实验八LED参数的测量和解答.doc

实验八 LED参数的测量和研究 一、实验目的 1.了解LED的原理和基本特性； 2. 测试LED/LD的功率－电流（P-I）特性和电压－电流（V-I）特性，并计算阈值电流. 3. 二、实验内容 1. LED发光二极管的V/I特性测试实验 2. LED发光二极管的P/I特性测试实验 三、实验仪器 多功能光度计LED工作原理 LED（Lighy Emitting Diode）又称发光二极管，它们利用固体半导体芯片作为发光材料，当两端加上正向电压，半导体中的载流子发生复合，放出过剩的能量而引起光子发射产生可见光。 LED大多由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。由于复合是在少子扩散区内发光的，所以光仅在靠近PN结面数微米以内产生。发光二极管有两种类型：一类是正面发光型LED，另一类是侧面发光型LED，其结构示于图1. 图1 LED发光原理 发光二极管所发之光并非单一波长，如图2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。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（nm）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。 图2 LED光谱图 LED的V-I特性 LED是半导体光电子器件，其核心部分是P-N结。因此其具有与普通二极管相类似的V-I特性曲线，如图3所示。在正向电压正小于某一值时，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。我们将这一电压称为阈值电压或开门电压。 图3 LED的V-I特性曲线 图4 LED的P-I特性曲线 LED/LD的P-I特性 在结构上，由于LED与LD相比没有光学谐振腔。因此，LD和LED的功率与电流的P-I关系特性曲线则有很大的差别，如图4所示。LED的P-I曲线基本上是一条近似的线性直线，只有当电流过大时，由于PN结发热产生饱和现象，使P-I曲线的斜率减小。 对于半导体激光器来说，当正向注入电流较低时，增益小于0，此时半导体激光器只能发射荧光；随着电流的增大，注入的非平衡载流子增多，使增益大于0，但尚未克服损耗，在腔内无法建立起一定模式的振荡，这种情况被称为超辐射；当注入电流增大到某一数值时，增益克服损耗，半导体激光器输出激光，此时的注入电流值定义为阈值电流Ith 。 由图4可以看出，注入电流较低时，输出功率随注入电流缓慢上升。当注入电流达到并超出阈值电流后，输出功率陡峭上升。我们把陡峭部分外延，将延长线和电流轴的交点定义为阈值电流Ith 。只有在工作电流IfIth部分，P-I曲线才近似一根直线。而在IfIth部分，LD输出的光功率几乎为零。 4. 光学参数 作为照明用光源的LEO，其应被了解的光学性能的项目与其它光源应是一致的，它们主要包括光强、光强(空间)分布、光通量(及发光效率)、光亮度、光谱功率分布、色坐标、显色指数、相关色温等。其中光强、光通量、色坐标、显色指数和色温应是必须提供的指标。 光通量： 是计量光源被人眼所观察时呈现的光功率，光通量的单位为lm（流明）。其表达式： （λ）为辐射通量，V(λ)为视觉函数，K=683 lm/W。 光源的发光效率： CIE（国际照明委员会）定义光源发出的光通量与耗费电功率之比值称之为该光源的发光效率。公式如下，常见光源的发光效率 3.发光强度： 发光强度是指光源在指定方向上的单位立体角内发出的光通量，也就是说光源向空间某一方向辐射的光通密度。符号用 I 表示，国际单位是 candela（坎德拉）简写 cd。光强代表了光源在不同方向上的辐射能力。通俗的说发光强度就是光源所发出的光的强弱程度。 图5 发光强度示意图 图6 光照度示意图 4光照度E： 在被照物体表面上，单位面积内接受到的光通量称为光照度，它是表征表面被照明程度的量 ，单位是勒克斯（lx） 该单位较小，满月夜晚的地面照度约为0.2 lx，白天采光良好的室内照度为100～500 lx，晴朗的室外太阳非直射下的地面照度为103～104 lx，而中午太阳直射下的地面照度可达105 lx . 一般推荐办公室的平均水平照度为500~1000 lx；