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LED特性测量要点

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LED 特性测量实验者：林巧玲（11343046） 合作者：洪艺江（12342020） 光信息科学与技术专业 实验地点：物理楼 组别：A14 物理科学与工程技术学院实验时间：2015.05.27 上午 8:20一、实验目的1.了解发光二极管的发光机理、光学特性与电学特性，并掌握其测试方法。

2.设计简单的测试装置，并对发光二极管进行 V－I 特性曲线、P－I 特性曲线的测量。

二、实验原理 LED（light emitting diode）即发光二极管，它属于固态光源。

1.发光二极管的基本原理 发光二极管的核心部分是由 p 型半导体和 n 型半导体组成的晶片。

当外加一足够高的正 向偏压 V 时，电子和空穴将克服在 p－n 结处的势垒相遇、复合，电子由高能级跃迁到低能 级，电子将多余的能量将以发射光子的形式释放出来，产生电致发光现象。

选择可以改变半 导体的能带隙， 从而就可以发出从紫外到红外不同波长的光线， 且发光的强弱与注入电流有 关。

2.发光二极管的主要特性 （1）光谱分布、峰值波长和光谱辐射带宽：发光二极管所发之光并非单一波长，其波长具 有正态分布的特点，在最大光谱能量(功率)处的波长成为峰值波长。

即使有两个 LED 的峰 值波长是一样的， 但它们在人眼中引起的色感觉也是可能不同的。

光谱辐射带宽是指光谱辐 射功率大于等于最大值一半的波长间隔，它表示发光管的光谱纯度。

（2）光通量：LED 向整个空间在单位时间内发射的能引起人眼视觉的辐射通量 ΦV（单位 是流明 lm）。

国际照明委员会(CIE)为人眼对不同波长单色光的灵敏度作了总结，在明视觉 条件(亮度为 3cd/m2 以上)， 归结出人眼标准光 度观测者光谱光效率函数 V (  )，它在 555nm 上有最大值，此时 1W 辐射通量等于 683lm。

通常，光通量的测量以明视觉条件作为测 量条件，可以用积分球来把 LED 发射的光辐 射能量收集起来，并用合适的探测器将它线性 图 1.积分球结构示意图 地转换成光电流，再通过定标确定被测量的大 小。

第 1 页/共 12 页档屏 探 测 器被测 LED积分球又叫光度球（如图 1）是一个球形空腔，由内壁涂有均匀的白色漫反射层(硫酸 钡或氧化镁)的球壳组装而成， 被测 LED 置于空腔内。

LED 器件发射的光辐射经积分球壁的 多次反射， 使整个球壁上的照度均匀分布， 可用一置于球壁上的探测器来测量这个与光通量 成比例的光的照度。

挡屏的设计是为了避免 LED 光直射到探测器。

球和探测器组成的整体 要进行校准，同时还要关注探测器与光谱光视效率 V(  )的匹配程度，使之比较符合人眼的 观测效果。

（3）发光强度：取决于 p－n 结中辐射型复合机率与非辐射型复合机率之比，通常是指法线 方向上的发光强度。

要求光源是一个点光源，或者满足远场条件，实际中往往没有达到这样 的要求，不能严格测出 LED 的发光强度。

（4）色温：用黑体加热到不同温度所发出的不同光色来表达一个光源的颜色，称作光源的 颜色温度，简称色温。

（5）发光效率：光源发出的光通量除以所消耗的功率 V V （单位是 lm/w）。

它是衡 I FVF量光源节能的重要指标。

其中 I F ， VF 分别是发光二极管的正向电流和正向电压，ΦV 为光 通量。

（6）显色性：光源对物体本身颜色呈现的程度称为显色性。

也就是颜色的逼真程度。

国际 照明委员会 CIE 把太阳的显色指数 （ra）定为 100。

（7） 正向工作电压 VF： 正向工作电压是在给定的正向电流 IF 下得到的。

一般是在 IF =20mA 时测得的。

（8）V－I 特性：满足Shockley方程:eV  D n2  Dn ni2  i P   e kT  1 I  eA      p ND   n N A   可调稳流 电压源 (2)＋ －在正向电压小于阈值时，正向电流极小，不 发光。

当电压超过阈值后，正向电流随电压迅速 增加。

由 V－I 曲线可以得出 LED 的正向电压，m A V图 2.LED V－I 特性测试电路 图 反向电流及反向电压等参数。

正常情况下常见的 GaN LED 反向漏电流在 VR = -5V 时，反 向漏电流 IR <10μA。

（9）P－I 特性：即 LED 轴向光强与正向注入电流关系特性。

LED 光强的测量是按照光度 学上的距离平方反比定律来实现的。

测量电路及装置如图 3 和 4 所示。

根据 CIE127-1997 标准，取 LED 到探测器端面距离 d＝100mm，探测器接收面直径 a＝11.3mm。

第 2 页/共 12 页光阑 可调稳流 电流源 ＋ －A恒 流 源d LEDaV图 3.LED P－I 特性测试电路图 三、实验仪器图 4.LED P－I 特性测试装置图LED（若干种类）、精密数显直流稳流稳压电源、数控式线性直流稳压电源 LPS-305、积分 球（Φ＝30cm）、智能型多功能光度计 Photo－2000J、通用标准光源、光功率计、直尺、万 用表、导线等。

四、实验内容及结果 实验内容 1.测量 LED 光强空间分布 (1)连接实验电路，插入 LED 样品（绿光和红光）注意正负极，取下光功率计探头软盖； (2)打开数控式线性直流稳压电源 LPS-305，设定电压为 2.5V； (3)打开带衰减器的光功率计，按下“CAL”，用指甲旋转“CAL ADJ”设置校准因子（绿光设置 4.16，红光设置 3.74），按下“CAL”弹出； (4)关闭实验室大灯，使处于黑暗环境。

转动“ZERO”旋钮调零； (5)按下电源“输出开/关”，选择合适量程（由于功率较低，选择“20μW”）； (6)旋转探头，观察光功率计读数，找到光强最大处，记录此时角度。

由此分别往左右以 2° 为步长旋转探头角度，记录光功率计读数，直到光强较弱。

(7)重复以上步骤测量不同的 LED 样品。

2.测量 LED 发光效率 (1)打开积分球，插入 LED 样品（绿光、红光和黄光）注意正负极，关闭积分球； (2)打开精密数显直流稳流稳压电源和多功能光度计，按下光度计的“校零/ZERO”，显示 “zErO”，再按一次“校零/ZERO”，“采样/SAMPLE”指示灯与“校零/ZERO”指示灯同时亮起， 此时仪器处于校零状态，约需 1－2 分钟，直到“校零/ZERO”指示灯灭，校零完毕； (3)按下电源的“ADJUST”选择合适步长，从零开始转动电流、电压调节旋钮（“稳流”亮 时可调电流，“稳压”亮时可调电压），慢慢增大输出电压至 2.5V 左右，记录此过程的输 出电流、电压值以及光通量； (4)重复以上步骤测量不同的 LED 样品。

3.测量 LED 的 V-I 曲线和 P-I 曲线 (1)连接测量电路和架设光路（测量 V-I 特性按照图 6，测量 P-I 特性按照图 8 和图 9），注 意 LED 正负不能接反，并把可调稳流电流源的电流档和电压压档调到最小； (2)检查电路，确认无误后打开可调稳流电流源的开关。

适当调大电流源的输出电流和电压， 让 LED 发光以便调准光路，保证 LED 在探测器接收圆面的轴线上，与探测器端面距离 d＝ 100mm；第 3 页/共 12 页(3)把电流档和电压档调回零，再缓慢增大输出电流和输出电压，记录下每一组电流、电压 值及其对应的光强，注意电压值不宜超过 2.5V。

作出 LED V－I 特性曲线以及 P－I 特 (4)重复以上步骤测量不同的 LED 样品。

实验结果 1.测量 LED 光强空间分布 样品为绿光 LED 时，其在 162° 时光功率达到最大值 1.28μW；样品为红光 LED 时，其 在 160° 时光功率达到最大值 2.6μW。

分别以达到最大光功率时的角度为零点，则探头向左 旋转（角度增大）为正，向右旋转（角度减小）为负，记录数据于表 1。

表 1.绿光和红光 LED 光功率和角度的关系第 4 页/共 12 页) 角度(°-30-28-26-24-22 0.7 10 0.8 2-20 0.78 12 1.8-18 0.9 14-16-14-12-10-8-6-4-20 2.6光强 绿光 3.0 (μW) 红光 0.39 0.48 0.54 0.632.50.04 0.08 0.25 0.38 0.55 0.74 0.92 1.07 1.19 1.23 1.28 RedGauss fit of Data2_B1.03 1.17 1.37 1.55 1.73 1.99 2.19 2.53 16 0.4Data: Data2_B Model: Gauss 18 20 24 26 28 30 Equation: y=y0 + 22 (A/(w*sqrt(PI/2)))*exp(-2*((x-xc)/w)^2) Weighting: 0.28 0.13 0.09 0.04 y No weighting) 角度(°2.02468Intensity(nW)光强 绿光 1.26 1.2 1.07 0.98 1.5 红光 2.58 2.49 (μW) 2.4 2.221.00.63 0.49Chi^2/DoF 0.01815 1.09 1.02 0.99 0.96 1.62 1.48 1.37 1.23 = 1.19 R^2 y0 xc w A = 0.96437 0.59777 2.80677 22.36464 53.353370.5±0.07201 ±0.35624 ±1.29818 ±4.38420.0 -30 -20 -10 0 10 20Green 30 Gauss fit of Data1_B1.4Angle(° )1.21.0Intensity(nW)0.8Data: Data1_B Model: Gauss Equation: y=y0 + (A/(w*sqrt(PI/2)))*exp(-2*((x-xc)/w)^2) Weighting: y No weighting Chi^2/DoF = 0.0014 R^2 = 0.99394 y0 xc w A -0.1089 ±0.04272 0.63011 ±0.13114 20.68323 ±0.74011 36.19502 ±2.177460.60.40.20.0 -30 -20 -10 0 10 20 30Angle(° )利用表 1 数据作图（直角坐标和极坐标系），并对直角坐标系下的曲线进行高斯拟合， 如图 5、图 6 和图 7。

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LED光电特性的测试内容与方法介绍(精)

LED光电特性的测试内容与方法介绍(精)

LED光电特性的测试内容与方法介绍一、引言半导体发光二极管（LED）已经被广泛应用于指示灯、信号灯、仪表显示、背光源、车载光源等场合，尤其是白光LED技术的发展，LED在照明领域的应用也越来越广泛。

但是过去对于LED的测试没有较全面的国家标准和行业标准，在生产实践中只能以相对参数为依据，不同的厂家、用户、研究机构对此争议很大，导致国内LED产业的发展受到严重影响。

因此，半导体发光二极管测试方法国家标准应运而生。

二、LED测试方法基于LED各个应用领域一、引言半导体发光二极管（LED）已经被广泛应用于指示灯、信号灯、仪表显示、背光源、车载光源等场合，尤其是白光LED技术的发展，LED在照明领域的应用也越来越广泛。

但是过去对于LED的测试没有较全面的国家标准和行业标准，在生产实践中只能以相对参数为依据，不同的厂家、用户、研究机构对此争议很大，导致国内LED产业的发展受到严重影响。

因此，半导体发光二极管测试方法国家标准应运而生。

二、LED测试方法基于LED各个应用领域的实际需求，LED的测试需要包含多方面的内容，包括：电特性、光特性、开关特性、颜色特性、热学特性、可靠性等。

1、电特性LED是一个由半导体无机材料构成的单极性PN结二极管，它是半导体PN结二极管中的一种，其电压-电流之间的关系称为伏安特性。

由图1可知，LED电特性参数包括正向电流、正向电压、反向电流和反向电压，LED必须在合适的电流电压驱动下才能正常工作。

通过LED电特性的测试可以获得LED的最大允许正向电压、正向电流及反向电压、电流，此外也可以测定LED的最佳工作电功率。

图1：LED伏安特性曲线LED电特性的测试一般利用相应的恒流恒压源供电下利用电压电流表进行测试。

2、光特性类似于其它光源，LED光特性的测试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和光谱参数等。

（1）光通量和光效有两种方法可以用于光通量的测试，积分球法和变角光度计法。

led特性测量实验报告

led特性测量实验报告

led特性测量实验报告LED特性测量实验报告引言：LED（Light Emitting Diode）是一种半导体器件，能够将电能转化为光能，具有高效、节能、寿命长等优点，因此在照明、显示、通信等领域得到广泛应用。

为了深入了解LED的特性，我们进行了一系列的实验测量，本报告将对实验过程和结果进行详细阐述。

一、实验目的本次实验的目的是测量LED的电流-电压特性曲线，了解其工作电压、电流和光强之间的关系。

二、实验装置和方法1. 实验装置：- LED样品：选取了红、绿、蓝三种颜色的LED样品。

- 电源：提供稳定的电压和电流。

- 电压表和电流表：用于测量LED的电压和电流。

- 变阻器：用于调节电流。

2. 实验方法：- 将LED样品连接到电源，并通过变阻器调节电流。

- 逐步增加电流，同时记录LED的电压和电流值。

- 测量不同电流下LED的光强。

三、实验结果与分析1. 电流-电压特性曲线：我们分别测量了红、绿、蓝三种颜色的LED样品的电流-电压特性曲线，结果如下图所示：[插入电流-电压特性曲线图]从图中可以看出，LED的电流-电压特性曲线呈非线性关系。

当电流较小时，电压增加较缓慢；当电流达到一定值后，电压急剧增加。

这是因为LED是一种二极管，具有正向电压下的导通特性，而在反向电压下则具有较高的阻抗。

2. 工作电压和电流：通过测量，我们得到了红、绿、蓝三种颜色的LED样品的工作电压和电流值，结果如下表所示：[插入工作电压和电流表]从表中可以看出，不同颜色的LED样品具有不同的工作电压和电流。

红色LED的工作电压较低，绿色LED次之，蓝色LED的工作电压最高。

这是因为不同颜色的LED使用了不同的半导体材料，其能带结构和能带宽度不同，导致其工作电压和电流也有所差异。

3. 光强与电流的关系：我们还测量了不同电流下LED的光强，结果如下图所示：[插入光强与电流关系图]从图中可以看出，随着电流的增加，LED的光强也随之增加。

光信息专业实验报告：LED特性及光度测量实验 (2)

光信息专业实验报告：LED特性及光度测量实验 (2)

光信息专业实验报告：LED特性及光度测量实验1、LED的V-I特性检验、光通量的测量打开稳流稳压电源及光度计，并将电压值调零。

积分球放入蓝色LED灯管，调节电源电压值，使光度计有读数，记录数据。

保证LED灯管的电流值小于30mA，记录电压值、电流值及光通量值。

更换红灯时保证LED灯管的电流值小于20mA，用相同步骤记录数据。

（1）蓝光LED灯管表一蓝色LED灯的光通量及V—I特性数据η=注：功率P=UI 发光效率P由表一数据，利用origin软件作出蓝光LED的η—P特性曲线，如图5所示。

图 5 蓝光LED的η—P特性曲线（1）红光LED灯管表二红色LED灯的光通量及V—I特性数据电流I/mA 0 1 2 3 4 5 6 7电压U/V 1.79 1.84 1.87 1.89 1.91 1.92 1.92 1.94 光通量Φ/lm 0.03 0.09 0.18 0.21 0.26 0.33 0.34 0.39 消耗功率P/mW 0.000 1.84 3.74 5.67 7.64 9.6 11.52 13.58 发光效率η0.0489 0.04813 0.0370 0.0340 0.03438 0.02951 0.02872 电流I/mA 8 9 10 11 12 13 15 16电压U/V 1.95 1.96 1.97 1.98 1.99 1.99 2 2.02 光通量Φ/lm 0.5 0.5 0.56 0.61 0.66 0.69 0.81 0.88 消耗功率P/mW 15.6 17.64 19.7 21.78 23.88 25.87 30 32.32 发光效率η0.0320 0.0283 0.02843 0.0280 0.0276 0.02667 0.027 0.02723 电流I/mA 17 18 19 21电压U/V 2.02 2.04 2.09 2.05光通量Φ/lm 0.92 0.99 1 1.13消耗功率P/mW 34.34 36.72 39.71 43.05发光效率η0.0267 0.0269 0.02518 0.0262红光LED的η—P特性曲线如图6所示。

LED特性测量要点

LED特性测量要点

LED特性测量要点LED（Light Emitting Diode，发光二极管）是一种固态半导体器件，具有节能、环保、寿命长等优点，在照明、显示、通信、车灯等领域得到广泛应用。

为了能够准确评估和分析LED的性能，进行LED特性测量是非常重要的。

下面将介绍一些重要的LED特性测量要点。

1.光电流测量：LED的亮度是通过光电流来表征的，因此光电流的测量是非常关键的一项。

常用的测量方法有使用光电二极管（Photodiode）测量、光功率计测量以及CCD摄像头测量等。

在测量时，要注意选择合适的测量范围，避免过度饱和或太小的测量值。

此外，还需注意环境光的影响，保持测量环境的一致性。

2.光谱分析：LED的光谱特性对于评估其颜色、光谱宽度和光纯度等参数非常重要。

光谱分析仪是测量LED光谱的常用工具，通过测量光谱强度与波长之间的关系，可以准确分析LED的颜色、色温、色纯度等。

在进行光谱测量时，需注意测量范围、分辨率和积分时间的选择，以及光源的稳定性和辐射校准的准确性。

3.显色性能测量：对于白光LED，其显色性能是非常重要的一个参数。

显色性能通常用色温和显色指数来评估，色温表示白光的色调，显色指数表示白光对物体真实颜色的还原能力。

常用的测量设备有色温计和光谱分析仪等。

在测量色温时，应选择适当的测量视场角，尽量避免外界光源的干扰。

在测量显色指数时，要注意光源的稳定性和测量环境的一致性。

4.发光角度测量：LED的发光角度直接影响其在照明和显示等方面的应用效果。

常用的测量方法有测量半功率角度和全角度。

测量半功率角度是指在光强降至峰值光强的一半时的发光角度，常用的测量设备有积分球、光强分布仪等。

全角度则是指LED发射光强变为零时的发光角度，可以通过旋转台和光电二极管等设备进行测量。

5.电/光特性测量：LED作为一个半导体器件，其电/光特性的测量也是非常重要的。

常用的测量参数有正向电压、正向电流、反向电流等。

测量时要注意选择合适的测量仪器和测量范围，以及保持电路的稳定性。