LED 的测量

Lighting Sources and Illumination Engineering Department光源与照明工程系 Lighting Sources and Illumination Engineering Department光源与照明工程系

LED 的测量主讲：宋贤杰测试：李绮珍


关于关于 LEDLED 计量测试国际标准的介绍计量测试国际标准的介绍

• 国标照明委员会（国标照明委员会（ CIECIE ）第二分部（）第二分部（ D2D2 ）于）于 20012001年年 55 月在美国华盛顿国家标准局（月在美国华盛顿国家标准局（ NISTNIST ）召开）召开 CICIEE 第二次第二次 LEDLED 专家会议，共有美国、法国、英国、专家会议，共有美国、法国、英国、中国、日本等中国、日本等 1717 个国家，约个国家，约 200200 人参加。此会议人参加。此会议的主题是讨论的主题是讨论 LEDLED 的光学特性和相关的计量方法。的光学特性和相关的计量方法。


目录目录

• LEDLED 测量的分类测量的分类

• LEDLED 的主要的光学、电学和热特性的主要的光学、电学和热特性

• LEDLED 的发光强度、总光通量和光谱分布测量的发光强度、总光通量和光谱分布测量

• 测试实例分析测试实例分析


一一 . LED . LED 测量的分类测量的分类• A. A. 实验室测量实验室测量对于大多数生产商和对于大多数生产商和 LEDLED 的大批量使用者，通常首先在设备完善的实验室中获得的大批量使用者，通常首先在设备完善的实验室中获得

LEDLED 的特性参数。由此，得到各种不同类型的的特性参数。由此，得到各种不同类型的 LEDLED 工作参数，用于生产过程中的质量工作参数，用于生产过程中的质量控制。控制。

• B. B. 整体试验整体试验整体试验用于生产控制或检验入货的质量。由于要处理大量单元，试验的装置应整体试验用于生产控制或检验入货的质量。由于要处理大量单元，试验的装置应

能高速运作。能高速运作。当对当对 LEDLED 的常规测量在专业实验室之外时，有稳定、经定标的标准的常规测量在专业实验室之外时，有稳定、经定标的标准 LEDLED 就非常重就非常重

要。这些标准要。这些标准 LEDLED 还必须有与所测的还必须有与所测的 LEDLED 同样的空间和光谱特性，这样，就能尽可同样的空间和光谱特性，这样，就能尽可能确保测量过程仅是一个简单而直接的对相似器件的比较过程。能确保测量过程仅是一个简单而直接的对相似器件的比较过程。

在所提的建议中，我们考虑更多的是在所提的建议中，我们考虑更多的是 AA 类试验。在实验室获得一套工作特性参数之类试验。在实验室获得一套工作特性参数之后，生产商和使用者的责任是确保用于常规生产检验的测试装置能正确地测量。值得后，生产商和使用者的责任是确保用于常规生产检验的测试装置能正确地测量。值得再次重申的是，在测试装置被安装之前，应对理论依据和可能的误差来源进行仔细的再次重申的是，在测试装置被安装之前，应对理论依据和可能的误差来源进行仔细的研究。研究。


二二 .LED.LED 的主要的光学、电学和热特性的主要的光学、电学和热特性•辐射的空间分布•辐射的光谱分布•辐射的中心波长、峰值波长、质心波长和光谱宽度•辐射的发光面和角分布•电特性•标准参考光源•工作环境温度•温度对 LED 的影响


LED 的光学特性——辐射的空间分布• 空间分布不均匀性。• LED 辐射的空间特

性取决于封装半导体芯片的形式。因为，封装内可能带有内部反射杯、透镜以及一些散射和滤色材料。


LED 的光学特性——辐射的光谱分布• LED 光辐射光谱分布

有其独特的一面。它不是单色光（如激光），也不是宽光谱辐射（如白炽灯），而是介于两者之间：有几十纳米的带宽、峰值波长位于可见光或近红外区域。


LED 的光学特性—— X ， Y 色坐标光谱纯度


LED 的光学特性——辐射的中心波长峰值波长质心波长


LED 的光学特性——发光面和角分布


LED 的电特性

• 恒定电流下工作– LED 工作电流恒定为 IF ，相应电压 UF 可由 LE

D 两边触点测得。建议采用四脚 LED 。 LED 消耗的电功率可由下式计算得到：

– 对于 LED 特性参数的测量，恒定的工作电流是至关重要的。

• 恒定电功率下工作• 恒定光输出下工作

– 需要“控制线路”的光线反馈系统

FFel IU


LED 的电特性——测量方法

辐射效率（辐射功率 / 电功率）受电流影响

调制电流方式（恒流方式）

特点方法

10s 毫秒不影响温度（用于生产控制）

单脉冲方式

短时间重复加大电流信号，测量取平均值（结果等同与恒流方式）

多重反复方式（使用复合电路）


LED 的电特性——正向电压

• 正向电压的大小取决于 LED 的半导体材料。

• 单个 LED 的电压与电流 IF 和半导体芯片的温度 TC 有关：

• 正向电压的全微分 dUF 可分为两部分：

),( FCFF ITUU

CC

FF

F

FF dT

T

UdI

I

UdU


LED 的电特性——正向电压

• 与电流的关系 – 在稳定的温度下，所有半导体

LED 的正向电压及电流的关系基本一致。在正常工作状态下，即启动和饱和状态之间，斜率基本为线性：

– 如果 LED 的工作电流为 IF0 ，相应正向电压为 UF0 ，则此时的微分电阻为：

– 则电压 / 电流特性可近似表示为：

AV

I

U

F

F 10

000 FFF IUR

)1log()(0

00 F

FFFFF I

IbIRIU )exp(

00

0

FF

F

IR

Ub


标准参考光源


工作环境温度

• LED 测量的环境温度一般为 Tamb ＝ 25oC 。 • 温度变化的速度取决于输入电功率的大小

和 LED 封装的热容量。 • 当达到热平衡后， LED 主要通过管脚向周

围环境传递疏散热量。


温度对 LED 的影响• 温度与正向电压的关系

• 温度对光辐射的影响– 主波长的偏移公式

• 温度对辐射的辐射效率和光效影响

KmV

T

U

C

F 5.2...5.1

Knm3.0...1.0

TC

P


三三 . LED. LED 发光强度、总光通量和光谱分布测量发光强度、总光通量和光谱分布测量

• 平均光强测量方法平均光强测量方法对于对于 CIECIE 标准环境标准环境 A: 316nmA: 316nm 对于对于 CIECIE 标准环境标准环境 B: 100nmB: 100nm

• 总光通量测量方法总光通量测量方法 1. 1. 分布光度计法分布光度计法 2. 2. 积分球法积分球法


平均光强测量

• 一个新的物理量：平均 LED 光强– 产生原因– 测量标准环境• 对于 CIE 标准环境 A ： 316mm

• 对于 CIE 标准环境 B ： 100mm

– 计算公式

2dEI LED



总光通量的测量——积分球法

• 积分球法– 使用积分球将使 LED

总光通量的测量更加简单。

– 带有两个入射孔和一个用于探测器的出射孔的积分球测量可对待测LED 的自吸收进行修正。



总光通量的测量——积分球法

• 积分球法– 使用积分球将使 LED

总光通量的测量更加简单。

– 带有两个入射孔和一个用于探测器的出射孔的积分球测量可对待测LED 的自吸收进行修正。


总光通量的测量——分布光度计法

• 分布光度计法 – 球面面元 dA上所接受的光通量微分 dΦ （与

方向 θ,φ 有关）可以表示为：

– 积分可以得到总光通量 Φ ： dA

dE

),(

)(A

dAE


四四 . . 测试实例分析测试实例分析

商品化仪器商品化仪器测试实例测试实例


商品化仪器

LED-1100 平均强度，光谱，空间分布，CIE-127 条件 B 100 mm

LED-202/600 辐射通量 / 光谱OmniLED FMS

辐射通量 / 光谱 / 正向电压，电流


LED-1100 光谱 / 角度分析仪

• 光谱特性• 色度学坐标，主波长

和纯度• CIE-127 平均发光强

度 • 测定 LED 角度分布

： - 80°-- + 80 °• 计算视角 21/2 ，绘

制极坐标图



测试实例：







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THE END

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