LED特性测量例析.doc

LED特性测量 实验者：林巧玲 合作者：洪艺江 组别：A14 物理科学与工程技术学院 光信息科学与技术专业 实验时间：2015.05.27 上午8:20 实验地点：物理楼 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地转换成光电流，再通过定标确定被测量的大小。 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（单位是lm/w）。它是衡量光源节能的重要指标。其中，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： (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，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。 三、实验仪器 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 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