LED检验规范

摘 要

系统地在分析LED 发光机理的基础上，阐述了LED 半导体材料的发展历程，介绍了LED 光源的优点和几个主要的应用场合，分析了国内外产业的发展状况，并指出LED 光源面临的几个问题。介绍了与发光二极管测试有关的术语和定义，详细介绍了测试方法和测试装置的要求。

前 言

自1879年爱迪生发明白炽灯以来，电光源照明已经经历一个多世纪，这其中有三个重要的发展阶段，其代表性光源分别是白炽灯、荧光灯和HID （高强度气体放电）灯。白炽灯安装使用简便，但它是热辐射光源, 绝大部分输入电功率都变成了红外辐射以及较大的热损失, 落在可见光区的辐射所占比例较小, 因而其光效较低，而且寿命短，易损坏。

荧光灯的工作原理是：电流激发汞原子并使它们发出紫外线光子，这些光子激发荧光粉发出可见光。虽然其较白炽灯可以省电，但由于受到紫外线转换成可见光效率的制约, 光效提高也有限，而且存在电磁污染、使用寿命短、易碎等缺点，其主要组成部分汞还会造成环境污染。HID 灯光效已经可以超过100lm/W，但由于热导及紫外、红外等损失，光效也很难有较大的提高，且存在成本高、维护困难、寿命短、电磁辐射等问题。近几十年来，人们对于开发新照明光源的研究和探索从未停止过。欧洲专门制定了五年行动计划，提出新型光源要符合三个条件：高效、节能；材料对环境无害；模拟自然光，显色指数接近100。

发光二极管（Light Emitting Diode简称LED) 是一种重要的光电子器件, 它在科学研究和工农业生产中均有非常广泛的应用. 发光二极管虽小, 但要准确测量它的各项光和辐射参数并非一件易事. 目前在世界范围内的测试比对还有较大的差异. 鉴于此,CIE(国际照明委员会)TC2-34 小组对此进行了研究, 所提出的技术报告形成了CIE127-1997 文件。

随着新一代半导体材料AlGaAs （砷化铝镓）、AlInGaP （磷化铝铟镓）和AlInGaN （氮化铝铟镓）的出现和发光二极管封装等技术的突破，单晶片红、绿、蓝、白光LED 的功率等级不断提高，高亮度LED 有望成为第四代光源。LED 是电光源发展的一次全新革命和重大突破，从根本上改变了光源发光的机理，具有光效高、光色全、寿命长、环保、尺寸小等优点，能够应用在各种各样的彩色和白色照明领域。LED 光源在提升照明质量和效用的同时，能够节约能源，改善环境污染，有利于国计民生的和谐发展。因此积极研究LED 光源新技术，加快发展LED 照明产业具有重大的经济效益和深远的社会意义。

LED 材料的发展历程

由LED 发光机理可知，依材料的不同，电子和空穴所占有的能阶也不同，其相对能阶高度差即是决定两种载流子结合所发出能量的高低，可以产生具有不同能量的光子，藉此可以控制LED 所发出光的波长，也就是光谱或颜色。因此，欲决定 LED 所发出光的颜色，可以由材料的结构来选择。实际上，LED 的发展即是以半导体材料的发展为基础的。

制造历史上第一个半导体激光器所使用的材料是p-n 同构接面的GaAs ，其能隙为 1.424eV，所放出的光子波长大约在 0.84μm ，落于红外光谱。这种能隙与所发出光子波长的关系可以很容易由理论推算而来，研究人员依这些理论推算结果反推而预测出在各种可见光范围所须采用的材料，再根据这些材枓的特性而设计出制程技术以及相关设备。在发光材料中最为研究人员所熟知的除了 GaAs 之外，另有一种结构类似的称为磷化镓（GaP ）的材料，其能隙为 2.261eV。将 GaAs 与 GaP 两种材料混合，可以得到 GaAs1-xPx 的结构，其中x 代表着磷元素取代砷元素的百分比。当x 由0渐增至1时，材料结构由 GaAs 渐变为 GaP。其能隙则由 1.424eV 增至 2.261eV。在此范围内，理论上可以得到涵盖红外光至绿光范围的所有光波长。实际上，GaAs1-xPx 系统即是早期 LED 工业最重要的材枓结构。1962年，首个红光LED 用复合半导体材料GaAsP 制成。一直到四元元素发展成熟之前，几乎所有可见光LED 都是以这一系列的材料制造。除了 GaAs 所发的红外光之外，其中应用

最广的首推 GaP 以及 GaAs0.6P0.4 的红光 LED，GaAs0.35P0.65 的橙光LED ，GaAs0.14P0.86 的黄光 LED 以及 GaP 的绿光 LED。GaP 的能隙在该系列材料中为最高值，所发出的波长也最短，但却只达到绿光范围。

早期的红光LED 光效很低，随着半导体材料AlGaAs 的出现以及全晶格匹配直接能隙技术的应用，其光效有了显著的提高，超过了带红色滤光片的白炽灯。采用在AlGaAs 衬底上再生长AlGaAs 的透明衬底技术又将红光LED 的光效增加了一倍。

OMVPE （有机金属气相磊晶）技术的发展促进了一种新材料AlInGaP 的诞生，从而使得高亮度LED 的发展由黄光转为红光。1990年代早期，Lumileds 照明公司应用AlInGaP 材料制作的高亮度LED 可以发出红光及其附近波长的光谱。

最初，AlInGaP 材料的性能并非特别良好，合金有序化、受主原子氢钝化、P-N 结的定位和含铝半导体层的氧合是亟待解决的几个问题，研究人员耗费近十年的时间将此问题解决之后，采用AlInGaP 制作的LED 其内部的光量子转化效率得以大幅提高，接近100%，几乎每一对电子和空穴复合都能够产生一个光子。然而，这些内部的光子却不能完全转化为LED 外部的可见光。最主要的障碍在于光子会被GaAs 基上的狭窄能隙吸收。1994年，Hewlett-Packard （惠普）公司采用蚀刻法将GaAs 基除去，并采用晶片键合工艺以透明GaP 取而代之，使其光效得到了显著改善，达到25lm/W，几乎是带红色滤光片白炽灯的十倍。红色LED 也逐步应用于汽车尾灯、交通信号灯和户外广告牌等场合。 AlInGaP 商用化不久后，Nichia Chemical （日亚化学）公司的Shuji Nakamura 、名古屋大学的Akasaki 和Amano 两位教授、以及名城大学逐步掌握了一种新的半导体材料制作工艺，即采用气压OMVPE 在蓝宝石衬底上生长AlInGaN 。与AlInGaP 相比，AlInGaN 的能隙较宽，能够发出绿、蓝和紫外光，但光效较低。AlInGaN 绿光LED 光量子转化效率约为20%-40%，蓝光约为40-60%。尽管绿光LED 光效较低，但人眼对绿光的敏感程度比蓝光和红光高，于是Nichia Chemical和Lumileds 等公司采用红、绿、蓝三基色LED 制成了可以全色显示的指示灯和信号灯。

半导体技术和材料的不断进步极大地推进了LED 的发展。在过去的几十年里，与大规模集成电路中著名的摩尔定律相似，LED 光通量的不断提高遵循着Haitz 定律，即每18-24个月翻一番。最近十年，高亮度化、全色化一直是LED 材料和器件工艺技术研究的前沿课题。高亮度是指发光强度达到或超过100mcd 的LED ，又称坎德拉(cd)级LED 。高亮度AlInGaP 和InGaN 的研制进展十分迅速，现已达到常规材料GaA1As 、GaAsP 、GaP 无法达到的性能水平。1991年日本东芝公司和美国惠普公司研制成AlInGaP 620nm橙色高亮度LED ，1992年AlInGaP590nm 黄色高亮度LED 实用化。同年，东芝公司研制成功InGaA1P 573nm 黄绿色高亮度LED ，法向光强达2cd 。1994年日本日亚公司研制成InGaN 450nm 蓝(绿) 色高亮度LED 。至此，彩色显示所需的三基色红、绿、蓝以及橙、黄多种颜色的LED 都达到坎德拉级的发光强度，实现了高亮度化和全色化。

高亮度红A1GaAs 系列LED 与GaAsP 系列 LED相比，具有更高的发光效率，透明衬底A1GaAs 系列LED(640nm)的流明效率已接近10lm/w，比红色GaAsP 系列 LED大10倍。高亮度AlInGaP 系列LED 提供的颜色与GaAsP 系列 LED相同，包括:绿黄色(560nm)、浅绿黄色(570nm)、黄色(585nm)、浅黄(590nm)、橙色(605nm)、浅红(625nm)、深红(640nm)。透明衬底AlInGaP 系列LED 发光效率与其它LED 结构比较，吸收衬底AlInGaP 系列LED 的流明效率为10lm/w，透明衬底为20lm/w，在590－626nm 的波长范围内比GaAsP 系列LED 的流明效率高10－20倍；在560－570的波长范围内则比GaAsP-GaP LED高2－4倍。高亮度InGaN LED 提供兰色光和绿色光，其波长范围兰色为450－480nm ，兰绿色为500nm ，绿色为520nm ，流明效率为10－15lm/w。高亮度LED 目前的流明效率已超过了白炽灯，可以取代功率1w 以内的白炽灯，而且用LED 阵列可以取代功率150w 以内的白炽灯。对于许多应用，白炽灯都是采用滤光片得到红色、橙色、绿色和兰色，而AlInGaP 和InGaN 材料制造的高亮度LED 将多个(红、蓝、绿) 高亮度LED 芯片组合在一起，无须滤光片也能得到各种颜色，包括红、橙、黄、绿、蓝，目前其发光效率均已超过白炽灯，正向荧光灯接近，发光亮度已高于1000mcd 。

LED 的分类

按发光管发光颜色分:

可分成红色、橙色、绿色（又细分黄绿、标准绿和纯绿）、蓝光等。另外，有的发光二极管中包含二种或三种颜色的芯片。

根据发光二极管出光处掺或不掺散射剂、有色还是无色，上述各种颜色的发光二极管还可分成有色透明、无色透明、有色散射和无色散射四种类型。散射型发光二极管和达于做指示灯用。 按发光管出光面特征分

按发光管出光面特征分:

圆灯、方灯、矩形、面发光管、侧向管、表面安装用微型管等。圆形灯按直径分为φ2mm 、φ4.4mm 、φ5mm 、φ8mm 、φ10mm 及φ20mm 等。国外通常把φ3mm 的发光二极管记作T-1；把φ5mm 的记作T-1（3/4）；把φ4.4mm 的记作T-1（1/4）。

从发光强度角分布图来分有三类：

（1）高指向性。一般为尖头环氧封装，或是带金属反射腔封装，且不加散射剂。半值角为5°～20°或更小，具有很高的指向性，可作局部照明光源用，或与光检出器联用以组成自动检测系统。

（2）标准型。通常作指示灯用，其半值角为20°～45°。

（3）散射型。这是视角较大的指示灯，半值角为45°～90°或更大，散射剂的量较大。

按发光二极管的结构分:

按发光二极管的结构分有全环氧包封、金属底座环氧封装、陶瓷底座环氧封装及玻璃封装等结构。

按发光强度和工作电流分:

按发光强度和工作电流分有普通亮度的LED （发光强度100mcd ）；把发光强度在10～100mcd 间的叫高亮度发光二极管。

一般LED 的工作电流在十几mA 至几十mA ，而低电流LED 的工作电流在2mA 以下（亮度与普通发光管相同）。

除上述分类方法外，还有按芯片材料分类及按功能分类的方法。

LED 灯的分类

LED 灯有好多种，有led 照明灯、led 灯带、led 灯杯、led 节能灯、led 装饰灯、led 轮廓灯、led 投光灯、led 射灯、led 橱柜灯、led 小夜灯、led 护眼灯、led 天花灯、led 埋地灯、led 水底灯、led 洗墙灯、led 投光灯、led 路灯、led 招牌灯箱、led 串灯、led 筒灯、led 异形灯、led 星星灯、led 护拦灯、led 彩虹灯、led 幕墙灯、led 柔性灯、led 条灯、led 食人鱼灯、led 日光灯、led 高杆灯、led 桥梁灯、led 矿灯、led 手电筒、led 应急灯、led 台灯、led 灯饰、led 交通灯、led 汽车尾灯、led 草坪灯、led 彩灯、led 水晶灯、led 格栅灯、led 遂道灯等。

LED 光源的优缺点

光线质量和发光效率高

LED 是基于半导体中载流子的复合而发光的，光谱几乎全部集中于可见光频率，不包含紫外线和红外线，故无热量无辐射，效率可以达到80%-90%。白炽灯、卤钨灯光效为12-24流明／瓦，荧光灯50～70流明／瓦，钠灯90～140流明／瓦，大部分的耗电变成热量损耗。LED 光效经改良后将达到达50～200流明／瓦，而且其光的单色性好、光谱窄，无需过滤可直接发出有色可见光。但LED 的发

光效率无法和高压钠灯相比。

能耗小

在当前全球能源短缺危机不断升高的背景下，节约能源是我们面临的重要问题。同样照明效果的情况下，耗电量是白炽灯泡的八分之一，荧光灯管的二分之一，而寿命则是白炽灯的100倍。LED 单管功率0.03～0.06瓦，采用直流驱动，单管驱动电压1.5～3.5伏，电流15～18毫安，反应速度快，可在高频操作。就桥梁护栏灯例，同样效果的一支日光灯40多瓦，而采用LED 每支的功率只有8瓦，而且可以七彩变化。目前我国每年用于照明的电力约2500亿千瓦时，如果采用LED 照明，每年就可节电2200多亿千瓦时，而这个数字是三峡电站年发电量的3倍。日本估计，如采用光效比荧光灯还要高两倍的LED 替代日本一半的白炽灯和荧光灯。每年可节约相当于60亿升原油，可见LED 的节能效果相当可观。

调光性好

与白炽灯和荧光灯不同，LED 的调光性能极佳，控制较为方便。只要调整正向电流，就可以调节光的强度和颜色，不同光色的组合变化多端，利用时序控制电路，更能达到丰富多彩的动态变化效果。其丰富的色彩、良好的可控性、变化多端的照明特色远非白炽灯和荧光灯等传统光源所能及。 LED 的照射过于集中，其照射的均匀度差。

响应速度快

LED 本身的工作机理决定了其发光对电流的响应速度极快，因此适合频繁开关以及高频运作的场合。

应用灵活

LED 体积小，封装灵活，可以做成点、线、面等各种形式的轻薄短小产品。每个单元LED 小片是3-5mm 的正方形，所以可以制备成各种形状的器件，并且适合于易变的环境。

可靠耐用

LED 是环氧树脂封装的固体光源, 结构中没有灯丝、玻璃壳等容易损坏的部件，是一种全固体结构, 能够经受得住震动、冲击而不致引起损坏, 非正常报废率很小，维护费用极为低廉。 安全环保

LED 单位工作电压大致在1.5-5v 之间，目前功率等级最大的单个LED 工作电流也仅几安培，对人体无害。LED 废弃物可回收，没有污染，不像荧光灯一样含有汞等有害物质。消耗能量较同光效的白炽灯减少80% 。

寿命长

LED 光通量衰减到70%的标准寿命是10万小时，约合50年，是白炽灯的100倍。10万小时，光衰为初始的50%。

颜色多变

改变电流可以变色，发光二极管方便地通过化学修饰方法，调整材料的能带结构和带隙，实现红黄绿兰橙多色发光。如小电流时为红色的LED ，随着电流的增加，可以依次变为橙色，黄色，最后为绿色。

价格昂贵

LED 的价格比较昂贵，较之于白炽灯，几只LED 的价格就可以与一只白炽灯的价格相当，而通常每组信号灯需由上300～500只二极管构成。

LED 光源的应用

汽车信号指示灯

LED 用于汽车指示灯与传统白炽灯相比具有许多优点。LED 能够经受较强的机械冲击和震动。平均工作寿命MTBF 比白炽灯泡高出几个量级，远远高于汽车本身的工作寿命，因此LED 刹车灯可封装成一个整体，而不必考虑维修。LED 与白炽灯相比具有相当高的流明效率，这样LED 刹车灯和方向灯

就能够在较低的驱动电流下工作，较低的电功率可降低汽车内部线路系统的体积和重量，同时还可减小集成化的LED 信号灯的内部温升，允许透镜和外罩使用耐温性能较低的塑料，降低整车成本。LED 刹车灯的响应时间为100ns ，比白炽灯的响应时间短，这样便给司机留下更多的反应时间，从而提高了行车安全保证。

交通信号指示灯

用LED 取代白炽灯，用于交通信号灯、警示灯、标志灯现已遍及世界各地，市场广阔，需求量增长很快。据日本交通部门统计，日本每年在交通信号灯上的耗电量约为100万千瓦，采用LED 取代白炽灯后，其耗电量仅为原来的12%。

LED 交通信号灯与白炽灯相比，工作寿命较长，一般可达到10年。目前高亮度AlGaInP 红、橙、黄色LED 已实现产业化，价格也比较便宜，若用红色高亮度LED 组成的模块取代传统的红色白炽交通信号灯头，则可将因红色白炽灯突然失效给安全造成的影响降低至最低程度。一般LED 交通信号模块由若干组串联的LED 单灯组成，当有一个LED 单灯失效时，只会影响一组信号，而不会像白炽灯那样使整个信号灯头失效。

大屏幕显示

大屏幕显示是LED 应用的另一巨大市场，包括:图形、文字、数字的单色、双色和全色显示。传统的大屏幕有源显示一般采用白炽灯、光纤、阴极射线管等方法。LED 显示曾一度受到LED 本身性能和颜色的限制。如今，AlGaInP 、TS-AlGaAs 、InGaN LED已能够提供明亮的红、黄、绿、蓝等各种颜色，完全满足实现全色大屏幕显示的要求。用蓝、绿和红LED 灯作为LED 显示的三基色，可以提供逼真的全色性能，而且具有较大的颜色范围包括:蓝绿、绿红等，与国际电视系统委员会(NTSC)规定的电视颜色范围基本相符。

液晶显示(LCD)的背光源

至少有10%的液晶显示采用有源光作为背光源，光源可使LCD 显示屏在黑暗的环境下易读，全色LCD 显示也需要光源。LCD 背光源主要有:白炽灯泡、场致发光、冷阴极荧光、LED 等，LED 在LCD 背光源中有很强的竞争力，单个LED 体积小，极容易组合在一起成为面光源，具有很好的亮度均匀性，所需的辅助光学组件可以做得非常简单。LED 背光源颜色范围宽，色彩表现力强于其他几种背光源，可对显示色彩数量不足的液晶技术起到很好的弥补作用，色彩还原好。

普通照明

全色高亮度LED 的实用化和商品化，使照明技术面临一场新的革命，由多个高亮度红、蓝、绿三色LED 制成的固体照明灯不仅能够发出波长连续可调的各种色光，而且还可以制成高亮度的白色照明光源。这种体积小、重量轻、方向性好、节能、寿命长、耐各种恶劣条件的固体光源必将对传统的光源市场造成冲击。尽管这种新型照明固体光源的成本依然偏高，但可以应用于一些特殊场合如矿山、潜水、抢险、军用装置的照明等。从长远看，如果高亮度LED 的生产规模进一步扩大，成本进一步降低，其在节能和长寿命的优势足以弥补其价格偏高的劣势。LED 将成为一种很有竞争力的新型电光源。

国内外研究情况

由于半导体照明具有良好的应用前景，美国、日本、欧盟、韩国等在近年内相继推出国家半导体照明计划，以加大研究开发力度。日本投资50亿日元推行“21世纪光计划”，制定了由多所公司和大学参加的《21世纪照明技术》研究发展计划，计划到2010年左右使得LED 的发光效率达到120lm/W；美国能源部设立了由13个国家重点实验室、公司和大学参加的“半导体照明国家研究项目”，从2000-2010年的10年间，耗资5亿美元开发LED 照明。预计到2010年，用LED 灯取代一半以上

的白炽灯和荧光灯；欧盟则委托6个大公司和两所大学，于2000年7月启动了“彩虹计划”；韩国计划在2000-2008年间投入12亿美元，目标是将LED 的发光效率提高到80lm/W。韩国光子技术所（KOPTI ） 正在联合由许多大学、产业界和研究机构组成的联盟以发展新的LED 照明技术和组建几个具有竞争力的产业支撑体系，并在2003年提议了LED 照明的国家工程，得到了韩国政府批准。我国台湾地区也在组织实施相关计划，设立了由16个生产科研机构和大学参加的“２１世纪照明光源开发计划”。

与此同时，世界三大照明公司GE 、Phillips 、Osram 集团都已启动大规模商用开发计划，纷纷与半导体公司合作或进行并购，成立半导体照明企业，并提出要在2010年前，使LED 灯发光效率再提高8倍，价格降低100倍。

我国自主研制的第一只LED ，比世界上第一只LED 仅仅晚几个月。但从总体上看，目前我国半导体LED 产业的技术水平与发达国家还有很大差距。大功率LED 封装领域的产业化技术研究开发尚处于起步阶段，竞争力不强。而大功率LED 用外延片和芯片还处于研发阶段，离产业化水平相距甚远。2003年6月17日，“国家半导体照明工程计划”开始启动。2004年7月3日，科技部宣布正式启动该工程的首批50个项目。根据计划，到2012 年后LED 照明将逐步取代白炽灯和荧光灯。国家发改委计划“十一五”期间安排100亿元资金用于发展我国LED 照明产业，以保证我国在该领域与国际同步发展。我国相关科研和生产单位正在有针对性地加大对高亮度LED 高档芯片和大功率外延片、芯片的研发工作，提高大功率LED 封装技术水平和产业化程度，大力开发和推广LED 应用，扩大产业化规模，逐步建立并完善LED 产业链。

LED 光源面临的问题

（1）单片LED 的功率。目前单片LED 的最大功率是5-10W ，还远没有真正达到照明的等级。小功率等级的照明可以采用单片LED ，大多数应用场合中，必须将多个LED 晶片集中封装才能达到照明的要求，这必然对系统的供电、散热以及光学系统的设计等方面提出了苛刻的要求。

（2）光谱质量与光源稳定性。由于人眼对光源的颜色以及光谱的分布相当敏感，光谱偏移即意味着灯的质量低劣。因此如何提高LED 光源的质量与稳定性非常重要，目前LED 本体器件对这一要求的满足还有相当大的困难，而且随着使用时间的推移以及周边环境的改变（如温度），这一问题更严重。另外，各个LED 之间由于材料、封装、生产工艺等原因，其光电参数存在一定的差异，在用多个LED 组成光源的情况下，必须考虑如何保证各个LED 发光性能的一致性。通常可以检测光参数并形成闭环反馈控制来解决这类问题，但增加了系统的复杂性，成本会上升。

（3）光衰。尽管LED 晶片的寿命在100000小时以上，但如果LED 晶片结温超过其限定值，会引起其发光强度的衰减，即随着使用时间的增加，LED 的光强会逐渐变弱，直至失效，严重缩短了LED 光源的寿命。在制作LED 灯具时，必须合理地选择芯片、设计良好的封装形式、提供可靠的散热结构。

（4）成本。鉴于各种原因，目前LED 光源的成本特别是单位流明的成本相对较高，尽管在某些能源供给稀缺的场合（比如太阳能供电的小岛），能耗小具有其优势。但多数场合下，成本高的问题限制了LED 光源的应用和推广。

（5）半导体材料与工艺。LED 光源的核心是半导体材料，前面提到的问题多数根源于半导体晶片的制造和器件封装，实际上LED 照明发展的主线也是其晶片材料持续更新和加工工艺不断进步的过程。研究和开发新的LED 半导体材料对于优化光源质量、提高发光效率、减缓光衰程度、降低系统成本等具有重要的意义。

（6）白光LED 。目前，LED 实现白光的方法主要有三种。一是通过红绿蓝三基色多芯片组和发光合成白光，该方法的优点是效率高、色温可控、显色性较好，缺点是三基色光衰不同导致色温不稳定、控制电路较复杂、成本较高。二是蓝光LED 芯片激发黄色荧光粉，由LED 蓝光和荧光粉发出的黄绿光合成白光，为改善显色性能还可以在其中加入少量红色荧光粉或同时加入适量绿色、红色荧光粉，该方法的优点是效率高、制备简单、温度稳定性较好、显色性较好，但也存在着一致性

差、色温随角度变化的缺点。三是紫外光LED 激发荧光粉合成白光，优点是显色性好、制备简单，缺点在于有紫外光泄漏问题，效率较低。

（7）驱动电源。LED 本身的特性对其驱动电源也提出了较为严格的要求。目前，低效率的供电系统影响了LED 节能效果。性能优良、高效率、低成本、小体积、高可靠性、长寿命的驱动是保证LED 发光品质及整体性能的关键。在一些亮度和色彩要求变化的场合，还须为其研究和设计专用的驱动控制和调光电路。

发光二极管 LED的定义

除半导体激光器外，当电流激励时能发射光学辐射的半导体二极管。严格地讲，术语LED 应该仅应用于发射可见光的二极管；发射近红外辐射的二极管叫红外发光二极管（IRED,Infrared Emitting Diode ）；发射峰值波长在可见光短波限附近，由部份紫外辐射的二极管称为紫外发光二极管；但是习惯上把上述三种半导体二极管统称为发光二极管。

LED 基本理论知识

LED 发光原理

发光二极管是由Ⅲ-Ⅳ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-N 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1所示。 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μm 以内产生。

理论和实践证明，光的峰值波长λ与发光区域的半导体材料禁带宽度Ｅg 有关，即 λ≈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Eg 应在3.26～1.63eV 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。

LED 的特性、相关术语及其测试方法： 中国光学光电子行业协会光电器件专业分会根据国内及行业内部的实际情况, 初步制定了行业标准" 发光二极管测试方法",2002 年起在行业内部试行。本文叙述了与发光二极管测试有关的术语和定义, 在此基础上, 详细介绍了测试方法和测试装置的要求, 以期收到抛砖引玉之效果。

一．极限参数的意义

1、允许功耗Pm ：允许加于LED 两端正向直流电压与流过它的电流之积的最大值。超过此值，LED 发热、损坏。

2、最大正向直流电流IFm ：允许加的最大的正向直流电流。超过此值可损坏二极管。

3、最大反向电压VRm ：所允许加的最大反向电压。超过此值，发光二极管可能被击穿损坏。在25℃环境或管基温度时的最大连续正向电流（IF ）和减额定值曲线或减额定值系数。在适当地方，在规定脉冲条件下，在25℃环境或管基温度时的最大峰值正向电流（IFM ）

4、工作环境topm ：发光二极管可正常工作的环境温度范围。低于或高于此温度范围，发光二极管

将不能正常工作，效率大大降低。

二．电和光参数的意义

1、光谱分布和峰值波长及测试：：

某一个发光二极管所发之光并非单一波长，其波长大体按下图所示。

由图可见，该发光管所发之光中某一波长λ0的光强最大，该波长为峰值波长。

测试目的: 在规定正向工作电流下，测量被测LED 器件的峰值发射波长，光谱辐射带宽和光谱功率分布。

测试框图

D ：被测LED 器件； G ：电流源； L ：聚焦透镜系统； G ：电流源（直流或脉冲）； D2,D3：消除杂散光光栏； M ：单色仪； RM ：包括光阑D1 的辐射探测系统。 注：单色仪的波长分辨率和带宽应该使测试有合适的精度。辐射探测系统的光谱响应应该校准。为便于测量，曲线峰值可以用100％表示。如果单色仪的光谱透过率和辐射探测系统的光谱灵敏度不是常数，记录的测量数据应该修正。

测试步骤：

在需要的光谱范围内调整单色仪的波长直到辐射测量系统获得最大读数，相应的波长就是峰值波长（λp ），然后往λp 的两边调整单色仪的波长直到峰值波长读数的一半，获得相对应的波长λ1 和λ2 ，两者之差就是光谱辐射带宽。

按照要求的波长间隔分别测量记录每个波长时的光谱功率数值，即为光谱功率分布。

规定条件

环境和管基温度；

规定的正向电流（直流或脉冲）。

2、发光强度IV 及测试：：

发光二极管的发光强度通常是指法线（对圆柱形发光管是指其轴线）方向上的发光强度。若在该方向上辐射强度为（1/683）W/sr时，则发光1坎德拉（符号为cd ）。由于一般LED 的发光二强度小，所以发光强度常用坎德拉(mcd)作单位。

测试目的: 测量半导体发光二极管平均LED 强度。

测试框图

D--被测LED 器件； G--电流源； PD--包括面积为A 的光阑D1 的光度探测器； D2、D3--消除杂散光光栏, D2,D3 不应限制探测立体角； d--被测LED 器件与光阑D1 之间的距离。

注1：调整被测LED 器件使它的机械轴通过探测器孔径的中心。

注2：光度探测器的光谱灵敏度在被测器件发射的光谱波长范围内应该校准到CIE （国际照明委员会）标准光度观测者光谱曲线; 测试辐射参数时应采用无光谱选择性的光探测器。测试系统应该按距离d 和光阑D1 用标准器校正。测量距离d 应按CIE 推荐的标准条件A 和B 设置。在这两种条件下, 所用的探测器要求有一个面积为100mm2(相应直径为11.3mm) 的园入射孔径。

注3：对于脉冲测量，电流源应该提供所要求的幅度，宽度和重复率的电流脉冲。探测器上升时间相对于脉冲宽度应该足够小，系统应该是一个峰值测量仪器。

测试步骤：

被测LED 器件按照选定的形式定位给被测器件加上规定的电流，在光度测量系统测量平均LED 强度。

规定条件：

环境温度和合适的大气条件；

正向电流和，需要的话，宽度和重复率；

3、光谱半宽度Δλ:

它表示发光管的光谱纯度. 是指1/2峰值光强所对应两波长之间隔.

4、半值角θ1/2和视角及测试：：

θ1/2是指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。 半值角的2倍为视角（或称半功率角）。

给出的二只不同型号发光二极管发光强度角分布的情况。中垂线（法线）AO 的坐标为相对发光强度

（即发光强度与最大发光强度的之比）。显然，法线方向上的相对发光强度为1，离开法线方向的角度越大，相对发光强度越小。由此图可以得到半值角或视角值。

测试目的: 测量半导体发光二极管在规定的工作电流下的平均LED 强度的空间分布和半最大强度角及偏差角。半强度角 θ1/2 是发光（或辐射）强度大于等于最大强度一半构成的角度（见图8），在平均LED 强度分布图形中，最大强度方向（光轴）与机械轴Z 之间的夹角即为偏差角Δθ 。 测试框图

D ：被测LED 器件； G ：电流源； PD ：包括面积为A 的光阑D1 的光度探测器；

D2,D3：消除杂散光光栏, D2,D3 不应限制探测立体角； d ：被测LED 器件与光阑D1 之间的距离；

θ：Z 轴和探测器轴之间的夹角。

注1：距离d 应该设置为CIE 标准条件A 或B ；

注2：对于脉冲测量，电流源应该提供所要求的幅度、宽度和重复率的电流脉冲，探测器上升时间相对于脉冲宽度应该足够小，系统应该是一个峰值测量仪器；

注3：被测LED 定位在一种装置上（如：旋转中心位于系统光轴上的角度盘上，度盘应该有足够的角度刻度精度），要求：

--被测LED 器件位置可精确再现；

--变化角度θ、器件D 光学窗口的中心能保持固定； --能测量夹角θ；

--能绕被测器件Z 轴旋转； --能测量关于X 轴的旋转角。 测试步骤：

a ） 给被测器件加上规定的工作电流。调正被测器件D 的机械轴与光探测器轴重合，即θ＝0，测量光探测器的信号，把这个值设置为 I0＝100％；

b ） 从0－±90°旋转度盘，光电测量系统测量各个角度时的发光强度值，得到相对强度I /I0 与θ之间的关系，优先采用极坐标图来表示，其它形式，如直角坐标图，在空白详细规范中定义后可以使用。在该图上分别读取半最大强度点对应的角度θ1 θ2 ，半强度角Δθ=|θ2 -θ1 |。偏差角就是Imax 和I0 方向之间的夹角。 规定条件：

环境和管基温度；

规定正向电流IF 或者辐射功率Φe ； 机械参照平面。

5、光轴 Optical axis:

最大发光（或辐射）强度方向中心线。

颜色和波长的关系图

6、正向工作电流IF （Forward Current）：

它是指发光二极管正常发光时的正向电流值。在实际使用中应根据需要选择IF 在0.6²IFm 以下。 IF = ( U-VF ) / R （U---为供电电压，R---为限流电阻。）

7、正向工作电压VF （Forward voltage）及测试：

通过发光二极管的正向电流为确定值时，在两极间产生的电压降。参数表中给出的工作电压是在给定的正向电流下得到的。一般是在IF=20mA时测得的。发光二极管正向工作电压VF 在1.4～3V 。在外界温度升高时，VF 将下降。电路设计，应该避免回路中的脉冲高压。

测试目的: 测量LED 器件在规定正向工作电流下，两电极间产生的电压降。检测LED 是否发光与其颜色。 测试框图

D--被测LED 器件； G--恒流源； A--电流表； V--电压表。 测试步骤

a ） 按上图原理连接测试系统，并使仪器预热；

b ） 调节恒流源，使电流表读数为规定值，这时在直流电压表上的读数即为被测器件的正向电压。DC5V 电源+330Ω电阻。 规定条件

环境或管基温度；电源电压；正向偏置电流。

8、反向电压VR （Reverse voltage）及测试：

被测LED 器件通过的反向电流为确定值时，在两极间所产生的电压降。

测试目的：测量通过LED 器件的反向电流为规定值时，在两电极之间产生的反向电压。 测试框图见下图

D--被测LED 器件； G--稳压源； A--电流表； V--电压表。 测试步骤

a ）按上图原理连接测试系统，并使仪器预热。

b ）调节稳压电源，使电流表读数为规定值，这时在直流电压表上的读数即为被测器件的反向电压。 测量在被测LED 器件施加规定的反向电压时产生的反向电流。

9、反向电流IR （Reverse current）及测试：

加在发光二极管两端的反向电压为确定值时，流过发光二极管的电流。

测试目的：测量通过LED 器件的正向电压为规定值时，在两电极之间产生的反向电流。 测试框图见下图

D--被测LED 器件； G--稳压源； A--电流表； V--电压表。 测试步骤

a ）按上图原理连接测试系统，并使仪器预热。 b ） 调节稳压电源，使电压表读数为规定值，这时在直流电流表上的读数即为被测器件的反向电流。 规定条件

环境或管基温度；电源电压；反向电流。

10、V-I 特性：

发光二极管的电压与电流的关系可用图4表示。

在正向电压正小于某一值（叫阈值）时，电流极小，不发光。当电压超过某一值后，正向电流随电压迅速增加，发光。由V-I 曲线可以得出发光管的正向电压，反向电流及反向电压等参数。正向的发光管反向漏电流IR 。

11、总电容C （Capacitance ）及测试：

在规定正向偏压和规定频率下，发光二极管两端的电容。 测试目的：在被测LED 器件施加规定的正向偏压和规定频率的信号时，测量被测器件两端的电容值。 测试框图见下图

D--被测LED 器件； C0--隔离电容； A--电流表； V--电压表； L--电感。 测试步骤

a ） 按图6 原理连接测试系统，并使仪器预热；

b ） 调节电压源和调节电容仪，分别给被测LED 器件施加规定的正向偏压和规定频率的信号，将电容仪刻度盘上读数扣去电容C0 等效值即为被测LED 器件总电容值。 规定条件

环境或管基温度；正向偏置电压；电容仪提供规定频率的信号。

12、开关时间（Switching time）及测试：

涉及以下概念的最低和最高规定值是10％和90％，除非特别注明。

测试目的：测量被测LED 器件的开启时间ton （开启延时时间td(on) ＋上升时间tr ）和关闭时间toff （关闭延时时间td(off) ＋下降时间tr ）。

测试框图

D ：被测LED 器件； G1：高阻电流脉冲发生器； G2：直流电流偏置电源； G3：直流电压偏置电源； Rd: 匹配发生器阻抗的电阻； RL: 负载电阻； M ：测量仪器； PD ：光电二极管； Syn ：同步信号。

注：光电二极管的开关时间，实验电路和测量仪器的延迟时间，输入电流脉冲的上升时间和下降时间都应该足够短以保证不影响测量精度。在光脉冲顶部获得的平均输出功率（见图1）没有必要等于直流偏置电流与输入脉冲电流之和时的连续辐射功率。 测量步骤

把规定的直流和脉冲电流加到被测器件，用测量仪器M 测量开关时间。100％的辐射输出功率电平就是辐射脉冲顶端获得的平均输出功率。0％电平是在直流偏置电流时的输出功率。 规定条件

环境和管基温度； 直流偏置电流； 光学窗口； 光学结构。

13、开启延迟时间td(on)（Turn-on delay time）及测试：

输入脉冲前沿最低规定值到输出脉冲前沿最低规定值之间的时间间隔。 测量方法同开关时间。

14、上升时间tr （Rise time）及测试：

输出脉冲前沿最低规定值到最高规定值之间的时间间隔。 测量方法同开关时间。

15、开启时间ton （Turn-on time）及测试：

器件所加输入脉冲前沿的最低规定值到输出脉冲前沿最高规定值之间的时间间隔。 ton= td(on)+tr

测量方法同开关时间。

16、关闭延迟时间td(off)（Turn-off delay time）及测试：

器件所加输入脉冲后沿的最高规定值到输出脉冲后沿最高规定值之间的时间间隔。 测量方法同开关时间。

17、下降时间tf Fall time及测试：

输出脉冲后沿最高规定值到最低规定值之间的时间间隔见下图。

测量方法同开关时间。

18、关闭时间toff Turn-off time

器件所加输入脉冲后沿的最低规定值到输出脉冲后沿最低规定值之间的时间间隔。 toff =td(off)+tf

测量方法同开关时间。

19、光通量Φv （Luminous flux）及测试：

通过发光二极管的正向电流为规定值时，器件光学窗口发射的光通量。光源在单位时间内发出的光量, 单位为流明(lumen),符号为lm 。Φv=dQv/dt

测试目的：测量被测LED 器件在规定条件下的光通量和发光效率。

注1：被测LED 器件发射的光辐射经积分球壁的多次反射，导致产生一个均匀的与光通量成比例的面出光度，一个位于球壁的探测器测量这个面出光度，一个漫射屏挡住光线，不使探测器直接照射到被测器件的光辐射；

注2：被测器件、漫射屏、开孔的面积和球面积比较应该相对较小，球内壁和漫射屏表面应有

均匀的高反射率漫反射镀层（最小0.8）。球和探测器组合应该校准，应该考虑到峰值发射波长和光通量由于功率消耗产生的变化。 注3：也可以用变角光度计测量。 测量步骤

被测量器件放在积分球入口处，不要使光线直接到达探测器。给被测器件施加规定的正向电流IF ，光度探测系统测量出光通量。将光通量数值除以正向电流IF 和正向电压VF 的乘积值即为发光效率。 规定条件

环境和管基温度； 正向电流。

20、光通量效率ηv （Luminous flux efficiency）及测试：

简称为发光效率（Luminous efficiency）。器件发射的光通量Φv 与器件的电功率（正向电流 IF 乘以正向电压 VF）的比值： ηv =Φv/(IF²VF) 测量方法同光通量。

21、辐射功率Φe （Radiant power）及测试：

辐射功率又常称为辐射通量（radiant flux ）, 是通过发光二极管的正向电流为规定值时，辐射源发射, 传输和接收的功率。单位为瓦(W),如以t 表示时间, 辐射通量定义为 Φe =dQe/dt 测试目的：测量被测LED 器件在规定条件下的辐射通量(功率) 和辐射效率。 测试框图

注：被测LED 器件发射的光辐射经积分球壁的多次反射，导致产生一个均匀的与辐射通量成比例的面辐射出射度，一个位于球壁的探测器测量这个面辐射出射度，一个漫射屏挡住光线，不使探测器直接照射到被测器件的光辐射。被测器件、漫射屏、开孔的面积和球面积比较应该相对较小，球内壁和漫射屏表面应有均匀的高反射率漫反射镀层（最小0.8）。球和探测器组合应该用辐射标准进行校准, 测量单位为瓦特。应该考虑到峰值发射波长和辐射通量由于功率消耗产生的变化。 测量步骤

被测量器件放在积分球入口处，不要使光线直接到达探测器，给被测器件施加规定的正向电流IF ，辐射探测系统测量出辐射通量，将辐射通量数值除以正向电流IF 和正向电压VF 的乘积值即为辐射效率。 规定条件

环境和管基温度；正向电流。

22、辐射功率效率ηe Radiant power efficiency及测试：

简称为辐射效率 (Radiant efficiency) 。器件发射的辐射功率 与器件的电功率（正向电流 乘以正向电压 ）的比值： ηe =Φe/(IF²VF) 测量方法同辐射功率。

23、发光（或辐射）强度Iv Luminous（or Radiant） intensity

光源在单位立体角内发射的光（或辐射）通量，可表示为：光强度Iv [cd] = 立体角内之光通量d Φ/ 立体角

d

Ω[sr]

，单位为坎德拉( cd) 。发光（或辐射）强度的概念要求假定辐射源是一个点辐射源，或者它的尺寸和光探测器的面积与离光探测器的距离相比是足够小，在这种情形，光探测器表面的光（或辐射）照度遵循距离平方反比定理，即E=I/d2 。这里I 是辐射源的强度，d 是辐射源中心到探测器中心的距离。把这种情况称为远场条件。

然而在许多应用中，测量LED 时所用的距离相对较短，源的相对尺寸太大，或者探测器表面构成的角度太大，这就是所谓的近场条件。此时，光探测器测量的光（或辐射）照度取决于正确的测量条件。

24、平均LED 强度 Averaged LED intensity

照射在离LED 一定距离处的光探测器上的通量Φ与由探测器构成的立体角Ω 的比值，立体角可将探测器的面积S 除以测量距离d 的平方计算得到。 I=Φ/Ω=Φ/(S/d2)

CIE 推荐标准条件A 和B(见7.2.1.2) 来测量近场条件下的平均LED 强度, 可以分别用符号ILED A 和ILED B 来表示, 用符号ILED Ae 和ILED Av 分别表示标准条件A 测量的平均LED 辐射强度和平均LED 发光强度。

25、辐射亮度Le radiance

辐射源面上面积为dS 的一点沿给定方向上的辐射强度dIe 与该点在垂直于给定方向的平面上

2

正投影面积的比值定义为给定方向上的辐射亮度。单位为W/(sr²m )

26、辐射照度Ee irradiance

发光体照射在被照物体单位面积上的光通量。照度是光通量与被照面之比值.1 lux 之照度为1 lum

en 之光通量均匀分布在面积为一平方米之区域。单位为勒克斯(Lux, lx) Lm/m

2

照度E [lx] = 落在某面积上之光通量[lm] / 此被照面面积[㎡] = 光强度[cd] / (距离[m] )

2

照度分布图(Polar diagram)

27、发光（或辐射）强度空间分布图 Luminous（or Radiant）diagram

反映器件的发光（或辐射）强度空间分布特性（见下图）： Iv(或Ie)=f(θ)

注1：除非另外规定，发光（或辐射）强度分布应该规定在包括机械轴Z 的平面内。

注2：如果发光（或辐射）强度分布图形有以Z 轴为旋转对称特性，发光（或辐射）强度空间

分布图仅规定一个平面。

注3：如果没有以Z 轴为旋转对称特性，各种角度θ的发光（或辐射）强度分布应有要求，X 、Y 、Z 方向要求可有详细规范定义。

28、半强度角θ1/2 Half-intensity angle 在发光（或辐射）强度分布图形中，发光（或辐射）强度大于最大强度一半构成的角度（见图2）。

29、偏差角Δθ Misalignment angle

在发光（或辐射）强度分布图形中，最大发光（或辐射）强度方向（光轴）与机械轴Z 之间的夹角。

30、峰值发射波长λp Peak-emission wavelength 光谱辐射功率最大的波长。

31、光谱辐射带宽Δλ Spectral radiation bandwith 光谱辐射功率大于等于最大值一半的波长间隔。

32、光谱功率（能量）分布P(λ) Spectral power distribution

在光辐射波长范围内，各个波长的辐射功率分布情况。

33、光亮度Lv luminance

光源表面一点处的面元在给定方向上的发光强度dIv 与该面元在垂直于给定方向的平面上的正投影面积的比值。单位为坎德拉每平方米(cd/m2 ) Lv=dIv /(dScosθ)=d2(dΩdScos θ)

34、光照度Ev illuminance

照射在光接收面上一点处的面元上的光通量d Φv 与该面元面积dS 的比值。单位为勒克斯(lux),常用lx 表示。Ev=dΦv /dS

2

1 lux之照度为1 lumen之光通量均匀分布在面积为一平方米之区域。 Lm/m

照度E [lx] = 落在某面积上之光通量[lm] / 此被照面面积[㎡] =

光强度[cd] / (距离[m] ) 2

照度分布图(Polar diagram)

35、辐射能Qe radiant energy

以辐射的形式发射, 传输和接收的能量, 单位为J(焦耳) 。

36、最低和最高储存温度（Tstg ）

最低和最高工作环境温度或管基温度（Tamb 或Tcase ）

37、主波长 Dominant wavelength

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CIE 标准光源A 、B 、C 等，能光源E ，标准照明体D65 等）相混合而匹配出来的颜色，这个光谱色就是颜色的主波长。颜色的主波长相当于人眼观测到的颜色的色调（心理量）。 若已获得被测LED 器件的色度坐标，就可以采用等能白光E 光源（ x0＝0.3333，y0 ＝0.3333）作为参照光源来计算决定颜色的主波长。计算时根据色度图上连接参照光源色度点与样品颜色色度点的直线的斜率，查表读出直线与光谱轨迹的交点，确定主波长。

38、纯度 Purity

样品颜色接近主波长光谱色的程度就表示了该样品颜色的纯度。在CIE －1931 色度图上，在颜色主波长线上用参照光源色度点到样品色度点的距离与参照光源色度点到光谱色色度点的距离之比来表示纯度。颜色的纯度和人眼观测到的颜色饱和度基本一致。

39、色温Tc Color temperature

光源的光辐射所呈现的颜色与在某一温度下黑体辐射的颜色相同时，称黑体的温度（TC ）为光源的色温度。为了求得光源的色温，需要先求得它的色度坐标，然后在色度图上由CIE1960UCS 推导的ISO 色温线求取色温。对于相对光谱功率分布偏离黑体相对光谱功率分布较远的光源，用色度坐标与其最靠近的黑体温度来表示该光源的相关色温，在色温线上求取相关色温。

40、光强度 (luminous intensity, I ) ：

光源在某一方向立体角內之光通量大小。一般而言, 光源会向不同方向以不同之强度放射出其光通量，在特定方向所放出之可见光辐射强度称为光强度。单位为坎德拉 (candela, cd)

光强度I [cd] = 立体角内之光通量 / 立体角Ω[sr]

41、亮度(也叫辉度 Luminance, L) ：

一光源或一被照面之辉度指其单位表面在某 发光体在特定方向单位立体角单位面积内的光通量。

一方向上的光强度密度, 也可说是人眼所感知此光源或被照面之明亮程度。单位为坎德拉，每平方米

cd/m。 亮度L [cd/㎡]= 光强度[cd] / 所见之被照面面积[㎡]

2

42、发光效率

(Luminous efficacy, η)

简称光效，是电光源将电能转化为光的能力, 以发出的光通量除以耗电量来表示。代表光源将所消耗之电能转换成光之效率, 单位为每瓦流明 Lm/w 发光效率η[lm/W]= 所产生之光通量

[lm] / 消耗电功率[W]

43、色温 ( Co1or Temperature )

一个光源之色温被定义为与其具有相同光色之" 标准黑体 (black body radiator)" 本身之绝对温度值，此温度可以在色度图上之普朗克轨迹上找到其对应点。标准黑体之温度越高，其辐射出之光线光谱中蓝色成份越多，红色成份也就相对的越少。以发出光色为暖白色之普通白热灯泡为例，其色温为2700K ，而昼光色日光灯之色温为6000K 。单位为绝对温度 ( Kelvin, K )

44、光色 (Light color)

一个灯的光色可以简单的以色温来表示。光色主要可分成三大类: 暖色 : 5000K

即使光色相同, 灯种间也可能因为其发出光线光谱组成不同而有很大的演色性表现差异.

DIN 5033色度图（Chromaticity diagram)

普朗克轨迹（Planckian curve）

45、演色性 (Color rendering )

一般认为人造光源应让人眼正确地感知色彩, 就如同在太阳光下看东西一样. 当然这需视应用之场合及目的而有不同之要求程度. 此准据即是光源之演色特性, 称之为" 平均演色性指数(general color rendering index ， (Ra)"。

平均演色性指数为对象在某光源照射下显示之颜色与其在参照光源照射下之颜色两者之相对差异。其数值之评定法为分别以参照光源及待测光源照在DIN 6169所规定之八个色样上逐一作比较并量化其差异性；差异性越小，即代表待测光源之演色性越好，平均演色性指数Ra 为100之光源可以让各种颜色呈现出如同被参照光源所照射之颜色.Ra 值越低, 所呈现之颜色越失真。

46、平均寿命：小时H

指一批灯泡至百分之五十的数量损坏时的小时数。

47、经济寿命:

在同时考虑灯泡的损坏以及光束输出衰减的状况下, 其综合光束输出减至一特定的小时数。 此比例用于室外的光源为百分之七十, 用于室内的光源如日光灯则为百分之八十。单位为小时 H

48、光及辐射 (Light and radiation)：

光是指人眼可以感知为明亮之电磁辐射，也可以说是整个电磁辐射光谱中人眼可以看见之部份；这部份之波长分布在360到830 nm，只占已知之电磁辐射光谱中之非常微小之部份。

49、灯具效率 (Luminaire efficiency)

灯具效率(又称灯具光输出比) 是用来评估灯具之能源效率的一项重要标准, 其值是将装有光源的灯具所发出之光通量除以所装光源本身所发出光通量所得之商值.

50、不可见光 (Invisible Light)

相对于可见光, 波长在360到830nm 以外的电磁辐射称为不可见光. 波长小于360nm 的电磁波最为一般人了解的是紫外线, 其它还有x 射线、r 射线、宇宙线; 大于780nm 的电磁辐射则有红外线及无线电波等.

51、光谱 (Spectrum)

光线依波长大小顺序之分布称为光谱. 每种光源都可以依其波长组成而在光谱图上显示出其光谱能量分布图(Power Spectrum Distribution) .太阳光及白炽灯泡之光谱能量分布为连续曲线, 而一般放电灯为非连续曲线.

52、白炽灯泡 (Incandescent lamp)

白炽灯泡为最早成熟的人工电光源, 它是利用灯丝通电发热发光的原理发光. 一般而言, 白炽灯泡的发光效率较低, 寿命也较短, 但使用上较方便.

53、气体放电灯 (Gas discharge lamp)

此类光源之发光原理为其两电极间之气体受电子激发而发光. 又可分为低压气体放电灯, 如日光灯及高压气体放电灯, 如水银灯、高压钠气灯及复金属灯.

试验条件

除非另有规定，器件的光电参数测试应按本标准规定试验条件进行。 标准大气条件

温度：15℃～35℃

相对湿度：20％～80％ 气压：86kPa ～106kPa 仲裁试验的标准大气条件 温度：25℃±1℃；

相对湿度：48％～52％； 气压：86kPa ～106kPa 环境条件

a ） 测试环境应无影响测试准确度的机械振动和电磁干扰；. b ） 除非另有规定，器件全部光电参数均应在热平衡下进行； c ） 测试系统应接地良好。 参数要求

除非另有规定，器件测试应采取预防措施和保持下述公差。虽然在有关文件中规定的测试条件严于下述公差，但在一般情况下，应遵循下述规定的条件。 a ） 偏置条件应在规定值的±3％以内；

b ） 输入脉冲特性，重复频率和频率等的误差应在±10％以内； c ） 测量开关参数的误差应在±5％以内； d ） 测量直流电参数误差不大于±2％； e ） 测量辐射功率的误差不大于5％；

f ） 测量峰值辐射波长的误差不大于±2nm ； g ） 测量半强度角误差不大于10％； h ） 测量发光强度误差不大于25％。

量值传递

发光强度是LED 器件主要光参数，由于有些LED 非点光源且各向异性，在近场条件下,LED 光度测试过程中会产生很多误差。因此CIE 推荐用LED 平均强度的概念来作为LED 发光强度测量的基础. 目前最好的LED 测试技术是将被测LED 和在光谱和空间功率分布与其尽可能接近一致的参照标准样管进行比对测试. 发光强度测试仪器和参照标准样管的标定和校准必须采用 统一的方法和基准。 原理

发光强度的单位是坎德拉（candela ，符号为cd ），它是国际单位制的七个基本单位之一。1979 年前世界上只有9 个国家建立了光强基准，我国很早就建立了光度基准和2856K 色温的光强度工作基准。因此，确定由国家或省（市）级法定计量测试部门标定的2856K 光强标准灯作为发光强度传递的工具。 方法

a ）用色温为2856K 的光强标准灯对LED 测试系统进行校准和标定。

b ）用具有CIE 标准光度观测者光谱响应的光电探测器分别对专门挑选的LED 器件和色温为2856K 的光强标准灯进行比对测试，对不同光谱功率分布的LED 器件求得他们的光谱修正系数

(SCF,Spectral correction factor),从而把标准灯光强数值传递到LED 器件上，以此作为LED 光

强参照标准样管. 但是作为参照标准样管的LED 器件必须有严格的要求。它们主要是： --优良的稳定性，必须进行严格的筛选和老化, 必须规定最少老化时间；

--采用光轴和机械轴重合的LED 器件作参照样管. 或采用光强（辐射）分布图形近似为圆形的器件。

--参照标准样管工作时, 必须使其在恒定的温度和驱动电流(20mA)下工作, 保证其有一个恒定的光学输出。

c ）建立专门实验室进行仲裁性测试和各种参照标准样管的定标。

LED 器件颜色评价

LED 器件的光辐射和自然界的所有颜色一样会对人眼产生视觉刺激，人们根据自己的感受评价LED 器件的颜色特性，为避免这种评价的主观性，必须用物理的方法来对颜色进行计量（色度学）。目前在实际应用中常有术语误用情况等问题，因此完全有必要就LED 器件的色度计量问题作叙述，以供参考。

1 颜色的心理属性和术语

人们根据颜色的外貌，按直观颜色视觉的心理感受，对颜色进行系统的归纳和排列，给以相应的文字描述和数字标记。

颜色可以分为彩色和非彩色两大类：非彩色是指白色，黑色和各种深浅不同的灰色。它们构成所谓的黑白系列，研究表明颜色有三种心理特性，分别可以用色调、饱和度、明度来描述。 1.1 色调Hue

表示颜色相互区分的属性。可见光谱中不同波长的光辐射在视觉上表现为不同的色调，如红、绿、蓝和黄等。光源的色调取决于人眼对其辐射的光谱构成产生的感觉；物体的色调则取决于人眼对光源光谱组成和物体表面反射（或透射）的各波长辐射的比例所产生的感觉。 1.2 饱和度Saturation

指颜色的纯洁性。可见光谱中各单色光的饱和度最高，当单色光中掺入白光愈多时，则饱和度愈低。

1.3 明度Brightness

明度是人眼感觉到颜色的明亮程度。颜色的亮度越高，眼睛就越感觉明亮，即有较高的明度。物体色的黑白系列的非彩色代表物体的光反射率的变化，在视觉上就是明度的变化，愈接近白色，明度愈高。反之，愈接近黑色，明度愈低。

LED 颜色测量

CIE1931－XYZ 色度系统

颜色感觉是由于光辐射源的或被物体反射的光辐射作用于人眼的结果。因此，颜色不仅取决于光刺激，而且取决于人眼的视觉特性。关于颜色的测量和标准应该符合人眼的观测结果。但是，人眼的颜色特性对于不同的观测者或多或少会有差异，因此要求根据大量的观测者的颜色视觉实验，确定一组为匹配等能光谱色的三原色数据，?quot; 标准色度观测者光谱三刺激值" ，以此代表人眼的平均颜色视觉特性，用于色度学的测量和计算。

CIE （国际照明委员会）1931 年在RGB 系统的基础上采用设想的三原色（X ），（Y ），（Z ）［分别代表红色，绿色和蓝色］，建立了CIE －1931 色度图，同时将匹配等能光谱各种颜色的三原色数据标准化，确定?quot;CIE1931－XYZ 标准色度学系统" 。

CIE1931－XYZ 色度系统是色度学基础。任何一种颜色均可以用CIE1931-XYZ 色度图中它的色度坐标x,y 和刺激值Y 来表示。图16 为CIE1931 色度图。

在这个系统中，色度坐标：

这里X 、Y 、Z 为颜色的三刺激值，它们的数值表示了三原色匹配该颜色时相互之间的比例。一个等能光谱的白光是有相同数量的X 、Y 、Z 组成。

色度坐标的计算

要计算LED 器件的色度坐标及其它参数，如果已知器件的光谱功率（能量）分布，则可以按下式计算：

由于实际上很难用数学表达式来写出P(λ) ，因此常以求和来近似积分。这里Y 对于光源来说，它为光源的亮度。对于物体色而言，K 称为调整系数，它是将照明体或光源的Y 值调整为100 时得出，即：

分光光度法测量色度坐标

按方法2005 测量得到被测LED 器件的光谱功率分布P(λ) 曲线后，可按9.2.2 计算方法得到被测器件的色度坐标。

光电积分法测量色度坐标

把光电探测器的光谱响应用光学系统修正得和CIE1931

标准色度观测者光谱三刺激值一致，那么用这样的光探测系统就能一次性积分测量出被测器件光辐射的三刺

激值。计算得到色度坐标。

LED 焊接注意事项

LAMP LED焊接:

1． LED 焊接时，要避免PIN 脚有内‘八’或外‘八’，（内应内），如下图： 2． 焊接后要冷却到常温（3-5min ），才能进行下工序；

3． 在弯脚时，要固定PIN 脚，避免伤到LED 胶体，并且要求弯脚处要求在胶体2mm 以下，不可重复

弯曲2次；方法如下图：

4． 若LED 需要清洁时，请请使用酒精浸泡1min 拿出。

SMD LED焊接

1． 焊接温度/时间，如下图，仅允许一次焊接; 2． 焊接后要求冷却到常温，才能进行下工序； 3． 产品焊接后，PCB 不可弯曲，如下图：

4． 若PCB 需要进行多次重复焊接，LED 要求安排在最后一次焊接，重工需要在48H 内完成。 5． 该系列产品不建议使用波峰焊焊接。

LED 静电Electro Static Discharge （简称ESD ）测试：

一般LED 防静电：500KV 以上；蓝光、白光、纯绿光200V 以上。

目前针对高亮度LED 在使用上存在的最大问题是ESD(静电) 的影响。静电是造成LED 材料漏电(IR / 反向电流) 的主要因素，90%的静电均来源于作业中没有对设备进行接地及操作员没有配备相应的防静电设置，LED 在漏电后其亮度和颜色不会即时表现出不良现象，但在正常持久工作时其亮度会明显下降或不稳定及不亮，因而在制造作业中应尽可能的在防静电方面做一些控制。 1. 测试机台需接地(单独地线) ；

2. . 测试人员需配备防静电环(必须为有线并接单独地线) ；

3. 避免材料有剧烈磨擦, 如在材料盘内来回挪动材料及在桌面上反复挪动材料均易造成漏电。

静电对LED 的危害和防止：

静电的基本物理特性为:吸引或排斥, 与大地有电位差, 会产生放电电流. 这三种特性对电子元件的影响:

1、静电吸附灰尘, 降低元器件绝缘电阻(缩短寿命). 2、静电放电破坏, 使元器件受损坏不能工作(安全破坏). 3、静电放电或电流产生的热, 使元件器受伤(潜在损伤).

4、静电放电产生的电磁场幅度很大(达几百伏/米) 频谱极宽(从几十兆到几千兆), 对电子器件造成干扰甚至损坏(电磁干扰).

如果元器件损坏, 则能在生产及品管中被察觉而排除, 影响较小。如是静电使元器件轻微受损, 在正常测试下不易发现, 并会因过多层的加工, 直至已在使用时才出现, 不但检查不易, 还要耗费很多人

力及财力才能查出问题, 而且造成的损失将可能巨大，生产车间地板布铜网进行静电吸收处理(单独地线) ，焊接设备(包括电烙铁、自动焊接机台及测试机台) 需接地, 操作人员需配备防静电环。

LED 保存注意事项：

LAMP LED保存:

5-30℃/60%RH以下，不拆包保存6个月；拆包后，一周使用完，防止PIN 脚氧化。 SMD LED(防潮包装）保存:

5-30℃/60%RH以下，不拆包保存12个月；拆包后，3日使用完，防止LED 受潮，高温焊接时，LED 失效。杜绝12小时内不封口现象.

LED 使用注意事项

LED 焊接条件

(1)烙铁焊接:烙铁(最高30W) 尖端温度不超过260℃; 焊接时间不超过3秒; 焊接位置至少离胶体2毫米.

(2)浸焊:浸焊最高温度260℃; 浸焊时间不超过5秒; 浸焊位置至少离胶体2毫米.

LED 引脚成形方法

(1)必需离胶体2毫米才能折弯支架. (2)支架成形必须用夹具或由专业人员来完成. (3)支架成形必须在焊接前完成.

(4)支架成形需保证引脚和间距与线路板上一致.

LED 安装方法：

(1)注意各类器件外线的排列, 以防极性装错. 器件不可与发热元件靠得太近, 工作条件不要超过其规定的极限.

(2)务必不要在引脚变形的情况下安装LED.

(3)当决定在孔中安装时, 计算好面孔及线路板上孔距的尺寸和公差以免支架受过度的压力. (4)安装LED 时, 建意用导套定位.

(5)在焊接温度回到正常以前, 必须避免使LED 受到任何的震动或外力.

LED 的清洗

当用化学品清洗胶体时必须特别小心, 因为有些化学品对胶体表面有损伤并引起褪色如三氯乙烯、丙酮等. 可用乙醇擦拭、浸渍, 时间在常温下不超过3分钟. 工作及储存温度

(1)LED LAMPS发光二极管 Topr-25℃~85℃ 、 Tstg-40℃~100℃ (2)LED DISPLAYS显示器 Topr-20℃~70℃ 、 Tstg-20℃~85℃ (3)OUT-DOOR LED LAMPS 像素管 Topr-20℃~60℃ 、 Tstg-20℃~70℃

LED 驱动电源的应用注意点

LED 由于环保、寿命长、光电效率高等众多优点，近年来在各行业应用得以快速发展，LED 的驱动电源成了关注热点，理论上，LED 的使用寿命在10万小时以上，但在实际应用过程中，由于驱动电源的设计及驱动方式选择不当，使LED 极易损坏。

我们设计LED 驱动电源时，有必要知道LED 电流、电压特性，由于LED 的生产厂家及LED 规格不同，电流、电压特性均有差异。现以白光LED 典型规格为例，按照LED 的电流、电压变化规律，一般应用正向电压为3.0-3.6V 左右，典型值电压为3.3V ，电流为20mA ，当加于LED 两端的正向电压超过3.6V 后，正向电压很小的增加，LED 的正向电流都有可能会成倍增涨，使LED 发光体温升过快，从而加速LED 光衰减，使LED 的寿命缩短，严重时甚至烧坏LED 。根据LED 的电压、电流变化特性，对驱动电源的设计提出严格要求。

当前很多厂家生产的LED 灯类产品（比如护栏、灯杯、投射灯），采用阻、容降压，然后加上一个稳压二极管稳压，向LED 供电，这样驱动LED 的方式存在极大缺陷，首先是效率低，在降压电阻上消耗大量电能，甚至有可能超过LED 所消耗的电能，且无法提供大电流驱动，因为电流越大，消耗在降压电阻上的电能就越大，所以很多产品的LED 不敢采用并联方式，均采用串联方式降低电流。其次是稳定电压的能力极差，无法保证通过LED 电流不超过其正常工作要求，设计产品时都会采用降低LED 两端电压来供电驱动，这样是以降低LED 亮度为代价的。采用阻、容降压方式驱动LED ，LED 的亮度不能稳定，当供电电源电压低时，LED 的亮度变暗，供电电源电压高时，LED 的亮度变亮些。阻、容降压方式驱动LED 的最大优势是成本低。

根据LED 电流、电压变化特点，采用恒压驱动LED 是可行的，虽然常用的稳压电路，存在稳压精度不够和稳流能力较差的缺点，但在某些产品的应用上可能过精确设计，其优势仍然是其它驱动方式无法取代的。

采用恒流驱动方式，是比较理想的LED 驱动方式，它能避免LED 正向电压的改变而引起电流变动，同时恒定的电流使LED 的亮度稳定。因此众多厂家选用恒流方式驱动LED 。

还有一种LED 驱动方式是可行的，它即不恒压，也不恒流，但通过电路的设计，当LED 正向电压升高时，使驱动电流减小，保证了LED 产品的安全。当然正向电压的升高只能在LED 承受范围，过高也会损坏LED 。

理想的LED 驱动方式是采用恒压、恒流。但驱动器的成本增加。其实每种驱动方式均有优、缺点，根据LED 产品的要求、应用场合，合理选用LED 驱动方式，精确设计驱动电源成为关键。

参考文献:

1.GB3977－83 颜色的表示方法

2.GB4728－85 电气图形用图形符号

3.GB11499－89 半导体分立器件文字符号

4.GB/T15651－1995 半导体器件 分立器件和集成电路 第五部分：光电子器件

5.SJ2353.3－83 半导体发光器件测试方法

6.SJ2658－86 半导体红外发光二极管测试方法

7.IEC －747－5 Semiconductor devices Part5：Optoelectronic devices

8.CIE-127-1997 Measurement of LEDs