1、LED綜合特性測試實驗13應用物理（1）班 楊礴 20133266011111、 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，了解發光二極管的反向截止特性 3.掌握LED發光強度的概念及其測量方式 4.了解LED發光強度隨電流變化的規律，并對比分析不同發光顏色LED發光強度隨電流變化的響應異同 5.了解LED光通量與發光效率的概念及其測量方法 6.了解LED光通量/發光效率隨電流變化的規律，并對比分析不同發光顏色LED光通量隨電流變化的響應異同以及發光效率隨電流的變化規律

2、 7.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，并理解K系數的意義及其作用 12.理解LED結溫、熱阻的概念，掌握一種測大功率貼片型LED結溫，熱阻的測量方法2、 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電壓后，電流歲電壓迅速增長。正向工作電流指LED正常發光時的正向電流值，根據不同管子的結構和輸出功率的大小，在幾十毫安到1安之

3、間。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，它表征了光源在指定方向上單位立體角內發射的光通量，在不同的空間角下，LED將表現出不同的光強大小。LED光源發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發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。LED器件發射的光輻射經積分球

4、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光二極管的芯片和結構及封裝方式不同，輸出光的空間分布一樣，當方向角改變時，發射強度相應改變。發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中，光譜儀是重要的組成部分沒。在該測量系統中使用具有光譜分辨率高的光柵光譜儀等進行色度測量。可調恒流源與LED連接，用電流調節旋鈕調節輸出電流使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。光纖光譜儀與計算機連接，測

5、得的光源光譜功率由計算機進行數據處理，并計算得到色度坐標，從而計算出色溫、顯色指數等色度學參數。5. 熱特性測試當電流流過LED器件時，PN結的溫度將上升，我們把PN結的溫度定義為LED的結溫。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，一部分能量產生有效的光電效應，發出光子；另一部分是以發熱的形式消耗掉，從而導致PN結芯片發熱。3、 實驗儀器 恒流源，恒壓源，程控脈沖電源，溫控電源，電源線，USB連接線 4、 實驗內容 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，將可調恒壓源電壓調節旋鈕逆時針調節到底，打

6、開恒壓源電源開關，在軟件界面內點擊數據采集端口，并進行測量。 2.光電特性測試調整光路，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、光強數據。將恒流源調整到初始狀態，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。分別在軟件中采集各LED電流，電壓，光通量數據，分別計算每組的發光效率。 3.LED輸出光空間分布特性測量調整光路，同

7、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盤共同向左或向右旋轉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。在軟件內會呈現標準A光源的實際相對光譜功率分布曲線，調節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，調節恒流源使LED正常工

8、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。5、 數據結果1.伏安特性曲線實驗結果電流與光強關系圖電流與光通量關系圖電流與發光效率關系圖15mA時VT系數測試20mA時VT系數測試25mA時VT系數測試30mA時VT系數測試小電流K系數測試結果圖結溫測試結果圖草帽頭輸出光空間分布特性測量圓頭輸出光空間分布特性測量平頭白色輸出光空間分布特性測量平頭藍光輸出光空間分布特性測量鎢燈光源功率分布測試所得功率圖與理論功率分布曲線比較圖藍色LED色度學測試結果圖綠色LED色度學測試結果圖紅色LED色度學測試結果圖白色LED色度學測試結果圖六、結果討論1.在熱特性測試實驗中，需要控制溫

9、度的變化，使得溫度在測試值附近變化不大，否則會使得測量數據出現較大的偏差。在溫度超出測試值需要降溫時，時間不可太長，因為溫度下降較快，會迅速低于測試值。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結的微小電流稱為反向漏電流。七、LED的發展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品的增長加速，預計LED行業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、海平面上升等環境問題危及全球人類和動植物的生存環境。目前太陽能發展迅速，太陽電池轉換效率正在逐步提高。LED是半導體電致發光器件，驅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，因此可以將驅動單獨設計，驅動產生的熱量可以及時散出，非但不會增