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1、SMDLED参数讲解1213-精选文档目目 錄錄一一.電性參數講解電性參數講解1、IF2、VFVF3、VRVR4、IRIR5、LED正常测试参数正常测试参数二二.物理特性參數講解物理特性參數講解1、應用提要應用提要 專用名詞術語專用名詞術語 2、光学常用名词、光学常用名词3、标准光源、标准光源4、发光角度、发光角度5、波长、波长6、色温、色温o定義定義即順向電流值即順向電流值o單位單位mAmAoIFLIFL順向電流最小值順向電流最小值 oIFMIFM順向電流中間值順向電流中間值 oIFHIFH順向電流最大值順向電流最大值(允許加的最大的正向直流電流允許加的最大的正向直流電流超過此值可損壞二極管

2、超過此值可損壞二極管)o使用條件使用條件LEDLED正常使用條件為正常使用條件為20mA20mA1.IF1.IF及關聯參數說明及關聯參數說明a a、電流與電壓間的關系電流與電壓間的關系說明說明:當電壓超過一定值後當電壓超過一定值後正向電流隨正向電流隨 電壓迅速增加而發光電壓迅速增加而發光.Forword Voltage VF(V)Forword Voltage VF(V)Forward Forward CurrentCurrent IF(mA)IF(mA)IF-VF(Ta=25)IF-VF(Ta=25)b b、電流與溫度間的關系電流與溫度間的關系 說明說明 此圖表說明當此圖表說明當 産品産品在

3、某一特在某一特定溫度時可設定溫度時可設定通過的電流定通過的電流值值.Forward Current IF(mA)Forward Current IF(mA)Ambient TemperatureAmbient Temperature Ta()Ta()IF-TaIF-Tac c、電流與亮度間的關系電流與亮度間的關系1.LED1.LED在可使用的電流在可使用的電流範圍內範圍內發光亮度隨發光亮度隨著電流的增加而增強著電流的增加而增強2.2.發光強度的增加與發光強度的增加與結晶材料及用以控制結晶材料及用以控制n np p層的雜質有關層的雜質有關.Relative Luminous Intensity-

4、IF(Ta=25)Relative Luminous IntensityForward Current IF(mA)2.VF2.VF及關聯參數說明及關聯參數說明o定義定義即順向電壓值即順向電壓值;o單位單位V;V;o正常工作電壓正常工作電壓規格書等參數表所標示的工作電壓是規格書等參數表所標示的工作電壓是在給定的順向電流下得到的在給定的順向電流下得到的 (一般是一般是20mA20mA時測得時測得););oVFLLVFLL低順向電壓驅動時最小值低順向電壓驅動時最小值oVFLHVFLH低順向電壓驅動時最大值低順向電壓驅動時最大值oVFHLVFHL高順向電壓驅動時最小值高順向電壓驅動時最小值oVFHH

5、VFHH高順向電壓驅動時最大值高順向電壓驅動時最大值 a a、I-VI-V曲線曲線(伏安特性曲線伏安特性曲線)說明：說明：在正向電壓小於某在正向電壓小於某一值時一值時,電流極小電流極小LEDLED不發光不發光.當電壓當電壓超過某一值後超過某一值後,正向正向電流隨著電壓迅速電流隨著電壓迅速增加而發光增加而發光.由由V-IV-I曲線可以得出曲線可以得出發光二極管的正向發光二極管的正向電壓電壓反向電流及反向電流及反向電壓等參數反向電壓等參數.V順向特性順向特性100uA100uA0 1V 1.5V 2V 2.5V5V10V逆向特性逆向特性IIRVFHVFL 20mA b b、電壓與溫度間的關系電壓與

6、溫度間的關系說明：說明：1.1.在外界溫度升高時在外界溫度升高時內阻變小內阻變小VFVF將會下降將會下降;2.LED P/N2.LED P/N結的溫度對結的溫度對LEDLED的使用壽命的使用壽命輸出光輸出光強強主波長主波長(顏色顏色)等因等因素都有很大的影響素都有很大的影響,在超在超高亮度和功率型高亮度和功率型LEDLED器件器件及陣列組件中及陣列組件中,不合理的不合理的結構設計將導致結構設計將導致P/NP/N結的結的溫度升高溫度升高,嚴重影響到嚴重影響到LEDLED的性能的性能使用壽命和使用壽命和可靠性可靠性.3.VR3.VRo定義定義逆向電壓值逆向電壓值;o單位單位V;V;oVRVR設定值

7、設定值5V&6V;5V&6V;o注意事項注意事項在逆向施加高電壓會導致元件受損在逆向施加高電壓會導致元件受損因此因此操作時須留意逆向電壓的極限值。操作時須留意逆向電壓的極限值。4.IR4.IRo定義定義逆向電流值逆向電流值;o單位單位uA;uA;o正常正常IRIR讀值範圍讀值範圍 普通産品以普通産品以VR=5VVR=5V條件下逆向電流值條件下逆向電流值5uA;5uA;高檔産品以高檔産品以VR=6VVR=6V條件下逆向電流值條件下逆向電流值1uA.1uA.5、LED正常测试参数正常测试参数LED正常使用和測試條件 正常使用正向電流=20mA測試條件正向電流IF:20mA 正向電壓 VF:5V V

8、R=-6V IR10uASMD LED各光電參數的正常范圍 普通燈(紅.黃.橙.黃綠.琥珀)正向電名壓VF:1.6V2.4V (籃紫 純綠 白)正向電壓VF:2.5V4.2V1.應用提要應用提要 專用名詞術語專用名詞術語 光度學和輻射度學的名詞術語光度學和輻射度學的名詞術語 為了描述光感應器的靈敏度和發光源的光亮度，有必要定義光的發射量和接收量之間的關系。有很多人第一次見到這些名詞術語後，都會對光度學和輻射度學這兩種體系的測量法產生混淆。所以提供以下詳細的描述。光度學體系定義為人眼所感知到的光，人眼對光的敏感度由光的波長或顏色決定的(如下圖所示)。敏感度的峰值出現在可見光譜內的綠色部份，而人眼

9、對紅外線或紫外光的反應則是零。輻射度體系描述為光量在物理上的反應而非人眼的反應。輻射度體系中所使用的基準線檢測器在整個光譜上的敏感度都是相同的。而溫差電堆的反應不會受波長影響，所以可以用在輻射度的測量上。這兩個體系都有各自的應用。當具體說明室內的光亮度時，很明顯地要使用光度學體系的單位。但是，如果應用涉及到紅外線光束傳送資料，要設定發光源的輸出和檢測器的靈敏度時，就一定要使用輻射度系統的單位。會使用這兩個系統來具體說明發光的條件。2、光学常用名词、光学常用名词名詞定義命名法描述方程式單位光通量(Flux)，能量(Q)由一個表面流入，流出或流向一個表面的流量e-(輻射度學)放射的流量(輻射功率)

10、dQeW,Watts (瓦特)dtv-(光度學)光的強度dQvlm,lumens (流明)dt入射度(Incidence)，E垂直射入在一個單位面積表面上的流量Ee-(輻射度學)輻射度的入射deW/m2dAEv-(光度學)光度的入射 (註釋1)dvlx,lux(勒克斯)(lm/m2)dA出射度(Exitance)，M由一個發射單位面積表面上所射出的流量Me-(輻射度學)輻射度的出射(發射度)deW/m2dAMv-(光度學)光度的出射dvlm/m2dA立體角(Solid Angle)，一個半徑“r”的球體，由球體的中心伸延出來的球體表面面積等於“S”時，中間的夾角就是立體角。三者有這樣的關係：=

11、S/r2d=dSsr,Steradians(球面度)r2強度(Intensity)，I來自於一個源點上的發射，經過一個立體角單位的流量Ie-(輻射度學)輻射度的強度deW/srdIv-(光度學)光度的強度dvcd,candela(坎德垃)(lm/sr)d輝度(Sterance)，L與一個表面法線成角度“”，發射出一個立體角並經過一個單位面積的流量Le-(輻射度學)輻射度的立體角密度(輻射率)deW/(sr m2)dAcosd2ed dAcosLv-(光度學)光度的立體角密度(光亮度)(註釋2)dvcd/m2dAcosd2vd dAcos附件1：色容差 光源发出的光谱与标准光谱之间的差别，标准光

12、谱随着色温改变，同一个光源如果标准光谱不同其色容差也不同，但是测量的时候，一般光色电分析系统会自动识别被测光源所在的色温范围，以确定标准光谱的色温取值，色容差的单位是SDCM，一般的节能灯要求的色容差要小于5SDCM 备注：光谱是复色光通过棱镜或能产生衍射现象的光学仪器光栅后，分解成的单色光按波长大小排成的光带。如日光的光谱是红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫七色。400450500550600650700波長(nm)相對強度SiC ZnSe GaNGaPGaP(N)GaAsPGaAlAs波長(nm)各色LED在室溫下的發光光譜 硒化锌 磷化镓磷砷化镓砷铝化镓附件2：CRIA.定義是指顯色(演色)指數

13、,以D65標准機測試并以太陽光為准頻譜讀取之波形 B.CRI具體數據為以所占太陽光波形面積之比例得出的如圖 太陽光波形LED波形02004006001000800WAVELENGTH(nm)注LED波形一定在太陽光波形之內.光源对物体的显色能力称为显色性，是通过与同色温的参考或基准光源（白炽灯或画光）下物体外观颜色的比较。光所发射的光谱内容决定光源的光色，但同样光色可由许多，少数甚至仅仅两个单色的光波纵使而成，对各个颜色的显色性亦大不相同。相同光色的光源会有相异的光谱组成，光谱组成较广的光源较有可能提供较佳的显色品质。当光源光谱中很少或缺乏物体在基准光源下所反射的主波时，会使颜色产生明显的色差

14、(color shift)。色差程度愈大，光源对该色的显色性愈差。演色指数系数(Kaufman)仍为目前定义光源显色性评价的普遍方法。显色分两种 忠实显色：能正确表现物质本来的颜色需使用显色指数(Ra)高的光源，其数值接近100，显色性最好。效果显色：要鲜明地强调特定色彩，表现美的生活可以利用加色的方法来加强显色效果。采用低色温光源照射，能使红色更加鲜艳；采用中等色温光源照射，使蓝色具有清凉感；采用高色温光源照射，使物体有冷的感觉。显色性显色性o指数（Ra）等级 显色性 一般应用 o90-100 1A 优良 需要色彩精确对比的场所o80-89 1B 需要色彩正确判断的场所 o60-79 2 普

15、通 需要中等显色性的场所o40-59 3 对显色性的要求较低，色差较小的场所o20-39 4 较差 对显色性无具体要求的场所显色指数等级显色指数等级3、標準光源標準光源 光的物理原理 當一個物質內的原子受到熱、化學反應或其它方式激發時，原子則釋放出能量而形成光。光在空間內會以電磁波形式傳播。這波形的特性十分重要，因為每一個顏色均完全由單一的波長來定義。波長定義為一個波形走了一個循環的距離。由於光的波長非常短，我們通常用納米(nm nanometer)作為單位(一個納米等於十億分之一米，即110-9m)。不同物質的光譜反應可以用其波長與它相對反應的關係圖來表示。780nm紫外光(指向X射線和伽瑪

16、射線)可見光 紅外線(指向雷達 波)紫色紅色紫色.低於 450 nm藍色.450 500 nm綠色.500 570 nm黃色.570 600 nm橙色.600 620 nm紅色.620 700 nm自然光人造光自然光的種類亮度標准(一般)人造光的種類亮度標准(一般)正午太陽光10,000 Lux蠟燭光50 Lux天陰時的太陽光1,000 Lux錄音室100 Lux黃昏時的太陽光10 Lux課室300 Lux月圓時的光1 Lux檢查中心2,500 Lux月缺時的光0.01 Lux醫院的手術室5,000 LuxCIE 適應光曲線 CIE(International Commission of Il

17、lumination國際照明委員會)適應光(Photopic)曲線是表示人眼平均對顏色反應的一個國際標準 流明/瓦特換算因數光 度 的 有 效 系 數波 長(nm)CIE適應光曲線典型光度檢測反應曲線(Typical Photometric Detector Response)0510152025400450500550600650700Absolute Responsivity in A/WWavelength in Nanometers說明從上圖曲線圖表可看出人眼對綠色響應度(敏感度)最強。绝对光谱响应 有效波长 CIE 標準照射體 A 或稱為CIE標準光源A，其定義為在一個相關色溫285

18、6K 運作下的鎢絲燈泡。下圖所示的是普通光源和光度感應器的一般波長特性。光 敏 電阻熒光燈硅 光 敏 晶 體 管砷化鎵紅外線發光二極管鎢絲燈泡(CIE標準光源A-2856K色溫)太陽光相 對 靈敏度波 長 波 長 特 性 CIE 標準照射體標準照射體 A4 4、發光角度發光角度o標示符號標示符號21/221/2o單位單位度度(o o)o定義定義1/21/2是指發光強度值為軸向強度值一半的方向是指發光強度值為軸向強度值一半的方向與發光軸向與發光軸向(法向法向)的夾角。我們所定義的角度即為半的夾角。我們所定義的角度即為半值角的值角的2 2倍倍也稱為視角也稱為視角(或稱為半功率角或稱為半功率角)附附

19、:角度的測量角度的測量L L值決定原則值決定原則:類比類比圓弧效果圓弧效果,SensorSensor各各點至點至LEDLED等距取等距取SensorSensor或或LedLed尺寸較尺寸較大者的大者的1010倍長度以倍長度以上上.A.A.定義定義:wavelengthwavelength的簡稱的簡稱,即波長即波長;B.B.單位單位:nm(1m=1000mm 1mm=1000um 1um=1000nm);nm(1m=1000mm 1mm=1000um 1um=1000nm);C.:C.:峰值波長峰值波長 a.a.峰值波長峰值波長由材料禁帶寬度由材料禁帶寬度EgEg決定決定 =1240/Eg(nm

20、)=1240/Eg(nm)b.b.可見光波長範圍為可見光波長範圍為380780nm380780nm Eg1 Eg11240/1240/Eg1 Eg11240/7801240/7801.60eV1.60eV Eg2 Eg21240/1240/Eg2 Eg21240/3801240/3803.26eV3.26eV 因此我們討論的僅限於半導體禁帶寬度因此我們討論的僅限於半導體禁帶寬度EgEg介於介於1.601.603.26eV3.26eV材料。材料。5 5、波長、波長(wavelength)wavelength)oPP發光體或特體發光體或特體(經由反射或穿透經由反射或穿透)在分光儀上所量得的能量分佈

21、在分光儀上所量得的能量分佈其峰其峰值位置所對應的波長值位置所對應的波長稱為稱為P P(Peak)-(Peak)-機器讀值機器讀值PPP的測量的測量 建立如下頁圖示的LED相對光譜功率分佈測試裝置LED放在一個直徑180mm的積分球內再加一個驅動LED的恆流源電流在1100mA可調也可設置為方波恆流源電流在11000mA可調頻率1KHZ,占空比1/8.LED發的光通過光纜平行傳到凹面光柵多色儀的入射狹縫上經凹面光柵衍射成象在線陣CCD的感光面上線陣CCD的感光面上線陣CCD上的各個象元對應LED各個波長的能量特徵 經CCD采樣放大和A/D轉換(讀到強度後轉變電流)後送入計算機處理後即可獲得P()

22、.DD是人眼所見的可見光區是人眼所見的可見光區(380780nm)(380780nm)其決定發其決定發光體或物體的光線主要在什麽波長光體或物體的光線主要在什麽波長便此稱為便此稱為D D(Dominate)-(Dominate)-人眼讀值人眼讀值;備注備注為何紅外線的為何紅外線的LEDLED晶粒須告訴客戶晶粒須告訴客戶P(Peak)P(Peak)而對於可見光的而對於可見光的LEDLED晶粒晶粒有些客戶亦要求提供有些客戶亦要求提供D D(Dominate).(Dominate).DDD的數學運算的數學運算 在色度學上對D的數學運算有嚴謹的定義首先瞭解人眼對三原色(RGB)之激勵程度並不一樣如下圖所

23、示(依據:C.I.E.1931 observer):00.511.52400450500550600650700 x y z人眼之三激勵值x值紅y值綠z值藍紅外光紫外光Tristimulus value 說明若此發光體之輻射相對光分佈為()則X=K*()*X()d;Y=K*()*Y()d;Z=K*()*Z()d;LetY=100可求得K並進而求得X和Z而色度坐標X=X/(X+Y+Z),Y=Y/(X+Y+Z),然後可用作圖法或斜率法求得D。舉例說明舉例說明如取藍光470nm為例其波形圖在三激勵值圖中顯示如下圖0 00.50.51 11.51.52 240040045045050050055055

24、0600600650650700700Wavelength(nm)Wavelength(nm)X X Y Y Z Z人眼之三激勵值人眼之三激勵值X X值值紅紅Y Y值值綠綠Z Z值值藍藍紅外光紅外光紫外光紫外光470470從圖中看出從圖中看出X XY YZ Z值分別為值分別為0.20.20.20.21.21.2x=X/(X+Y+Z)=0.2/(0.2+0.2+1.2)=0.2/1.6=0.125;x=X/(X+Y+Z)=0.2/(0.2+0.2+1.2)=0.2/1.6=0.125;y=Y/(X+Y+Z)=0.2/(0.2+0.2+1.2)=0.2/1.6=0.125;y=Y/(X+Y+Z)=

25、0.2/(0.2+0.2+1.2)=0.2/1.6=0.125;將算出之將算出之X XY Y值在值在1931 CIE1931 CIE圖中對應點位置標示如下圖圖中對應點位置標示如下圖將對應點平移於CIE所對應點即D值。000.80.20.40.6780nm650620600580560540520500480470450380 xyCE(x0.125 y0.125)D65BA0.20.40.60.8半波寬半波寬()光譜以波峰為中心光譜以波峰為中心幾乎呈對稱。相當于二分之一波幾乎呈對稱。相當于二分之一波峰高的波長間隔為半波寬峰高的波長間隔為半波寬如右圖示如右圖示附件附件1 1:各波段對應的波長及頻

26、率各波段對應的波長及頻率顏色顏色波長波長頻率頻率紅色紅色約約625740625740納米納米約約480405480405兆赫兆赫橙色橙色約約590625590625納米納米約約510480510480兆赫兆赫黃色黃色約約565570565570納米納米約約530510530510兆赫兆赫綠色綠色約約500565500565納米納米約約600530600530兆赫兆赫青色青色約約485500485500納米納米約約620600620600兆赫兆赫藍色藍色約約440485440485納米納米約約680620680620兆赫兆赫紫色紫色約約380440380440納米納米約約790680790680

27、兆赫兆赫 很多人會發覺用兩個相同強度但不同的光源進行測量時，光度感應器會得出兩個不同的度數。原因是兩個不同的光源有不同的顏色，那就是兩個不同成份的波長。因為光是由物質的原子產生能量而形成的，並以電磁波的形式出現，所以不同的光源會產生不同成份的波長。下圖顯示的是電磁波頻譜。伽瑪射線X 射線可見光TV/FM無線電波紫外光紅外光電 磁 波 頻 譜o 另外，不同光度感應器有不同成份的波長特性。例如：光敏電阻對可見光比較靈敏，而光敏晶體管和光敏二極管對紅外線比較靈敏。所以，為了方便與其他人溝通和比較不同的光源，我們通常會使用色溫來表達。o 一般來說，所有物質可以當成熱能的來源。眾所周知，發光輻射的波長和

28、發光源的溫度之間有一定的關係。此關係稱為外因位移律(Wiens Displacement Law)，如右圖所示。色溫的單位是K(開)，0K-273C。o 由於歷史性的原因，大部份供應商，在規格書上都使用CIE 標準光源 A(鎢絲氣燈-2856K色溫)作為公眾所認可的標準光源。從下圖可見色溫愈高，最強輻射強度的波長就愈短。波長(m)物體的溫度和輻射能量的波長輻射強度(W/cm2 m)o 因为大部分光源所发出的光皆通称为白光，故光源的色表温因为大部分光源所发出的光皆通称为白光，故光源的色表温度或相关色温度即用以指称其光色相对白的程度，以量化光源度或相关色温度即用以指称其光色相对白的程度，以量化光源

29、的光色表现。的光色表现。o 根据根据Max Planck的理论，将一具完全吸收与放射能力的的理论，将一具完全吸收与放射能力的标准黑体加热，温度逐渐升高光度亦随之改变；标准黑体加热，温度逐渐升高光度亦随之改变；CIE色座标上色座标上的黑体曲线（的黑体曲线（Black body locus）显示黑体由红）显示黑体由红-橙红橙红-黄黄-黄白黄白-白白-蓝白的过程。黑体加温到出现与光源相同或接近蓝白的过程。黑体加温到出现与光源相同或接近光色时的温度，定义为该光源的相关色温度，称色温。以绝对光色时的温度，定义为该光源的相关色温度，称色温。以绝对温温K（Kelvin，或称开氏温度）为单位（，或称开氏温度）

30、为单位（K=+273.15）。）。因此，黑体加热至呈红色时温度约因此，黑体加热至呈红色时温度约527即即800K，其他温度，其他温度影响光色变化。光色愈偏蓝，色温愈高；偏红则色温愈低。影响光色变化。光色愈偏蓝，色温愈高；偏红则色温愈低。6.6.色溫色溫 (Co1or Temperature)(Co1or Temperature)光源光源色温色温光源光源色温色温高压汞灯高压汞灯3450-3750k3450-3750k北方晴空北方晴空8000-8500k8000-8500k暖色熒光灯暖色熒光灯2500-3000k2500-3000k阴天阴天6500-7500k6500-7500k卤素灯卤素灯300

31、0k3000k夏日正午阳光夏日正午阳光5500k5500k钨丝灯钨丝灯2700k2700k金属卤化物灯金属卤化物灯4000-4600k4000-4600k高压钠灯高压钠灯1950-2250k1950-2250k下午日光下午日光4000k4000k蜡烛光蜡烛光2000k2000k冷色熒光灯冷色熒光灯4000-5000k4000-5000k附件二附件二:不同光源的不同光色组成最佳环境不同光源的不同光色组成最佳环境 色温色温光色光色气氛效果气氛效果5000K5000K清凉清凉(带蓝的白色带蓝的白色)冷的气氛冷的气氛3300-5000K3300-5000K中间中间(白白)爽快的气氛爽快的气氛3300K3300K温暖温暖(带红的白色带红的白色)稳重的气氛稳重的气氛CIE 色圖色圖所有有可能存在的顏色座標(x,y)包含在蹄鐵形的曲線上或裡面。純顏色位於蹄鐵形的曲線邊上，而白色的座標為（1/3，1/3）光电光电元件常用的波長定義元件常用的波長定義如下图如下图00.10.20.30.40.50.60.7 x00.10.20.30.40.50.60.70.8y简介结束简介结束Thanks