LED綜合特性測(cè)試實(shí)驗(yàn)

...wd......wd......wd...LED綜合特性測(cè)試實(shí)驗(yàn)13應(yīng)用物理〔1〕班楊礴2013326601111實(shí)驗(yàn)?zāi)康?.測(cè)量LED正向伏安特性，掌握拐點(diǎn)電壓、正向開啟電壓及工作電流的概念，并比照分析不同發(fā)光顏色的LED拐點(diǎn)電壓和工作電壓的異同2.測(cè)量LED的反向伏安特性，了解發(fā)光二極管的反向截止特性3.掌握LED發(fā)光強(qiáng)度的概念及其測(cè)量方式4.了解LED發(fā)光強(qiáng)度隨電流變化的規(guī)律，并比照分析不同發(fā)光顏色LED發(fā)光強(qiáng)度隨電流變化的響應(yīng)異同5.了解LED光通量與發(fā)光效率的概念及其測(cè)量方法6.了解LED光通量/發(fā)光效率隨電流變化的規(guī)律，并比照分析不同發(fā)光顏色LED光通量隨電流變化的響應(yīng)異同以及發(fā)光效率隨電流的變化規(guī)律7.掌握LED的光空間分布曲線的概念及其測(cè)量方法8.掌握LED半強(qiáng)度角和偏差角的概念及其測(cè)量方法9.了解強(qiáng)度定標(biāo)的意義及其定標(biāo)方法10.掌握常見色度參數(shù)的概念及其計(jì)算方法11.測(cè)量LED器件的電壓-溫度關(guān)系特性，計(jì)算K系數(shù)，并理解K系數(shù)的意義及其作用12.理解LED結(jié)溫、熱阻的概念，掌握一種測(cè)大功率貼片型LED結(jié)溫，熱阻的測(cè)量方法實(shí)驗(yàn)原理1.電學(xué)特性測(cè)試在LED兩端加正向電壓，當(dāng)電壓較小，缺乏以抑制勢(shì)壘電場(chǎng)時(shí)，通過LED的電流很小。當(dāng)正向電壓超過死區(qū)電壓后，電流歲電壓迅速增長(zhǎng)。正向工作電流指LED正常發(fā)光時(shí)的正向電流值，根據(jù)不同管子的構(gòu)造和輸出功率的大小，在幾十毫安到1安之間。在LED兩端加反向電壓，只有微安級(jí)的反向電流。反向電壓超過擊穿電壓后，管子被擊穿損壞。為安全起見，鼓勵(lì)電源提供的最大反向電壓應(yīng)低于擊穿電壓。2.光電特性測(cè)試光強(qiáng)是描述LED光度學(xué)特性最為重要的參數(shù)，它表征了光源在指定方向上單位立體角內(nèi)發(fā)射的光通量，在不同的空間角下，LED將表現(xiàn)出不同的光強(qiáng)大小。LED光源發(fā)射的輻射通量中能引起人眼視覺的那局部，稱為光通量，單位是流明，與輻射通量的概念類似，它是LED光源向整個(gè)空間在單位時(shí)間內(nèi)發(fā)射的能引起人眼視覺的輻射通量。積分球測(cè)量光通量，積分球是一個(gè)球形空腔，由內(nèi)壁涂有均勻白色漫反射層的球殼組裝而成，被測(cè)LED置于空腔內(nèi)。LED器件發(fā)射的光輻射經(jīng)積分球壁的屢次反射，使整個(gè)球壁上的照度均勻分布，可用一置于球壁上的探測(cè)器來測(cè)量這個(gè)與光通量成比例的光的照度。 3.LED輸出光空間分布特性測(cè)量發(fā)光二極管的芯片和構(gòu)造及封裝方式不同，輸出光的空間分布一樣，當(dāng)方向角改變時(shí)，發(fā)射強(qiáng)度相應(yīng)改變。發(fā)射強(qiáng)度降為峰值的一半時(shí)，對(duì)應(yīng)的角度稱為方向半值角。4.色度學(xué)測(cè)試在色度研究中，常使用分光光譜測(cè)量法。在分光光譜法測(cè)量色度系統(tǒng)中，光譜儀是重要的組成局部沒。在該測(cè)量系統(tǒng)中使用具有光譜分辨率高的光柵光譜儀等進(jìn)展色度測(cè)量?？烧{(diào)恒流源與LED連接，用電流調(diào)節(jié)旋鈕調(diào)節(jié)輸出電流使LED正常工作。光纖光譜儀的光線探頭插入積分球光纖連接口，收集光譜信號(hào)。光纖光譜儀與計(jì)算機(jī)連接，測(cè)得的光源光譜功率由計(jì)算機(jī)進(jìn)展數(shù)據(jù)處理，并計(jì)算得到色度坐標(biāo)，從而計(jì)算出色溫、顯色指數(shù)等色度學(xué)參數(shù)。熱特性測(cè)試當(dāng)電流流過LED器件時(shí)，PN結(jié)的溫度將上升，我們把PN結(jié)的溫度定義為L(zhǎng)ED的結(jié)溫。通常被理解為L(zhǎng)ED芯片的溫度。其形成是由于LED空穴、電子運(yùn)動(dòng)，一局部能量產(chǎn)生有效的光電效應(yīng)，發(fā)出光子；另一局部是以發(fā)熱的形式消耗掉，從而導(dǎo)致PN結(jié)芯片發(fā)熱。實(shí)驗(yàn)儀器恒流源，恒壓源，程控脈沖電源，溫控電源，電源線，USB連接線實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1.電學(xué)特性測(cè)試將LED正負(fù)極對(duì)應(yīng)插裝到夾具的正負(fù)接口上，將軟件界面選為光電特性測(cè)試界面，選擇伏安特性測(cè)試實(shí)驗(yàn)，將可調(diào)恒壓源電壓調(diào)節(jié)旋鈕逆時(shí)針調(diào)節(jié)到底，翻開恒壓源電源開關(guān)，在軟件界面內(nèi)點(diǎn)擊數(shù)據(jù)采集端口，并進(jìn)展測(cè)量。2.光電特性測(cè)試調(diào)整光路，使激光光線與光闌筒的中心軸重合。將LED燈具插裝于夾具上，用導(dǎo)線連接好夾具和恒流源，將照度計(jì)探頭的保護(hù)蓋擰下并置于光闌筒末端，并將照度計(jì)連接頭插于面板的A端口。翻開軟件，依次記錄電壓、電流、光強(qiáng)數(shù)據(jù)。將恒流源調(diào)整到初始狀態(tài)，一次更換紅、黃、綠、藍(lán)、白色LED進(jìn)展測(cè)試。將照度計(jì)選為光通量檔，分別將白、紅、綠、藍(lán)四種待測(cè)LED燈插裝至夾具，將夾具插裝至光源入口，將校準(zhǔn)好的照度計(jì)探頭裝至探頭入口。分別在軟件中采集各LED電流，電壓，光通量數(shù)據(jù)，分別計(jì)算每組的發(fā)光效率。 3.LED輸出光空間分布特性測(cè)量調(diào)整光路，同電學(xué)特性測(cè)試，并記錄下對(duì)應(yīng)角度盤上角度值。在軟件中選中光空間分布特性測(cè)試，然后將角度盤與固定架轉(zhuǎn)盤共同向左或向右旋轉(zhuǎn)90°，作為空間起始角-90°的位置。更換光源的圓頭、草帽頭、平頭三中封裝形狀LED進(jìn)展測(cè)試。4.色度學(xué)測(cè)試首先用光纖光譜儀測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)光源的實(shí)際光譜能量分布。在軟件內(nèi)會(huì)呈現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)A光源的實(shí)際相對(duì)光譜功率分布曲線，調(diào)節(jié)積分時(shí)間將該曲線顯示在界面適宜的位置。再次測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)鹵素?zé)舻膶?shí)際相對(duì)光譜功率分布是否與理論的標(biāo)準(zhǔn)黑體輻射曲線重合，，假設(shè)兩條功率分布曲線基本重合，說明校準(zhǔn)成功。關(guān)閉鹵素?zé)?，將LED正確的插裝在光源夾具上，并用紅黑導(dǎo)線連接到恒流源上，調(diào)節(jié)恒流源使LED正常工作，將光源夾具插裝到積分球光源入口處，即可得到LED的色度學(xué)參數(shù)。數(shù)據(jù)結(jié)果1.伏安特性曲線實(shí)驗(yàn)結(jié)果電流與光強(qiáng)關(guān)系圖電流與光通量關(guān)系圖電流與發(fā)光效率關(guān)系圖15mA時(shí)VT系數(shù)測(cè)試20mA時(shí)VT系數(shù)測(cè)試25mA時(shí)VT系數(shù)測(cè)試30mA時(shí)VT系數(shù)測(cè)試小電流K系數(shù)測(cè)試結(jié)果圖結(jié)溫測(cè)試結(jié)果圖草帽頭輸出光空間分布特性測(cè)量圓頭輸出光空間分布特性測(cè)量平頭白色輸出光空間分布特性測(cè)量平頭藍(lán)光輸出光空間分布特性測(cè)量鎢燈光源功率分布測(cè)試所得功率圖與理論功率分布曲線比較圖藍(lán)色LED色度學(xué)測(cè)試結(jié)果圖綠色LED色度學(xué)測(cè)試結(jié)果圖紅色LED色度學(xué)測(cè)試結(jié)果圖白色LED色度學(xué)測(cè)試結(jié)果圖六、結(jié)果討論1.在熱特性測(cè)試實(shí)驗(yàn)中，需要控制溫度的變化，使得溫度在測(cè)試值附近變化不大，否則會(huì)使得測(cè)量數(shù)據(jù)出現(xiàn)較大的偏差。在溫度超出測(cè)試值需要降溫時(shí)，時(shí)間不可太長(zhǎng)，因?yàn)闇囟认陆递^快，會(huì)迅速低于測(cè)試值。2.在輸出光空間分布特性的測(cè)量中可以看出，未加透鏡的發(fā)光二極管，方向半角值大約為50°，可用于普通照明以及大屏幕顯示等要求視角廣寬的應(yīng)用環(huán)境。3.LED的開啟電壓：在二極管正負(fù)極間加電壓，當(dāng)電壓大于一定的范圍時(shí)二極管開場(chǎng)導(dǎo)通，這個(gè)電壓叫開啟電壓。4.LED的工作電壓：二極管正常工作時(shí)的電壓。5.LED的反向漏流：流過處于反向工作的pn結(jié)的微小電流稱為反向漏電流。七、LED的開展1.2007年，LED市場(chǎng)到達(dá)了46億美元，增長(zhǎng)率為9.5%，由于手機(jī)以外的應(yīng)用產(chǎn)品的增長(zhǎng)加速，預(yù)計(jì)LED行業(yè)總體市場(chǎng)會(huì)進(jìn)一步加快。供電方式的改變，隨著全球非再生能源的急劇消耗，儲(chǔ)量越來越少；同時(shí)排放的大量CO2也導(dǎo)致全球氣候的反常、溫室效應(yīng)、海平面上升等環(huán)境問題危及全球人類和動(dòng)植物的生存環(huán)境。目前太陽能開展迅速，太陽電池轉(zhuǎn)換效率正在逐步提高。LED是半導(dǎo)體電致發(fā)光器件，驅(qū)動(dòng)方式的選擇具有廣泛性，也就意味著可以在供電方式上進(jìn)展不同的供電選擇。LED本身散熱效率較低，因此可以將驅(qū)動(dòng)單獨(dú)設(shè)計(jì)，