LED参数测试与分析 - 图文

黎明职业大学2012毕业论文——胡岳周 不同功率LED参数测试与分析

I θ=φ/4π。实际光强在空间各个方向的分布是不均匀的，空间光强分布的曲线称为配光曲线。 （5）亮度L

光源发光面上某点的亮度L（单位为cd/m），等于垂直于给定方向的平面上所得到的发光强度与该正投影面积之商，即

L=dI/dScosθ （4）

单位为尼特（nt），1nt=1 烛光/m2=1 cd/m2 。

若光源射来的光线与测量面垂直，则cosθ=1。对于理想平面漫反射光源，若光源面积为S，向上空发射的光通量为φ，则有光强I=φ/2π（因为向上发射，所以只有2π）：

L=I/S=φ/2π2S （5）

（6）照度E

光源的照度E（单位为勒克斯，1x；1 1x=1 1m/m2）即光源照到某一物体表面上的光通量dφ与该表面积dS之商，表示为

E=φ/S （6）

对于点光源，若在某一方向上光强为I，则距离r处的照度为

E=I/r2 (7)

即照度与光源距离的平方成反比。 （7）半强角度

半强角度即以前所说的半值角，就是光源中心法线方向向四周张开，中心光强I到周围的I/2之间的夹角，即为半强角度?/2，如图1-8所示。当光源的光强均匀时，向法线偏转的周围光强是原来一半时所夹的角应当都相等。当光强不均匀时，夹角就不相等了。半强角度与视角是有区别的，视角一般比较大。LED光源的发光角度也是一个指标。

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图1-8 光源的半强角度

1.3 大功率LED

任何事物都是由小到大、由弱到强发展，LED芯片也是如此，在相当长的时间里，LED芯片的电流一直保持在20mA。对于红色和黄色LED，其电压为1.9~2.1V：对于绿色和蓝色LED，其电压为3.0~3.6V。目前，市场上已出现了1W的LED芯片，它的电压仍是3.0~3.6V，输入电流是350mA：随着技术的不断进步，还会出现采用更大电流的LED。

从消耗功率来讲，通常把毫瓦级LED称为小功率LED，把瓦级LED称为大功率LED。目前常见的大功率LED分为单芯片大尺寸和多芯片小尺寸模组两种，如图1-9、1-10所示。大功率LED相对于传统的白炽灯泡，因具备了节电、使用寿命及反应速度快等主要优点，因此很快也抢占了LCD背光板、交通信号灯、汽车照明、通用照明、景观照明等市场。大功率LED采用次黏着基台的进阶封装方式，可有效提高LED的照明效果。目前广泛用于白光照明和液晶显示背光源等领域。大功率LED的主流生产技术是InGaN，但此技术仍有一些瓶颈需要克服。大功率LED应用中的技术指标包括：电学参数、光强分布、色温分布、热阻及显色性等。

下面就大功率LED一些参数进行测试并作出分析。

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图1-9 单芯片

图1-10 多芯片

二 大功率LED光电特性测试与分析

2.1 大功率LED电参数测试

一般将功率大于0.5W的LED称为大功率LED。大功率白光LED诞生于20世纪90年代末，具有发光效率高、启动快、显色性好、寿命长、节能、环保等优点，将取代白炽灯、荧光灯等传统光源而成为21世纪的绿色光源，测量和掌握LED的光电特性及外界因素对光电特性的影响，是正确使用大功率LED的基础。 【实验目的】

1.了解大功率白光LED的工作原理与光电特性。

2.掌握大功率白光LED发光强度、发光效率、光强分布等参数的测量方法。 3.研究大功率白光LED在恒压驱动与恒流驱动下的温度特性。 【实验仪器】

积分球-光谱分析仪系统（附图一、二、三、四、五）：0.3m/0.5专用积分球、LED520—LED光强分布测试仪、WY系列精密数显直流稳流稳压电源。 【实验待测的灯】

Luxeon系列大功率LED，是将AlGaInN功率型芯片倒装焊接在具有焊料凸点的硅载体上，然后把完成倒装焊接的硅载体装入热沉与外壳中，键合引线后进行封装。这种封装对于取光效率、散热性能、加大工作电流密度的设计都是最佳的。其主要特点：热阻低，一般仅为14摄氏度/瓦，只有常规的LED的1/10；可靠性高，封装内部填充稳定的柔性胶凝体，在-40~120摄氏度范围，不会因温度聚变产生的内应力，使金线与引线框架断开，并防止环氧树脂透镜变黄，引线框架

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也不会因氧化而玷污；反射杯和透镜的最佳设计使辐射图样可控和光学效率最高。另外，其输出光效率、光量子效率等性能优异，将LED固体光源提升到一个崭新的水平。此次实验采用Luxeon系列大功率LED两种不同封装的进行测试，这两种封装分别为SMD式封装、Emitter式封装，分别如下图2-1、2-2所示：

图2-1 SMD式封装的LED

图2-2 Emitter式封装的LED

【测试主要原理】

大功率LED的电参数和光参数常用积分球-光谱分析仪系统测试。使用积分球来测量光通量(Lumen)时，可使得测量结果更为可靠，积分球可降低并除去由光线的形状、发散角度、及探测器上不同位置的响应度差异所造成的测量误差。

积分球的基本原理是光通过采样口进入积分球，经过多次反射后非常均匀地散射在积分球内部。探测光纤通过SMA接头与积分球侧面的接口相连，该接口前面有一个阻光通道，光纤只能通过阻光通道进行探测，从而避免了采样口的光直接进入光纤。

积分球与光谱仪搭配，将积分球的光输出孔通过光纤连接到光谱仪的入射口，并通过计算机测试出来，使得测量的再现性大幅的提高。这种测量方式被广泛的应用于LED测量和各种灯具的测量中。

在积分球-光谱分析仪系统使用过程中，需要进行校准。校准的灯采用卤钨灯，其作用：在积分球内用已知的光通量标准灯与待测灯进行比较测量。存取时，注意戴上白色手套，以避免沾染上污垢，从而保持其表面整洁。

积分球校准完后，把待测的大功率LED灯放进积分球中（由于软件设置为自动调整正负极，所以放置中不用担心正负极是否放错了），确定放置无误后，检查系统接线是否有接错，然后接通积分球-光谱仪系统的电源，并打开计算机软件，便可进行测试。 【测试条件】

室内温度25±1℃，测试电流设置为250mA，截止电流为300mA，测试时间1min。

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