LED灯技术参数Word文档格式.docx

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答：

发光强度（光度，I）定义为:

点光源在某一方向上的发光强度，即是发光体在单位时间内所射出的光量，也简称为光度，常用单位为烛光（cd，坎德拉），一个国际烛光的定义为以鲸鱼油脂制成的蜡烛每小时燃烧120格冷（grain）所发出的光度，一格冷等于0.0648克

2.发光强度（光度）的单位是什么?

发光强度常用单位为烛光（cd，坎德拉），国际标准烛光（lcd）的定义为理想黑体在铂凝固点温度（1769℃）时，垂直于黑体（其表面积为1m2）方向上的60万分之一的光度，所谓理想黑体是指物体的放射率等于1，物体所吸收的能量可以全部放射出去，使温度一直保持均匀固定，国际标准烛光（candela）与旧标准烛光（candle）的互换关系为1candela=0.981candle

3.什么叫做光通量?

光通量的单位是什么?

光通量（φ）的定义是：

点光源或非点光源在单位时间内所发出的能量,其中可产生视觉者（人能感觉出来的辐射通量）即称为光通量。

光通量的单位为流明（简写lm），1流明（lumen或lm）定义为一国际标准烛光的光源在单位立体弧角内所通过的光通量，由于整个球面面积为4πR2，所以一流明光通量等于一烛光所发出光通量的1/4π，或者说球面有4π,因此按照流明的定义可知一个cd的点光源会辐射4π流明，即φ（流明）=4πI（烛光），假定△Ω为很小的立体弧角，在△Ω立体角内光通量△φ，则有△φ=△ΩI

4.一英尺烛光的含义是什么?

一英尺烛光是指距离一烛光的光源（点光源或非点光源）一英尺远而与光线正交的面上的光照度，简写为1ftc（1lm/ft2，流明/英尺2），即每平方英尺内所接收的光通量为1流明时的照度，并且1ftc=10.76lux

5.一米烛光的含义是什么?

一米烛光是指距离一烛光的光源（点光源或非点光源）一米远而与光线正交的面上的光照度，称为勒克斯（lux，也有写成lx），即每平方公尺内所接收的光通量为1流明时的照度（流明/米2）

6.1lux的含义是什么？

每平方公尺内所接收的光通量为1流明时的照度

7.照度的含义是什么?

照度（E）的定义为：

被照物体单位受照面积上所接受的光通量，或者说受光照射的物体在单位时间内每单位面积上所接受的光度，单位以米烛光或英尺烛光（ftc）表示

8.照度与光度、距离之间有什么关系?

照度与光度、距离间的关系是：

E（照度）=I（光度）/r2（距离平方）

9.被照体的照度大小与哪些因素有关?

被照体的照度与光源的发光强度及被照体和光源之间的距离有关，而与被照体的颜色、表面性质及表面积大小无关

光學照明用語

（1） 

光通量（Φv）：

單位:

流明（lumen,lm）

由一光源所發射並被人眼感知之所有輻射能稱之為光通量。

光強度（Iv）：

坎德拉 

（candela,cd） 

光源在某一方向立體角內之光通量大小。

一般而言，光源會向不同方向以不同之強度放射出其光通量。

在特定方向所放出之可見光輻射強度稱為光強度。

照度（Illuminance,E）

單位：

勒克斯（Lux,lx）

照度是光通量與被照面之比值。

1lux之照度為1流明（lm）之光通量均勻分佈在面積為一平方米之區域。

輝度（Luminance,L）

坎德拉每平方米（cd/㎡）

一光源或一被照面之輝度指其單位表面在某一方向上的光強度密度，也可說是人眼所感知此光源或被照面之明亮程度。

輻射計是用於測量不可見光特性的測量設備

輻射通量（Φe）：

瓦特（W）

輻射強度 

（Ie）：

瓦特每立方角（W/sr）

用於不可見光方面的量測

色溫（Co1orTemperature）

絕對溫度（Kelvin,K）

一個光源之色溫被定義為與其具有相同光色之"

標準黑體"

本身之絕對溫度值，此溫度可以在色度圖上之普朗克軌跡上找到其對應點。

標準黑體之溫度越高,其輻射出之光線光譜中藍色成份越多,紅色成份也就相對的越少。

以發出光色為暖白色之普通白熱燈泡為例，其色溫為2700K，而晝光色日光燈之色溫為6000K。

四、单色光LED的应用

最初LED用作仪器仪表的指示光源，后来各种光色的LED在交通信号灯和大面积显示屏中得到了广泛应用，产生了很好的经济效益和社会效益。

以12英寸的红色交通信号灯为例，在美国本来是采用长寿命，低光效的140瓦白炽灯作为光源，它产生2000流明的白光。

经红色滤光片后，光损失90%，只剩下200流明的红光。

而在新设计的灯中，Lumileds公司采用了18个红色LED光源，包括电路损失在内，共耗电14瓦，即可产生同样的光效。

汽车信号灯也是LED光源应用的重要领域。

1987年，我国开始在汽车上安装高位刹车灯，由于LED响应速度快（纳秒级），可以及早让尾随车辆的司机知道行驶状况，减少汽车追尾事故的发生。

另外，LED灯在室外红、绿、蓝全彩显示屏，匙扣式微型电筒等领域都得到了应用。

五、白光LED的开发

对于一般照明而言，人们更需要白色的光源。

1998年发白光的LED开发成功。

这种LED是将GaN芯片和钇铝石榴石（YAG）封装在一起做成。

GaN芯片发蓝光（λp=465nm，Wd=30nm），高温烧结制成的含Ce3+的YAG荧光粉受此蓝光激发后发出黄色光发射，峰值550nm。

蓝光LED基片安装在碗形反射腔中，覆盖以混有YAG的树脂薄层，约200-500nm。

LED基片发出的蓝光部分被荧光粉吸收，另一部分蓝光与荧光粉发出的黄光混合，可以得到得白光。

现在，对于InGaN/YAG白色LED，通过改变YAG荧光粉的化学组成和调节荧光粉层的厚度，可以获得色温3500-10000K的各色白光。

（如下图所示）

表一列出了目前白色LED的种类及其发光原理。

目前已商品化的第一种产品为蓝光单晶片加上YAG黄色荧光粉，其最好的发光效率约为25流明/瓦，YAG多为日本日亚公司的进口，价格在2000元/公斤；

第二种是日本住友电工亦开发出以ZnSe为材料的白光LED，不过发光效率较差。

从表中也可以看出某些种类的白色LED光源离不开四种荧光粉：

即三基色稀土红、绿、蓝粉和石榴石结构的黄色粉，在未来较被看好的是三波长光，即以无机紫外光晶片加R.G.B三颜色荧光粉，用于封装LED白光，预计三波长白光LED今年有商品化的机机会。

但此处三基色荧光粉的粒度要求比较小，稳定性要求也高，具体应用方面还在探索之中。

表一白色LED的种类和原理

芯片数

激发源

发光材料

发光原理

1

蓝色LED

InGaN/YAG

InGaN的蓝光与YAG的黄光混合成白光

蓝色LED

InGaN/荧光粉

InGaN的蓝光激发的红绿蓝三基色荧光粉发白光

ZnSe

由薄膜层发出的蓝光和在基板上激发出的黄光混色成白光

紫外LED

InGaN的紫外激发的红绿蓝三基色荧光粉发白光

2

黄绿LED

InGaN、GaP

将具有补色关系的两种芯片封装在一起，构成白色LED

3

绿色LED

红色LED

InGaN

AlInGaP

将发三原色的三种小片封装在一起，构成白色LED

多个

多种光色的LED

将遍布可见光区的多种光芯片封装在一起，构成白色LED

采用LED光源进行照明，首先取代耗电的白炽灯，然后逐步向整个照明市场进军，将会节约大量的电能。

近期，白色LED已达到单颗用电超过1瓦，光输出25流明，也增大了它的实用性。

表二和表三列出了白色LED的效能进展。

表二单颗白色LED的效能进展

年份发光效能（流明/瓦）备注

19985

199915相若白炽灯

200125相若卤钨灯

200550估计

表三长远发展目标

单颗白色LED

输入功率10瓦

发光效能100流明/瓦

输出光能1000流明/瓦

六、业界概况

在LED业者中，日亚化学是最早运用上述技术工艺研发出不同波长的高亮度LED，以及蓝紫光半导体激光（LaserDiode；

LD），是业界握有蓝光LED专利权的重量级业者。

在日亚化学取得兰色LED生产及电极构造等众多基本专利后，坚持不对外提供授权，仅采自行生产策略，意图独占市场，使得蓝光LED价格高昂。

但其他已具备生产能力的业者相当不以为然，部分日系LED业者认为，日亚化工的策略，将使日本在蓝光及白光LED竞争中，逐步被欧美及其他国家的LED业者抢得先机，届时将对整体日本LED产业造成严重伤害。

因此许多业者便千方百计进行蓝光LED的研发生产。

目前除日亚化学和住友电工外，还有丰田合成、罗沐、东芝和夏普，美商Cree，全球3大照明厂奇异、飞利浦、欧司朗以及HP、Siemens、Research、EMCORE等都投入了该产品的研发生产，对促进白光LED产品的产业化、市场化方面起到了积极的促进作用。

LED（发光二极管）说明：

发光二极管简称LED，采用砷化镓、镓铝砷、和磷化镓等材料制成，其内部结构为一个PN结，具有单向导电性。

当在发光二极管PN结上加正向电压时，PN结势垒降低，载流子的扩散运动大于漂移运动，致使P区的空穴注入到N区，N区的电子注入到P区，这样相互注入的空穴与电子相遇后会产生复合，复合时产生的能量大部分以光的形式出现，因此而发光。

发光二极管在制作时，使用的材料有所不同，那么就可以发出不同颜色的光。

发光二极管的发光颜色有：

红色光、黄色光、绿色光、红外光等。

发光二极管的外形有：

圆形、长方形、三角形、正方形、组合形、特殊形等。

常用的发光二极管应用电路有四种，即直流驱动电路、交流驱动电路、脉冲驱动电路、变色发光驱动电路。

使用LED作指示电路时，应该串接限流电阻，该电阻的阻值大小应根据不同的使用电压和LED所需工作电流来选择。

发光二极管的压降一般为3.0~3.4V，其工作电流一般取10~20mA为宜。

发光二极管主要参数与特性

LED是利用化合物材料制成pn结的光电器件。

它具备pn结结型器件的电学特性：

I-V特性、C-V特性和光学特性：

光谱响应特性、发光光强指向特性、时间特性以及热学特性。

1、LED电学特性

1.1 

I-V特性 

表征LED芯片pn结制备性能主要参数。

LED的I-V特性具有非线性、整流性质：

单向导电性，即外加正偏压表现低接触电阻，反之为高接触电阻。

如左图：

（1）正向死区：

（图oa或oa′段）a点对于V0为开启电压，当V＜Va，外加电场尚克服不少因载流子扩散而形成势垒电场，此时R很大；

开启电压对于不同LED其值不同，GaAs为1V，红色GaAsP为1.2V，GaP为1.8V，GaN为2.5V。

（2）正向工作区：

电流IF与外加电压呈指数关系

IF=IS（eqVF/KT–1） 

-------------------------IS为反向饱和电流。

V＞0时，V＞VF的正向工作区IF随VF指数上升 

IF=ISeqVF/KT 

（3）反向死区：

V＜0时pn结加反偏压

V=-VR时，反向漏电流IR（V=-5V）时，GaP为0V，GaN为10uA。

（4）反向击穿区V＜-VR，VR称为反向击穿电压；

VR电压对应IR为反向漏电流。

当反向偏压一直增加使V＜-VR时，则出现IR突然增加而出现击穿现象。

由于所用化合物材料种类不同，各种LED的反向击穿电压VR也不同。

1.2 

C-V特性

鉴于LED的芯片有9×

9mil（250×

250um），10×

10mil，11×

11mil（280×

280um），12×

12mil（300×

300um），故pn结面积大小不一，使其结电容（零偏压）C≈n+pf左右。

C-V特性呈二次函数关系（如图2）。

由1MHZ交流信号用C-V特性测试仪测得。

1.3最大允许功耗PFm

当流过LED的电流为IF、管压降为UF则功率消耗为P=UF×

IF

LED工作时，外加偏压、偏流一定促使载流子复合发出光，还有一部分变为热，使结温升高。

若结温为Tj、外部环境温度为Ta，则当Tj＞Ta时，内部热量借助管座向外传热，散逸热量（功率），可表示为P=KT（Tj–Ta）。

1.4响应时间

响应时间表征某一显示器跟踪外部信息变化的快慢。

现有几种显示LCD（液晶显示）约10-3~10-5S，CRT、PDP、LED都达到10-6~10-7S（us级）。

①响应时间从使用角度来看，就是LED点亮与熄灭所延迟的时间，即图中tr、tf。

图中t0值很小，可忽略。

②响应时间主要取决于载流子寿命、器件的结电容及电路阻抗。

LED的点亮时间——上升时间tr是指接通电源使发光亮度达到正常的10%开始，一直到发光亮度达到正常值的90%所经历的时间。

LED熄灭时间——下降时间tf是指正常发光减弱至原来的10%所经历的时间。

不同材料制得的LED响应时间各不相同；

如GaAs、GaAsP、GaAlAs其响应时间＜10-9S，GaP为10-7S。

因此它们可用在10~100MHZ高频系统。

2 

LED光学特性

发光二极管有红外（非可见）与可见光两个系列，前者可用辐射度，后者可用光度学来量度其光学特性。

2.1发光法向光强及其角分布Iθ

2.1.1 

发光强度（法向光强）是表征发光器件发光强弱的重要性能。

LED大量应用要求是圆柱、圆球封装，由于凸透镜的作用，故都具有很强指向性：

位于法向方向光强最大，其与水平面交角为90°

。

当偏离正法向不同θ角度，光强也随之变化。

发光强度随着不同封装形状而强度依赖角方向。

2.1.2 

发光强度的角分布Iθ是描述LED发光在空间各个方向上光强分布。

它主要取决于封装的工艺（包括支架、模粒头、环氧树脂中添加散射剂与否）

⑴ 

为获得高指向性的角分布（如图1）

①LED管芯位置离模粒头远些；

②使用圆锥状（子弹头）的模粒头；

③封装的环氧树脂中勿加散射剂。

采取上述措施可使LED2θ1/2=6°

左右，大大提高了指向性。

⑵当前几种常用封装的散射角（2θ1/2角）

圆形LED：

5°

、10°

、30°

、45°

2.2发光峰值波长及其光谱分布

⑴LED发光强度或光功率输出随着波长变化而不同，绘成一条分布曲线——光谱分布曲线。

当此曲线确定之后，器件的有关主波长、纯度等相关色度学参数亦随之而定。

LED的光谱分布与制备所用化合物半导体种类、性质及pn结结构（外延层厚度、掺杂杂质）等有关，而与器件的几何形状、封装方式无关。

下图绘出几种由不同化合物半导体及掺杂制得LED光谱响应曲线。

其中

LED 

光谱分布曲线

1蓝光InGaN/GaN 

2绿光GaP:

N 

3红光GaP:

Zn-O

4红外GaAs 

5Si光敏光电管 

6标准钨丝灯

①是蓝色InGaN/GaN发光二极管，发光谱峰λp=460～465nm；

②是绿色GaP:

N的LED，发光谱峰λp=550nm；

③是红色GaP:

Zn-O的LED，发光谱峰λp=680～700nm；

④是红外LED使用GaAs材料，发光谱峰λp=910nm；

⑤是Si光电二极管，通常作光电接收用。

由图可见，无论什么材料制成的LED，都有一个相对光强度最强处（光输出最大），与之相对应有一个波长，此波长叫峰值波长，用λp表示。

只有单色光才有λp波长。

⑵谱线宽度：

在LED谱线的峰值两侧±

△λ处，存在两个光强等于峰值（最大光强度）一半的点，此两点分别对应λp-△λ，λp+△λ之间宽度叫谱线宽度，也称半功率宽度或半高宽度。

半高宽度反映谱线宽窄，即LED单色性的参数，LED半宽小于40nm。

⑶主波长：

有的LED发光不单是单一色，即不仅有一个峰值波长；

甚至有多个峰值，并非单色光。

为此描述LED色度特性而引入主波长。

主波长就是人眼所能观察到的，由LED发出主要单色光的波长。

单色性越好，则λp也就是主波长。

如GaP材料可发出多个峰值波长，而主波长只有一个，它会随着LED长期工作，结温升高而主波长偏向长波。

2.3光通量

光通量F是表征LED总光输出的辐射能量，它标志器件的性能优劣。

F为LED向各个方向发光的能量之和，它与工作电流直接有关。

随着电流增加，LED光通量随之增大。

可见光LED的光通量单位为流明（lm）。

LED向外辐射的功率——光通量与芯片材料、封装工艺水平及外加恒流源大小有关。

目前单色LED的光通量最大约1lm，白光LED的F≈1.5~1.8lm（小芯片），对于1mm×

1mm的功率级芯片制成白光LED，其F=18lm。

2.4发光效率和视觉灵敏度

①LED效率有内部效率（pn结附近由电能转化成光能的效率）与外部效率（辐射到外部的效率）。

前者只是用来分析和评价芯片优劣的特性。

LED光电最重要的特性是用辐射出光能量（发光量）与输入电能之比，即发光效率。

②视觉灵敏度是使用照明与光度学中一些参量。

人的视觉灵敏度在λ=555nm处有一个最大值680lm/w。

若视觉灵敏度记为Kλ，则发光能量P与可见光通量F之间关系为 

P=∫Pλdλ 

；

F=∫KλPλdλ

③发光效率——量子效率η=发射的光子数/pn结载流子数=（e/hcI）∫λPλdλ

若输入能量为W=UI，则发光能量效率ηP=P/W

若光子能量hc=ev,则η≈ηP，则总光通F=（F/P）P=KηPW式中K=F/P

④流明效率：

LED的光通量F/外加耗电功率W=KηP

它是评价具有外封装LED特性，LED的流明效率高指在同样外加电流下辐射可见光的能量较大，故也叫可见光发光效率。

以下列出几种常见LED流明效率（可见光发光效率）：

LED

发光颜色

λp

（nm）

材料

可见光发光效率（lm/w）

外量子效率

最高值

平均值

红光

700

660

650

GaP:

GaAlAs

GaAsP

2.4

0.27

0.38

12

0.5

1~3

0.3

0.2

黄光

590

N-N

0.45

0.1

绿光

555

N

4.2

0.7

0.015~0.15

蓝光

465

GaN

10

白光

谱带

GaN+YAG

小芯片1.6，

大芯片18

品质优良的LED要求向外辐射的光能量大，向外发出的光尽可能多，即外部效率要高。

事实上，LED向外发光仅是内部发光的一部分，总的发光效率应为

η=ηiηcηe，式中ηi向为p、n结区少子注入效率，ηc为在势垒区少子与多子复合效率，ηe为外部出光（光取出效率）效率。

由于LED材料折射率很高ηi≈3.6。

当芯片发出光在晶体材料与空气界面时（无环氧封装）若垂直入射，被空气反射，反射率为（n1-1）2/（n1+1）2=0.32，反射出的占32%，鉴于晶体本身对光有相当一部分的吸收，于是大大降低了外部出光效率。

为了进一步提高外部出光效率ηe可采取以下措施：

①用折射率较高的透明材料（环氧树脂n=1.55并不理想）覆盖在芯片表面；

②把芯片晶体表面加工成半球形；

③用Eg大的化合物半导体作衬底以减少晶体内光吸收。

有人曾经用n=2.4~2.6的低熔点玻璃[成分As-S（Se）-Br（I）]且热塑性大的作封帽，可使红外GaAs、GaAsP、GaAlAs的LED效率提高4~6倍。

2.5发光亮度

亮度是LED发光性能又一重要参数，具有很强方向性。

其正法线方向的亮度BO=IO/A，指定某方向上发光体表面亮度等于发光体表面上单位投射面积在单位立体角内所辐射的光通量，单位为cd/m2或Nit。

若光源表面是理想漫反射面，亮度BO与方向无关为常数。

晴朗的蓝天和荧光灯的表面亮度约为7000Nit（尼特），从地面看太阳表面亮度约为14×

108Nit。

LED亮度与外加电流密度有关，一般的LED，JO（电流密度）增加BO也近似增大。

另外，亮度还与环境