LED綜合特性測試實驗附詳圖

1、LED綜合特性測試實驗LED綜合特性測試實驗 13應用物理（1)班楊礴2一、實驗目的1. 測量LED正向伏安特性，掌握拐點電壓、正向開啟電壓及工作電流的概念，并對比分析不同 發(fā)光顏色的LED拐點電壓和工作電壓的異同2. 測量LED的反向伏安特性，了解發(fā)光二極管的反向截止特性3. 掌握LED發(fā)光強度的概念及其測量方式4. 了解LED發(fā)光強度隨電流變化的規(guī)律，并對比分析不同發(fā)光顏色LED發(fā)光強度隨電流變化的 響應異同5. 了解LED光通量與發(fā)光效率的概念及其測量方法6. 了解LED光通量/發(fā)光效率隨電流變化的規(guī)律，并對比分析不同發(fā)光顏色LED光通量隨電流變化的響應異同以及發(fā)光效率隨電流的變化規(guī)律7

2、. 掌握LED的光空間分布曲線的概念及其測量方法8. 掌握LED半強度角和偏差角的概念及其測量方法9. 了解強度定標的意義及其定標方法10. 掌握常見色度參數(shù)的概念及其計算方法11. 測量LED器件的電壓-溫度關系特性，計算K系數(shù)，并理解K系數(shù)的意義及其作用12. 理解LED結(jié)溫、熱阻的概念，掌握一種測大功率貼片型LED結(jié)溫，熱阻的測量方法二、實驗原理1. 電學特性測試在LED兩端加正向電壓，當電壓較小，不足以克服勢壘電場時，通過LED的電流很小。當正向電壓超過死區(qū)電壓后，電流歲電壓迅速增長。正向工作電流指LED正常發(fā)光時的正向電流值，根據(jù)不同管子的結(jié)構(gòu)和輸出功率的大小，在幾十毫安到1安之間。

3、在LED兩端加反向電壓，只有微安級的反向電流。反向電壓超過擊穿電壓后，管子被擊穿損 壞。為安全起見，激勵電源提供的最大反向電壓應低于擊穿電壓。2. 光電特性測試光強是描述LED光度學特性最為重要的參數(shù)，它表征了光源在指定方向上單位立體角內(nèi)發(fā)射 的光通量，在不同的空間角下，LED將表現(xiàn)出不同的光強大小。LED光源發(fā)射的輻射通量中能引起人眼視覺的那部分，稱為光通量，單位是流明，與輻射通 量的概念類似，它是LED光源向整個空間在單位時間內(nèi)發(fā)射的能引起人眼視覺的輻射通量。積分球測量光通量，積分球是一個球形空腔，由內(nèi)壁涂有均勻白色漫反射層的球殼組裝而成， 被測LED置于空腔內(nèi)。LED器件發(fā)射的光輻射經(jīng)積

4、分球壁的多次反射，使整個球壁上的照度均勻 分布，可用一置于球壁上的探測器來測量這個與光通量成比例的光的照度。3. LED輸出光空間分布特性測量發(fā)光二極管的芯片和結(jié)構(gòu)及封裝方式不同，輸出光的空間分布一樣，當方向角改變時，發(fā)射 強度相應改變。發(fā)射強度降為峰值的一半時，對應的角度稱為方向半值角。4. 色度學測試在色度研究中，常使用分光光譜測量法。在分光光譜法測量色度系統(tǒng)中，光譜儀是重要的組 成部分沒。在該測量系統(tǒng)中使用具有光譜分辨率高的光柵光譜儀等進行色度測量?？烧{(diào)恒流源與 LED連接，用電流調(diào)節(jié)旋鈕調(diào)節(jié)輸出電流使 LED正常工作。光纖光譜儀的光線探頭插入積分球光 纖連接口，收集光譜信號。光纖光譜儀

5、與計算機連接，測得的光源光譜功率由計算機進行數(shù)據(jù)處 理，并計算得到色度坐標，從而計算出色溫、顯色指數(shù)等色度學參數(shù)。5. 熱特性測試當電流流過LED器件時，PN結(jié)的溫度將上升，我們把PN結(jié)的溫度定義為LED的結(jié)溫。通常被理解為LED芯片的溫度。其形成是由于LED空穴、電子運動，一部分能量產(chǎn)生有效的光電效應，發(fā)出光子；另一部分是以發(fā)熱的形式消耗掉，從而導致PN結(jié)芯片發(fā)熱。三、實驗儀器USB連接線恒流源，恒壓源，程控脈沖電源，溫控電源，電源線，四、實驗內(nèi)容1. 電學特性測試將LED正負極對應插裝到夾具的正負接口上，將軟件界面選為光電特性測試界面，選擇伏安 特性測試實驗，將可調(diào)恒壓源電壓調(diào)節(jié)旋鈕逆時針

6、調(diào)節(jié)到底，打開恒壓源電源開關，在軟件界面 內(nèi)點擊數(shù)據(jù)釆集端口，并進行測量。2. 光電特性測試調(diào)整光路，使激光光線與光闌筒的中心軸重合。將 LED燈具插裝于夾具上，用導線連接好夾 具和恒流源，將照度計探頭的保護蓋擰下并置于光闌筒末端，并將照度計連接頭插于面板的A端口。打開軟件，依次記錄電壓、電流、光強數(shù)據(jù)。將恒流源調(diào)整到初始狀態(tài)，一次更換紅、黃、綠、藍、白色LED進行測試。將照度計選為光通量檔，分別將白、紅、綠、藍四種待測LED燈插裝至夾具，將夾具插裝至光源入口，將校準好的照度計探頭裝至探頭入口。分別在軟件中釆集各LED電流，電壓，光通量數(shù)據(jù)，分別計算每組的發(fā)光效率。3. LED輸出光空間分布特

7、性測量調(diào)整光路，同電學特性測試，并記錄下對應角度盤上角度值。在軟件中選中光空間分布特性 測試，然后將角度盤與固定架轉(zhuǎn)盤共同向左或向右旋轉(zhuǎn)90°，作為空間起始角-90 °的位置。更換光源的圓頭、草帽頭、平頭三中封裝形狀 LED進行測試。4. 色度學測試首先用光纖光譜儀測量標準光源的實際光譜能量分布。在軟件內(nèi)會呈現(xiàn)標準A光源的實際相對光譜功率分布曲線，調(diào)節(jié)積分時間將該曲線顯示在界面合適的位置。再次測量標準鹵素燈的實際相對光譜功率分布是否與理論的標準黑體輻射曲線重合，若兩 條功率分布曲線基本重合，說明校準成功。關閉鹵素燈，將LED正確的插裝在光源夾具上，并用紅黑導線連接到恒流源上

8、，調(diào)節(jié)恒流源使 LED正常工作，將光源夾具插裝到積分球光源入口處，即可得到LED的色度學參數(shù)。五、數(shù)據(jù)結(jié)果iI.性曲線實驗結(jié)果y a | £33 ?I9aluII1314l,ITIB19 r i“n4&：TalsmallllHm8.lDD.,gom和 m«.aBlcccc_u o D Q L L40,000 ；-ao.oiNML成oura-IXD -2.3®z3 CD 1>| 7 7BD 9 4LD U挪 Lrj概lf m:4* £L iALi 0 000 0 Wb0 ccoD ETC! Q.QCOo m2D 000：hi .niiiiD.

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38、 低于測試值。2. 在輸出光空間分布特性的測量中可以看出，未加透鏡的發(fā)光二極管，方向半角值大約為50°，可用于普通照明以及大屏幕顯示等要求視角廣寬的應用環(huán)境。3. LED的開啟電壓：在二極管正負極間加電壓，當電壓大于一定的范圍時二極管開始導通，這個 電壓叫開啟電壓。4. LED的工作電壓：二極管正常工作時的電壓。5. LED的反向漏流：流過處于反向工作的 pn結(jié)的微小電流稱為反向漏電流。 七、LED的發(fā)展1.2007年，LED市場達到了 46億美元，增長率為9.5%，由于手機以外的應用產(chǎn)品的增長加速， 預計LED行業(yè)總體市場會進一步加快。2. 供電方式的改變，隨著全球非再生能源的急劇

39、消耗，儲量越來越少；同時排放的大量CO2也導致全球氣候的反常、溫室效應、海平面上升等環(huán)境問題危及全球人類和動植物的生存環(huán)境。目前太陽能發(fā)展迅速，太陽電池轉(zhuǎn)換效率正在逐步提高。LED是半導體電致發(fā)光器件，驅(qū)動方式的選擇具有廣 泛性，也就意味著可以在供電方式上進行不同的供電選擇。3. LED本身散熱效率較低，因此可以將驅(qū)動單獨設計，驅(qū)動產(chǎn)生的熱量可以及時散出，非但不會 增加LED燈珠的散熱負擔，延長了 LED的使用壽命；而且自身也將不會受到LED的熱量影響，同時也 會增加驅(qū)動中鋁電解電容的壽命，加大驅(qū)動的安全使用年限。八、參考文獻1. 李建，葉仁廣，徐時清，LED應用發(fā)展趨勢，中國計量學院，科技風雜志2. 劉宇