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1、LED介紹 系列培训教材之,參數講解,2010-01-28,目 錄,一.電性參數講解1、IF2、VF3、VR4、IR5、LED正常测试参数二.物理特性參數講解1、應用提要 專用名詞術語 2、光学常用名词3、标准光源4、发光角度5、波长6、色温,定義即順向電流值單位mAIFL順向電流最小值 IFM順向電流中間值 IFH順向電流最大值(允許加的最大的正向直流電流超過此值可損壞二極管)使用條件LED正常使用條件為20mA,1.IF及關聯參數說明,a、電流與電壓間的關系,說明:當電壓超過一定值後正向電流隨 電壓迅速增加而發光.,Forword Voltage VF(V),Forward Current
2、 IF(mA),IF-VF(Ta=25),b、電流與溫度間的關系,說明 此圖表說明當 産品在某一特定溫度時可設定通過的電流值.,Forward Current IF(mA),Ambient Temperature Ta(),IF-Ta,c、電流與亮度間的關系,1.LED在可使用的電流範圍內發光亮度隨著電流的增加而增強2.發光強度的增加與結晶材料及用以控制np層的雜質有關.,2.VF及關聯參數說明,定義即順向電壓值;單位V;正常工作電壓規格書等參數表所標示的工作電壓是在給定的順向電流下得到的(一般是20mA時測得);VFLL低順向電壓驅動時最小值VFLH低順向電壓驅動時最大值VFHL高順向電壓驅
3、動時最小值VFHH高順向電壓驅動時最大值,a、I-V曲線(伏安特性曲線),說明：在正向電壓小於某一值時,電流極小LED不發光.當電壓超過某一值後,正向電流隨著電壓迅速增加而發光.由V-I曲線可以得出發光二極管的正向電壓反向電流及反向電壓等參數.,b、電壓與溫度間的關系,說明：1.在外界溫度升高時內阻變小VF將會下降;2.LED P/N結的溫度對LED的使用壽命輸出光強主波長(顏色)等因素都有很大的影響,在超高亮度和功率型LED器件及陣列組件中,不合理的結構設計將導致P/N結的溫度升高,嚴重影響到LED的性能使用壽命和可靠性.,3.VR,定義逆向電壓值;單位V;VR設定值5V 注意事項在逆向施加
4、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。,4.IR,定義逆向電流值;單位uA;正常IR讀值範圍 普通産品以VR=5V條件下逆向電流值5uA;高檔産品以VR=6V條件下逆向電流值1uA.,5、LED正常测试参数,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:2.5V4.2V,1.應用提要 專用名詞術語,光度學和輻射度學的名詞術語,為了描述光感應器的靈敏度和發光源的光亮
5、度，有必要定義光的發射量和接收量之間的關系。有很多人第一次見到這些名詞術語後，都會對光度學和輻射度學這兩種體系的測量法產生混淆。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)。敏感度的峰值出現在可見光譜內的綠色部份，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
6、線光束傳送資料，要設定發光源的輸出和檢測器的靈敏度時，就一定要使用輻射度系統的單位。會使用這兩個系統來具體說明發光的條件。,2、光学常用名词,附件1：色容差,光源发出的光谱与标准光谱之间的差别，标准光谱随着色温改变，同一个光源如果标准光谱不同其色容差也不同，但是测量的时候，一般光色电分析系统会自动识别被测光源所在的色温范围，以确定标准光谱的色温取值，色容差的单位是SDCM，一般的节能灯要求的色容差要小于5SDCM,备注：光谱是复色光通过棱镜或能产生衍射现象的光学仪器光栅后，分解成的单色光按波长大小排成的光带。如日光的光谱是红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫七色。,各色LED在室溫下的發光光譜,硒化锌,
7、磷化镓,磷砷化镓,砷铝化镓,附件2：CRI,A.定義是指顯色(演色)指數,以D65標准機測試并以太陽光為准頻譜讀取之波形 B.CRI具體數據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,注LED波形一定在太陽光波形之內.,光源对物体的显色能力称为显色性，是通过与同色温的参考或基准光源（白炽灯或画光）下物体外观颜色的比较。光所发射的光谱内容决定光源的光色，但同样光色可由许多，少数甚至仅仅两个单色的光波纵使而成，对各个颜色的显色性亦大不相同。相同光色的光源会有相异的光谱组成，光谱组成较广的光源较有可能提供较佳的显色品质。当光源光谱中很少或缺乏物体在基准光源下所反射的主波时，会使颜
8、色产生明显的色差(color shift)。色差程度愈大，光源对该色的显色性愈差。演色指数系数(Kaufman)仍为目前定义光源显色性评价的普遍方法。,显色分两种 忠实显色：能正确表现物质本来的颜色需使用显色指数(Ra)高的光源，其数值接近100，显色性最好。效果显色：要鲜明地强调特定色彩，表现美的生活可以利用加色的方法来加强显色效果。采用低色温光源照射，能使红色更加鲜艳；采用中等色温光源照射，使蓝色具有清凉感；采用高色温光源照射，使物体有冷的感觉。,显色性,指数（Ra）等级 显色性 一般应用 90-100 1A 优良 需要色彩精确对比的场所80-89 1B 需要色彩正确判断的场所 60-79
9、 2 普通 需要中等显色性的场所40-59 3 对显色性的要求较低，色差较小的场所20-39 4 较差 对显色性无具体要求的场所,显色指数等级,3、標準光源,光的物理原理 當一個物質內的原子受到熱、化學反應或其它方式激發時，原子則釋放出能量而形成光。光在空間內會以電磁波形式傳播。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)。不同物質的光譜反應可以用其波長與它相對反應的關係圖來表示。,紫色紅色,CIE 適應光曲線,CIE(Int
10、ernational Commission of Illumination國際照明委員會)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,典型光度檢測反應曲線(Typical Photometric Detector Response),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。,绝对光谱响应,有效波长,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色溫2856K 運作下的鎢絲燈泡。下圖所示的是普通光源和光度感應器的一般波長特性。,CIE 標準照射體 A,4、發光角度,標示符號21/2單位度(o)定義1/2是指發光強度值為軸向強度值一半的
11、方向與發光軸向(法向)的夾角。我們所定義的角度即為半值角的2倍也稱為視角(或稱為半功率角),附:角度的測量,L值決定原則:類比圓弧效果,Sensor各點至LED等距取Sensor或Led尺寸較大者的10倍長度以上.,A.定義:wavelength的簡稱,即波長;B.單位:nm(1m=1000mm 1mm=1000um 1um=1000nm);C.:峰值波長 a.峰值波長由材料禁帶寬度Eg決定=1240/Eg(nm)b.可見光波長範圍為380780nm Eg11240/Eg11240/7801.60eV Eg21240/Eg21240/3803.26eV 因此我們討論的僅限於半導體禁帶寬度Eg介
12、於1.603.26eV材料。,5、波長(wavelength),P發光體或特體(經由反射或穿透)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P(Peak)-機器讀值,P,P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的積分球內再加一個驅動LED的恆流源電流在1100mA可調也可設置為方波恆流源電流在11000mA可調頻率1KHZ,占空比1/8.LED發的光通過光纜平行傳到凹面光柵多色儀的入射狹縫上經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CCD采樣放大和A/D轉換(讀到強度後轉
13、變電流)後送入計算機處理後即可獲得P().,D是人眼所見的可見光區(380780nm)其決定發光體或物體的光線主要在什麽波長便此稱為D(Dominate)-人眼讀值;,備注為何紅外線的LED晶粒須告訴客戶P(Peak)而對於可見光的LED晶粒有些客戶亦要求提供D(Dominate).,D,D的數學運算,在色度學上對D的數學運算有嚴謹的定義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:C.I.E.1931 observer):,說明若此發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
14、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,從圖中看出XYZ值分別為0.20.21.2x=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/(0.2+0.2+1.2)=0.2/1.6=0.125;將算出之XY值在1931 CIE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。,半波寬()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間隔為半波寬如右圖示,附件1:各波段對應的波長及頻率,很多人會發覺用兩
15、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。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。因為光是由物質的原子產生能量而形成的，並以電磁波的形式出現，所以不同的光源會產生不同成份的波長。下圖顯示的是電磁波頻譜。,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。一般來說，所有物質可以當成熱能的來源。眾所周知，發光輻射的波長和發光源的溫度之間有一定的關係。此關係稱為外因位移律(Wiens Displacement Law)，如
16、右圖所示。色溫的單位是K(開)，0K-273C。由於歷史性的原因，大部份供應商，在規格書上都使用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。,因为大部分光源所发出的光皆通称为白光，故光源的色表温度或相关色温度即用以指称其光色相对白的程度，以量化光源的光色表现。根据Max Planck的理论，将一具完全吸收与放射能力的标准黑体加热，温度逐渐升高光度亦随之改变；CIE色座标上的黑体曲线（Black body locus）显示黑体由红-橙红-黄-黄白-白-蓝白的过程。黑体加温到出现与光源相同或接近光色时的温度，定义为该光源的相关色温度，称色温。以绝对温K（Kelvin，或称开氏温度）为单位（K=+273.15）。因此，黑体加热至呈红色时温度约527即800K，其他温度影响光色变化。光色愈偏蓝，色温愈高；偏红则色温愈低。,6.色溫(Co1or Temperature),附件一:不同光源环境的相关色温度,附件二:不同光源的不同光色组成最佳环境,CIE 色圖,所有有可能存在的顏色座標(x,y)包含在蹄鐵形的曲線上或裡面。,純顏色位於蹄鐵形的曲線邊上，而白色的座標為（1/3，1/3）,光电元件常用的波長定義如下图,简介结束Thanks,
