讲义：大功率白光led特性测量(a4)

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1、实验33大功率白光LED特性测量一般将功率大于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，目前广泛用于白光照明和液晶显示背光源等领域。测量和掌握LED的光电特性及温度对光电特性的影响，是正确使用大功率白光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。【预备问题】1.多少瓦的LED

2、称为大功率LED？为什么大功率白光LED称为“绿色光源”？图1白光LED发光原理2.什么是发光强度？远场光强的测量距离是多少？3.人眼对相同功率不同波长的光所感受的光通量和光强是否相同？【实验仪器】FL10-I型LED特性测量实验仪。【实验原理】1.白光LED的发光原理有三种方式获得白光LED，目前比较成熟且已商业化的白光LED是利用InGaN蓝光LED(460nm)照射YAG荧光粉产生555nm黄光，再用透镜将黄光与蓝光混合，得到白光，如图1所示。2.大功率白光LED特性测量原理测量原理如图2所示。（1）伏安曲线白光LED的伏安曲线如图3所示，类似于PN结和红光LED的伏安

3、曲线。由于发光晶片材料不同，不同LED的导通电压Vt、反向击穿电压Vc等参数不同。红光LED的导通电压1.3V左右，白光LED的导通电压3V左右。白光LED是电流型控制器件，电流越大，发光强度越大，LED越亮。如图3的AB工作区，LED电压的极小变化会引起电流较大变化，从而使发光强度变化很大。因此，为了亮度稳定，照明用的LED要用恒流源驱动。（2）光通量(luminousflux)图3白光LED伏安曲线光源在单位时间内发射并被人眼感知的能量总和，称为光通量，用F表示，单位为lm(流明)。光通量与光源的辐射功率相关，同类灯的功率越高，光通量越大。光通量是一个人为量，人眼对1W功

4、率不同波长的光所感受的光通量不同。对于人眼最敏感的555nm的黄绿光，1W=683lm。光通量常用积分球测量，本实验不测量光通量。（3）发光强度（Intensity）光源在给定方向单位立体角所发射的光通量，称为发光强度，用IF表示，即：（1）4——大功率白光LED特性测量——图4人眼的视觉曲线图5LED光强分布曲线图6光效随温度变化IF单位为cd（坎德拉)，1cd=1lm/sr。发光强度描述是光功率与光会聚能力的物理量。管芯完全一样的两个LED，会聚能力好的LED发光强度大，看起来更亮。在大功率白光LED照明中，光强分布曲线表示LED在空间各方向的分布状态，是衡量灯具性能的重

5、要指标，因此测量光强比测光通量更有实际意义。LED的发射角较小，方向性较强，一般呈橄榄状，如图5所示。LED的光强用光强计测量。按照国际CIE规定，光强测量分远场（探测器距LED发光中心316mm）和近场两种条件（探测器距LED发光中心100mm）。由光强的定义可知，在电流和温度相同时，理论上LED的远场光强与近场光强是相等的。（4）发光效率(Luminaireefficiency)LED光通量与消耗的电功率之比，称为发光效率，简称为光效，用h表示。由于光强与光通量成正比，故发光效率可表示为：（2）式中U和I分别LED的电压和电流，P为LED消耗的电功率。光效是衡量光源节能的

6、重要指标，光效越高，表明光源将电能转化为光能的能力越强，节能性越好。（5）温度特性由于LED发光晶片的折射率远高于空气，LED发射的光80%在发光晶片内部产生全反射或内反射变成热量，致使LED结温上升。大功率LED结温的上升，使LED光谱红移、寿命缩短、发光效率降低（如图6所示），所以大功率LED必须很好散热。【实验内容与步骤】本实验采用1W暖白LED。FL10-I型LED特性测量实验仪如图7所示，包括LED数控电源、特性测试仪和测试台三部分，其详细使用方法见附录1。图7FL10-I型LED特性测量实验仪LED数控电源包括独立的0~5V恒压电源和0~350mA恒流电源，输出的

7、恒压或恒流可通过“慢速上调”、“快速上调”（10倍速）或“慢速下调”、“快速下调”键步进设定。LED特性测试仪用来测量LED电压、电流和光强，以及对LED进行恒温控制和通过pt100测量LED基板温度（间接反映LED结温）。光强测量范围：0～400cd，分四档，自动量程转换；恒温控制器设定范围：0～80℃。LED测试台包括LED固定架、LED方位转盘（0~±90°）、光强探测器以及安装在LED基片后部的LED加温/降温装置。当测量高于室温的LED光电参数时，用半导体对LED进行加热；当测量低于室温的LE