LED光电参数介绍.ppt

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白光白光LED及功率及功率LED简介简介黄海山黄海山2009-3-9主要内容nLED发光原理发光原理n芯片结构芯片结构n光（色）参数光（色）参数n电参数电参数n热参数热参数n工艺工艺n不良不良n应用应用nGR&RLED发光原理n芯片的发光原理芯片的发光原理n芯片的核心是芯片的核心是PN结。

通过掺杂工艺使结。

通过掺杂工艺使N型区内电子很多而空穴很少，型区内电子很多而空穴很少，P型区型区内空穴很多而电子很少。

多子的扩散（浓度差导致）与少子的漂移（内空穴很多而电子很少。

多子的扩散（浓度差导致）与少子的漂移（PN区区的内建电场作用导致）的动态平衡使得的内建电场作用导致）的动态平衡使得P区与区与N区之间形成区之间形成PN结（耗尽层）结（耗尽层）n当在当在PN结两端加上正向偏压之后，结两端加上正向偏压之后，动态平衡被破坏，电子在电场作用下动态平衡被破坏，电子在电场作用下由由N区注入区注入P区，空穴由区，空穴由P区注入区注入N区区，进入对方区域的少数载流子（少子），进入对方区域的少数载流子（少子）与多数载流子（多子）复合与多数载流子（多子）复合，就会以，就会以辐射光子的形式将多余的能量转化为辐射光子的形式将多余的能量转化为光能。

光能。

激发态，不稳定,自发自发辐射辐射，跳回基态，并发光芯片结构n横向结构横向结构n垂直结构垂直结构横向结构垂直结构光参数n光通量（光通量（）n光强（光强（Iv）n半强角（半强角（1/2）n色坐标（色坐标（XY）n波长波长（主波长（主波长D、峰值波长、峰值波长p、平均波长、平均波长）n色温、相对色温（色温、相对色温（Tc）n显色指数（显色指数（Ra）n光效光效光通量（）n光源每秒种发出的可见光量之光源每秒种发出的可见光量之和和n点光源或非点光源在单位时间点光源或非点光源在单位时间内所发出的能量内所发出的能量,其中可产生视其中可产生视觉者（人能感觉出来的辐射通觉者（人能感觉出来的辐射通量）即称为光通量量）即称为光通量n单位：

流明（单位：

流明（lm）n光通量并不等同与光功率，这光通量并不等同与光功率，这其中与光学窗口有关，也就是其中与光学窗口有关，也就是人眼睛对颜色的灵敏度。

人的人眼睛对颜色的灵敏度。

人的眼睛对眼睛对555nm（绿光绿光）灵敏度最灵敏度最强，所以同样条件下绿光相比强，所以同样条件下绿光相比蓝光而言具有更高的光通量。

蓝光而言具有更高的光通量。

光通量n测试方法：

测试方法：

积分球法积分球法和和变角光度计法变角光度计法。

如图所示，现有的积分球法测。

如图所示，现有的积分球法测LED光通量中有两种测试结构，一种是将被测光通量中有两种测试结构，一种是将被测LED放置在球心，另外一种是放放置在球心，另外一种是放在球壁。

在球壁。

n积分球内壁涂白色漫反射层，且球内壁各点积分球内壁涂白色漫反射层，且球内壁各点漫射均匀漫射均匀。

光源在球壁上任意。

光源在球壁上任意一点上产生的光照度是由多次反射光产生的光照度叠加而成的。

由积分学一点上产生的光照度是由多次反射光产生的光照度叠加而成的。

由积分学原理可得，球面上任意一点的光照度为与光源光通量成正比，因此可利用原理可得，球面上任意一点的光照度为与光源光通量成正比，因此可利用已知光通量的标准灯与被测灯进行比较得到被测灯的光通量已知光通量的标准灯与被测灯进行比较得到被测灯的光通量光强（Iv）n描述了光源在某方向上的强描述了光源在某方向上的强度度n定义为发射到单位立体角内定义为发射到单位立体角内的光通量值的光通量值n法向光强、最大光强法向光强、最大光强n光强空间分布曲线：

表征光光强空间分布曲线：

表征光源在各个方向上的强度源在各个方向上的强度n单位：

坎德拉（单位：

坎德拉（cd）n1坎德拉表示在单位立体角坎德拉表示在单位立体角内辐射出内辐射出1流明的光通量流明的光通量光强nLED由于其光强分布的不一致使得测试结果随测试距由于其光强分布的不一致使得测试结果随测试距离和探测器孔径变化。

因此，离和探测器孔径变化。

因此，CIE-127提出了两种推提出了两种推荐测试条件使得各个荐测试条件使得各个LED在同一条件下进行光强测试在同一条件下进行光强测试与评价与评价nd=100mm，圆孔，圆孔=100mm2nd=316mm，圆孔，圆孔=100mm2半强角（1/2）n发光强度值为轴向强度值一半的方向与发光轴向（法向）的夹发光强度值为轴向强度值一半的方向与发光轴向（法向）的夹角角n体现体现LED的视角大小的视角大小n与产品的封装外形、封装深度有关与产品的封装外形、封装深度有关色坐标（x，y）n表示表示CIE1931色度图色度图上的一个点上的一个点n包含了颜色的饱和度、包含了颜色的饱和度、色调、色温、主波长等色调、色温、主波长等信息信息CIE1931RGBCIE1976UCSL*a*b色空间的色立体表示法孟赛尔色度图CIE1931XYZCIE1931色度图（CIE1931ChromaticityDiagram）（CIE1931xyY）n图中图中xx坐标是红原色的比例，坐标是红原色的比例，yy坐标坐标是绿原色的比例，代表蓝原色的坐是绿原色的比例，代表蓝原色的坐标标zz可由可由xxyyzz11推出推出n弧线上的各点代表纯光谱色，此弧弧线上的各点代表纯光谱色，此弧线称为线称为光谱轨迹光谱轨迹。

从。

从400400纳米纳米（紫紫）到到700700纳米纳米（红红）的直线是光谱上没的直线是光谱上没有的紫有的紫-红颜色系列红颜色系列（非光谱色非光谱色）。

n中心点中心点CC代表白色，相当于中午太代表白色，相当于中午太阳光的颜色，其色品坐标为阳光的颜色，其色品坐标为xx0.31010.3101，yy0.31620.3162。

n任何两种颜色混合时，混合色的颜任何两种颜色混合时，混合色的颜色点一定在前两颜色点的连线上。

色点一定在前两颜色点的连线上。

n色域色域n自然界中各种实际颜色都位于这条自然界中各种实际颜色都位于这条闭合曲线内闭合曲线内，轮廓包含所有的感，轮廓包含所有的感知色调知色调CIE1931色度图（CIE1931ChromaticityDiagram）（CIE1931xyY）n色品图上任给一点色品图上任给一点SS，连结，连结CSCS，其，其延长线交光谱轨迹于延长线交光谱轨迹于OO点，点，OO点处点处的波长即颜色的波长即颜色SS的的主波长主波长，决定了，决定了颜色颜色SS的的色调色调。

n从从CC到到SS点和点和OO点的距离之比点的距离之比CSCSCOCO为该颜色的为该颜色的饱和度（纯度）饱和度（纯度）。

n从光谱轨迹上任一点通过从光谱轨迹上任一点通过CC点引一点引一直线到达对侧光谱轨迹上的另一直线到达对侧光谱轨迹上的另一点，则该直线两端的颜色互为点，则该直线两端的颜色互为补补色色。

从代表非光谱色系列的直线。

从代表非光谱色系列的直线上任一点上任一点PP通过通过CC点引一直线，交点引一直线，交光谱轨迹于光谱轨迹于QQ点，点，QQ点的颜色是点的颜色是PP点点非光谱色的补色。

非光谱色的表非光谱色的补色。

非光谱色的表示方法是在它的补色波长后加一示方法是在它的补色波长后加一字母字母cc波长n用于表征光的颜色用于表征光的颜色n对于波长为对于波长为585nm的的光，当颜色变化大于光，当颜色变化大于1nm时，人眼就可以感时，人眼就可以感觉到。

而对于波长为觉到。

而对于波长为650nm的红光，当颜的红光，当颜色变化在色变化在3nm的时候，的时候，人眼才能察觉到。

对于人眼才能察觉到。

对于波长为波长为465nm的蓝光的蓝光和和525nm的绿光，人的绿光，人眼的分辨率分别为眼的分辨率分别为2nm和和3nm。

波长n主波长（主波长（D）n任何一个颜色都可以看作为用某一个光谱色按一定任何一个颜色都可以看作为用某一个光谱色按一定比例与一个参照光源（如比例与一个参照光源（如CIE标准光源标准光源A、B、C等，等，等能光源等能光源E，标准照明体，标准照明体D65等）相混合而匹配出等）相混合而匹配出来的颜色来的颜色n相当于人眼观测到的颜色的色调（心理量）相当于人眼观测到的颜色的色调（心理量）n无法唯一的表示一个颜色无法唯一的表示一个颜色n峰值波长（峰值波长（p）：

光谱辐射功率最大的波长。

）：

光谱辐射功率最大的波长。

色温、相关色温（Tc）n将一标准黑体加热，温度升高到一定程度时颜色开始由深红将一标准黑体加热，温度升高到一定程度时颜色开始由深红-浅红浅红-橙黄橙黄-白白-蓝，逐渐改变，某光源与黑体的颜色相同时，蓝，逐渐改变，某光源与黑体的颜色相同时，我们将黑体当时的绝对温度称为该光源之我们将黑体当时的绝对温度称为该光源之色温色温。

n相关色温相关色温：

当光源所发出的光的颜色与黑体在某一温度下辐射当光源所发出的光的颜色与黑体在某一温度下辐射的颜色接近时，黑体对应的温度就称为该光源的相对色温。

的颜色接近时，黑体对应的温度就称为该光源的相对色温。

n单位：

开尔文（单位：

开尔文（K）n色温在色温在3300K以下，光色偏红给以温暖的感觉；有稳重的气氛，以下，光色偏红给以温暖的感觉；有稳重的气氛，温暖的感觉；温暖的感觉；n色温在色温在3000-6000K为中间，人在此色调下无特别明显的视为中间，人在此色调下无特别明显的视觉心理效果，有爽快的感觉；故称为觉心理效果，有爽快的感觉；故称为“中性中性”色温。

色温。

n色温超过色温超过6000K，光色偏蓝，给人以清冷的感觉，光色偏蓝，给人以清冷的感觉，n自然光源（太阳、自然光源（太阳、星星、火等）的温星星、火等）的温度特性曲线都非常度特性曲线都非常接近普朗克轨迹接近普朗克轨迹（黑体辐射轨迹）（黑体辐射轨迹）n人工光源中，只有人工光源中，只有白炽灯与黑体加热白炽灯与黑体加热发光相似发光相似，一般使，一般使用相关色温表征用相关色温表征普朗克轨迹等温线显色指数（Ra）n把光源对物体真实颜色的呈现程度称为光源的显色性，把光源对物体真实颜色的呈现程度称为光源的显色性，为了对光源的显色性进行定量的评价，引入显色指数为了对光源的显色性进行定量的评价，引入显色指数的概念。

的概念。

n以标准光源（太阳）为准，将其显色指数定位以标准光源（太阳）为准，将其显色指数定位100，其余光源的显色指数越接近其余光源的显色指数越接近100，说明光源对物体颜，说明光源对物体颜色的还原性越好。

色的还原性越好。

n显色性高的光源对颜色表现较好，我们所见到的颜色显色性高的光源对颜色表现较好，我们所见到的颜色也就接近自然色，显色性低的光源对颜色表现较差，也就接近自然色，显色性低的光源对颜色表现较差，我们所见到的颜色偏差也较大我们所见到的颜色偏差也较大n连续光谱、非连续光谱连续光谱、非连续光谱n提高色温的方法提高色温的方法nYAG荧光粉、硅酸盐荧光粉的差异荧光粉、硅酸盐荧光粉的差异硅酸盐荧光粉YAG荧光粉麦克亚当宽容度椭圆n对人眼视觉来说对人眼视觉来说，当一，当一种颜色在种颜色在CIE色度图上色度图上的坐标位置变化很小时，的坐标位置变化很小时，人眼仍认为它是原来的人眼仍认为它是原来的颜色，颜色，感觉不出它的变感觉不出它的变化。

因此，化。

因此，每个颜色实每个颜色实际上是一个范围际上是一个范围（即所谓即所谓的的“颜色宽容量颜色宽容量”），在这个范围内变化时人在这个范围内变化时人跟视觉是感觉不到的。

跟视觉是感觉不到的。

n为各种颜色的分光、分为各种颜色的分光、分bin提供依据。

提供依据。

n坐标上距离差与眼睛所坐标上距离差与眼睛所感觉色差不相同，所以感觉色差不相同，所以CIE1931色度图不是一色度图不是一个均匀色彩系统。

个均匀色彩系统。

光效n光源所发出的总光通量（流明、亮度）与该光光源所发出的总光通量（流明、亮度）与该光源所消耗的电功率（瓦）的比值，称为该光源源所消耗的电功率（瓦）的比值，称为该光源的光效。

的光效。

n发光效率值越高，表明照明器材将电能转化为发光效率值越高，表明照明器材将电能转化为光能的能力越强，即在提供同等亮度的情况下，光能的能力越强，即在提供同等亮度的情况下，该照明器材的节能性越强