LED光电参数介绍

通道架构：长度（L）越短越好；面积（S）越大越好；环 节越少越好；消除通道上的热传导瓶颈。 通道材料的导热系数λ越大越好。 改良封装工艺，令通道环节间的介面接触更紧密可靠。 强化电通道的导/散热功能。 选用导/散热效能更高的出光通道材料（封装材料）。
结温
当电流流过LED元件时，PN结的温度将上升， 严格意义上说，就把PN结区的温度定义为LED 的结温。通常由于元件芯片均具有很小的尺寸 ，因此我们也可把LED芯片的温度视之为结温 。 Tpn=T环境+（Rth+R接触热阻）·（IF·VF-P光）
光通量


测试方法：积分球法和变角光度计法。如图所示，现有的积分球法测LED 光通量中有两种测试结构，一种是将被测LED放置在球心，另外一种是放 在球壁。 积分球内壁涂白色漫反射层，且球内壁各点漫射均匀。光源在球壁上任意 一点上产生的光照度是由多次反射光产生的光照度叠加而成的。由积分学 原理可得，球面上任意一点的光照度为与光源光通量成正比，因此可利用 已知光通量的标准灯与被测灯进行比较得到被测灯的光通量
减少LED本身的热阻； 良好的二次散热机构； 减少LED与二次散热机构安装介面之间的热阻 控制额定输入功率; 降低环境温度

制作工艺
装架 键合 点荧光胶 封装 切筋 测试 包装

白光LED


红、绿、蓝三原色LED芯片或者三原色LED 管混合实现白光。 发紫外光的LED芯片和可被紫外光有效激发 而发射红、绿、蓝三基色的荧光粉（显然， 也可选用两基色、四基色、五基色荧光粉） 有机结合组成白光LED。 在InGaN/GaN蓝光芯片上涂敷钇铝石榴石 (YAG∶Ce3+)荧光粉。部分蓝光激发YAG 荧光粉发出黄光与剩余的蓝光混色形成白光 。
光效
光源所发出的总光通量（流明、亮度）与该光 源所消耗的电功率（瓦）的比值，称为该光源 的光效。 发光效率值越高，表明照明器材将电能转化为 光能的能力越强，即在提供同等亮度的情况下 ，该照明器材的节能性越强；在同等功率下， 该照明器材的照明性越强，即亮度越大。 单位：流明/瓦（lm/w）

半强角(θ1/2)

发光强度值为轴向强度值一半的方向与发光轴向（法向）的夹 角 体现LED的视角大小 与产品的封装外形、封装深度有关
色坐标（x，y）
CIE 1931 XYZ CIE 1931 RGB
表示CIE 1931色度图 上的一个点 包含了颜色的饱和度、 色调、色温、主波长等 信息
当在PN结两端加上正向偏压之后，
动态平衡被破坏，电子在电场作用下 由N区注入P区，空穴由P区注入N区 ，进入对方区域的少数载流子（少子 ）与多数载流子（多子）复合 ，就 会以辐射光子的形式将多余的能量转 化为光能。
激发态，不 稳定,自发 辐射，跳回 基态，并发 光
芯片结构
横向结构 垂直结构
硅酸盐荧光粉
YAG荧光粉
麦克亚当宽容度椭圆



对人眼视觉来说 ，当一 种颜色在 CIE色度图上 的坐标位置变化很小时 ， 人眼仍认为它是原来 的颜色， 感觉不出它的 变化。因此， 每个颜色 实际上是一个范围( 即所 谓 的“ 颜色宽容量” ) ， 在这个范围内变化时 人跟视觉是感觉不到的 。 为各种颜色的分光、分 bin提供依据。 坐标上距离差与眼睛所 感觉色差不相同，所以 CIE 1931色度图不是一 个均匀色彩系统。




将一标准黑体加热，温度升高到一定程度时颜色开始由深红浅红-橙黄-白-蓝，逐渐改变，某光源与黑体的颜色相同时， 我们将黑体当时的绝对温度称为该光源之色温。 相关色温： 当光源所发出的光的颜色与黑体在某一温度下辐 射的颜色接近时，黑体对应的温度就称为该光源的相对色温。 单位：开尔文（K） 色温在3300K以下，光色偏红给以温暖的感觉；有稳重的气 氛，温暖的感觉； 色温在3000--6000K为中间，人在此色调下无特别明显的视 觉心理效果，有爽快的感觉；故称为“中性”色温。 色温超过6000K，光色偏蓝，给人以清冷的感觉，

其他参数
结电容：Cj 响应时间：上升时间tr，下降时间t

f
热参数
结温 热阻（Rth）

热阻（Rth）
在LED点亮后达到热量传导稳态时，芯片表面 每耗散1W的功率，芯片PN结点的温度与连接 的支架或铝基板的温度之间的温差就称为热阻 Rth。 单位为℃/W Rt h =( Tj-Tx)/P= =( Tj-Tx)/(IF*VF) Tj为施加大小为P的加热功率脉冲后测得的 LED结温；Tx为热沉铝基板上的温度。

结温的产生
芯片内部产生的极大部分光子(>90％)无法顺 利地溢出介面，而在芯片与介质介面产生全反 射，返回芯片内部并通过多次内部反射最终被 芯片材料或衬底吸收，并以晶格振动的形式变 成热，促使结温升高。 散热（热阻） 接触电阻导致的发热 少子的扩散、注入效率小于100%

降低结温的方法

孟赛尔色度图
L*a*b 色空间的 色立体表示法
CIE 1976 UCS
CIE 1931色度图

(CIE 1931 Chromaticity Diagram ） （CIE 1931 xyY）
图中x坐标是红原色的比例，y坐标 是绿原色的比例，代表蓝原色的坐 标z可由x＋y＋z＝1推出 弧线上的各点代表纯光谱色，此弧 线称为光谱轨迹。从400纳米(紫) 到700纳米(红)的直线是光谱上没 有的紫-红颜色系列(非光谱色)。 中心点C代表白色，相当于中午太 阳光的颜色，其色品坐标为 x＝ 0.3101，y＝0.3162。 任何两种颜色混合时，混合色的颜 色点一定在前两颜色点的连线上。 色域 自然界中各种实际颜色都位于这条 闭合曲线内 ，轮廓包含所有的感 知色调
自然光源（太阳、 星星、火等）的温 度特性曲线都非常 接近普朗克轨迹（ 黑体辐射轨迹） 人工光源中，只有 白炽灯与黑体加热 发光相似 ，一般使 用相关色温表征

等温线 普朗克轨迹
显色指数（Ra）




把光源对物体真实颜色的呈现程度称为光源的显色性 ，为了对光源的显色性进行定量的评价，引入显色指 数的概念。 以标准光源（太阳）为准，将其显色指数定位100， 其余光源的显色指数越接近100，说明光源对物体颜 色的还原性越好。 显色性高的光源对颜色表现较好，我们所见到的颜色 也就接近自然色，显色性低的光源对颜色表现较差， 我们所见到的颜色偏差也较大 连续光谱、非连续光谱 提高色温的方法 YAG荧光粉、硅酸盐荧光粉的差异





CIE 1931色度图

(CIE 1931 Chromaticity Diagram ） （CIE 1931 xyY）
色品图上任给一点S，连结CS，其 延长线交光谱轨迹于O点， O点处 的波长即颜色S的主波长，决定了 颜色S的色调。 从C到S点和O点的距离之比CS／CO 为该颜色的饱和度（纯度）。 从光谱轨迹上任一点通过C点引一 直线到达对侧光谱轨迹上的另一 点，则该直线两端的颜色互为补 色。从代表非光谱色系列的直线 上任一点P通过C点引一直线，交 光谱轨迹于Q点，Q点的颜色是P点 非光谱色的补色。非光谱色的表 示方法是在它的补色波长后加一 字母c


波长


用于表征光的颜色 对于波长为585 nm的 光，当颜色变化大于 1nm时，人眼就可以感 觉到。而对于波长为 650 nm的红光，当颜 色变化在3nm的时候， 人眼才能察觉到。对于 波长为465 nm的蓝光 和525 nm的绿光，人 眼的分辨率分别为～2 nm和～3nm。
波长

主波长（ λD）

进行步骤
1.
选择样本（10个）

稳定 分布遍布我们的使用：游标卡尺（测量定位柱、管脚）、 波长（测量红光、蓝光、绿光……）
2. 3. 4.
5.
6.
对样本进行编号（编号必须隐秘，测试时不可见） 由测量人A以随机顺序测量10个样本，并记录 测量人B、C也以随机顺序对这10个样本进行测量（ 结果互不可见） 用不同的随机测量顺序重复该循环2次 将测量数值填入Excell表格，自动判定 步骤4、5最好间隔一个班以上，同时测量前须常规 操作，如校正、点检等。

横向结构
垂直结构
光参数
光通量（Φ） 光强（Iv） 半强角（θ1/2） 色坐标（XY） 波长（主波长λD、峰值波长λp、平均波长λ） 色温、相对色温（Tc） 显色指数（Ra） 光效

光通量（φ）


光源每秒种发出的可见光量之 和 点光源或非点光源在单位时间 内所发出的能量,其中可产生视 觉者（人能感觉出来的辐射通 量）即称为光通量 单位：流明（lm） 光通量并不等同与光功率，这 其中与光学窗口有关，也就是 人眼睛对颜色的灵敏度。人的 眼睛对555nm(绿光)灵敏度最 强，所以同样条件下绿光相比 蓝光而言具有更高的光通量。
任何一个颜色都可以看作为用某一个光谱色按一定 比例与一个参照光源（如CIE标准光源A、B、C等 ，等能光源E，标准照明体D65 等）相混合而匹配 出来的颜色 相当于人眼观测到的颜色的色调（心理量） 无法唯一的表示一个颜色


峰值波长（λp ）：光谱辐射功率最大的波长。
色温、相关色温（Tc）
电参数
正向电压VF 正向电流IF 反向击穿电压VR 反向电流IR I-V特性曲线 阈值电压 闸流体 小电压

电参数

极限参数
IFP：允许加的最大的正向脉冲电流，超过此值可
损坏二极管； IFM：允许加的最大的正向直流电流 ； VR：所允许加的最大反向电压。超过此值，发光二 极管可能被击穿损坏。
白光LED

胶的控制
配比 胶量控制 气泡 搅拌 沉淀 烧结

显色指数 光斑

功率LED

散热、热阻
材料散热能力 粘结胶薄而均匀 空洞


封装
Top LED
吸潮 支架表面处理 烘烤

不良



开路：芯片损坏、虚焊、应力导致的金丝断、环氧 开裂等。 反向（漏电流）：芯片损坏、银胶过高、静电破坏 电压：虚焊、银胶过高、过低 色坐标：胶量、配比、芯片选用。 小电压：IV特性曲线变差，PN结特性变差。 光通量：芯片、封装材料错误 热阻：银胶不足或过厚、芯片、材料不良 光强：封装深度、偏支架、散色剂量 外观：黑点、划伤、色差、混料
光强（Iv）
描述了光源在某方向上的强 度 定义为发射到单位立体角内 的光通量值 法向光强、最大光强 光强空间分布曲线：表征光 源在各个方向上的强度 单位：坎德拉（cd） 1坎德拉表示在单位立体角 内辐射出1流明的光通量

光强


LED由于其光强分布的不一致使得测试结果随测试距 离和探测器孔径变化。因此，CIE-127提出了两种推 荐测试条件使得各个LED在同一条件下进行光强测试 与评价 d=100mm，圆孔=100mm2 d=316mm，圆孔=100mm2
白光LED及功率LED简介
黄海山 2009-3-9
主要内容
LED发光原理 芯片结构 光（色）参数 电参数 热参数 工艺 不良 应用 GR&R

LED发光原理


芯片的发光原理
芯片的核心是PN结。通过掺杂工艺使N型区内电子很多而空穴很少，P型区 内空穴很多而电子很少。多子的扩散（浓度差导致）与少子的漂移（PN区 的内建电场作用导致）的动态平衡使得P区与N区之间形成PN结（耗尽层）

ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
瞬态热阻测试
利用半导体器件在恒定电流下LED的正向电压 与温度具有很好的线性关系 VT j=VT o +K(Tj-To) 式中，VT j、VT o分别是Tj和To时的输入电压； K是热敏温度系数 （通过测试稳态热阻获得） Rt h =ΔVF/K·P

降低热阻的方法
降低芯片的热阻。 最佳化热通道。
应用
GR&R

计量型测量系统分析
重复性
同一评价人多次测量获得的测量变差 计量型测量系统分析 系统内部变差 可能由于仪器一致性不好、内部磨损引起


再现性
不同评价人，测量平均值的变差 系统外部变差 可能由于评价人、环境、方法、误差引起的

方法
极差法 均值极差法 方差法