講義：大功率白光led特性測(cè)量(a4)

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1、實(shí)驗(yàn)33大功率白光LED特性測(cè)量一般將功率大于0.5W的LED稱為大功率LED。大功率白光LED誕生于20世紀(jì)90年代末，具有發(fā)光效率高、啟動(dòng)快、顯色性好、壽命長(zhǎng)、節(jié)能、環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)，將取代白熾燈、熒光燈等傳統(tǒng)光源而成為21世紀(jì)的綠色光源，目前廣泛用于白光照明和液晶顯示背光源等領(lǐng)域。測(cè)量和掌握LED的光電特性及溫度對(duì)光電特性的影響，是正確使用大功率白光LED的基礎(chǔ)。【實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹?.了解大功率白光LED的工作原理與光電特性；2.掌握大功率白光LED發(fā)光強(qiáng)度、發(fā)光效率、光強(qiáng)分布等參數(shù)的測(cè)量方法；3.研究大功率白光LED在恒壓驅(qū)動(dòng)與恒流驅(qū)動(dòng)下的溫度特性?！绢A(yù)備問題

2、】1.多少瓦的LED稱為大功率LED？為什么大功率白光LED稱為“綠色光源”？圖1白光LED發(fā)光原理2.什么是發(fā)光強(qiáng)度？遠(yuǎn)場(chǎng)光強(qiáng)的測(cè)量距離是多少？3.人眼對(duì)相同功率不同波長(zhǎng)的光所感受的光通量和光強(qiáng)是否相同？【實(shí)驗(yàn)儀器】FL10-I型LED特性測(cè)量實(shí)驗(yàn)儀?！緦?shí)驗(yàn)原理】1.白光LED的發(fā)光原理有三種方式獲得白光LED，目前比較成熟且已商業(yè)化的白光LED是利用InGaN藍(lán)光LED(460nm)照射YAG熒光粉產(chǎn)生555nm黃光，再用透鏡將黃光與藍(lán)光混合，得到白光，如圖1所示。2.大功率白光LED特性測(cè)量原理測(cè)量原理如圖2所示。（1）伏安曲線白光LED的伏安曲線如

3、圖3所示，類似于PN結(jié)和紅光LED的伏安曲線。由于發(fā)光晶片材料不同，不同LED的導(dǎo)通電壓Vt、反向擊穿電壓Vc等參數(shù)不同。紅光LED的導(dǎo)通電壓1.3V左右，白光LED的導(dǎo)通電壓3V左右。白光LED是電流型控制器件，電流越大，發(fā)光強(qiáng)度越大，LED越亮。如圖3的AB工作區(qū)，LED電壓的極小變化會(huì)引起電流較大變化，從而使發(fā)光強(qiáng)度變化很大。因此，為了亮度穩(wěn)定，照明用的LED要用恒流源驅(qū)動(dòng)。（2）光通量(luminousflux)圖3白光LED伏安曲線光源在單位時(shí)間內(nèi)發(fā)射并被人眼感知的能量總和，稱為光通量，用F表示，單位為lm(流明)。光通量與光源的輻射功率相關(guān)，同

4、類燈的功率越高，光通量越大。光通量是一個(gè)人為量，人眼對(duì)1W功率不同波長(zhǎng)的光所感受的光通量不同。對(duì)于人眼最敏感的555nm的黃綠光，1W=683lm。光通量常用積分球測(cè)量，本實(shí)驗(yàn)不測(cè)量光通量。（3）發(fā)光強(qiáng)度（Intensity）光源在給定方向單位立體角所發(fā)射的光通量，稱為發(fā)光強(qiáng)度，用IF表示，即：（1）4——大功率白光LED特性測(cè)量——圖4人眼的視覺曲線圖5LED光強(qiáng)分布曲線圖6光效隨溫度變化IF單位為cd（坎德拉)，1cd=1lm/sr。發(fā)光強(qiáng)度描述是光功率與光會(huì)聚能力的物理量。管芯完全一樣的兩個(gè)LED，會(huì)聚能力好的LED發(fā)光強(qiáng)度大，看起來(lái)更亮。在大功率白

5、光LED照明中，光強(qiáng)分布曲線表示LED在空間各方向的分布狀態(tài)，是衡量燈具性能的重要指標(biāo)，因此測(cè)量光強(qiáng)比測(cè)光通量更有實(shí)際意義。LED的發(fā)射角較小，方向性較強(qiáng)，一般呈橄欖狀，如圖5所示。LED的光強(qiáng)用光強(qiáng)計(jì)測(cè)量。按照國(guó)際CIE規(guī)定，光強(qiáng)測(cè)量分遠(yuǎn)場(chǎng)（探測(cè)器距LED發(fā)光中心316mm）和近場(chǎng)兩種條件（探測(cè)器距LED發(fā)光中心100mm）。由光強(qiáng)的定義可知，在電流和溫度相同時(shí)，理論上LED的遠(yuǎn)場(chǎng)光強(qiáng)與近場(chǎng)光強(qiáng)是相等的。（4）發(fā)光效率(Luminaireefficiency)LED光通量與消耗的電功率之比，稱為發(fā)光效率，簡(jiǎn)稱為光效，用h表示。由于光強(qiáng)與光通量成正比，故發(fā)

6、光效率可表示為：（2）式中U和I分別LED的電壓和電流，P為L(zhǎng)ED消耗的電功率。光效是衡量光源節(jié)能的重要指標(biāo)，光效越高，表明光源將電能轉(zhuǎn)化為光能的能力越強(qiáng)，節(jié)能性越好。（5）溫度特性由于LED發(fā)光晶片的折射率遠(yuǎn)高于空氣，LED發(fā)射的光80%在發(fā)光晶片內(nèi)部產(chǎn)生全反射或內(nèi)反射變成熱量，致使LED結(jié)溫上升。大功率LED結(jié)溫的上升，使LED光譜紅移、壽命縮短、發(fā)光效率降低（如圖6所示），所以大功率LED必須很好散熱?！緦?shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟】本實(shí)驗(yàn)采用1W暖白LED。FL10-I型LED特性測(cè)量實(shí)驗(yàn)儀如圖7所示，包括LED數(shù)控電源、特性測(cè)試儀和測(cè)試臺(tái)三部分，其詳細(xì)使用方法

7、見附錄1。圖7FL10-I型LED特性測(cè)量實(shí)驗(yàn)儀LED數(shù)控電源包括獨(dú)立的0~5V恒壓電源和0~350mA恒流電源，輸出的恒壓或恒流可通過“慢速上調(diào)”、“快速上調(diào)”（10倍速）或“慢速下調(diào)”、“快速下調(diào)”鍵步進(jìn)設(shè)定。LED特性測(cè)試儀用來(lái)測(cè)量LED電壓、電流和光強(qiáng)，以及對(duì)LED進(jìn)行恒溫控制和通過pt100測(cè)量LED基板溫度（間接反映LED結(jié)溫）。光強(qiáng)測(cè)量范圍：0～400cd，分四檔，自動(dòng)量程轉(zhuǎn)換；恒溫控制器設(shè)定范圍：0～80℃。LED測(cè)試臺(tái)包括LED固定架、LED方位轉(zhuǎn)盤（0~±90°）、光強(qiáng)探測(cè)器以及安裝在LED基片后部的LED加溫/降溫裝置。當(dāng)測(cè)量高于室溫

8、的LED光電參數(shù)時(shí)，用半導(dǎo)體對(duì)LED進(jìn)行加熱；當(dāng)測(cè)量低于室溫的LE