LED光电特性
LED光电特性的测试方案
LED光电特性的测试方案引言LED（Light Emitting Diode）是一种半导体发光器件，具有能够将电能直接转化为光能的特性，因此被广泛应用于照明、显示、通信等领域。
为了确保LED的品质和稳定性，需要对其光电特性进行测试。
本文将提出一种精确的LED光电特性测试方案。
一、测试设备准备1.光谱辐射计：用于测量LED的光谱辐射强度，可以得到不同波长的光强。
2.积分球：用于收集和均匀分布LED发出的光线，保证测试时的稳定性和准确性。
3.恒流电源：用于提供恒定的电流，确保测试过程中LED的工作在恒定状态下。
4.温湿度计：用于监测测试环境的温度和湿度，确保测试环境的稳定性。
5.计算机：用于存储测试结果、分析数据和生成报告。
二、测试环境准备1.温度：测试环境的温度应保持在25±1℃，避免温度变化对测试结果产生影响。
2.湿度：测试环境的相对湿度应在40%~70%之间，过高的湿度可能导致氧化，影响LED的性能。
三、测试步骤1.连接测试设备：将积分球和光谱辐射计与计算机相连接，并通过恒流电源将LED与积分球连接，保证测试准确可靠。
2.测试前准备：打开测试设备，等待其进入工作状态。
校准光谱辐射计，确保其能够准确测量光谱强度。
3.设置测试参数：根据测试需求，设置光谱辐射计的测试参数，如设置波长范围，采样间隔等。
4.测试光谱辐射强度：将LED置于积分球内，启动测试程序，测得不同波长下的光强，并记录下来。
5.测试光电转换效率：利用测试得到的光谱辐射强度，结合LED的电流输入，计算出LED的光电转换效率。
6.测试光衰减：在测试过程中，记录下光谱辐射强度的变化情况，根据光衰减的程度，分析出LED的寿命和稳定性。
7.数据分析和报告生成：将测试得到的数据导入计算机，进行数据分析和处理，并生成测试报告。
四、注意事项1.避免外界干扰：在测试过程中，要确保测试环境的稳定性，避免光、电源等干扰因素对测试结果产生影响。
2.恒流电源的选择：选择合适的恒流电源，确保能够提供稳定的电流，避免电流的不稳定导致测试结果的误差。
LED光电特性的测试方案
LED光电特性的测试方案测试LED光电特性的方案可以分为以下几个步骤：1.设备准备：-LED芯片/光源-光学环境控制设备（光源、反射板、光强计、光谱仪等）-电子测试设备（电压源、电流表、电阻表等）-计算机及数据采集设备2.搭建测试装置：-将LED芯片/光源安装在适当的平台上，并连接好电源线和测试仪表-设置光学环境控制设备，如调节光源亮度、选择合适的反射板等3.测量LED的光谱特性：-使用光谱仪测量LED的光谱，获取LED在不同波长下的辐射光强数据-分析并记录光谱数据，以了解LED的光谱分布、光色性质等4.测量LED的光电流特性：-将LED连接到电源，并设置适当的电压和电流条件-使用光强计测量LED辐射的光强，并记录相应的电压和电流数据-分析并记录光电流特性数据，如I-V曲线、光电流-光强关系等5.测量LED的光效特性：-测量LED的光功率和电功率，并计算LED的光效（即光电转换效率）-分析并记录光效特性数据，以评估LED的性能和功耗情况6.其他测试：-进一步测试LED的发光角度、色温、色纯度等光学性能指标-测试LED的发光寿命、温度特性等可靠性指标7.数据分析和报告编写：-对上述测试数据进行分析和整理，比较不同LED的性能特点-根据测试结果编写测试报告，包括实验设计、测试过程、测试数据和结论等8.优化和改进：-根据测试结果，针对性地优化LED的设计和制造过程，改进其性能特点-根据测试经验，优化测试方案，提高测试效率和准确度在实际测试中，还需要注意以下几个方面：-定义明确的测试目标和指标，根据实际需求选择合适的测试参数和测试方法-保证测试环境的稳定性和一致性，避免外界干扰对测试结果的影响-根据测试需求选择合适的测试仪器和设备，确保其精度、灵敏度和可靠性-在测试过程中及时记录和保存测试数据，以备后续分析和验证-对测试结果进行验证和重复测试，以提高测试结果的可靠性和准确性-在测试完成后，对测试装置进行清理和维护，准备下一次测试通过以上测试方案，可以全面了解LED的光电特性，评估其性能优劣，为后续LED产品的设计和制造提供重要参考和指导。
led效率 电光
led效率电光LED（Light Emitting Diode）是一种半导体发光器件，也是一种高效的光电转换器件。
它具有高亮度、低功耗、长寿命、抗冲击、快速响应等特点，因此在照明、显示、通信等领域得到了广泛应用。
LED的高效率体现在多个方面。
首先，LED的光电转换效率非常高。
它通过电流驱动，将电能转换为光能，而不像传统的照明灯具那样产生大量的热能。
LED的光电转换效率可以达到30%以上，远远高于传统的白炽灯和荧光灯。
这意味着LED可以更有效地利用电能，减少能源的浪费。
LED的光效（lm/W）也非常高。
光效是衡量光源能量利用效率的指标，它表示每瓦电能转化为光能的亮度。
LED的光效可以达到100lm/W以上，而传统的白炽灯和荧光灯的光效分别只有10-20lm/W 和50-70lm/W。
因此，相同亮度的照明，LED所消耗的电能要远远低于传统的灯具，从而实现了节能和减排的目标。
LED的高效率还体现在其长寿命上。
一般情况下，LED的使用寿命可以达到5万小时以上，甚至更长。
而传统的白炽灯和荧光灯的寿命通常只有数千小时。
LED的长寿命不仅减少了更换灯具的频率和维修成本，还减少了对环境的污染。
此外，LED的快速响应特性使其非常适合于需要频繁开关的场合，如信号灯和屏幕显示。
除了照明领域，LED在显示和通信领域也有着广泛应用。
LED显示屏具有高对比度、快速响应、可视角度大等优点，被广泛用于室内外广告、舞台演出等场合。
LED还可以作为通信光源，用于光纤通信和无线通信中的光源模块，其高亮度和快速响应特性使得数据传输更加稳定和高效。
值得一提的是，虽然LED的效率非常高，但其价格相对较高。
这主要是因为LED的制造过程相对复杂，需要使用昂贵的半导体材料，并且要经过多道工序的加工。
然而，随着技术的进步和规模效应的发挥，LED的价格正在逐渐下降，相信未来LED的高效率将会更加普及。
LED以其高亮度、低功耗、长寿命、抗冲击、快速响应等特点成为一种高效的光电转换器件。
照明用LED的光电性能及测试仪器
照明用LED的光电性能及测试仪器一、前言发光二极管(LED)是一种把电能直接转换成光的固体器件，它的结构主要由PN结芯片、电极和光学系统等组成。
照明用LED的性能与显示用LED有一定的差别,其主要特性参数包括：工作电流和电压、输出光通量、发光效率、色品坐标、色温、显色性、空间光强分布、温度特性、光生物安全性等等。
由于LED 是一个定向辐射光源，带有成像光学系统，而且是带状光谱辐射源，在光电性能测试中，因测试方法不统一，仪器性能的差别大以及操作的不规范等等因素，往往难以得到比较一致、准确的结果。
针对LED特殊的光电特性,并按照国际照明委员会(CIE)的要求，浙大三色公司在LED芯片、LED封装、组合LED灯具及材料测试等方面研制出了一系列极具特色的测试仪器,较好地解决了照明LED测试中的常见问题.二、照明用LED的光电性能评价1. 电流/电压参数（正、反向）LED的电性能具有典型的PN结伏安特性，不同的电流直接影响LED的发光亮度。
在照明中应用, LED灯应具有大功率、高可靠性，良好的环境适应性等特性。
为了获得大功率的LED灯，往往将许多个发光二极管通过一定的串并联方式组合在一起，相关的各个LED的特性必须匹配，因此必须测试它们在工作点上的正向电流和正向压降、反向漏电流和反向击穿电压以及不同温度环境下的电参数的变化特性等等。
2、光通量和辐射通量发光二极管单位时间内发射的总电磁能量称为辐射通量，也就是光功率(W)。
对于照明用LED光源，我们更关心的是照明的视觉效果，即光源发射的辐射通量中能引起人眼感知的那部分当量，称作为光通量Φv(1m)。
光通量与器件的电功率比值表示LED的发光效率(lm/W)，它是节能照明的关键指标之一。
3、光强和发光角无论是应用于显示或照明工程，LED的光强及其空间分布都是十分重要的参数。
LED灯的定向发光特性，对于某些局部或定向照明往往会达到非常好的照明效果。
LED的发光强度指在给定方向上单位立体角内所发射的光通量：(c d)发光角（或光束角）通常用半强度角θ1/2表示，即在光强分布图中光强大于等于峰值光强1/2时所包含的光束角度。
光电二极管的物理特性与工艺研究
光电二极管的物理特性与工艺研究光电二极管，简称LED，是一种半导体器件，具有化学稳定性好、能耗低、寿命长等特点。
其原理是电子在半导体晶体中跃迁时，释放出能量形成光线，将电能转化为光能。
在现代科技应用中，LED被广泛应用于照明、显示、通信等领域。
一、光电二极管的物理特性1. 发光原理：光电二极管是基于半导体PN结的原理工作的。
PN结是一种半导体结构，由正负两种半导体材料组成，能够使电子与空穴在结区域内重复复合并释放光子而发出光线。
2. 发光机制： LED在通电时，由于P区和N区的掺杂不同，造成了能带的差异。
电子从N区经过PN结跨越到P区，此时电子与空穴发生复合，能量释放出来，产生光辐射。
3. 光谱特性：LED灯泡的颜色主要由发光二极管的材质决定。
不同的材质发出的光线颜色也不同。
例如，蓝色光由蓝色LED发射，绿色光由绿色LED发射，红色光由红色LED发射。
4. 驱动电流：光电二极管的驱动电流大小与稳定性对LED的发光效果有着重要影响。
太小的电流无法使LED发光，而过大的电流则会让LED热失效。
二、光电二极管的工艺研究1. 衬底的选择：光电二极管制作一般采用单晶硅、蓝宝石与碳化硅等不同的衬底。
衬底的物理特性对于光电二极管的性能具有直接影响。
如：蓝宝石衬底的热处理会使 LED 的发光效果更好，而单晶硅更适合进行晶体生长。
2. 阴极材料的选择：光电二极管的阴极部分需要使用照亮发光二极管的外部结构，常采用银等可反射材料，增强光透过率，从而提高了LED的亮度与效率。
3. 制备光电二极管的工艺：光电二极管制备的化学反应涉及多个步骤。
例如，通过金属有机分子热分解法来制备氧化铝膜；利用化学气相沉积法制备氮化硼晶体等。
4. 熔融等离子体技术：熔融等离子体技术是光电二极管的新制备工艺，可以减少耗能与材料浪费，提高了 LED 的制作效率与产量。
三、市场前景及发展趋势目前，LED制作技术与市场应用已经非常成熟，市场规模逐年扩大。
LED发光效率
光电特性综合实验 系统 万用表 直流数字毫安表 直流数字电压表 可变电阻器 LED
3.测量原理图
图1-15 LED的P–I曲线测量电路
4.实训内容与步骤
（1）将待测红光LED接入胶木模块的插孔，模块另一端的插头插到控制面板 “LED/LD驱动”部分的“正向电压”端口，将胶木模块固定在转台导轨上
“电压测量”的正负端分别接到电压表的“20V+”和“-”端，电压表量程选择20
从测量的角度看，光通量的测试一般采 用积分求法。在测得光通量之后，配合 电参数测试仪可以测得LED的发光效率。 而辐射通量和辐射效率的测试方法类似 于光通量和发光效率的测试。光强分布 由探测器测试，光谱功率特性可由光谱 功率分布表示。
3.LED的发光效率分析
影响发光效率主要因素有内部量子效率与光提取效率。 内部量子效率与组件本身特性如组件材料能带、 缺陷、杂质及组件 外延组成及结构等相关。
“电流测量”的正负端分别接到电流表的“200mA+” 和“-”端，电流表量程选 择200mA。 将探测器固定在二维支架上，移动导轨上支架，使探测器离转台最近， 移动转台导轨上的胶木模块，使LED尽量靠近探测器探测器。
探测器信号输出的红色插头插入控制面板“3”孔 ，黑色插头插入“2”孔，“4”“5” 之间插入10K 电阻。
数 1 1
量
可调直流稳压电源 万用表
2
3 4 5 6 7 8
直流数字毫安表
直流数字电压表 可变电阻器 发光二极管 发光二极管 电阻器
自选
自选 1KΩ /1W Ф 5，红色 Ф 5，白色 680Ω
1
1 1 1 1 1
3.实训内容与步骤
（1）正向特性曲线的测量
图1-12 正向特性曲线测量电路
LED光电特性的测试内容与方法介绍
LED光电特性的测试内容与方法介绍LED（Light Emitting Diode）是一种能够将电能转化为光能的半导体器件。
在LED的光电特性测试中，常见的测量内容包括电流-电压（IV）特性、光功率-电流（LIV）特性、波长-电流（λ-IV）特性和光谱特性等。
下面将逐一介绍LED光电特性的测试内容与方法。
1.电流-电压（IV）特性测试电流-电压特性测试是LED基本的光电特性测试，用于测量LED器件的电流-电压关系。
测试方法通常是通过应用不同电压并测量对应的电流来得到IV曲线。
测试过程中需要使用电源和电流表来提供电流，使用电压表来测量电压。
测试时需按照设定的电流范围逐步增加电流，同时记录电压。
通常会进行多个测试点，以获取IV曲线。
2.光功率-电流（LIV）特性测试光功率-电流特性测试是测量LED器件的功率与电流关系的一个重要测试。
测试方法是通过改变LED器件的电流并测量对应的输出光功率。
测试过程中需要使用光功率计来测量光功率，同时使用电流表来测量电流。
测试时通常会在设定的电流范围内逐步增加电流，并记录对应的光功率。
3.波长-电流（λ-IV）特性测试波长-电流特性测试是用于测量LED器件的波长与电流关系的测试方法。
测试过程中需要使用光谱仪来测量LED的发光波长，同时使用电流表来测量电流。
测试方法是在设定的电流范围内逐步增加电流，并记录对应的波长数据。
4.光谱特性测试光谱特性测试是为了测量LED器件的发光光谱，包括波长分布、光强分布等内容。
测试过程中需要使用光谱仪来测量LED的光谱数据。
测试方法是将LED器件放置在光谱仪设备中，并通过设定参数来进行光谱扫描，获取LED的光谱特性。
此外，在LED光电特性测试中，还需要注意以下几点：1.环境条件的控制：LED光电特性对环境的影响较大，测量中应保持温度、湿度等环境条件的稳定，以减小测试误差。
2.仪器的校准：光电特性测试所使用的仪器应经过准确的校准，以保证测试数据的可靠性和准确性。
LED发光效率分析
4.注意事项
（1）发光二极管是非线性元件，为了避免烧坏发光 二极管和仪表，对于红光LED要求 测量时，从电流值为7.00mA所对应的电压开始测量 ，然后降低电压，测量每一点； 对于白光LED测量时，要求从电流值为20.00mA所 对应的电压开始测量，然后降低电压， 测量每一点。 （2）正确连接分压电路及选择滑动头的初始位置。
正向截止区
（2）反向特性 ①反向截止区 LED加上反向电压时，呈现很大的电阻。 ②反向击穿区 当反向电压增加某一数值时，出现击穿现 象。 LED的U–I特性具有非线性、整流性质（单向导 电性），即外加正偏压表现低电阻，反之为高 电阻。
2.LED光特性分析
LED光特性主要包括光通量和发光 效率、辐射通量和辐射效率、光强 和光强分布特性以及光谱参数等。
影响LED光提取效率因素包括 LED电特性、 LED芯片取光效率、 与LED封装效率。
复习思考题
1．LED主要由 、 、 、 、 五种物料所组成。
有关，
2．LED在正向导通时能发光，光的强弱与 光的颜色与 有关。
3．LED的伏安特性具有
性、
性。
效率与 效率。
4. 影响LED发光效率主要因素有
技能训练二
三、LED的特性与发光效率分析
三、LED的特性与发光效率分析
i(mA)
1.LED的伏安特性
-30 -20 -10 （1）正向特性 C ①正向截止区 正向电流很小， LED呈 现很大的电阻， D 不发光。 反向击穿区 ②正向工作区 LED正向导通并 发亮
8 6 4 2
0 1
B
A 2
工作区
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LED光电特性简介摘要
五、白光照明混光原理 四、光色量测(Light color)
1.光谱(Spectrum) 2.波峰波长(λp) 3.色度坐标(C.I.E.) 4.色饱和度 5.主波长(λd) 1.色光的混合-加法混色 2.颜料的混色-减法混色 3.照明光源之光谱分布图 4.LED白光之光谱分布图 5.RGB LED之blue shift 6.PHOSPHOR WHITE LED之 发光效率 7.PHOSPHOR WHITE LED之光损失 8.LED光源之发展预测
3.色温(Color Temperature)
色温：系指光源光色的程度。以温度单位 量化光源的光色表现。 单位：绝对温度(Kelvin,K) 色温定义：一个光源之色温被定义为与其 具有相同光色之"标准黑体 " 本身之绝对 温度值，此温度可以在色度图上之普朗克 色度图上之普朗克 轨迹上找到其对应点。标准黑体之温度越 轨迹 高，其辐射出之光线光谱中蓝色成份越多， 红色成份也就相对的越少。
LED光电特性简介摘要
六、照明组件光色量测
1.光色 (Light color) 2.黑体辐射 (Black body radiator) 3.色温 (Color Temperature) 4.普朗克轨迹 （Planckian curve） 5.黑体温度与发出光色变化 6.不同光色的色温表
七、照明组件之演色性
操作電流(mA)
三、组件光电特性量测
1.光源的种类
光源：能放射出波长为100nm至3000nm之电磁 波之物体。 可见光：光是一种电磁波，人的眼睛看得见 的光称为可见光，波长范围在380nm~760nm。 自然光：太阳、月亮 。
2.电磁辐射(radiation)
光学组件所放出之电磁辐射，可包含x射线、r 射线、宇宙射线、紫外光、可见光、红外光及 无线电波等不同波段；电磁辐射可使用仪器量 测并以能量单位表示。
3.演色指数系统(CRI)
演色指数系统Color Rendering Index(CRI)： Kaufmanm于1981年提出，目前为定义演色性之普 遍方法。 平均演色性指数general color rendering index(Ra)：平均演色性指数为对象在某光源照射 下显示之颜色与其在参照光源照射下之颜色两者 之相对差异。其数值之评定法为分别以参照光源 及待测光源照在DIN6169所规定之八个色样上逐一 作比较并量化其差异性；差异性越小，即代表待 测光源之演色性越好，平均演色性指数Ra为100之 光源可以让各种颜色呈现出如同被参照光源所照 射之颜色。Ra值越低，所呈现之颜色越失真。
12.LED与其它光源之效率比较
四、光色量测(Light color)
1.光谱(Spectrum)
光线依波长大小顺序之分布称为光谱。每种 光源都可以依其波长组成而在光谱图上显示 出其光谱能量分布图(Power Spectrum Distribution)。太阳光及白炽灯泡之光谱 能量分布为连续曲线，而一般放电灯为非连 续曲线。
1.光源的种类 2.电磁辐射(radiation) 3.电磁辐射能(mW) 4.可见光(Light) 5.视效函数 6.光通量(lm) 7.光强度(cd) 8.照度(lm/㎡) 9.辉度(cd/㎡) 10.发光效率(lm/W) 11.现行光源发光效率比较表 12.LED与其它光源之效率比较 13.LED发光效率与电流的关系 14.重要之测光公式
4.可见光 (Light)
光是指人眼 人眼可以感知为明亮之电磁辐射，也可 人眼 以说是整个电磁辐射光谱中人眼可以看见之部 份；这部份之波长分布在360到830 nm，只占 已知之电磁辐射光谱中之非常微小之部份。
10.发光效率(lm/W)
发光效率(Luminous efficacy,η)：代表光 源将所消耗之电能转换成光之效率，消耗单 位电力（WATT）所输出光的能量（lm），称 为发光效率（lm/W）。 单位：流明每瓦[lm/W] 实例：白光LAMP用3.5V/20mA驱动，每颗之 光通量约1流明，则： 发光效率=1（lm）/(3.5V*0.02A)=15[lm/W]
LED光电特性简介
南亚光电公司 项目经理：杨铭发
LED光电特性简介摘要
一、发光原理
1.热放射 2.放电发光
二、组件操作特性
1.驱动电压 (Vf-Forward Voltage) 2.操作电流 (I-Forward Current) 3.操作电流&发光强度
LED光电特性简介摘要
三、组件光电特性量测
七、照明组件之演色性
1.演色性(Color rendering)
演色性是物体在光源下的感受与在太阳光下的 感受的真实度百分比。演色性高的光源对颜色 的表现较逼真，眼睛所呈现的物体愈接近自然 原味。也就是说人类使用人工光源来表现色彩 的自然程度，这种逼真的效果称为演色性。 测量标准是以自然光Ra-100为100%真实色彩。 如使用人工光源，在选择适用的色温时，与通 色的自然光比较色彩真实感为90%就以Ra-90来 表示。
6.演色向量系统(CRV)
演色向量系统Color
Rendering Vector(CRV)：飞
利浦照明(Philips Lighting)于1993年提出。 选择215点在全光谱光源与 待测光源下，比较其颜色 偏差度。 可了解色差方向、色差大 小、及饱和度。 演色性之比较，色温须相 差在300K以内。
8.LED光源之发展预测
六、照明组件光色量测
1.光色 (Light color)
一个灯的光色可以简单的以色温来表 示。光色主要可分成三大类： 1.暖色 ：< 3300K 2.中间色：3300 至 5000K 3.昼光色：> 5000K 即使光色相同，灯种间也可能因为其 发出光线光谱组成不同而有很大的演 色性表现差异。
2.放电发光
1908年西屋首度发表高压水银放电灯、 1931年Philips及Osram发表低压纳气灯、 1936年GE及Osram首度发表荧光灯。 物质吸收光、电、放射、热、阴极线、 化学反应等的能源，变成激发状态，而 成为光能放出的现象。 放电灯：日光灯、水银灯、高压钠气灯、 复金属灯… 固态光源：LED，EL，固体雷射…
2.黑体辐射(Black body radiator)
黑体辐射：根据Max Planck理论，将一具 完全吸收与放射能力之标准黑体加热，温 度逐渐升高，光色亦随之改变，曲线显示 黑体由红-橙红-黄-白-蓝白的过程。 黑体加温到出现与光源相同或接近光色时 的温度，定义为该光源的色温度，简称色 温，以绝对温度K（Kelvin，或称开氏温度） 为单位。
3.色度坐标(C.I.E.)
E：中心白之参考点
色度坐标(0.31,0.31)
A：蓝光A点坐标
λp=470nm 色度坐标(0.09,0.12) E B A
B：蓝光B点坐标
λp=470nm 色度坐标(0.11,0.18)
3.照明光源之光谱分布图
OSRAM BIOLUX TM灯管之光谱分布图。可 看出在可见光范围内其强度分布非常均 匀。
1.演色性 (Color rendering) 2.全光谱图 3.演色指数系统(CRI) 4.演色指数量测与演色性评价 5.演色指数Ra的量测 6.演色向量系统 (CRV)
一、发光的原理
1.热放射
白热灯：爱迪生于1878年首度发明碳丝灯 泡，德国Siemens(1882)、英国AdiSwan (1883)(GE)、荷兰Philips(1891)接连进行 生产，目前常用的有钨丝灯泡、卤素灯等。 于原子、分子、离子等物质内，由于热震 动放射出能源的现象称为热放射。 把物质维持高温就成白热状态，相对的短 波长的放射能增多，可视光就增加。
2.操作流(I-Forward Current)
100
操 作 電 流 (mA)
80 60 40 20 0 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0
驅動電壓(V)
3.操作电流&发光强度
5000
發 4000 光 3000 強 2000 度 (mcd)
1000 0 0 20 40 60 80 100 120