3 測量結(jié)果與分析

3.1 LED的伏安特性

通過圖1測量了在常溫下5種顏色LED的伏安特性曲線如圖6所示。LED臨界導(dǎo)通狀態(tài)下的電壓稱為閾值電壓，根據(jù)圖7中的擬合公式算出擬合直線與橫軸交點 得到5種LED的正常電壓，為后續(xù)測試的正常發(fā)光條件做準(zhǔn)備。根據(jù)公式λ=[(hc)/e]Ud和上述數(shù)據(jù)，計算發(fā)光二極管的發(fā)光波長與理論主波長相吻 合。由圖6可知，開始時LED電流隨電壓變化幾乎不變，大于閾值電壓后，電流隨電壓以104~236mA/V 的變化率呈線性增加，其中紅色方形LED的增長最快，而白色圓形LED的增長最慢。5種LED的正常工作電壓、閾值電壓和發(fā)光波長如表1所示。表1顯示除 紅色方形的LED以外，其他4種LED的正常電壓、閾值電壓大約分別在3V和2V;紅色方形LED的發(fā)光波長最長，其他4種LED發(fā)光波長均在500nm 左右。

3.2 LED的光強(qiáng)分布特性

LED的光強(qiáng)分布測試結(jié)果如圖8所示。光強(qiáng)分布曲線能恰當(dāng)?shù)胤从彻庠茨芰康目臻g分布狀況。可以從光強(qiáng)空間分布確定5種LED的發(fā)光范圍。實驗所用照度表的 傳感器面積是9mm2,測試半徑為8cm,通過計算所得數(shù)據(jù)與國際標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的測量LED的光強(qiáng)條件數(shù)據(jù)相吻合，即所測量的光源可近似為點光源。由測量結(jié)果 可發(fā)現(xiàn)：方形LED更具有指向性;所有LED在其中央法線處的光強(qiáng)最強(qiáng)。常用半值角描述LED發(fā)光分布特性，半值角θ越小所對應(yīng)的指向性越強(qiáng)(見表2)， 這可為用戶根據(jù)使用情況選擇二極管提供參考。

3.3 LED的光譜特性

利用TCS230顏色傳感器在暗箱內(nèi)進(jìn)行光譜測量。本文采用的顏色傳感器是將紅、綠、藍(lán)、透明4組濾光鏡集成，通過光電二極管采集光強(qiáng)，由電路轉(zhuǎn)換為脈沖 輸出。利用它測量了上述5種顏色LED的發(fā)光光譜，并將其測量結(jié)果與單色儀所測得的結(jié)果進(jìn)行比較，判斷顏色傳感器測量的準(zhǔn)確狀況。單色儀和顏色傳感器所測得光譜特性曲線如圖9和10所示，用顏色傳感器所測得的發(fā)光成分如圖11所示。從測量結(jié)果可知，顏色傳感器在480~635nm的工作范圍內(nèi)，與單色儀所 測量結(jié)果基本一致。

峰值波長是描述光譜特性的重要參量。通過實驗可知，紅、藍(lán)和綠LED的峰值波長在主波長的范圍內(nèi)，如表3所示。

3.4 LED的光功率和電流關(guān)系

光功率是指人眼可以感受到的輻射功率，即LED軸向光強(qiáng)與正向注入電流I的關(guān)系特性。由于一個產(chǎn)品中往往要使用許多個LED,各LED的發(fā)光亮度必須相同 或成一定比例后才能呈現(xiàn)均一的外觀，所以測試該性能是非常必要的。實驗中從LED剛開始發(fā)光起，逐漸增加電流，記錄相應(yīng)的光功率計的數(shù)值P,得到測試結(jié)果 P-I 關(guān)系如圖12所示。由圖可知，電流愈大，發(fā)光愈強(qiáng)。通過擬合，可以找到一組電流，能夠使5種LED發(fā)光功率相同。

3.5 LED發(fā)光效率和電流的關(guān)系

發(fā)光效率是指發(fā)光體受激發(fā)時將吸收能量轉(zhuǎn)換為光能的能力，它是表征發(fā)光體功能的重要參量。實驗測量了5種LED的光照度E.利用式子

算出光通量Φ。式中，S 是照度表接受器的半球面積，n為LED的發(fā)光角度，經(jīng)測量得到照度表半球面積與照度表接收器的距離d 滿足πd2=S.圖13是計算原理圖，再利用η=Φ/P(P=UI)算出發(fā)光效率η。最后擬合發(fā)光效率和電流的關(guān)系曲線如圖14所示。由圖14可知白方、 綠方、白圓、紅方和藍(lán)方發(fā)光效率依次降低，即它們的電能轉(zhuǎn)換為光能的能力依次降低。理論上可知這5種LED的發(fā)光效率都具有先增高后降低的趨勢，由于電流 的逐漸增加，注入發(fā)光區(qū)的電子非輻射復(fù)合的概率變大，所以導(dǎo)致發(fā)光效率減弱。

4 結(jié) 論

使用常規(guī)實驗儀器，搭建了LED測試系統(tǒng)。該系統(tǒng)原理清晰，測量方法簡單?？刹僮餍詮?qiáng)，測量范圍大。實驗測量的5種LED正常發(fā)光電壓為1~4V,閾值電 壓為1.5~3V,發(fā)光波長與主波長一致;方形的LED較圓形更具有指向性;每種帶有顏色的LED都非單一顏色的光，但它們的峰值波長和主波長相一致。測 試結(jié)果表明，利用顏色傳感器測試的光譜與單色儀所測結(jié)果一致;光通量的測量方法能夠達(dá)到不用積分球等儀器就能夠?qū)崿F(xiàn)簡易的測量;在一定范圍內(nèi)，5種LED 光功率隨著電流的增加而增大，但是它們的發(fā)光效率隨著電流的增加先增加后減少。