LED的电学参数及其测试技术
实验八 LED参数的测量和研究
实验八LED参数的测量和研究一、实验目的1.了解LED的原理和基本特性；2. 测试LED/LD的功率－电流（P-I）特性和电压－电流（V-I）特性，并计算阈值电流.3.二、实验内容1. LED发光二极管的V/I特性测试实验2. LED发光二极管的P/I特性测试实验三、实验仪器多功能光度计，照度计，LED，万用电表，电流表，计算机，专业软件，直尺四、实验原理1、LED工作原理LED（Lighy Emitting Diode）又称发光二极管，它们利用固体半导体芯片作为发光材料，当两端加上正向电压，半导体中的载流子发生复合，放出过剩的能量而引起光子发射产生可见光。
LED大多由Ⅲ-Ⅳ族化合物，如GaAs（砷化镓）、GaP（磷化镓）、GaAsP（磷砷化镓）等半导体制成的，其核心是PN结。
因此它具有一般P-N结的I-N特性，即正向导通，反向截止、击穿特性。
此外，在一定条件下，它还具有发光特性。
在正向电压下，电子由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）一部分与多数载流子（多子）复合而发光，如图1所示。
由于复合是在少子扩散区内发光的，所以光仅在靠近PN结面数微米以内产生。
发光二极管有两种类型：一类是正面发光型LED，另一类是侧面发光型LED，其结构示于图1.图1 LED发光原理发光二极管所发之光并非单一波长，如图2所示。
由图可见，该发光管所发之光中某一波长λ0的光强最大，该波长为峰值波长。
理论和实践证明，光的峰值波长λ与发光区域的半导体材料禁带宽度Ｅg有关，即λ≈1240/Eg（nm）式中Eg的单位为电子伏特（eV）。
若能产生可见光（波长在380nm 紫光～780nm 红光），半导体材料的Eg 应在3.26～1.63eV 之间。
图2 LED 光谱图2、 LED 的V-I 特性LED 是半导体光电子器件，其核心部分是P-N 结。
因此其具有与普通二极管相类似的V-I 特性曲线，如图3所示。
LED性能参数及测试方法
LED性能参数及测试方法LED是一种半导体器件，具有节能、长寿命、快速反应、环保等特点，在照明、显示以及通信等领域得到了广泛应用。
为了评估LED的性能，常用的参数包括亮度、色温、色彩准确度、光衰、寿命等。
下面将详细介绍LED性能参数及测试方法。
首先是LED的亮度参数。
亮度是衡量LED发光强度的指标，一般用流明（lm）表示。
测试LED亮度的方法有两种，一种是光学测试法，利用光功率计测量LED的光输出功率来推算亮度；另一种是电学测试法，通过驱动LED发光，测量光强度计接收到的光强度来确定亮度。
其次是LED的色温参数。
色温是用来描述光源发出的光线呈现出的色彩的属性，常用单位为开尔文（K）。
测试LED色温的方法主要有光谱法和色温计法。
光谱法是通过测量LED发射的光谱分布来计算色温；色温计法则是使用专业的色温计器进行测量。
第三是LED的色彩准确度参数。
色彩准确度是指LED发出的光与自然光的色彩差异程度，常用指标是色彩再现性指数（CRI）。
评估LED的色彩准确度可以使用光谱分析仪测量LED发光光谱，并计算得出CRI指数。
LED的光衰参数也是需要关注的。
光衰是指LED灯具在使用过程中光输出功率的减小。
常见的光衰参数是L70寿命，即光通量降低到初始值的70%所需要的时间。
测试LED的光衰可以通过进行长时间连续工作测试，记录并分析其光通量随时间的变化情况。
最后是LED的寿命参数。
LED的寿命指的是灯具能够正常工作的时间。
常见的寿命参数是L70寿命和MTBF（Mean Time Between Failures）。
测试LED寿命可以进行加速寿命测试，通过提高环境温度、电流和电压等条件，加速LED的衰减过程，并记录其失效时间。
除了上述参数之外，还有一些其他参数也需要测试，如LED的功率、发光效率、偏光特性等。
不同的应用场景需要关注的参数会有所差异。
综上所述，测试LED性能的方法多种多样，选择适合的测试方法可以准确评估LED的性能。
LED测试方法范文
LED测试方法范文LED（Light-Emitting Diode）是一种利用固体半导体材料发光的电子器件。
由于其低功耗、长寿命、高亮度等特点，被广泛应用于各种照明、显示和指示领域。
在生产和应用过程中，对LED进行测试是十分重要的。
本文将介绍LED的测试方法。
一、光电特性测试1.亮度测试：亮度是衡量LED发光强度的重要指标。
亮度测试可以通过光度计、光谱仪或光强计进行。
测试时，将LED放置在一定距离的距离上，直接测量光强。
对于一些专门用于照明的LED产品，还可以使用照度计测试照度。
2.色温和色坐标测试：色温和色坐标是描述光的色彩性质的参数。
色温通常使用开尔文（K）作为单位，可以通过色温计进行测试，常见的测试方法包括色差仪和光谱仪测量。
色坐标可以通过色差仪或者光谱仪测量，通常使用CIE1931XYZ或CIE1976L*a*b*色彩空间表示。
3.色温漂移测试：色温漂移是指LED在使用中，由于温度的影响导致的色温偏移现象。
测试方法包括在不同温度下对LED进行测试，然后比较不同温度下的色温值。
二、电学特性测试1.正向电压测试：正向电压是指LED在正向工作时的电压值。
通过使用万用表或电压表，将测试电极与LED的正负极连接，测量正向电压值。
2.电流测试：电流是指LED在正向工作时通过的电流。
电流测试可以通过万用表、电流表或电流传感器进行，将测试电极与LED的正负极连接，测量通过的电流。
3.反向电压测试：反向电压是指LED在反向工作时的电压值。
通过使用万用表或电压表，将测试电极与LED的正负极连接，测量反向电压值。
4.反向漏电流测试：反向漏电流是指LED在反向工作时的电流值。
反向漏电流测试可以通过万用表、电流表或电流传感器进行，将测试电极与LED的正负极连接，测量反向漏电流。
三、可靠性测试1.寿命测试：寿命测试是指测量LED在特定条件下的使用寿命。
通常使用加速老化测试设备，将LED置于高温高湿或高温低湿等特定环境中，连续通电一段时间，然后通过测量亮度降低的程度来评估寿命。
实验八LED参数的测量和研究
实验八LED参数的测量和研究LED（Light Emitting Diode）即发光二极管，是一种半导体发光器件。
它不仅具有高效能、长寿命、低电压、低能耗等优势，还能够发出纯净的单色光，因此在照明、显示、通信等领域被广泛应用。
本实验旨在通过测量和研究LED的参数，加深对其性能特点的理解。
一、实验目的：1.学习使用光电二极管测试器测量LED的亮度以及电流电压特性；2.研究LED的亮度随电流和电压的变化规律；3.了解LED的发光波长和亮度之间的关系。
二、实验仪器与材料：1.光电二极管测试器；2.发光二极管；3.直流电源；4.示波器。
三、实验原理：1.光电二极管测试器可用来测试发光二极管的亮度。
它将光敏二极管与要测试的发光二极管并联，通过读取光敏二极管的电流，可以反应出发光二极管的亮度。
2.发光二极管在工作时，其亮度与电流的关系可以用下列公式表示：L = I / 2 / pi * V，其中 L 为亮度，I 为电流，V 为发光二极管的工作电压。
3.通过改变发光二极管的电流和电压，可以研究它们对发光二极管亮度的影响。
4.发光二极管的发光波长与其所含材料决定。
四、实验步骤：1.将发光二极管和光敏二极管连接到光电二极管测试器上，将示波器连接到光电二极管测试器的输出端。
2.调节直流电源，使其输出电流逐渐增大，同时观察示波器上的波形变化。
3.记录光电二极管测试器上的亮度值以及电流电压值。
4.固定电流，改变电压，记录亮度值以及电流电压值。
5.将得到的实验数据整理成表格，并作图。
6.根据实验数据分析亮度与电流、电压之间的关系以及发光波长与材料之间的关系。
五、实验结果与分析：1.实验数据整理成表格，并作图，从图中可以看出亮度随电流和电压的增大而增大。
2. 亮度与电流之间的关系为线性关系，符合公式 L = I / 2 / pi * V。
3.通过计算可得到发光二极管的发光波长与材料之间的关系。
六、实验总结：通过实验，我们了解了如何使用光电二极管测试器测量LED的亮度和电流电压特性，以及LED的亮度随电流和电压的变化规律。
LED的电学参数及其测试技术
LED的电学参数及其测试技术LED（Light Emitting Diode）是一种半导体元件，具有发光特性。
为了更好地了解和使用LED，需要了解其电学参数及相应的测试技术。
1. 电流（Current）：LED的电流是指通过LED时的电流大小。
一般来说，LED的亮度与电流成正比，但过大的电流会造成LED热量集中和损坏，过小的电流则会导致亮度不足。
测试LED电流的常用方法是通过电流表进行测量，可以通过串联一个电阻确定电流大小。
2. 电压（Voltage）：LED的电压是指在正常工作时通过LED两端的电压差。
LED的电压通常在设计时确定，正常工作电压范围内的电压变化不会对亮度产生较大影响，但过大的电压会使LED损坏。
测试LED电压的方法常见的有多用途表进行测量。
3. 亮度（Brightness）：LED的亮度是指LED发出的光的强度。
LED的亮度与电流成正比，与电压无直接关系。
常见的测试LED亮度的方法是使用光功率计测量LED发出的光辐射功率。
5. 色彩指数（Color Rendering Index，CRI）：LED的色彩指数是指LED发出光与自然光的颜色相似程度。
色彩指数常用0-100的数值表示，数值越高，颜色还原能力越好。
测试LED色彩指数的方法是使用色彩指数计测量LED发出光的颜色。
6. 故障模式（Failure Mode）：LED的故障模式是指LED在长时间使用中可能出现的故障形式。
常见的故障模式有LED亮度衰减、灯丝断裂等。
测试LED故障模式的方法是对LED进行长时间的使用和观察，或者进行特殊的实验条件下的测试。
测试LED电学参数的一般方法是使用相应的测试仪器进行测量，例如电流表、多用途表、光功率计、色温计和色彩指数计等。
测试时需要注意选择合适的测量范围和保持恒定的测试条件，同时还需要根据LED的特性来判断测试结果的可靠性。
实验室LED的6种测量方法
实验室LED的6种测量方法LED灯是目前应用最广泛的照明装置，它具有高效节能、寿命长、无污染等特点，不仅广泛应用于室内、室外的家居、商业、道路等照明领域，还得到了出现在车辆、游戏、娱乐、屏幕显示等各个领域中。
为了确保LED产品的质量和性能，LED测量成为了必不可少的一部分。
本文将介绍LED灯的6种测量方法，以期为LED灯的生产制造、质量检测、购买使用等方面提供一些实用的参考意义。
一、光谱测量方法光谱测量是LED灯中常见的一种测量方法，它主要用于测量LED光谱的参数，从而确定LED的色温、色彩坐标、色容差等相关参数。
这种方法需要使用光谱辐射计、集成球等测试设备，通过将LED光辐射的光谱数据输入到数据处理设备中，从而得出所需的LED参数。
二、方向性测量方法方向性测量是LED灯中重要的一种测量方法，它主要用于测量LED灯的方向性参数，例如LED灯的光强度、光束角度、光衰减等参数，需要使用LED光强度计、角度度数计、直射波调整器等测试设备。
这种方法常用于车灯、景观灯、路灯、广告牌等方向性较强的LED灯。
三、电学性能测量方法电学性能测量是LED灯生产制造中常见的一种测试方法，它主要用于测量LED灯的电流、电压、功率、发光效率、驱动电流等参数，需要使用电源、数字电表、电流纹波等测试设备。
这种方法对于LED灯的生产质量、稳定性和效率等方面的评估具有重要作用。
四、寿命测试方法寿命测试是LED灯的重要测试方法之一，它旨在评估LED灯的使用寿命和可靠性。
这种方法主要是通过长时间的测试和观察，对LED灯进行周期性测试和性能分析，以评估LED的可靠性和寿命。
该方法需要使用高温老化箱、温湿度环境测试箱、振动测试箱、冷热冲击测试仪等测试设备。
五、抗ESD测试方法抗ESD测试是LED灯的重要测试方法之一，它主要用于评估LED灯的抗静电能力。
这种方法需要使用涡流静电放电器以产生静电充放电，从而对LED进行测试。
抗ESD测试对于LED的性能和稳定性评估具有重要作用。
LED的性能指标和测试
一、LED的电学指标1、LED的正向电流IF1）正向电流与电压间的关系：当正向电压小于3V时，LED正向电流很小，此时LED不发光，但正向电压等于和大于3V时，正向电流迅速增加，LED发光。
额定工作电流的大小与LED 的额定功率大小有关；2）正向电流与温度间的关系：温度小于30度时，正向电流几乎不随温度变化，一旦温度超过30度，则正向电流随温度的升高而降低，发光强度和发光效率都将随温度的升高而降低，于是对于大功率LED的散热问题尤为重要；3）正向电流与发光强度的关系：发光强度随正向电流的增大而增加，另外发光强度与结晶材料及用以控制n、p层的杂质有关。
2、LED正向电压VF正向工作电压：规格书等参数表所标示的工作电压是在给定的正向电流下得到的，一般在IF=20mA时测得。
3、LED电压与相关电性参数的关系1）VF-IF曲线（伏安特性曲线）：在正向电压小于某一值时，电流极小，LED不发光。
当电压超过某一值后，正向电流随着电压迅速增加而发光。
2）正向电压与温度间的关系：在外界温度升高时，内阻变小，VF将会下降；3）热阻的概念：a.热阻Rth的定义：在热平衡条件下，导热介质在两个规定点处的温度差，及热源、周围环境之间的温差（T1-T2）与产生这两点温度差的耗散功率（P）之比，单位是oC/W或K/W；b.LED的热阻；c.LED的热阻模型d.LED器件热阻的测量；4、反向电压和电流的单位和大小1）反向电压VR单位为V，正常VR设定值：5V（也有的管大于100V）。
在反向施加高电压会导致组件受损，因此操作时须留意反向电压的极限值；2）反向电流IR单位为uA，正常IR读值范围：在VR=5V条件下，反向电流小于5uA，要求严格的高档产品其反向电流值规定小于1uA。
5、电学参数测量二、LED光学特性参数1、发光角度：指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，成为半值角，半值角的2倍称为视角（或称为半功率角）。
LED主要参数及电学光学热学特性
LED主要参数及电学、光学、热学特性LED电子显示屏是利用化合物材料制成pn结的光电器件。
它具备pn结结型器件的电学特性：I-V特性、C-V特性和光学特性：光谱响应特性、发光光强指向特性、时间特性以及热学特性。
1、LED电学特性1.1 I-V特性表征LED芯片pn结制备性能主要参数。
LED的I-V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接触电阻，反之为高接触电阻。
如左图：(1) 正向死区：（图oa或oa′段）a点对于V0 为开启电压，当V＜Va，外加电场尚克服不少因载流子扩散而形成势垒电场，此时R很大；开启电压对于不同LED其值不同，GaAs为1V，红色GaAsP为1.2V，GaP为1.8V，GaN为2.5V。
（2）正向工作区：电流IF与外加电压呈指数关系IF = IS (e qVF/KT –1) -------------------------IS 为反向饱和电流。
V＞0时，V＞VF的正向工作区IF 随VF指数上升IF = IS e qVF/KT（3）反向死区：V＜0时pn结加反偏压V= - VR 时，反向漏电流IR（V= -5V）时，GaP为0V，GaN为10uA。
（4）反向击穿区V＜- VR ，VR 称为反向击穿电压；VR 电压对应IR为反向漏电流。
当反向偏压一直增加使V＜- VR时，则出现IR突然增加而出现击穿现象。
由于所用化合物材料种类不同，各种LED的反向击穿电压VR也不同。
1.2 C-V特性鉴于LED的芯片有9×9mil (250×250um)，10×10mil，11×11mil (280×280um)，12×12mil (300×300um)，故pn结面积大小不一，使其结电容（零偏压）C≈n+pf左右。
C-V特性呈二次函数关系（如图2）。
由1MHZ交流信号用C-V特性测试仪测得。
1.3 最大允许功耗PF m当流过LED的电流为IF、管压降为UF则功率消耗为P=UF×IFLED工作时，外加偏压、偏流一定促使载流子复合发出光，还有一部分变为热，使结温升高。
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式中
为光谱功率分布函数，
为视见函数。
8、相关色温Tc
光源发射的光与黑体在某一温度下辐射的光 颜色最接近，则黑体的温度就称为该光源发射的 光的相关色温，单位为K。 色温与色坐标有着紧密的联系，一个色坐标x,y 值对应一个色温值。色温的确定可以根据相关色 温公式(McCamy，1992)进行计算，即：
积分球原理
B L o .
当在球心中心点燃一光源时， 在球壁B点上的照度为：
E
2 4 r 1
由于光源是各向异性的，因此式中的第一项会因球 壁上的位置不同而相差很大，这样对测量不利。故 光度球测量时在光源与测量点之间设置一块挡屏， 以挡去直射光，这样上式就变成
2、照度
单位:勒克斯/lx (Lux) 符号:E 定义: 被光均匀照射的物体，距离该光源1米处， 在1m² 面积上得到的光通量是1lm时，它的 照度是1lux。习称“烛光米”。
IF
正反向电性的测量
正向电性能：采用恒流源供电，根据设定的电流自动调节输出正向
工作电流，并测出LED两端的正向电压和流过LED的正 向电流。
反向电性能：采用恒压源供电，增加恒压源电压，监测流过LED的电
流,当电流达到设定的反向漏电流值时，测量此时的电 压即为反向电压; 根据设定的反向电压调节恒压源， 测出流过LED的反向漏电流。
配光曲线测试结果
图3.1(a) 546蓝光LED直角坐标配光曲线
图3.1(b) 546蓝光LED极坐标配光曲线
图3.2(a) 546绿光LED直角坐标配光曲线
图3.2(b) 546绿光LED极坐标配光曲线
图3.3(a) 546红光LED直角坐标配光曲线
图3.3(b) 546红光LED极坐标配光曲线
第二部分 光色参数的测量
光通量（φ） 照度（E） 发光效率（η） 主波长（λd） 峰值波长（λp） 色纯度（Purity) 红色比（Red ratio） 色温（Tc） 显色指数（Ra）等。
1、光通量
单位:流明/lm 符号: Φ 定义：发光体每秒钟所发出的光量的总和。 说明: 为表明光强和光通量的关系，发光强度 为1cd的点光源在单位立体角（1球面度） 内发出的光通量为1lm。
LED光强依赖于测量距离
LED光强依赖于测量立体角
LED光强还依赖于光轴与机械轴之间的偏差
配光曲线的测试
• 显示屏用LED LAMP的配光曲线测试 • 显示屏用的546椭圆LED LAMP样品 （1）546椭圆蓝光LED 一个 （2）546椭圆绿光LED一个 （3）546椭圆红光LED一个 • 实验仪器 杭州远方光电信息有限公司的LED620光强 分布测试仪 • 工作环境 测试的正向电流为20mA，测试角度C0°180°和C90°-270°
其中，
，x, y为色坐标。
9、显色指数
Hale Waihona Puke 色温的白光LED与标准灯的比较分析
表1 低色温的白光LED与标准灯的光色参数
图 白光LED和标准灯的显色指数比较
• R9（深红色）值是所有显色指数中最小的，低于60。
图 白光LED和标准灯的光谱图
• 改善LED光源的显色性，须调整其光谱，使之在可 见光连续、均衡。
2、发光角度
半强角度指的是LED光源中心法线向四 周张开，中心光强I衰减50%之间的夹角， 即为半强角度，如图所示。 光源的半强度角：
10.0 cm
测量条件A (近场条件)
新 标 准 下 的 测 量 方 法
机械轴
圆孔光阑面 积1 cm2
31.6 cm 测量条件B （远场条件）
机械轴
圆孔光阑面 积1 cm2
低色温暖白光LED显色性的比较分析
表2.9 低色温暖白光LED的光色参数
图2.10 低色温暖白光LED的显色指数比较
• R8（亮浅红-紫色）R9（深红色）R11（浓绿色） R12（浓蓝色）的值
图 暖白光LED的光谱图 • 两颗暖白光W1和W2的蓝光能量比暖白光W3要小，且黄光 光谱部分相对偏向黄橙波段，也就是说红光能量相对较低， 所以显色性较差。
5、峰值波长
光谱发光强度或辐射功率最大处所对应 的波长。它是一个纯粹的物理量，一般应 用于波形比较对称的单色光的检测。
6、色纯度
如上图，Pc =EF/EG。易知，越接近1， 色纯度越高。
7、红色比（R）
红色比一般用来表征白光LED的色彩效 果，是指LED红光成分（ ）占整 个可见光光谱（ ）的量。即：
LED的光色电参数及其测试技术
信息科学与工程学院2008届毕业设计论文
课程内容
第一部分 第二部分 第三部分 第四部分 电学参数 光色学参数 光强与发光角度 热学参数
第一部分 电学参数的测量
对于LED器件，一般常用的电学参数主要有：正向直流 电流、正向直流电压、反向漏电流和反向电压等。 （1）正向工作电流由于正向的电压变化不大，所以正向电 流变化时，一方面耗散功率的变化，另一方面会引起我们 最关心的发光强度的变化。因此，可以通过正向工作电流 说明器件的发光强度，或者就把它作为发光强度的一种间 接表示。 （2）正向工作电压一般指在一定的正向工作电流条件下的 正向压降。随的变化而稍有变化，其值也与温度有关，随 着温度的上升有所下降。其值视LED器件所用的半导体材 料的不同而不同，一般在1.4V至4V之间。 （3）反向漏电流 反向漏电流是LED器件处于反偏置时的 漏电流。按LED的常规规定，习惯指反向电压在5V是的反 向漏电流。 （4）反向电压当反向偏压一直增加使V大于时，则出现突然 增加而出现击穿现象。由于所用半导体化合物材料种类不 同，各种LED的反向电压也不同。
3、发光效率
LED发光效率表征器件电光转换的能力， 一般用流明效率表示，即：
4、主波长
如图所示的色品图， 图中AB为黑体轨迹。设 F点为某一光源在色品图 中的坐标，E点为理想等 能白光的参考光源点， 坐标为(x,y)=(0.33,0.33)。 由E点连接F点并延长交 于G点，则G点对应的单 色光波长即称为F点光源 的主波长。
10、平均波长
某一波长左右两边光谱所占的能量相等， 则该波长称为平均波长。
第三部分 光强与发光角度的测量
1、发光强度
• 单位: 坎德拉/cd (Candela) 符号I =Φ/Ω 定义： 光源在指定方向的单位立体角内发出的 光通量。（即：光照或照明灯具所发出的 光通量在空间选定方向上分布密度）