LED光學(xué)性能分析整理：

　　半導(dǎo)體發(fā)光二極管（LED）已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于指示燈、信號(hào)燈、儀表顯示、手機(jī)背光、車載光源等場(chǎng)合，尤其是白光LED技術(shù)的發(fā)展，LED在照明領(lǐng)域的應(yīng)用也越來(lái)越廣泛。但是過(guò)去對(duì)于LED的測(cè)試沒有較全面的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，在生產(chǎn)實(shí)踐中只能以相對(duì)參數(shù)為依據(jù)，不同的廠家、用戶、研究機(jī)構(gòu)對(duì)此爭(zhēng)議很大，導(dǎo)致國(guó)內(nèi)LED產(chǎn)業(yè)的發(fā)展受到嚴(yán)重影響。因此，半導(dǎo)體發(fā)光二極管測(cè)試方法國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)運(yùn)而生。

　　LED測(cè)試方法

　　基于LED各個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域的實(shí)際需求，LED的測(cè)試需要包含多方面的內(nèi)容，包括：電特性、光特性、開關(guān)特性、顏色特性、熱學(xué)特性、可靠性等。

　　1、電特性

　　LED是一個(gè)由半導(dǎo)體無(wú)機(jī)材料構(gòu)成的單極性PN結(jié)二極管，它是半導(dǎo)體PN結(jié)二極管中的一種，其電壓-電流之間的關(guān)系稱為伏安特性。由圖1可知，LED電特性參數(shù)包括正向電流、正向電壓、反向電流和反向電壓，LED必須在合適的電流電壓驅(qū)動(dòng)下才能正常工作。通過(guò)LED電特性的測(cè)試可以獲得LED的最大允許正向電壓、正向電流及反向電壓、電流，此外也可以測(cè)定LED的最佳工作電功率。

　　LED電特性的測(cè)試一般利用相應(yīng)的恒流恒壓源供電下利用電壓電流表進(jìn)行測(cè)試。

　　2、光特性

　　類似于其它光源，LED光特性的測(cè)試主要包括光通量和發(fā)光效率、輻射通量和輻射效率、光強(qiáng)和光強(qiáng)分布特性和光譜參數(shù)等。0.0

　　（1）光通量和光效

　　有兩種方法可以用于光通量的測(cè)試，積分球法和變角光度計(jì)法。變角光度計(jì)法是測(cè)試光通量的最精確的方法，但是由于其耗時(shí)較長(zhǎng)，所以一般采用積分球法測(cè)試光通量。如圖2所示，現(xiàn)有的積分球法測(cè)LED光通量中有兩種測(cè)試結(jié)構(gòu)，一種是將被測(cè)LED放置在球心，另外一種是放在球壁。

　　圖2 積分球法測(cè)LED光通量

　　此外，由于積分球法測(cè)試光通量時(shí)光源對(duì)光的自吸收會(huì)對(duì)測(cè)試結(jié)果造成影響，因此，往往引入輔助燈，如圖3所示。

　　圖3 輔助燈法消除自吸收影響

　　在測(cè)得光通量之后，配合電參數(shù)測(cè)試儀可以測(cè)得LED的發(fā)光效率。而輻射通量和輻射效率的測(cè)試方法類似于光通量和發(fā)光效率的測(cè)試。

　?。?）光強(qiáng)和光強(qiáng)分布特性

　　圖4 LED光強(qiáng)測(cè)試中的問(wèn)題

　　如圖4所示，點(diǎn)光源光強(qiáng)在空間各方向均勻分布，在不同距離處用不同接收孔徑的探測(cè)器接收得到的測(cè)試結(jié)果都不會(huì)改變，但是LED由于其光強(qiáng)分布的不一致使得測(cè)試結(jié)果隨測(cè)試距離和探測(cè)器孔徑變化。因此，CIE-127提出了兩種推薦測(cè)試條件使得各LED在同一條件下進(jìn)行光強(qiáng)測(cè)試與評(píng)價(jià)，目前CIE-127條件已經(jīng)被各LED制造商和檢測(cè)機(jī)構(gòu)引用。

　　圖5 CIE-127推薦LED光強(qiáng)測(cè)試條件

　?。?）光譜參數(shù)

　　LED的光譜特性參數(shù)主要包括峰值發(fā)射波長(zhǎng)、光譜輻射帶寬和光譜功率分布等。單色LED的光譜為單一波峰，特性以峰值波長(zhǎng)和帶寬表示，而白光LED的光譜由多種單色光譜合成。所有LED的光譜特性都可由光譜功率分布表示，而由LED的光譜功率分布還可計(jì)算得到色度參數(shù)。

　　光譜功率分布的測(cè)試需要通過(guò)分光進(jìn)行，將各色光從混合的光中區(qū)分出來(lái)進(jìn)行測(cè)定，一般可以采用棱鏡和光柵實(shí)現(xiàn)分光測(cè)定。

　　圖6 白光LED光譜功率分布

　　3、開關(guān)特性

　　LED開關(guān)特性是指LED通電和斷電瞬間的光、電、色變化特性。通過(guò)LED開關(guān)特性的測(cè)試可以獲得LED在通斷電瞬間工作狀態(tài)、物質(zhì)屬性等的變化規(guī)律，由此不僅可了解通斷電對(duì)LED的損耗，也可用以指導(dǎo)LED驅(qū)動(dòng)模塊的設(shè)計(jì)等。

　　4、顏色特性

　　LED的顏色特性主要包括色品坐標(biāo)、主波長(zhǎng)、色純度、色溫及顯色性等，LED的顏色特性對(duì)白光LED尤為重要。 現(xiàn)有的顏色特性測(cè)試方法有分光光度法和積分法。如圖7所示：分光光度法是通過(guò)單色儀分光測(cè)得LED光譜功率分布，之后利用色度加權(quán)函數(shù)積分獲得對(duì)應(yīng)色度參數(shù)；積分法是利用特定濾色片配合光電探測(cè)器直接測(cè)得色度參數(shù)；分光光度法的準(zhǔn)確性要大大高于積分法。

　　圖7 LED顏色特性測(cè)試方法

　　5、熱學(xué)特性

　　LED的熱學(xué)特性主要指熱阻和結(jié)溫。熱阻是指沿?zé)崃魍ǖ郎系臏囟炔钆c通道上耗散的功率之比。結(jié)溫是指LED的PN結(jié)溫度。LED的熱阻和結(jié)溫是影響LED光電性能的重要因素。

　　現(xiàn)有的對(duì)LED結(jié)溫的測(cè)試一般有兩種方法：一種是采用紅外測(cè)溫顯微鏡或微型熱偶測(cè)得LED芯片表面的溫度并視其為L(zhǎng)ED的結(jié)溫，但是準(zhǔn)確度不夠；另外一種是利用確定電流下的正向偏壓與結(jié)溫之間反比變化的關(guān)系來(lái)判定LED的結(jié)溫，這種方法較復(fù)雜。

　　6、可靠性

　　LED的可靠性包括靜電敏感度特性、壽命、環(huán)境特性等。

　　靜電敏感度特性是指LED能承受的靜電放電電壓。某些LED由于電阻率較高，且正負(fù)電極距離很短，若兩端的靜電電荷累積到一定值時(shí)，這一靜電電壓會(huì)擊穿PN結(jié)，嚴(yán)重時(shí)可將PN結(jié)擊穿導(dǎo)致LED失效，因此必須對(duì)LED的靜電敏感度特性進(jìn)行測(cè)試，獲得LED的靜電放電故障臨界電壓。目前一般采用人體模式、機(jī)器模式、器件充電模式來(lái)模擬現(xiàn)實(shí)生活中的靜電放電現(xiàn)象。

　　為了觀察LED在長(zhǎng)期連續(xù)使用情況下光性能的變化規(guī)律，需要對(duì)LED進(jìn)行抽樣試驗(yàn)，通過(guò)長(zhǎng)期觀察和統(tǒng)計(jì)獲得LED壽命參數(shù)。

　　對(duì)于LED環(huán)境特性的試驗(yàn)往往采用模擬LED在應(yīng)用中遇到的各類自然侵襲，一般有：高低溫沖擊試驗(yàn)、濕度循環(huán)試驗(yàn)、潮濕試驗(yàn)、鹽霧試驗(yàn)、沙塵試驗(yàn)、輻照試驗(yàn)、振動(dòng)和沖擊試驗(yàn)、跌落試驗(yàn)、離心加速度試驗(yàn)等。

　　三、國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的制定

　　總結(jié)以上測(cè)試方法，半導(dǎo)體發(fā)光二極管測(cè)試方法國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)對(duì)LED電特性、光學(xué)特性、熱學(xué)特性、靜電特性及壽命測(cè)試都作了相應(yīng)的規(guī)定。

　　對(duì)于電特性測(cè)試，標(biāo)準(zhǔn)分別規(guī)定了LED正向電壓、反向電壓、反向電流的測(cè)試框圖；對(duì)于光通量測(cè)試，標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定采用2π立體角測(cè)試結(jié)構(gòu)；對(duì)于光強(qiáng)測(cè)試，標(biāo)準(zhǔn)引用了CIE-127的推薦條件；此外，對(duì)光譜測(cè)試、熱學(xué)特性測(cè)試、靜電放電敏感度測(cè)試、壽命測(cè)試等都作了明確的規(guī)定。

　　國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的制定總結(jié)了現(xiàn)有LED的測(cè)試方法，將其中的科學(xué)適用的方法升級(jí)為標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試方法，很好地消除了各界在LED測(cè)試領(lǐng)域存在的分歧，也使測(cè)試結(jié)果更加真實(shí)地反映我國(guó)LED產(chǎn)業(yè)的整體水平。但是鑒于LED技術(shù)還在處于不斷地發(fā)展之中，國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的制定并不是一勞永逸的，應(yīng)當(dāng)時(shí)刻將最新最合適的測(cè)試技術(shù)引入標(biāo)準(zhǔn)之中。

　　LCD和LED的區(qū)別是什么？

　　購(gòu)買過(guò)組裝電腦朋友相信對(duì)顯示器選購(gòu)也比較注重，不少商家也會(huì)為大家推薦一些顯示器，其中顯示器在當(dāng)前有分LED或LCD顯示兩種，那么就目前而言什么是LED與LCD液晶顯示器呢？為了讓大家在選購(gòu)的時(shí)候能避免商家的誤導(dǎo)選了不合適自己的產(chǎn)品，筆者為大家講解一下日常生活中消費(fèi)者容易遇到的選購(gòu)顯示器的相關(guān)知識(shí)。

　　LED顯示器與LCD顯示器知識(shí)

　　下面我們先來(lái)簡(jiǎn)單的了解下什么是LED液晶顯示器以及什么是LCD液晶顯示器。

　　什么是LCD液晶顯示器？ LCD與LED液晶顯示屏的區(qū)別 lcd與led哪個(gè)更好？

　　LCD液晶顯示器是Liquid Crystal Display 的簡(jiǎn)稱，LCD的構(gòu)造是在兩片平行的玻璃當(dāng)中放置液態(tài)的晶體，兩片玻璃中間有許多垂直和水平的細(xì)小電線，透過(guò)通電與否來(lái)控制桿狀水晶分子改變方向，將光線折射出來(lái)產(chǎn)生畫面。值得注意的是，液晶分子本身是不能發(fā)光的，所以要依靠背光源發(fā)光，所以就會(huì)出現(xiàn)CCFL背光和LED背光。

　　什么是LED顯示器？

　　LED顯示器是指直接以LED（發(fā)光二極管）作為像素發(fā)光元件的顯示器，組成陣列的發(fā)光二極管直接發(fā)出紅，綠，藍(lán)三色的光線，進(jìn)而形成彩色畫面。但由于發(fā)光二極管本身直徑較大，因此同色像素之間的距離也較大（也就是我們常說(shuō)的點(diǎn)距），所以LED顯示器通常來(lái)說(shuō)只適于大屏幕顯示。

　　LED顯示器在大型場(chǎng)合的應(yīng)用

　　LED顯示器集微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、信息處理于一體，以其色彩鮮艷、動(dòng)態(tài)范圍廣、亮度高、壽命長(zhǎng)、工作穩(wěn)定可靠等優(yōu)點(diǎn)，成為最具優(yōu)勢(shì)的公眾顯示媒體，目前，LED顯示器已廣泛應(yīng)用于大型廣場(chǎng)、商業(yè)廣告、體育場(chǎng)館、信息傳播、新聞發(fā)布、證券交易等，可以滿足不同環(huán)境的需要。

　　目前商家所說(shuō)的LED顯示器是指采用白光LED背光的顯示器產(chǎn)品，和普通液晶顯示器的區(qū)別是背光源的改變。其實(shí)說(shuō)的簡(jiǎn)單點(diǎn)，商家所說(shuō)的LED顯示器就是LED背光顯示器，真正的LED顯示器暫時(shí)還沒有應(yīng)用到桌面顯示器上。相對(duì)于CCFL背光顯示器，只是改變背光源而已。總的來(lái)說(shuō)LED背光顯示器和CCFL背光顯示器都是LCD，所以廠商和商家所說(shuō)的LED和LCD兩個(gè)概念，是錯(cuò)誤的。