LED光学特性

LED的电学、热学及光学特性研究1. 简介众所周知，LED的有效光辐射（发光度和/或辐射通量）严重受其结温影响（如图一所示，数据来源于Lumileds Luxeon DS25 的性能数据表）。

（点击图片查看原图）图1：一组从绿光到蓝光以及白光的LED 有效光辐射随结温的变化关系单颗LED 封装通常被称为一级LED，而多颗LED 芯片装配在同一个金属基板上的LED 组件通常被称为二级LED。

当二级LED 对光的均匀性要求很高时，结温对LED 发光效率的影响这个问题将十分突出[1]。

文献[2]中提到，可以利用一级LED 的电、热、光协同模型来预测二级LED 的电学、热学及光学特性。

前提是需要对LED 的散热环境进行准确建模。

本文第2 节中我将讨论怎样通过实测利用结构函数来获取LED 封装的热模型，并将简单描述一下我们用来进行测试的一种新型测试系统。

第3 节中，首先我们回顾了电-热仿真工具的原理，然后将此原理扩展应用到板级的热仿真以帮助优化封装结构的简化热模型。

在文章的最后我们将介绍一个应用实例。

2. 建立LED 封装的简化热模型关于半导体封装元器件的简化热模型（CTMs）的建立，学术界已经进行了超过10 年的讨论。

现在，对于建立封装元器件特别是IC封装的独立于边界条件的稳态简化热模型（CTMs），大家普遍认同DELPHI 近似处理方法[3][4][5]。

为了研究元器件的瞬态散热性能，我们需要对CTM 进行扩展，扩展后的模型称之为瞬态简化热模型（DCTMs）。

欧盟通过PROFIT 项目[7]制定了建立元器件DCTM 的方法，并且同时扩展了热仿真工具[6]的功能以便能够对DCTM 模型进行仿真计算。

∙当CTM 应用在特定的边界条件下或者封装元器件自身仅有一条结-环境的热流路径，则可以用NID（热阻网络自定义）方法[8]来对元件进行建模。

2.1 直接利用测试结果建立LED 封装的模型仔细研究一个典型的LED 封装及其典型的应用环境（图2），我们会发现，LED 芯片产生的热量基本上是通过一条单一的热流路径：芯片-散热块-MC PCB基板，流出LED 封装的。

led测试原理
LED（Light Emitting Diode，发光二极管）是一种基于半导体
材料的发光装置，其测试原理是通过注入电流使LED发光，
并测量发光的亮度和电性能。

LED测试通常分为两个方面：电气特性测试和光学特性测试。

电气特性测试主要包括电流测试、电压测试和反向电压测试。

在电流测试中，用电流计测量通过LED的电流，通常以毫安（mA）为单位。

电压测试则是测量LED引脚之间的电压，常以伏特（V）为单位。

反向电压测试则是检测LED的反向电
压能否达到一定限值，以确定其抗反向击穿能力。

光学特性测试主要包括光通量测试、光强度测试和色度测试。

光通量测试是测量LED单位时间内辐射出的总光功率，以流
明（lm）为单位。

光强度测试则是测量LED在某一方向上的
光输出强度，以坎德拉（cd）为单位。

色度测试是用来确定LED发光色彩的特性，通过测量颜色的三个参数：色温（K）、色坐标（x，y）或色容度来描述。

在LED测试过程中，需要使用专业的测试设备，如多用途半
导体参数测试仪（SMU），光度计以及色彩分析仪等。

这些
设备可以测量LED的电气特性和光学特性，并对其性能进行
评估。

通过LED测试可以确保LED的质量和性能符合预期要求，对
于LED的生产和应用具有重要意义。

led光学测量标准
LED光学测量标准是指对LED的光学特性进行测量和评估所遵循的一系列标准。

这些标准通常包括光度测试、色度测试、光强测试、光谱测试等方面，以确保LED产品的质量和性能符合相关要求。

具体来说，LED光学测量标准包括以下几个方面：
1.光度测试：测量LED的光通量、光效、光强等光度参数，以评估LED的光输出性能。

2.色度测试：测量LED的色度坐标、色温、主波长等色度参数，以评估LED的颜色性能。

3.光强测试：测量LED的光强分布、光束角、三维光强分布图等光强参数，以评估LED的光强分布性能。

4.光谱测试：测量LED的光谱功率分布、相对光谱功率分布等光谱参数，以评估LED的光谱性能。

此外，在进行LED光学测量时，还需要遵循相关的测试标准，如国际标准ISO 8980-1和国家标准GB/T 24824等。

这些标准规定了测试方法、测试条件、测试设备等方面的要求，以确保测试结果的准确性和可靠性。

LED作为一个光源，LED电源工厂的光学参数包括光和辐射在空间分布的能量参数、光和辐射能量的光谱分布参数及它们在人眼中所引起的心理响应。

LED的光学特征参数包括:光通量、发光强度、相对光谱功率分布特性、峰值波长和峰值波长半宽度等，这些都是衡量LED作为一个光源的发光特性的主要参数.2.3.1相对光谱功率分布LED的相对光谱功率分布是在其光辐射波长范围内(u]，各个波长的辐射功率分布情况.常采用光谱辐射计进行测量.在实际场合中通常用相对光谱功率分布来表示。

光谱密度与波长之间的函数关系称为光谱分布.以光谱密度的相对值与波长之间的函数关系来描述光谱分布.称为相对光谱能量(功率)分布PM.光谱波长丸为横坐标，相对光谱能量分布PM为纵坐标，就可以绘制出光源相对光谱能量分布曲线.知道了光源的相对光谱能量分布，就知道了光源的颜色特性.反过来说，光源的颜色特性，取决于在发出的光线中，不同波长上的相对能量比例，而与光谱密度的绝对值无关。

绝对值的大小只反映光的强弱，不会引起光源颜色的变化.人眼对色彩的感知是一种错综复杂的过程，为了将色彩的描述加以量化，国际照明协会(CIE)根据标准观侧者的视觉实验，将人眼对不同波长的辐射能所引起的视觉感加以记录在RGB系统的墓础上采用设想的三原色X. Y, Z(分别代表红色，绿色和蓝色)，建立了CIE-1931色度图，同时将匹配等能光谱各种颜色的三原色数据标准化，确定了“CIE1931-XYZ标准色度学系统”.计算出三原色的配色函数，经过数学转换后即得所谓的CIE1931标准色度观察者光谱三刺激值曲线，如图(12]2一所示，将人眼对可见光的刺激值以XYZ表示.根据此配色函数，后续发展出数种色彩度量定义.使人们得以对色彩加以描述运用.LED的光谱功率分布的测试需要通过分光进行，将各色光从混合的光中区分出来进行测定，采用棱镜和光栅实现分光·对于实现了空间分离分布的各个波长的光，一般用单色仪各个波长逐个采集或线阵CCD全波段一次采集的方法得到整个光谱功率分布曲线.。

LED光学特性发光二极管有红外（非可见）与可见光两个系列，前者可用辐射度，后者可用光度学来量度其光学特性。

1．发光法向光强及其角分布Iθ1）发光强度（法向光强）是表征发光器件发光强弱的重要性能。

LED大量应用要求是圆柱、圆球封装，由于凸透镜的作用，故都具有很强指向性：位于法向方向光强最大，其与水平面交角为90°。

当偏离正法向不同θ角度，光强也随之变化。

发光强度随着不同封装形状而强度依赖角方向。

2）发光强度的角分布Iθ是描述LED发光在空间各个方向上光强分布。

它主要取决于封装的工艺（包括支架、模粒头、环氧树脂中添加散射剂与否）⑴为获得高指向性的角分布（如图1）①LED管芯位置离模粒头远些；②使用圆锥状（子弹头）的模粒头；③封装的环氧树脂中勿加散射剂。

采取上述措施可使LED2θ1/2=6°左右，大大提高了指向性。

⑵当前几种常用封装的散射角（2θ1/2角）圆形LED：5°、10°、30°、45°2．发光峰值波长及其光谱分布1）LED发光强度或光功率输出随着波长变化而不同，绘成一条分布曲线——光谱分布曲线。

当此曲线确定之后，器件的有关主波长、纯度等相关色度学参数亦随之而定。

LED的光谱分布与制备所用化合物半导体种类、性质及pn结结构（外延层厚度、掺杂杂质）等有关，而与器件的几何形状、封装方式无关。

LED光谱分布曲线1蓝光InGaN/GaN2绿光GaP:N3红光GaP:Zn-O4红外GaAs5Si光敏光电管6标准钨丝灯①是蓝色InGaN/GaN发光二极管，发光谱峰λp=460～465nm；②是绿色GaP:N的LED，发光谱峰λp=550nm；③是红色GaP:Zn-O的LED，发光谱峰λp=680～700nm；④是红外LED使用GaAs材料，发光谱峰λp=910nm；⑤是Si光电二极管，通常作光电接收用。

无论什么材料制成的LED，都有一个相对光强度最强处（光输出最大），与之相对应有一个波长，此波长叫峰值波长，用λp表示。

led透镜的原理
LED透镜的原理是利用透镜的光学特性来控制和改变LED发
出的光线的方向和散射特性。

LED透镜通常采用凸透镜的形式，它能将从LED发出的光线聚焦在一定的范围内，使光线
更加集中和集中于一个特定的区域。

透镜通过光的折射原理来实现光线的聚集。

当光线从空气进入透镜材料时，由于光在介质中传播的速度与空气中的速度不同，光线会发生折射。

透镜的曲率和形状可以确定光线的折射角度和方向。

LED透镜的设计要考虑到目标应用的需求，例如，需要将
LED发出的光线集中到一个特定的区域，或者需要增加LED
的亮度和强度。

透镜的形状、曲率和材料的选择都会对光线的聚焦效果产生影响。

透镜的凸面会使光线向透镜的中心凝聚，而凹面会使光线向透镜的边缘散开。

透镜的曲率半径越小，聚焦效果越强，光线的散射角度越小。

除了凸透镜，还有一些其他的设计，例如球面透镜、非球面透镜等，都可以实现不同的光线控制效果。

总的来说，LED透镜利用光的折射原理，通过控制透镜的形状、曲率和材料，将LED发出的光线聚集在一个特定的区域内，改变光线的方向和散射特性，从而达到更好的照明效果。

LED的各种特性在某些半导体材料的PN结中，注入的少数载流子与多数载流子复合时会把多余的能量以光的形式释放出来，从而把电能直接转换为光能。

PN结加反向电压，少数载流子难以注入，故不发光。

这种利用注入式电致发光原理制作的二极管叫发光二极管，通称LED。

LED的发光颜色和发光效率与制作LED的材料和工艺有关，目前广泛使用的有红、绿、蓝三种。

由于LED工作电压低（仅1.5-3V），能主动发光且有一定亮度，亮度又能用电压（或电流）调节，本身又耐冲击、抗振动、寿命长（10万小时），所以在大型的显示设备中，目前尚无其他的显示方式与LED显示方式匹敌。

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，外加电场尚克服不了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。

0201led工作参数一、引言本文将介绍0201尺寸L ED的基本工作参数，包括电气特性、光学特性和热特性。

二、电气特性1.工作电压0201尺寸LE D的工作电压一般为2.8-3.4V。

在这个电压范围内，L E D可以正常发光和工作。

2.推荐电流0201尺寸LE D的推荐工作电流为5-20mA。

过大的电流会导致L ED发热过高，降低寿命；过小的电流则会影响L ED的亮度。

3.正向电压0201尺寸LE D的正向电压一般为1.8-2.2V。

在这个电压下，L ED会正常导通，形成电流通路，从而发出光线。

三、光学特性1.发光亮度0201尺寸LE D的发光亮度一般在100-500m cd之间。

发光亮度越高，L E D的亮度也就越高。

发光亮度的单位是毫坎德拉（m cd）。

2.视角0201尺寸LE D的视角一般为120度。

视角决定了L ED的发光范围，较大的视角可以让LE D的光线更加广泛地照射到周围。

3.波长0201尺寸LE D发出的光线波长可以根据需要进行调整，常见的波长有红色（620-630nm）、绿色（520-525n m）和蓝色（465-470n m）等。

四、热特性1.热阻0201尺寸LE D的热阻一般在100-300℃/W之间。

热阻代表了LE D散热的能力，数值越小表示LE D能更好地散热，温度上升越少。

2.工作温度0201尺寸LE D的工作温度一般在-40℃到+85℃之间。

在这个温度范围内，L ED能够正常工作而不受到温度的影响。

五、结论综上所述，0201尺寸L ED的工作参数包括电气特性、光学特性和热特性。

熟悉这些参数可以帮助我们更好地设计和应用LE D产品，提高其性能和可靠性。

以上就是关于0201le d工作参数的相关内容，希望本文对读者有所帮助。

（字数：283）。

LED光电玻璃相关标准一、尺寸和形状LED光电玻璃的尺寸和形状应符合设计要求，并具有以下特性：1.长度和宽度：LED光电玻璃的长度和宽度应符合实际使用需求，通常为定制尺寸，但不应超过生产厂家所规定的范围。

2.厚度：LED光电玻璃的厚度应符合设计要求，通常在2-10mm之间，视具体使用场景而定。

3.形状：LED光电玻璃的形状可以为矩形、圆形或其他不规则形状，以满足实际使用需求。

二、颜色和亮度LED光电玻璃的颜色和亮度应符合设计要求，并具有以下特性：1.颜色：LED光电玻璃的颜色可以根据实际需求进行定制，通常为白色、黑色或其他颜色。

2.亮度：LED光电玻璃的亮度应符合设计要求，以保证在使用过程中的可视性和清晰度。

亮度可以通过调整LED灯珠的数量和亮度进行调节。

三、光学特性LED光电玻璃应具有以下光学特性：1.透光性：LED光电玻璃应具有较高的透光性，以保证在使用过程中不会影响视觉效果。

透光率应在80%以上。

2.防眩光性：LED光电玻璃应具有防眩光功能，以减少对眼睛的刺激和避免干扰驾驶员或其他人的视线。

3.抗反射性：LED光电玻璃应具有抗反射特性，以减少反射光对视觉的干扰。

四、开关特性LED光电玻璃应具有以下开关特性：1.自动控制：LED光电玻璃可以通过内置传感器实现自动控制，根据环境光线强弱自动调节亮度和开关状态。

2.手动控制：LED光电玻璃应具备手动控制功能，以便用户根据需要进行手动调节。

3.节能模式：LED光电玻璃应具有节能模式，在一定时间内无操作时自动降低亮度或关闭部分灯珠，以节省能源。

4.延时关机：LED光电玻璃应具有延时关机功能，在关闭后的一定时间内自动关闭电源，以延长使用寿命。

5.调光功能：LED光电玻璃应具有调光功能，允许用户根据需要调节灯光的亮度和颜色。

6.防误触功能：LED光电玻璃应具有防误触功能，以避免用户在非正常情况下触碰到开关造成意外。

7.故障提示功能：LED光电玻璃应具有故障提示功能，当出现故障时能够及时发出提示信息以便用户进行维修。

光信息专业实验报告：LED特性及光度测量实验【实验目的】1、了解LED的发光机理、光学特性和电学特性，并掌握其测试方法。

2、设计简单的测试装置，并对LED进行V-I、P-I特性曲线测量。

3、测试LED的辐射能量分布图。

【实验原理】所谓LED，就是发光二极管（Light Emitting Diode），顾名思义发光二极管就是一种把电能转化为光能的电子器件，具有二极管的特性。

其基本结构是一块电致发光的半导体模块，封装在环氧树脂中，通过针脚作为正负电极并起到支撑作用。

LED的结构主要由PN结芯片、电极和光学系统组成。

当在电极上加上正向偏压时，电子和空穴分别注入P区和N区，当非平衡少数载流子与多数载流子复合时，就会以辐射光子的形式将多余的能量转化为光能。

其发光过程包括三个部分：正向偏压下的载流子注入、复合辐射和光能传输。

在LED的两端加上正向电压，电流从LED阳极流向阴极，半导体晶体就发出从紫外到红外不同颜色的光线。

调节电流，便可以调节光的强度。

更有的LED可以通过改变电流来改变发光频率，这样可以通过调整材料的能带结构和带隙，实现多色发光。

LED的主要特性（与本实验有关）如下：（1）光谱分布、峰值波长和光谱辐射带宽：LED所发的光并非单一波长，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。

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LED发光的单色性。

（2）光通量：LED光源发射的辐射通量中能引起人是指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。

光通量通常使用如图1所示的积分球来进行测量。

积分球又叫光度球，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。

（3） V－I 特性：在正向电压小于阈值时，正向电流极小，不发光。

光信息专业实验报告：LED 特性及光度测量实验摘要：本实验目的在于了解发光二极管的发光机理、光学特性与电学特性，掌握其测试方法。

通过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，以此研究探讨LED 发光器件的发光特性，加深对于发光二极管的理解。

关键词：发光二极管，V －I 特性，P －I 特性，光度【实验用具】LED （若干种类）、精密数显直流稳流稳压电源、积分球（Φ=30cm ）、多功能光度计、通用标准光源、光功率计、直尺、万用表、导线等。

【实验原理】LED 是英文light emitting diode （发光二极管）的缩写，它属于固态光源，其基本结构是一块电致发光的半导体材料，置于一个有引线的架子上，然后四周用环氧树脂密封，起到保护内部芯线的作用（如图1）。

常规的发光二极管芯片的结构如图2所示，主要分为衬底，外延层（图2中的N型氮化镓，铝镓铟磷有源区和P 型氮化镓），透明接触层，P 型与N 型电极、钝化层几部分。

图2、常规InGaN / 蓝宝石LED 芯片剖面图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，在p 型半导体和n 型半导体之间有一个过渡层，称为p-n 结。

跨过此p －n 结，电子从n 型材料扩散到p）区，而空穴则从p 型材料扩散到n 区，如右面的图3（a）所示。

作为这一相互扩散的结果，在p－n结处形成了一个高度的eΔV的势垒，阻止电子和空穴的进一步扩散，达到平衡状态（见图3（b））。

当外加一足够高的直流电压V，且p 型材料接正极，n型材料接负极时，电子和空穴将克服在p－n结处的势垒，分别流向p 区和n 区。

在p－n结处，电子与空穴相遇，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。

这就是发光二极管的发光原理。

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。

LED灯-光学基本知识1光（light ）光的本质是电磁波, 是整个电磁波谱中极小范围的一部分光是能量的一种形态；光是电磁波辐射到人的眼睛，经视觉神经转换为光线，即能被肉眼看见的那部份光谱。

这类射线的波长范围在380 到760nm 之间，仅仅是电磁辐射光谱非常小的一部份。

温度远远高于50Hz 工作时的温度，从而产生更高色温的白色色表和更好的显色性。

2、光通量（光束）Φ光源发射并被人的眼睛接收的能量之和为光通量。

一般情况下，同类型的灯的功率越高，光通量也越大。

例如：一只40W 的普通白炽灯的光通量为350---470lm，而一只40W 的普通直管形荧光灯的光通量为2800lm 左右，为白炽灯的6--8 倍。

3、照度(illuminance)单位被照面上接收到的光通量称为照度。

如果每平方米被照面上接收到的光通量为 1 （lm），则照度为1（Lux）。

单位：勒克斯（Lux）。

勒克斯（lux）相当于被照面上光通量为 1 流明（lm）时的照度。

夏季阳光强烈的中午地面照度约5000 lux ，冬天晴天时地面照度约为2000 lux ，晴朗的月夜地面照度约0.2 lux 。

4、亮度（luminance ）光源在某一方向上的亮度是光源在该方向上的单位投影面积、单位立体角中发射的光通量。

如果我们把每一物体都视为光源的话，那么亮度就是描述光源光亮的程度，而照度正好是把每一物体都作为被照物体，用一块木板来举例说明，当一定光束照到木板时我们讲木板有多少照度，然后木板将多少光束反射到人眼，就称为木板的多少亮度，那么有如下式子：亮度等于照度乘以反射率。

在同一房间同一位置一块白布和一块黑布的照度是相同的，而亮度是不同的。

5、光效（luminous efficacy of light source ）光源所发出的总光通量与该光源所消耗的电功率（瓦）的比值，称为该光源的光效。

单位：流明/ 瓦（lm/W发光效率只表示光源的效率，与将光源安装到照明器具上后器具的整体效率（综合效率）是不同的概念。