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1、黎明职业大学2012毕业论文胡岳周不同功率LED参数测试与分析2012年毕业设计（论文） 题目：不同功率LED参数测试与分析 姓 名 ： xxx 系 别 ： 机 电 工 程 系 专 业 ： 应 用 电 子 技 术 学 号 ： 0906190124 组 员 ： xxx 、xxx 指导老师 ： 完成日期 ： 2011年12月 30日 不同功率LED参数测试与分析摘要本文的重点是大功率LED测试及分析。大功率LED的电参数和光参数，是通过测其光谱图和相应参数随电流的变化曲线图，然后再对其相关特性进行分析的。从分析中进一步加深对LED电参数和光参数等方面知识了解和认识。进而了解这些参数随电流的变化情况
2、，如正向电压（VF）、光通量（）、色温（Tc）等一系列参数的相应变化过程。测量和掌握LED的光电特性及外界因素对光电特性的影响，是正确使用大功率LED的基础将有助于更好大功率LED在照明方面合理应用，提高大功率LED的效率。关键词：LED结构，发光原理，电参数，光参数，VF，功率，光通量，色温，应用领域目录前 言 4一、LED的基础知识51.1 LED的结构及发光原理5 1.1.1 LED的结构5 1.1.2 LED的发光原理61.2 LED的基本参数7 1.2.1 LED的电参数7 1.2.2 LED的光学参数81.3 大功率LED 13二、LED光色电参数的测量142.1 大功率LED电参
3、数测试142.1.1 正向电流和正向电压的测试17 2.1.2 功率-电流变化曲线测试 18 2.2 大功率LED光参数试19 2.2.1 光通量的测量19 2.2.2 色温的测量21 2.3 大功率白光LED分析22三、LED的应用领域24四、总结 25五、参考文献 26六、附图：实验设备及测试LED灯27前言在21世纪，大功率LED照明技术的发展，引起了国内外光源界的普遍关注，现已成为有发展和影响力的一项高新技术。几年来，人们对高效新光源的需求与日俱增，大功率LED照明产品的开发、研制、生产已成为发展前景十分诱人的朝阳产业。随着我国绿色照明工程的组织实施，促进了大功率LED照明技术的创新和
4、发展，使得大功率LED照明技术在照明领域得以广泛应用，其潜在的市场使大功率LED照明技术显示出强大的发展潜力。随着LED照明技术的不断创新和发展，大功率白光LED相对于传统的白炽灯、荧光灯、节能灯、高压气体灯等传统的照明光源，具有节电、使用寿命及反应速度快等诸多优点，因此在LCD背光照明、交通灯、汽车照明、通用照明、景观照明、舞台灯光等市场具有竞争优势。在未来几年中，大功率白光LED照明灯具有将逐渐普及至一般家庭的各种照明灯具，将成为21世纪具有发展潜力的照明新光源。本论文将对大功率LED参数进行测试与分析，介绍LED的基本知识如：LED结构及原理、LED的电参数、LED的光参数等，并通过对测
5、试结果进行分析，分析一些主要的参数如：正向电压与正向电流变化曲线、光通量与正向电流的变化曲线、色温与正向电流变化曲线等，从分析中进一步加深对LED知识的了解，明白了一些变化过程。由于时间有限，实验条件有限，加之自己的水平有限，可能有些分析不够全面，还望老师指出，以便修正。一 LED基础知识1.1 LED的结构及发光原理1.1.1 LED的结构 LED是发光二极管( Light Emitting Diode, LED)的简称，是一种可以将电能转化为光能的电子器件具有二极管的特性，其核心部分是PN结。这种半导体组件一般是作为指示灯、显示板，它不但能够高效率地将电能转化为光能，而且拥有最长达数万小时
6、10 万小时的使用寿命，同时具备不若传统灯泡易碎，并能省电等优点。 图1-1 LED结构示意图 LED器件的制造目的是为了得到光，所以它的结构和普通半导体二极管并不一样，其结构主要由PN结芯片、电极和光学系统组成。当电极上加上正向偏压之后，使电子和空穴分别注入P区和N区，当非平衡少数载流子与多数载流子复合时，就会辐射光子的形成将多余的能量转化为光能。LED的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，所以LED的抗振性能好。LED的结构示意图如图11所示 。 从图中可以看出LED主要由支架、银胶、晶片、金线、环氧树脂五种物料所组成
7、。1)、支架： 支架的作用：用来导电和支撑 。 支架的组成：支架由支架素材经过电镀而形成，由里到外是素材、铜、镍、铜、银这五层所组成。2）、银胶： 银胶的作用：固定晶片和导电的作用。 银胶的主要成份：银粉占75-80%、EPOXY（环氧树脂）占10-15%、添加剂占5-10%。 银胶的使用：冷藏，使用前需解冻并充分搅拌均匀，因银胶放置长时间后，银粉。会沉淀，如不搅拌均匀将会影响银胶的使用性能。3）、晶片 晶片的作用：晶片是LED Lamp的主要组成物料，是发光的半导体材料。 晶片的组成：晶片是采用磷化镓（GaP）、镓铝砷（GaAlAs）或砷化镓（GaAs）、氮化镓（GaN）等材料组成，其内部结
8、构具有单向导电性。4）、金线： 金线的作用：连接晶片PAD（焊垫）与支架，并使其能够导通。 金线的纯度为99.99%Au；延伸率为2-6%，金线的尺寸有：0.9mil、1.0mil、1.1mil。5）、环氧树脂： 环氧树脂的作用：保护Lamp的内部结构，可稍微改变Lamp的发光颜色，亮度及角度；使Lamp成形。 封装树脂包括：A胶（主剂）、B胶（硬化剂）、DP（扩散剂）、CP（着色剂）四部份组成。其主要成分为环氧树脂（Epoxy Resin）、酸酐类（酸无水物 Anhydride）、高光扩散性填料（Light diffusion）及热安定性染料（dye）。图1-2 LED的发光原理 1.1.2
9、 LED的发光原理发光二极管是由-族化合物，如GaAs（砷化镓）、GaP（磷化镓）、GaAsP（磷砷化镓）等半导体制成的，其核心是PN结。因此它具有一般P-N结的I-U特性，即正向导通，反向截止、击穿特性。此外，在一定条件下，它还具有发光特性。在正向电压下，电子由N区注入P区，空穴由P区注入N区。进入对方区域的少数载流子（少子）一部分与多数载流子（多子）复合而发光，如图12所示。PN结根据其端电压构成一定的势垒：当加正向偏置时势垒下降，P区和N区的多数载流子向对方扩散。由于电子迁移率u比空穴率大得多，出现大量电子向P区扩散，构成对P区少数载流子的注入。这些电子与价带上的空穴复合，复合时得到的能
10、量以光能的形式释放，这就是PN结发光原理。假设发光是在P区中发生的，那么注入的电子与价带空穴直接复合而发光，或者先被发光中心捕获后，再与空穴复合发光。除了这种发光复合外，还有些电子被非发光中心（这个中心介于导带、介带中间附近）捕获，而后再与空穴复合，每次释放的能量不大，不能形成可见光。发光的复合量相对于非发光复合量的比例越大，光量子效率越高。由于复合是在少子扩散区内发光的，所以光仅在靠近PN结面数m以内产生。理论和实践证明，光的波长或频率取决于选用的半导体材料的能隙g,E即1240/Eg（mm）式中Eg的单位为电子伏特（eV）。若能产生可见光（波长在380nm紫光780nm红光），半导体材料的
11、Eg应在3.261.63eV之间。比红光波长长的光为红外光。现在已有红外、红、黄、绿及蓝光发光二极管，但其中蓝光二极管成本、价格很高，使用不普遍。半导体可分为直接跃迁和间接跃迁两种。LED大都采用直接跃迁材料，这样可使电子直接从导带跃迁到价带与空穴复合而发光，有很高的效率：反之，采用间接跃迁材料，其效率就低一些。1.2 LED的基本参数LED是利用化合物材料制成PN结的光电器件，它具备PN结结型器件的电学参数特性（I-V特性、C-V特性）和光学特性等。图1-3 LED的I-U特性1.2.1 LED的电参数（1）LED的I-U特性图13所示为LED工作的I-U特性图。发光二极管具有与一般半导体二
12、极管相似的输入伏安特性曲线，下面分别就对图中所示的各段进行说明。 l OA段：正向死区 VA为开启LED发光的电压。红色（黄色）LED的开启电压一般为0.20.25V,绿色（蓝色）LED的开启电压一般为0.30.35V。l AB段：工作区 在这一区段，一般是随着电压增加电流也跟着增加，发光亮度也跟着增大。但在这个区段内要特别注意，如果不加任何保护，当正向电压增加到一定值后，那么发光二极管的正向电压会减小，而正向电流会加大。如果没有保护电路，会因电流增大而烧坏发光二极管。 l OC段：反向死区 发光二极管加反向电压是不发光的（不工作），但有反向电流。这个反向电流通常很小，一般在几A之内。在19901995年，反向电流定为10A，19952000年为5A；目前一般是在3A以下，但基本上是0A。 l CD段：反向击穿区 发光二极管的反向电压一般不要超过10V，最大不得超过15V。超过这个电压，就会出现反向击穿，导致LED报废。 （2）LED的电学指标对于LED器件，一般常用的电学指标有以下几项。u 正向电压VF：LED正向电流在20mA时的正向电压。u 正向
