1、LED介紹 系列培訓教材之 參數(shù)講解參數(shù)講解2019-01-28目目 錄錄一一. .電性參數(shù)講解電性參數(shù)講解1 1、IFIF2 2、VFVF3 3、VRVR4 4、IRIR5 5、LEDLED正常測試參數(shù)正常測試參數(shù)二二. .物理特性參數(shù)講解物理特性參數(shù)講解1 1、應用提要、應用提要 專用名詞術(shù)語專用名詞術(shù)語 2 2、光學常用名詞、光學常用名詞3 3、標準光源、標準光源4 4、發(fā)光角度、發(fā)光角度5 5、波長、波長6 6、色溫、色溫o定義即順向電流值定義即順向電流值o單位單位mAmAoIFLIFL順向電流最小值順向電流最小值 oIFMIFM順向電流中間值順向電流中間值 oIFHIFH順向電流最大

2、值順向電流最大值( (允許加的最大的正向直流電流允許加的最大的正向直流電流超過此值可損壞二極管超過此值可損壞二極管) )o使用條件使用條件LEDLED正常使用條件為正常使用條件為20mA20mA1.IF1.IF及關(guān)聯(lián)參數(shù)說明及關(guān)聯(lián)參數(shù)說明a a、電流與電壓間的關(guān)系、電流與電壓間的關(guān)系說明說明: :當電壓超過一定值後正向電流隨當電壓超過一定值後正向電流隨 電壓迅速增加而發(fā)光電壓迅速增加而發(fā)光. . Forword Voltage VF(V) Forword Voltage VF(V) Forward Forward Current Current IF(mA)IF(mA)IF-VF(Ta=25)

3、IF-VF(Ta=25)b b、電流與溫度間的關(guān)系、電流與溫度間的關(guān)系 說明說明 此圖表說明當此圖表說明當 産品在某一特産品在某一特定溫度時可設定溫度時可設定通過的電流定通過的電流值值. .Forward Current IF (mA)Forward Current IF (mA)Ambient Temperature Ta ()Ambient Temperature Ta ()IF-TaIF-Tac c、電流與亮度間的關(guān)系、電流與亮度間的關(guān)系1.LED1.LED在可使用的電流在可使用的電流範圍內(nèi)發(fā)光亮度隨範圍內(nèi)發(fā)光亮度隨著電流的增加而增強著電流的增加而增強2.2.發(fā)光強度的增加與發(fā)光強度的增

4、加與結(jié)晶材料及用以控制結(jié)晶材料及用以控制n np p層的雜質(zhì)有關(guān)層的雜質(zhì)有關(guān). .Relative Luminous Intensity-IF(Ta=25)Relative Luminous IntensityForward Current IF(mA)2.VF2.VF及關(guān)聯(lián)參數(shù)說明及關(guān)聯(lián)參數(shù)說明o定義即順向電壓值定義即順向電壓值; ;o單位單位V;V;o正常工作電壓規(guī)格書等參數(shù)表所標示的工作電壓是正常工作電壓規(guī)格書等參數(shù)表所標示的工作電壓是在給定的順向電流下得到的在給定的順向電流下得到的 ( (一般是一般是20mA20mA時測得時測得););oVFLLVFLL低順向電壓驅(qū)動時最小值低順向電壓

5、驅(qū)動時最小值oVFLHVFLH低順向電壓驅(qū)動時最大值低順向電壓驅(qū)動時最大值oVFHLVFHL高順向電壓驅(qū)動時最小值高順向電壓驅(qū)動時最小值oVFHHVFHH高順向電壓驅(qū)動時最大值高順向電壓驅(qū)動時最大值 a a、I-VI-V曲線曲線( (伏安特性曲線伏安特性曲線) )說明：說明：在正向電壓小於某在正向電壓小於某一值時一值時, ,電流極小電流極小LEDLED不發(fā)光不發(fā)光. .當電壓當電壓超過某一值後超過某一值後, ,正向正向電流隨著電壓迅速電流隨著電壓迅速增加而發(fā)光增加而發(fā)光. .由由V-IV-I曲線可以得出曲線可以得出發(fā)光二極管的正向發(fā)光二極管的正向電壓反向電流及電壓反向電流及反向電壓等參數(shù)反向電

6、壓等參數(shù). .V順向特性順向特性100uA100uA0 1V 1.5V 2V 2.5V5V10V逆向特性逆向特性IIRVFHVFL 20mA b b、電壓與溫度間的關(guān)系、電壓與溫度間的關(guān)系說明：說明：1.1.在外界溫度升高時在外界溫度升高時內(nèi)阻變小內(nèi)阻變小VFVF將會下降將會下降; ;2.LED P/N2.LED P/N結(jié)的溫度對結(jié)的溫度對LEDLED的使用壽命輸出光的使用壽命輸出光強主波長強主波長( (顏色顏色) )等因等因素都有很大的影響素都有很大的影響, ,在超在超高亮度和功率型高亮度和功率型LEDLED器件器件及陣列組件中及陣列組件中, ,不合理的不合理的結(jié)構(gòu)設計將導致結(jié)構(gòu)設計將導致P

7、/NP/N結(jié)的結(jié)的溫度升高溫度升高, ,嚴重影響到嚴重影響到LEDLED的性能使用壽命和的性能使用壽命和可靠性可靠性. .3.VR3.VRo定義逆向電壓值定義逆向電壓值; ;o單位單位V;V;oVRVR設定值設定值5V & 6V;5V & 6V;o注意事項在逆向施加高電壓會導致元件受損因此注意事項在逆向施加高電壓會導致元件受損因此操作時須留意逆向電壓的極限值。操作時須留意逆向電壓的極限值。4.IR4.IRo定義逆向電流值定義逆向電流值; ;o單位單位uA;uA;o正常正常IRIR讀值範圍讀值範圍o 普通産品以普通産品以VR=5VVR=5V條件下逆向電流值條件下逆向電流值5uA;

8、5uA;o 高檔産品以高檔産品以VR=6VVR=6V條件下逆向電流值條件下逆向電流值1uA.1uA.5、LED正常測試參數(shù)正常測試參數(shù)LED正常使用和測試條件 正常使用正向電流=20mA測試條件正向電流IF:20mA 正向電壓 VF:5V VR=-6V IR10uASMD LED各光電參數(shù)的正常范圍 普通燈(紅. 黃. 橙. 黃綠. 琥珀)正向電名壓VF:1.6V2.4V (籃紫 純綠 白)正向電壓VF:2.5V4.2V1. 應用提要應用提要 專用名詞術(shù)語專用名詞術(shù)語 光度學和輻射度學的名詞術(shù)語光度學和輻射度學的名詞術(shù)語 為了描述光感應器的靈敏度和發(fā)光源的光亮度，有必要定義光的發(fā)射量和接收量之

9、間的關(guān)系。有很多人第一次見到這些名詞術(shù)語後，都會對光度學和輻射度學這兩種體系的測量法產(chǎn)生混淆。所以提供以下詳細的描述。 光度學體系定義為人眼所感知到的光，人眼對光的敏感度由光的波長或顏色決定的(如下圖所示)。敏感度的峰值出現(xiàn)在可見光譜內(nèi)的綠色部份，而人眼對紅外線或紫外光的反應則是零。 輻射度體系描述為光量在物理上的反應而非人眼的反應。輻射度體系中所使用的基準線檢測器在整個光譜上的敏感度都是相同的。而溫差電堆的反應不會受波長影響，所以可以用在輻射度的測量上。 這兩個體系都有各自的應用。當具體說明室內(nèi)的光亮度時，很明顯地要使用光度學體系的單位。但是，如果應用涉及到紅外線光束傳送資料，要設定發(fā)光源的

10、輸出和檢測器的靈敏度時，就一定要使用輻射度系統(tǒng)的單位。會使用這兩個系統(tǒng)來具體說明發(fā)光的條件。2、光學常用名詞、光學常用名詞名詞定義命名法描述方程式單位光通量(Flux)，能量(Q)由一個表面流入，流出或流向一個表面的流量e - (輻射度學)放射的流量(輻射功率)dQeW, Watts (瓦特)dtv - (光度學)光的強度dQvlm, lumens (流明)dt入射度(Incidence)，E垂直射入在一個單位面積表面上的流量Ee - (輻射度學)輻射度的入射deW/m2dAEv - (光度學)光度的入射 (註釋1)dvlx, lux(勒克斯)(lm/m2)dA出射度(Exitance)，M由

11、一個發(fā)射單位面積表面上所射出的流量Me - (輻射度學)輻射度的出射(發(fā)射度)deW/m2dAMv - (光度學)光度的出射dvlm/m2dA立體角(Solid Angle)，一個半徑“r”的球體，由球體的中心伸延出來的球體表面面積等於“S”時，中間的夾角就是立體角。三者有這樣的關(guān)係：=S/r2d=dSsr, Steradians (球面度)r2強度(Intensity)，I來自於一個源點上的發(fā)射，經(jīng)過一個立體角單位的流量Ie - (輻射度學)輻射度的強度deW/srdIv - (光度學)光度的強度dvcd, candela(坎德垃)(lm/sr)d輝度(Sterance)，L與一個表面法線成

12、角度“”，發(fā)射出一個立體角並經(jīng)過一個單位面積的流量Le - (輻射度學)輻射度的立體角密度(輻射率)deW/(sr m2)dAcosd2ed dAcosLv - (光度學)光度的立體角密度(光亮度)(註釋2)dvcd/m2dAcosd2vd dAcos附件1：色容差 光源發(fā)出的光譜與標準光譜之間的差別，標準光譜隨著色溫改變，同一個光源如果標準光譜不同其色容差也不同，但是測量的時候， 一般光色電分析系統(tǒng)會自動識別被測光源所在的色溫范圍， 以確定標準光譜的色溫取值，色容差的單位是SDCM，一般的節(jié)能燈要求的色容差要小于5SDCM 備注：光譜是復色光通過棱鏡或能產(chǎn)生衍射現(xiàn)象的光學儀器光柵后，分解成的

13、單色光按波長大小排成的光帶。如日光的光譜是紅、橙、黃、綠、藍、靛、紫七色。 400450500550600650700波長(nm)相對強度SiC ZnSe GaNGaPGaP(N)GaAsPGaAlAs波長(nm)各色LED在室溫下的發(fā)光光譜 硒化鋅 磷化鎵磷砷化鎵砷鋁化鎵附件2： CRIA.定義是指顯色(演色)指數(shù),以D65標準機測試并以太陽光為準頻譜讀取之波形 B.CRI具體數(shù)據(jù)為以所占太陽光波形面積之比例得出的如圖 太陽光波形LED波形02004006001000800WAVELENGTH(nm)注LED波形一定在太陽光波形之內(nèi). 光源對物體的顯色能力稱為顯色性，是通過與同色溫的參考或基

14、準光源白熾燈或畫光下物體外觀顏色的比較。光所發(fā)射的光譜內(nèi)容決定光源的光色，但同樣光色可由許多，少數(shù)甚至僅僅兩個單色的光波縱使而成，對各個顏色的顯色性亦大不相同。相同光色的光源會有相異的光譜組成，光譜組成較廣的光源較有可能提供較佳的顯色品質(zhì)。當光源光譜中很少或缺乏物體在基準光源下所反射的主波時，會使顏色產(chǎn)生明顯的色差(color shift)。色差程度愈大，光源對該色的顯色性愈差。演色指數(shù)系數(shù)(Kaufman)仍為目前定義光源顯色性評價的普遍方法。 顯色分兩種 忠實顯色：能正確表現(xiàn)物質(zhì)本來的顏色需使用顯色指數(shù)(Ra)高的光源，其數(shù)值接近100，顯色性最好。 效果顯色：要鮮明地強調(diào)特定色彩，表現(xiàn)美

15、的生活可以利用加色的方法來加強顯色效果。采用低色溫光源照射，能使紅色更加鮮艷；采用中等色溫光源照射，使藍色具有清涼感；采用高色溫光源照射，使物體有冷的感覺。 顯色性顯色性o指數(shù)Ra） 等級 顯色性 一般應用 o90-100 1A 優(yōu)良 需要色彩精確對比的場所o80-89 1B 需要色彩正確判斷的場所 o60-79 2 普通 需要中等顯色性的場所o40-59 3 對顯色性的要求較低，色差較小的場所o20-39 4 較差 對顯色性無具體要求的場所顯色指數(shù)等級顯色指數(shù)等級3、標準光源、標準光源 光的物理原理 當一個物質(zhì)內(nèi)的原子受到熱、化學反應或其它方式激發(fā)時，原子則釋放出能量而形成光。光在空間內(nèi)會以

16、電磁波形式傳播。這波形的特性十分重要，因為每一個顏色均完全由單一的波長來定義。波長定義為一個波形走了一個循環(huán)的距離。由於光的波長非常短，我們通常用納米(nm nanometer) 作為單位 (一個納米等於十億分之一米，即110-9m)。不同物質(zhì)的光譜反應可以用其波長與它相對反應的關(guān)係圖來表示。 780nm紫外光(指向X射線和伽瑪射線)可見光 紅外線(指向雷達 波) 紫色紅色紫色. . . . . . . . . . . 低於 450 nm藍色. . . . . . . . . . .450 500 nm綠色. . . . . . . . . . .500 570 nm黃色. . . . . .

17、 . . . . .570 600 nm橙色. . . . . . . . . . .600 620 nm紅色. . . . . . . . . . .620 700 nm自然光人造光自然光的種類亮度標準(一般)人造光的種類亮度標準(一般)正午太陽光10,000 Lux蠟燭光50 Lux天陰時的太陽光1,000 Lux錄音室100 Lux黃昏時的太陽光10 Lux課室300 Lux月圓時的光1 Lux檢查中心2,500 Lux月缺時的光0.01 Lux醫(yī)院的手術(shù)室5,000 LuxCIE 適應光曲線 CIE (International Commission of Illumination國際

18、照明委員會) 適應光 (Photopic) 曲線是表示人眼平均對顏色反應的一個國際標準 流明/瓦特換算因數(shù)光 度 的 有 效 系 數(shù)波 長 (nm)CIE適應光曲線典型光度檢測反應曲線(Typical Photometric Detector Response) 0510152025400450500550600650700Absolute Responsivity in A/WWavelength in Nanometers說明從上圖曲線圖表可看出人眼對綠色響應度(敏感度)最強。 絕對光譜響應 有效波長 CIE 標準照射體 A 或稱為CIE標準光源A，其定義為在一個相關(guān)色溫2856K 運作下

19、的鎢絲燈泡。 下圖所示的是普通光源和光度感應器的一般波長特性。光 敏 電阻熒光燈硅 光 敏 晶 體 管砷化鎵紅外線發(fā)光二極管鎢絲燈泡(CIE標準光源A - 2856K色溫)太陽光相 對 靈敏度波 長 波 長 特 性 CIE 標準照射體標準照射體 A4 4、發(fā)光角度、發(fā)光角度o標示符號標示符號21/221/2o單位度單位度(o)(o)o定義定義1/21/2是指發(fā)光強度值為軸向強度值一半的方向是指發(fā)光強度值為軸向強度值一半的方向與發(fā)光軸向與發(fā)光軸向( (法向法向) )的夾角。我們所定義的角度即為半的夾角。我們所定義的角度即為半值角的值角的2 2倍也稱為視角倍也稱為視角( (或稱為半功率角或稱為半功

20、率角) )附附: :角度的測量角度的測量L L值決定原則值決定原則: :類比類比圓弧效果圓弧效果,Sensor,Sensor各各點至點至LEDLED等距取等距取SensorSensor或或LedLed尺寸較尺寸較大者的大者的1010倍長度以倍長度以上上. .A.A.定義定義:wavelength:wavelength的簡稱的簡稱, ,即波長即波長; ;B.B.單位單位:nm(1m=1000mm 1mm=1000um 1um=1000nm);:nm(1m=1000mm 1mm=1000um 1um=1000nm);C.:C.:峰值波長峰值波長 a.a.峰值波長峰值波長由材料禁帶寬度由材料禁帶寬度

21、EgEg決定決定 =1240/Eg(nm)=1240/Eg(nm) b.b.可見光波長範圍為可見光波長範圍為380780nm380780nm Eg1Eg11240/1240/ Eg1 Eg11240/7801240/7801.60eV1.60eV Eg2 Eg21240/1240/ Eg2 Eg21240/3801240/3803.26eV3.26eV 因此我們討論的僅限於半導體禁帶寬度因此我們討論的僅限於半導體禁帶寬度EgEg介於介於1.601.603.26eV3.26eV材料。材料。5 5、波長、波長(wavelength)(wavelength)oPP發(fā)光體或特體發(fā)光體或特體( (經(jīng)由反

22、射或穿透經(jīng)由反射或穿透) )在分光儀上所量得的能量分佈其峰在分光儀上所量得的能量分佈其峰值位置所對應的波長稱為值位置所對應的波長稱為P P (Peak)-(Peak)-機器讀值機器讀值PPP的測量的測量 建立如下頁圖示的LED相對光譜功率分佈測試裝置LED放在一個直徑180mm的積分球內(nèi)再加一個驅(qū)動LED的恆流源電流在1100mA可調(diào)也可設置為方波恆流源電流在11000mA可調(diào)頻率1KHZ,占空比1/8. LED發(fā)的光通過光纜平行傳到凹面光柵多色儀的入射狹縫上經(jīng)凹面光柵衍射成象在線陣CCD的感光面上線陣CCD的感光面上線陣CCD上的各個象元對應LED各個波長的能量特徵 經(jīng)CCD采樣放大和A/D

23、轉(zhuǎn)換(讀到強度後轉(zhuǎn)變電流)後送入計算機處理後即可獲得P().DD是人眼所見的可見光區(qū)是人眼所見的可見光區(qū)(380780nm)(380780nm)其決定發(fā)其決定發(fā)光體或物體的光線主要在什麼波長便此稱為光體或物體的光線主要在什麼波長便此稱為D D (Dominate)-(Dominate)-人眼讀值人眼讀值; ;備注為何紅外線的備注為何紅外線的LEDLED晶粒須告訴客戶晶粒須告訴客戶P (Peak)P (Peak)而對於可見光的而對於可見光的LEDLED晶粒有些客戶亦要求提供晶粒有些客戶亦要求提供D D (Dominate).(Dominate).DDD的數(shù)學運算的數(shù)學運算 在色度學上對D的數(shù)學運

24、算有嚴謹?shù)亩x首先瞭解人眼對三原色(RGB)之激勵程度並不一樣如下圖所示(依據(jù): C.I.E. 1931 observer) :00.511.52400450500550600650700 x y z人眼之三激勵值x值紅y值綠z值藍紅外光紫外光Tristimulus value 說明若此發(fā)光體之輻射相對光分佈為()則X=K*()* X()d;Y=K*()* Y()d;Z=K*()* Z()d;LetY=100可求得K並進而求得X和Z而色度坐標X=X/(X+Y+Z), Y=Y/(X+Y+Z),然後可用作圖法或斜率法求得D。 舉例說明如取藍光470nm為例其波形圖在三激勵值圖中顯示如下圖0 00.

25、50.51 11.51.52 2400400450450500500550550600600650650700700Wavelength(nm)Wavelength(nm) X X Y Y Z Z人眼之三激勵值人眼之三激勵值X X值紅值紅Y Y值綠值綠Z Z值藍值藍紅外光紅外光紫外光紫外光470470從圖中看出從圖中看出X XY YZ Z值分別為值分別為0.20.20.20.21.21.2x=X/(X+Y+Z)=0.2/(0.2+0.2+1.2)=0.2/1.6=0.125;x=X/(X+Y+Z)=0.2/(0.2+0.2+1.2)=0.2/1.6=0.125;y=Y/(X+Y+Z)=0.2/

26、(0.2+0.2+1.2)=0.2/1.6=0.125;y=Y/(X+Y+Z)=0.2/(0.2+0.2+1.2)=0.2/1.6=0.125;將算出之將算出之X XY Y值在值在1931 CIE1931 CIE圖中對應點位置標示如下圖圖中對應點位置標示如下圖將對應點平移於CIE所對應點即D值。 000.80.20.40.6780nm650620600580560540520500480470450380 xyCE(x0.125 y0.125)D65BA0.20.40.60.8半波寬半波寬( ()光譜以波峰為中心幾乎呈對稱。相當于二分之一波光譜以波峰為中心幾乎呈對稱。相當于二分之一波峰高的波長

27、間隔為半波寬如右圖示峰高的波長間隔為半波寬如右圖示附件附件1:1:各波段對應的波長及頻率各波段對應的波長及頻率顏色顏色波長波長頻率頻率紅色紅色約約625740625740納米納米約約480405480405兆赫兆赫橙色橙色約約590625590625納米納米約約510480510480兆赫兆赫黃色黃色約約565570565570納米納米約約530510530510兆赫兆赫綠色綠色約約500565500565納米納米約約600530600530兆赫兆赫青色青色約約485500485500納米納米約約620600620600兆赫兆赫藍色藍色約約440485440485納米納米約約680620680

28、620兆赫兆赫紫色紫色約約380440380440納米納米約約790680790680兆赫兆赫 很多人會發(fā)覺用兩個相同強度但不同的光源進行測量時，光度感應器會得出兩個不同的度數(shù)。原因是兩個不同的光源有不同的顏色，那就是兩個不同成份的波長。因為光是由物質(zhì)的原子產(chǎn)生能量而形成的，並以電磁波的形式出現(xiàn)，所以不同的光源會產(chǎn)生不同成份的波長。下圖顯示的是電磁波頻譜。伽瑪射線X 射線可見光TV/FM無線電波紫外光紅外光電 磁 波 頻 譜o 另外，不同光度感應器有不同成份的波長特性。例如：光敏電阻對可見光比較靈敏，而光敏晶體管和光敏二極管對紅外線比較靈敏。所以，為了方便與其他人溝通和比較不同的光源，我們通常會使用色溫來表達。o 一般來說，所有物質(zhì)可以當成熱能的來源。眾所周知，發(fā)光輻射的波長和發(fā)光源的溫度之間有一定的關(guān)係。此關(guān)係稱為外因位移律 (Wiens Displacement Law)，如右圖所示。色溫的單位是K(開)，0K-273C。o 由於歷史性的原因，大部份供應商，在規(guī)格書上都使用CIE 標準光源 A (鎢絲氣燈 - 2856K色溫) 作為公眾所認可的標準光源。 從下圖可見色溫愈高，最強輻射強度的波長就愈短。波長 (m)物體的溫度和輻射能量的波長輻射強度 (W/cm2 m)o 因為大部分光源所發(fā)出的光皆通稱為白光，故光源的