文档介绍：LED特性及光度测量实验苏剑邦A8学号:08323016中山大学物理科学与工程技术学院光信息科学与技术邮政编码:510275中国图书馆分类号:O43摘要:通过设计简单的测试装置,并对发光二极管进行V-I特性曲线、P-I特性曲线的测量,了解发光二极管的发光机理、光学特性与电学特性,并掌握其测试方法。本文记录了红光LED和绿光LED的电流、电压、功率和光通量测量数据,以此研究探讨LED发光器件的发光特性。关键词:LEDV-I特性P-I特性光度MeasurementofthecharacteristicsandluminosityofLEDSujianbangA8ID:08323016SchoolofScienceandEngineeringofSUNYAT-SENUniversityPostalcode:510275Abstract:haracteristicsofLEDbymeasuringit’sV-IcurveandP-,urrent,voltage,:LED,V-Icharacteristic,P-Icharacteristic,luminosity【实验原理】LED是英文lightemittingdiode(发光二极管)的缩写,它属于固态光源,其基本结构是一块电致发光的半导体材料,置于一个有引线的架子上,然后四周用环氧树脂密封,起到保护内部芯线的作用(如图一)。常规的发光二极管芯片的结构如图二所示,主要分为衬底,外延层(图2中的N型氮化镓,铝镓铟磷有源区和P型氮化镓),透明接触层,P型与N型电极、钝化层几部分。图2、常规InGaN/蓝宝石LED芯片剖面图发光二极管的核心部分是由p型半导np电场eΔVpnnpδhνhν+++---(a)(b)(c)电子的电势能电子的电势能δ’体和n型半导体组成的晶片,在p型半导体和n型半导体之间有一个过渡层,称为p-n结。跨过此p-n结,电子从n型材料扩散到p区,而空穴则从p型材料扩散到n区,如右面的图3(a)所示。作为这一相互扩散的结果,在p-n结处形成了一个高度的eΔV的势垒,阻止电子和空穴的进一步扩散,达到平衡状态(见图3(b))。当外加一足够高的直流电压V,且p型材料接正极,n型材料接负极时,电子和空穴将克服在p-n结处的势垒,分别流向p区和n区。在p-n结处,电子与空穴相遇,复合,电子由高能级跃迁到低能级,电子将多余的能量将以发射光子的形式释放出来,产生电致发光现象。这就是发光二极管的发光原理。选择可以改变半导体的能带隙,从而就可以发出从紫外到红外不同波长的光线,且发光的强弱与注入电流有关,图3、发光二极管的工作原理2、发光二极管的特点和优点LED的内在特征决定了它是最理想的光源去代替传统的光源,它有着广泛的用途。主要包括(1)体积小(2)耗电量低(3)使用寿命长(4)高亮度、低热量。(5)环保(6)坚固耐用。3、发光二极管的主要特性(1)光谱分布、峰值波长和光谱辐射带宽:发光二极管所发之光并非单一波长,其波长具有正态分布的特点,在最大光谱能量(功率)处的波长成为峰值波长。即使有两个LED的峰值波长是一样的,但它们在人眼中引起的色感觉也是可能不同的。光谱辐射带宽是指光谱辐射功率大于等于最大值一半的波长间隔,它表示发光管的光谱纯度。(2)光通量:LED光源发射的辐射通量中能引起人眼视觉的那部分,称为光通量ΦV(单位是流明(lm)),是指LED向整个空间在单位时间内发射的能引起人眼视觉的辐射通量。但要考虑人眼对不同波长的可见光的光灵敏度是不同的,国际照明委员会(CIE)为人眼对不同波长单色光的灵敏度作了总结,在明视觉条件(亮度为3cd/m2以上)下,归结出人眼标准光度观测者光谱光效率函数V(),它在555nm上有最大值,此时1W辐射通量等于683lm,如图4示,其中V’()为暗视觉条件()下的光谱光视效率。图4明视觉和暗视觉条件下的光谱光效率函数探测器被测LED档屏图5积分球结构示意图通常,光通量的测量以明视觉条件作为测量条件,在测量时为了得到准确的测量结果,必须把LED发射的光辐射能量收集起来,并用合适的探测器(应具有CIE标准光度观测者光谱光效率函数的光谱响应)将它线性地转换成光电流,再通过定标确定被测量的大小。这里可以用积分球来收集光能量,如图5积分球又叫光度球,是一个球形空腔,由内壁涂有均匀的白色漫反射层(硫酸钡或氧化镁)的球壳组装而成,被测LED置于空腔内。LED器件发射的光辐射经积分球壁的多次反射,使整个球壁上的照度均匀分布,可用一置于球壁上的探测器来测量这