè)計(jì)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(shè)用每個(gè)φ為20lm的功率LED來作這個(gè)燈的光源，需要200個(gè)才能滿足要求。486.2光亮度

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/(dScosθ)=d2(dΩdScosθ496.3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(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)7.1計(jì)量實(shí)驗(yàn)室的建立7.11標(biāo)準(zhǔn)