LED 光学参数测试

- #$%光学参数测试方法
RS$?国 际照明委 员会@和 S$R?国际 电工委 员 会 @-个 国 际 组 织 对 #$% 参 数 测 量 标 准 在 某 些 方 面 有 所 不 同 !我 们 在 此 基 本 按 照 RS$发 布 的 测 试 方 法 执行!由于 #$%根据使用情况"设计不同透镜进行 封装"其光强分布各不相同"所以 #$%不宜用亮度 单 位 来 衡 量 ! 对 光 参 数 的 测 试 只 需 测 试 光 通 量 (发 光 强 度 (光 强 分 布 (光 谱 功 率 分 布 以 及 色 度 参 数 等 ! -’& 光通量测试系统
光 子 通量?每 秒产生 的光 子 数 @A正 比 于 电 子* 空 穴 的 注 入 速 率 B?每 秒 每 立 方 厘 米 产 生 的 电 子* 空穴 对@和 量 子 效 率 CDE FGFB"其 中 F为 总 的 电 子( 空 穴 复 合 时 间 ?包 括 无 辐 射 复 合@"而 FB 为 辐 射 复 合时间!于是
引言
-./ 光 源 具 有 体 积 小4寿 命 长4能 耗 低4瞬 时 启 动4颜 色 丰 富 等 特 点0是 一 种 环 保 节 能 的 冷 光 源 |"}5-./ 所 具 有 的 特 点 0使 其 在 指 示 灯 4显 示 屏 4 交 通 信 号 灯 等 方 面 已 经 广 泛 应 用 5目 前 正 在 探 索 把
X Q&PX
应用光学 -UU\"-]?P@ 吴宝宁"等K#$%光学参数测试方法研究
测 试 方 法 和 标 准 ! 同 时 "许 多 国 外 大 公 司 的 研 究 和 开 发 人 员 正 在 积 极 参 与 国 家 和 国 际 专 业 化 组 织 "制 订半导体 #$%测试标准!
& #$%发光机理及封装
采集电路和计算机组成’
图 A )*+亮度和发光强度测量系统 ,-./A 01234516178393816 :;<=> ?46-727C1
27D?-.E8-78173-89
FG*规定了发光强度的测量距离有 (种H远场 #条件 I%为 AJKLLM对应的立体角为 N/NNJOP!近 场 #条件Q%为JNNLLM对应的立体角为N/NJOP’二 者之 间 可 以 相 互 转 换M远 场 测 量 结 果 乘 以 JN就 得 到 近场测量结果’FG*明确规定 )*+测量 距 离为 从 )*+的 外 壳 顶 端 到 探 测 器 光 灵 敏 面M而 且 还 规 定 了 探 测 器 光 敏 面 的 面 积 为 #JNR JN%LL(’
#$%的光通量测试系统如图 -所示! 将 #$%安装在TOUUVV 的积分球上"在挡光 板 后 用 光 度 探 测 器 接 收 和 进 行 光 电 转 换 "再 经 放 大 电路 将信 号 放 大"经 采 集 电 路 进 入 计 算 机L数 据 经 计算机校准后"输出测试结果!待测 #$%灯的光通 量测量结果K
中 图 分;<=9>9?@ABAC@DE:FC:=:>9@9=;BA=GHI;
JK LMN%OPOQ"0-RSNOQ%QTMOQ"0UK LPOQ"0V76 WXOQ"0YK7Z[ \P%]P$
’"16^_P‘aX_bN]NQcd_M_PNO0ePfMOROg_P_T_XNh7^^]PXi6^_P‘g0ePfMO("##2+0VjPOM3 $1ePfMOROg_P_T_XNhVNkkTOP‘M_PNO0ePfMO("#"#20VjPOM)
MJEBF
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每秒 内 通 过 结 区 的 总 载 流 子 数 目 为 DGN?D为 注 入
电流"N为电子电荷@"所以载流子注入速率 B为
BE
DGN H
将 此 式 代 入 ?&@式 "得
?O@
AE CD
D N
?P@
这看似简单的公式正描述了 #$%中由电子产
生 光 子 的 过 程 "由 此 式 也 可 看 出 电 子 数 与 光 子 通 量
它应用于照明领域5 随 着 半 导 体 照 明 应 用 领 域 的 拓 展 0半 导 体 照 明
产业迅猛发展5发达国家非常重视 -./测试标准 的 制 订0如 美 国 国 家 标 准 技 术 研 究 院 ’ZRds)正 在 开展 -./测试方法的研究0准备建立整套的 -./
收稿日期!$##2%#~%#~3 修回日期!$##(%#*%#~ 作 者 简 介 !吴 宝 宁 ’"~2$! )0男 0陕 西 长 安 人 0高 级 工 程 师 0主 要 从 事 瞬 态 光 谱 测 量 和 照 明 光 源 测 量 的 研 究 工 作 5
用 途 "使 其 有 限 的 光 能 得 以 有 效 地 利 用 ! 由 于 以 上
因素"使得 #$%的封装形状和光能输出各式各样"
发 光 面 形 状 有 圆 形 的 "有 方 形 的 L从 光 束 上 分 "有 聚
焦的"有发散的"还有平行光束的 ! ,O.
图 & #$%发光机理
/01’& 234 5670896:7;<=>80:7
^_‘e?‘@b‘
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式中K^_‘为待测 #$%灯的相对光谱功率值L^c‘为
应用光学 (NNhM(g#W% 吴宝宁M等H)*+光学参数测试方法研究
d ‘J‘d
标 准 灯 的 相 对 光 谱 功 率 值!"#$%为 光 谱 光 视 效 率! &#$%为每一波长处标准光通量灯的能量值’
图 ( )*+光通量测试系统
由?Q@式 可 以 看 出" #$% 发 出 的 光 通 量 正 比
于 量 子 效 率 (转 换 效 率 和 注 入 电 流 ! 要 使 发 出 的 光
真 正 得 以 输 出"正 确 的 封 装 尤 为 重 要!其 次"由 于
#$%发 出 的 总 光 通 量 有 限"在 封 装 时 还 要 考 虑 到
&’& #$%发光机理 半 导 体 中 的 电 子(空 穴 的 复 合 可 以 发 光"然 而
只是靠室温下热激发的电子和空穴所产生的复合
发 光 是 没 有 任 何 实 际 意 义 的 ! 所 以 "要 利 用 外 部 的 能 源 去 激 发 产 生 足 够 数 量 的 电 子 和 空 穴 "以 至 发 出 的光可以达到可利用的程度!
)*+ 亮 度 是 )*+ 光 学 参 数 的 重 要 技 术 指 标 之 一 ’为 保 证 亮 度 测 量 准 确 M在 研 究 )*+ 发 光 机 理 的 基础上M严格按照 FG*推 荐 条 件M由 发 光 强 度 计 算 出 )*+亮度’ (/A )*+发散角及空间光强分布测量系统研究
,-./( 01234516178393816 :;<=> ?46-7:43;?4@
(/( 亮度和发光强度测试系统 )*+ 亮 度 和 发 光 强 度 测 量 系 统 如 图 A所 示 ’该
以及 )*+配光曲线 ’ [W\
系 统 由 三 维 调 整 支 架 B标 准 探 测 器 B信 号 放 大 电 路 B
第 $&卷 第 *期 $##(年 (月
文 章 编 号 !"##$%$#&$’$##()#*%#+",%#*
应用光学 "NTbOM]Nh7^^]PXi6^_P‘g
-./光学参数测试方法研究
#N]1$& ZN1* "T]1 $##(
吴宝宁"0李宏光"0俞 兵"0曹 锋"0邝自力$
’"1西安应用光学研究所 国防科工委光学计量一级站0陕西 西安 ("##2+3 $1西安通信学院 数理教研室0陕西 西安 ("#"#2)
摘 要!通过分析 -./’发光二极管)发光机理和封装特点0选择了 -./需要测试的光学参数!光
通 量4亮 度4发 光 强 度4空 间 光 强 分 布4相 对 光 谱 功 率 分 布 及 色 度0进 而 研 究 了 每 个 光 学 参 数 的 特
点 5根 据 其 特 点 0制 定 了 每 个 光 学 参 数 的 测 试 原 理 以 及 相 应 的 计 算 公 式 0最 终 确 定 了 各 参 数 的 测 试
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式 中K H为 所 考 虑 的 体 积L IJ为 过 剩 ?超 出 平 衡
值 @的 电 子 浓 度 "即 过 剩 电 子 *空 穴 对 的 浓 度 ! 在 此
达 到 了 平 衡 时"电 子*空 穴 对 的 产 生 速 率 等 于 复 合
速 率 的 条 件 "即
发光 强 度 测 试 方 法H将 )*+ 和 标 准 照 度 探 测 器安 装 在 光 具 座 上M使 )*+的 几 何 中 心 线 与 标 准 探测器表面垂直’分别测量在远场为 AJKLL 和近 场 为 JNNLL 的 照 度M然 后 按 照 公 式 STU(V编 制 算 法 M求 出 远 场 和 近 场 发 光 强 度 ’
lm;@=:E@! LMgXiNO_jXMOM]cgPgNh-./ ]TkPONTgkX‘jMOPgk MOi^M‘nMQPOQhXM_TbXg0gNkXNh _jXN^_P‘M]^MbMkX_XbgoXbXgX]X‘_Xi hNb_Xg_POQ -./0 gT‘j Mg]TkPONTgh]Tp0 ]TkPOMO‘X0 ]TkPONTgPO_XOgP_c0g^M_PM]]PQj_PO_XOgP_ciPg_bPqT_PNO0bX]M_PrXg^X‘_bTk ^NoXbiPg_bPqT_PNOMOi ‘N]NbPkX_bc1 sjX hXM_TbXgNh_jXgX ^MbMkX_XbgoXbX POrXg_PQM_Xi1 sjX _Xg_^bPO‘P^]Xg0 _jX ‘NbbXg^NOiPOQhNbkT]MgMOi_jXkXMgTbXkXO_kX_jNigMbX^bN^NgXihNb_jXgX^MbMkX_Xbg1sjX ]TkPONTgh]TpkXMgTbXkXO_gcg_Xk ’-Wad)0]TkPOMO‘Xt ]TkPOXg‘XO‘XPO_XOgP_ckXMgTbXkXO_ gcg_Xk ’--Rad)0iPrXbQXO‘XMOQ]Xt g^M_PM]]PQj_PO_XOgP_ciPg_bPqT_PNOkXMgTbXkXO_gcg_Xk ’/7d-R/ad)MOi bX]M_PrXg^X‘_bTk ^NoXbiPg_bPqT_PNO t ‘N]NbPkX_bc kXMgTbXkXO_gcg_Xk ’udv/Vad)oXbXiXgPQOXiqMgXiNO-./ ]TkPONTgkX‘jMOPgk MOi^M‘nMQPOQhXM_TbXg1sjX ^bM‘_P‘M]M^^]P‘M_PNO gjNog_jM__jXgXgcg_Xkg‘MO kXX__jXbXwTPbXkXO_gNh_jXXOQPOXXbPOQ M^^]P‘M_PNOg1 x9yzA={;!-./3_Xg_kX_jNi3]TkPONTgh]Tp3]PQj_PO_XOgP_ciPg_bPqT_PNO3‘N]NbPkX_bc