歷史

　　發(fā)光二極管 （英語(yǔ)：Light-Emitting Diode，簡(jiǎn)稱(chēng)LED 是一種能發(fā)光的半導(dǎo)體電子元件。這種電子元件早在1962年出現(xiàn)，早期只能發(fā)出低光度的紅光，之后發(fā)展出其他單色光的版本，時(shí)至今日能發(fā)出的光已遍及可見(jiàn)光、紅外線及紫外線，光度也提高到相當(dāng)?shù)墓舛取６猛疽灿沙鯐r(shí)作為指示燈、顯示板等；隨著白光發(fā)光二極管的出現(xiàn)而續(xù)漸發(fā)展至被用作照明。

　　LED只能往一個(gè)方向?qū)ǎㄍ姡?，叫作正向偏置（正向偏壓），?dāng)電流流過(guò)時(shí)，電子與電洞在其內(nèi)重合而發(fā)出單色光，這叫電致發(fā)光效應(yīng)，而光線的波長(zhǎng)、顏色跟其所采用的半導(dǎo)體物料種類(lèi)與故意滲入的元素雜質(zhì)有關(guān)。具有效率高、壽命長(zhǎng)、不易破損、開(kāi)關(guān)速度高、高可靠性等傳統(tǒng)光源不及的優(yōu)點(diǎn)。白光LED的發(fā)光效率，在近幾年來(lái)已經(jīng)有明顯的提升，同時(shí)，在每千流明的購(gòu)入價(jià)格，也因?yàn)橥度胧袌?chǎng)的廠商相互競(jìng)爭(zhēng)的影響，而價(jià)格明顯下降。雖然越來(lái)越多人使用LED照明作辦公室、家具、裝飾、招牌甚至路燈用途，但在技術(shù)上，LED在光電轉(zhuǎn)換效率(有效照度對(duì)用電量的比值)上仍然低于新型的螢光燈。

簡(jiǎn)介

　　它是半導(dǎo)體二極管的一種，可以把電能轉(zhuǎn)化成光能；常簡(jiǎn)寫(xiě)為L(zhǎng)ED。發(fā)光二極管與普通二極管一樣是由一個(gè)PN結(jié)組成，也具有單向?qū)щ娦?。?dāng)給發(fā)光二極管加上正向電壓后，從P區(qū)注入到N區(qū)的空穴和由N區(qū)注入到P區(qū)的電子，在PN結(jié)附近數(shù)微米內(nèi)分別與N區(qū)的電子和P區(qū)的空穴復(fù)合，產(chǎn)生自發(fā)輻射的熒光。不同的半導(dǎo)體材料中電子和空穴所處的能量狀態(tài)不同。當(dāng)電子和空穴復(fù)合時(shí)釋放出的能量多少不同，釋放出的能量越多，則發(fā)出的光的波長(zhǎng)越短。常用的是發(fā)紅光、綠光或黃光的二極管。發(fā)光二極管的反向擊穿電壓約5伏。它的正向伏安特性曲線很陡，使用時(shí)必須串聯(lián)限流電阻以控制通過(guò)管子的電流。限流電阻R可用下式計(jì)算：

限流電阻計(jì)算公式

　　R=（E－UF）/IF 　　式中E為電源電壓，UF為L(zhǎng)ED的正向壓降，IF為L(zhǎng)ED的一般工作電流

物理特性

　　發(fā)光二極管的兩根引線中較長(zhǎng)的一根為正極，應(yīng)接電源正極。有的發(fā)光二極管的兩根引線一樣長(zhǎng)，但管殼上有一凸起的小舌，靠近小舌的引線是正極。  發(fā)光二極管
與小白熾燈泡和氖燈相比，發(fā)光二極管的特點(diǎn)是：工作電壓很低（有的僅一點(diǎn)幾伏）；工作電流很?。ㄓ械膬H零點(diǎn)幾毫安即可發(fā)光）；抗沖擊和抗震性能好，可靠性高，壽命長(zhǎng)；通過(guò)調(diào)制通過(guò)的電流強(qiáng)弱可以方便地調(diào)制發(fā)光的強(qiáng)弱。由于有這些特點(diǎn)，發(fā)光二極管在一些光電控制設(shè)備中用作光源，在許多電子設(shè)備中用作信號(hào)顯示器。把它的管心做成條狀，用7條條狀的發(fā)光管組成7段式半導(dǎo)體數(shù)碼管，每個(gè)數(shù)碼管可顯示0～9十個(gè)數(shù)目字。

發(fā)光原理

　　50年前人們已經(jīng)了解半導(dǎo)體材料可產(chǎn)生光線的基本知識(shí)，第一個(gè)商用二極管產(chǎn)生于1960年。LED是英文light emitting diode（發(fā)光二極管）的縮寫(xiě)，發(fā)光二極管它的基本結(jié)構(gòu)是一塊電致發(fā)光的半導(dǎo)體材料，置于一個(gè)有引線的架子上，然后四周用環(huán)氧樹(shù)脂密封，起到保護(hù)內(nèi)部芯線的作用，所以LED的抗震性能好。

　　發(fā)光二極管的核心部分是由P型半導(dǎo)體和N型半導(dǎo)體組成的晶片，在P型半導(dǎo)體和N型半導(dǎo)體之間有一個(gè)過(guò)渡層，稱(chēng)為PN結(jié)。在某些半導(dǎo)體材料的PN結(jié)中，注入的少數(shù)載流子與多數(shù)載流子復(fù)合時(shí)會(huì)把多余的能量以光的形式釋放出來(lái)，從而把電能直接轉(zhuǎn)換為光能。PN結(jié)加反向電壓，少數(shù)載流子難以注入，故不發(fā)光。這種利用注入式電致發(fā)光原理制作的二極管叫發(fā)光二極管，通稱(chēng)LED。 當(dāng)它處于正向工作狀態(tài)時(shí)（即兩端加上正向電壓），電流從LED陽(yáng)極流向陰極時(shí)，半導(dǎo)體晶體就發(fā)出從紫外到紅外不同顏色的光線，光的強(qiáng)弱與電流有關(guān)。

　　以下是傳統(tǒng)發(fā)光二極管所使用的無(wú)機(jī)半導(dǎo)體物料和所它們發(fā)光的顏色：

　　鋁砷化鎵(AlGaAs)-紅色及紅外線

　　鋁磷化鎵(AlGaP)-綠色

　　磷化鋁銦鎵(AlGaInP)-高亮度的橘紅色，橙色，黃色，綠色

　　磷砷化鎵(GaAsP)-紅色，橘紅色，黃色

　　磷化鎵(GaP)-紅色，黃色，綠色

　　氮化鎵(GaN)-綠色，翠綠色，藍(lán)色

　　銦氮化鎵(InGaN)-近紫外線，藍(lán)綠色，藍(lán)色

　　碳化硅(SiC)(用作襯底)-藍(lán)色

　　硅(Si)(用作襯底)-藍(lán)色(開(kāi)發(fā)中)

　　藍(lán)寶石(Al2O3)(用作襯底)-藍(lán)色

　　zincselenide(ZnSe)-藍(lán)色

　　鉆石(C)-紫外線

　　氮化鋁(AlN),aluminiumgalliumnitride(AlGaN)-波長(zhǎng)為遠(yuǎn)至近的紫外線

分類(lèi)

　　發(fā)光二極管還可分為普通單色發(fā)光二極管、高亮度發(fā)光二極管、超高亮度發(fā)光二極管、變色發(fā)光二極管、閃爍發(fā)光二極管、電壓控制型發(fā)光二極管、紅外發(fā)光二極管和負(fù)阻發(fā)光二極管等。

普通單色發(fā)光二極管

　　普通單色發(fā)光二極管具有體積小、工作電壓低、工作電流小、發(fā)光均勻穩(wěn)定、響應(yīng)速度快、壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)，可用各種直流、交流、脈沖等電源驅(qū)動(dòng)點(diǎn)亮。它屬于電流控制型半導(dǎo)體器件，使用時(shí)需串接合適的限流電阻。

　　普通單色發(fā)光二極管的發(fā)光顏色與發(fā)光的波長(zhǎng)有關(guān)，而發(fā)光的波長(zhǎng)又取決于制造發(fā)光二極管所用的半導(dǎo)體材料。紅色發(fā)光二極管的波長(zhǎng)一般為650~700nm，琥珀色發(fā)光二極管的波長(zhǎng)一般為630~650 nm ，橙色發(fā)光二極管的波長(zhǎng)一般為610~630 nm左右，黃色發(fā)光二極管的波長(zhǎng)一般為585 nm左右，綠色發(fā)光二極管的波長(zhǎng)一般為555~570 nm。常用的國(guó)產(chǎn)普通單色發(fā)光二極管有BT（廠標(biāo)型號(hào)）系列、FG（部標(biāo)型號(hào)）系列和2EF系列，見(jiàn)表4-26、表4-27和表4-28。

　　常用的進(jìn)口普通單色發(fā)光二極管有SLR系列和SLC系列等。

高亮度單色發(fā)光二極管

　　高亮度單色發(fā)光二極管和超高亮度單色發(fā)光二極管使用的半導(dǎo)體材料與普通單色發(fā)光二極管不同，所以發(fā)光的強(qiáng)度也不同。

　　通常，高亮度單色發(fā)光二極管使用砷鋁化鎵（GaAlAs）等材料，超高亮度單色發(fā)光二極管使用磷銦砷化鎵（GaAsInP）等材料，而普通單色發(fā)光二極管使用磷化鎵（GaP）或磷砷化鎵（GaAsP）等材料。

　　常用的高亮度紅色發(fā)光二極管的主要參數(shù)見(jiàn)表4-29，常用的超高亮度單色發(fā)光二極管的主要參數(shù)見(jiàn)表4-30。

變色發(fā)光二極管

　　變色發(fā)光二極管是能變換發(fā)光顏色的發(fā)光二極管。變色發(fā)光二極管發(fā)光顏色種類(lèi)可分為雙色發(fā)光二極管、三色發(fā)光二極管和多色（有紅、藍(lán)、綠、白四種顏色）發(fā)光二極管。

　　變色發(fā)光二極管按引腳數(shù)量可分為二端變色發(fā)光二極管、三端變色發(fā)光二極管、四端變色發(fā)光二極管和六端變色發(fā)光二極管。

　　常用的雙色發(fā)光二極管有2EF系列和TB系列，常用的三色發(fā)光二極管有2EF302、2EF312、2EF322等型號(hào)。

閃爍發(fā)光二極管

　　閃爍發(fā)光二極管（BTS）是一種由CMOS集成電路和發(fā)光二極管組成的特殊發(fā)光器件，可用于報(bào)警指示及欠壓、超壓指示。

　　閃爍發(fā)光二極管在使用時(shí)，無(wú)須外接其它元件，只要在其引腳兩端加上適當(dāng)?shù)闹绷鞴ぷ麟妷海?V）即可閃爍發(fā)光。

電壓控制型發(fā)光二極管

　　普通發(fā)光二極管屬于電流控制型器件，在使用時(shí)需串接適當(dāng)阻值的限流電阻。電壓控制型發(fā)光二極管（BTV）是將發(fā)光二極管和限流電阻集成制作為一體，使用時(shí)可直接并接在電源兩端。

紅外發(fā)光二極管

　　紅外發(fā)光二極管也稱(chēng)紅外線發(fā)射二極管，它是可以將電能直接轉(zhuǎn)換成紅外光（不可見(jiàn)光）并能輻射出去的發(fā)光器件，主要應(yīng)用于各種光控及遙控發(fā)射電路中。

　　紅外發(fā)光二極管的結(jié)構(gòu)、原理與普通發(fā)光二極管相近，只是使用的半導(dǎo)體材料不同。紅外發(fā)光二極管通常使用砷化鎵（GaAs）、砷鋁化鎵（GaAlAs）等材料，采用全透明或淺藍(lán)色、黑色的樹(shù)脂封裝。

　　常用的紅外發(fā)光二極管有SIR系列、SIM系列、PLT系列、GL系列、HIR系列和HG系列等。

藍(lán)光與白光LED

　　用GaN形成的藍(lán)光LED1993年，當(dāng)時(shí)在日本NichiaCorporation(日亞化工)工作的中村修二（ShujiNakamura）發(fā)明了基于寬禁帶半導(dǎo)體材料氮化鎵（GaN）和銦氮化稼（InGaN）的具有商業(yè)應(yīng)用價(jià)值的藍(lán)光LED，這類(lèi)LED在1990 年代后期得到廣泛應(yīng)用。理論上藍(lán)光LED結(jié)合原有的紅光LED和綠光LED可產(chǎn)生白光，但現(xiàn)在的白光LED卻很少是這樣造出來(lái)的。

　　現(xiàn)時(shí)生產(chǎn)的白光LED大部分是通過(guò)在藍(lán)光LED(near-UV,波長(zhǎng)450nm至470nm)上覆蓋一層淡黃色熒光粉涂層制成的，這種黃色磷光體通常是通過(guò)把摻了鈰的YttriumAlum

　　inumGarnet(Ce3+:YAG)晶體磨成粉末后混和在一種稠密的黏合劑中而制成的。當(dāng)LED芯片發(fā)出藍(lán)光，部分藍(lán)光便會(huì)被這種晶體很高效地轉(zhuǎn)換成一個(gè)光譜較寬（光譜中心約為580nm）的主要為黃色的光。(實(shí)際上單晶的摻Ce的YAG被視為閃爍器多于磷光體。)由于黃光會(huì)刺激肉眼中的紅光和綠光受體，再混合LED本身的藍(lán)光，使它看起來(lái)就像白色光，而其的色澤常被稱(chēng)作“月光的白色”。這種制作白光LED的方法是由NichiaCorporation所開(kāi)發(fā)并從1996年開(kāi)始用在生產(chǎn)白光LED上。若要調(diào)校淡黃色光的顏色，可用其它稀土金屬鋱或釓取代Ce3+:YAG中摻入的鈰(Ce)，甚至可以以取代YAG中的部份或全部鋁的方式做到。而基于其光譜的特性，紅色和綠色的對(duì)象在這種LED照射下看起來(lái)會(huì)不及闊譜光源照射時(shí)那么鮮明。

　　另外由于生產(chǎn)條件的變異，這種LED的成品的色溫并不統(tǒng)一，從暖黃色的到冷的藍(lán)色都有，所以在生產(chǎn)過(guò)程中會(huì)以其出來(lái)的特性作出區(qū)分。另一個(gè)制作的白光LED的方法則有點(diǎn)像日光燈，發(fā)出近紫外光的LED會(huì)被涂上兩種磷光體的混合物，一種是發(fā)紅光和藍(lán)光的銪，另一種是發(fā)綠光的，摻雜了硫化鋅(ZnS)的銅和鋁。但由于紫外線會(huì)使黏合劑中的環(huán)氧樹(shù)脂裂化變質(zhì)，所以生產(chǎn)難度較高，而壽命亦較短。與第一種方法比較，它效率較低而產(chǎn)生較多熱(因?yàn)镾tokesShift前者較大)，但好處是光譜的特性較佳，產(chǎn)生的光比較好看。而由于紫外光的LED功率較高，所以其效率雖比較第一種方法低，出來(lái)的亮度卻相若。

　　最新一種制造白光LED的方法沒(méi)再用上磷光體。新的做法是在硒化鋅(ZnSe)基板上生長(zhǎng)硒化鋅的磊晶層。通電時(shí)其活躍地帶會(huì)發(fā)出藍(lán)光而基板會(huì)發(fā)黃光，混合起來(lái)便是白色光。

ontent">LED照明設(shè)計(jì)理念

　　LED的出現(xiàn)打破了傳統(tǒng)光源的設(shè)計(jì)方法與思路，目前有兩種最新的設(shè)計(jì)理念。

1.情景照明

　　是以環(huán)境的需求來(lái)設(shè)計(jì)燈具。情景照明以場(chǎng)所為出發(fā)點(diǎn)，旨在營(yíng)造一種漂亮、絢麗的光照環(huán)境，去烘托場(chǎng)景效果，使人感覺(jué)到有場(chǎng)景氛圍。

2.情調(diào)照明

　　是以人的需求來(lái)設(shè)計(jì)燈具。情調(diào)照明是以人情感為出發(fā)點(diǎn)，從人的角度去創(chuàng)造一種意境般的光照環(huán)境。情調(diào)照明與情景照明有所不同，情調(diào)照明是動(dòng)態(tài)的，可以滿足人的精神需求的照明方式，使人感到有情調(diào);而情景照明是靜態(tài)的，它只能強(qiáng)調(diào)場(chǎng)景光照的需求，而不能表達(dá)人的情緒，從某種意義上說(shuō)，情調(diào)照明涵蓋情景照明。

LED光源的特點(diǎn)

電壓

　　LED使用低壓電源，供電電壓在6-24V之間，根據(jù)產(chǎn)品不同而異，所以它是一個(gè)比使用高壓電源更安全的電源，特別適用于公共場(chǎng)所。

效能

　　消耗能量較同光效的白熾燈減少80%

適用性

　　體積很小，每個(gè)單元LED小片是3-5mm的正方形，所以可以制備成各種形狀的器件，并且適合于易變的環(huán)境

穩(wěn)定性

　　10萬(wàn)小時(shí)，光衰為初始的50%

響應(yīng)時(shí)間

　　其白熾燈的響應(yīng)時(shí)間為毫秒級(jí)，LED燈的響應(yīng)時(shí)間為納秒級(jí)

對(duì)環(huán)境污染

　　無(wú)有害金屬汞

顏色

　　發(fā)光二極管方便地通過(guò)化學(xué)修飾方法，調(diào)整材料的能帶結(jié)構(gòu)和禁帶寬度，實(shí)現(xiàn)紅黃綠藍(lán)橙多色發(fā)光。紅光管工作電壓較小，顏色不同的紅、橙、黃、綠、藍(lán)的發(fā)光二極管的工作電壓依次升高。

價(jià)格

　　LED的價(jià)格現(xiàn)在越來(lái)越平民化，因LED省電的特性，也許不久的將來(lái)，人們都會(huì)的把白熾燈換成LED燈?，F(xiàn)在，我國(guó)部分城市公路、學(xué)校、廠區(qū)等場(chǎng)所已換裝完LED路燈、節(jié)能燈等。

單色LED種類(lèi)及發(fā)展史

　　最早應(yīng)用半導(dǎo)體P-N結(jié)發(fā)光原理制成的LED光源問(wèn)世于20世紀(jì)60年代初。當(dāng)時(shí)所用的材料是GaAsP，發(fā)紅光（λp=650nm），在驅(qū)動(dòng)電流為20毫安時(shí)，光通量只有千分之幾個(gè)流明，相應(yīng)的發(fā)光效率約0.1流明/瓦。 

　　70年代中期，引入元素In和N，使LED產(chǎn)生綠光（λp=555nm），黃光（λp=590nm）和橙光（λp=610nm），光效也提高到1流明/瓦。 

　　到了80年代初，出現(xiàn)了GaAlAs的LED光源，使得紅色LED的光效達(dá)到10流明/瓦。

　　90年代初，發(fā)紅光、黃光的GaAlInP和發(fā)綠、藍(lán)光的GaInN兩種新材料的開(kāi)發(fā)成功，使LED的光效得到大幅度的提高。在2000年，前者做成的LED在紅、橙區(qū)（λp=615nm）的光效達(dá)到100流明/瓦，而后者制成的LED在綠色區(qū)域（λp=530nm）的光效可以達(dá)到50流明/瓦。

單色光LED的應(yīng)用最初LED用作儀器儀表的指示光源，后來(lái)各種光色的LED在交通信號(hào)燈和大面積顯示屏中得到了廣泛應(yīng)用，產(chǎn)生了很好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。以12英寸的紅色交通信號(hào)燈為例，在美國(guó)本來(lái)是采用長(zhǎng)壽命，低光效的140瓦白熾燈作為光源，它產(chǎn)生2000流明的白光。經(jīng)紅色濾光片后，光損失90%，只剩下200流明的紅光。而在新設(shè)計(jì)的燈中，Lumileds公司采用了18個(gè)紅色LED光源，包括電路損失在內(nèi)，共耗電14瓦，即可產(chǎn)生同樣的光效。

　　汽車(chē)信號(hào)燈也是LED光源應(yīng)用的重要領(lǐng)域。1987年，我國(guó)開(kāi)始在汽車(chē)上安裝高位剎車(chē)燈，由于LED響應(yīng)速度快（納秒級(jí)），可以及早讓尾隨車(chē)輛的司機(jī)知道行駛狀況，減少汽車(chē)追尾事故的發(fā)生。

　　另外，LED燈在室外紅、綠、藍(lán)全彩顯示屏，匙扣式微型電筒等領(lǐng)域都得到了應(yīng)用。

LED光參數(shù)介紹

　　LED的光學(xué)參數(shù)中重要的幾個(gè)方面就是：光通量、發(fā)光效率、發(fā)光強(qiáng)度、光強(qiáng)分布、波長(zhǎng)。

發(fā)光效率和光通量

　　發(fā)光效率就是光通量與電功率之比。發(fā)光效率表征了光源的節(jié)能特性，這是衡量現(xiàn)代光源性能的一個(gè)重要指標(biāo)。

發(fā)光強(qiáng)度和光強(qiáng)分布

　　LED發(fā)光強(qiáng)度是表征它在某個(gè)方向上的發(fā)光強(qiáng)弱，由于LED在不同的空間角度光強(qiáng)相差很多，隨之而來(lái)我們研究了LED的光強(qiáng)分布特性。這個(gè)參數(shù)實(shí)際意義很大，直接影響到LED顯示裝置的最小觀察角度。比如體育場(chǎng)館的LED大型彩色顯示屏，如果選用的LED單管分布范圍很窄，那么面對(duì)顯示屏處于較大角度的觀眾將看到失真的圖像。而且交通標(biāo)志燈也要求較大范圍的人能識(shí)別。

波長(zhǎng)

　　對(duì)于LED的光譜特性我們主要看它的單色性是否優(yōu)良，而且要注意到紅、黃、藍(lán)、綠、白色LED等主要的顏色是否純正。因?yàn)樵谠S多場(chǎng)合下，比如交通信號(hào)燈對(duì)顏色就要求比較嚴(yán)格，不過(guò)據(jù)觀察現(xiàn)在我國(guó)的一些LED信號(hào)燈中綠色發(fā)藍(lán)，紅色的為深紅，從這個(gè)現(xiàn)象來(lái)看我們對(duì)LED的光譜特性進(jìn)行專(zhuān)門(mén)研究是非常必要而且很有意義的。

發(fā)光二極管的檢測(cè)

普通發(fā)光二極管的檢測(cè)

　　（1）用萬(wàn)用表檢測(cè)。利用具有×10kΩ擋的指針式萬(wàn)用表可以大致判斷發(fā)光二極管的好壞。正常時(shí)，二極管正向電阻阻值為幾十至200kΩ,反向電阻的值為∝。如果正向電阻值為0或?yàn)?infin;，反向電阻值很小或?yàn)?，則易損壞。這種檢測(cè)方法，不能實(shí)質(zhì)地看到發(fā)光管的發(fā)光情況，因?yàn)?times;10kΩ擋不能向LED提供較大正向電流。 

　　如果有兩塊指針萬(wàn)用表（最好同型號(hào)）可以較好地檢查發(fā)光二極管的發(fā)光情況。用一根導(dǎo)線將其中一塊萬(wàn)用表的“+”接線柱與另一塊表的“-”接線柱連接。余下的“-”筆接被測(cè)發(fā)光管的正極（P區(qū)），余下的“+”筆接被測(cè)發(fā)光管的負(fù)極（N區(qū)）。兩塊萬(wàn)用表均置×10kΩ擋。正常情況下，接通后就能正常發(fā)光。若亮度很低，甚至不發(fā)光，可將兩塊萬(wàn)用表均撥至×1mΩ若，若仍很暗，甚至不發(fā)光，則說(shuō)明該發(fā)光二極管性能不良或損壞。應(yīng)注意，不能一開(kāi)始測(cè)量就將兩塊萬(wàn)用表置于×1mΩ，以免電流過(guò)大，損壞發(fā)光二極管。 

　?。?）外接電源測(cè)量。用3V穩(wěn)壓源或兩節(jié)串聯(lián)的干電池及萬(wàn)用表（指針式或數(shù)字式皆可）可以較準(zhǔn)確測(cè)量發(fā)光二極管的光、電特性。為此可按圖10所示連接電路即可。如果測(cè)得VF在1.4～3V之間，且發(fā)光亮度正常，可以說(shuō)明發(fā)光正常。如果測(cè)得VF=0或VF≈3V，且不發(fā)光，說(shuō)明發(fā)光管已壞。

紅外發(fā)光二極管的檢測(cè)

　　由于紅外發(fā)光二極管，它發(fā)射1～3μm的紅外光，眼看不到。通常單只紅外發(fā)光二極管發(fā)射功率只有數(shù)mW，不同型號(hào)的紅外LED發(fā)光強(qiáng)度角分布也不相同。紅外LED的正向壓降一般為1.3～2.5V。正由于其發(fā)射的紅外光人眼看不見(jiàn)，所以利用上述可見(jiàn)光LED的檢測(cè)法只能判定其PN結(jié)正、反向電學(xué)特性是否正常，而無(wú)法判定其發(fā)光情況正常否。為此，最好準(zhǔn)備一只光敏器件（如2CR、2DR型硅光電池）作接收器。用萬(wàn)用表測(cè)光電池兩端電壓的變化情況。來(lái)判斷紅外LED加上適當(dāng)正向電流后是否發(fā)射紅外光。

LED光度測(cè)量原理

光強(qiáng)度的測(cè)量方法

　　把光強(qiáng)標(biāo)準(zhǔn)燈，LED和配有V（λ）濾光片的硅光電二極管安裝和調(diào)試在光具座上，特別是嚴(yán)格地調(diào)燈絲位置，LED發(fā)光部位及接受面位置。

　　先用光強(qiáng)標(biāo)準(zhǔn)燈校準(zhǔn)硅光電二極管，C=E/S

　　式中Rs=Is/Ds

　　Ds是標(biāo)準(zhǔn)燈與接受器之間的距離，I s是標(biāo)準(zhǔn)燈的光強(qiáng)度，R s是標(biāo)準(zhǔn)燈的響應(yīng)。

　　Et=C ·R t式中E t是被測(cè)LED的照度，R t是被測(cè)LED的響應(yīng)，則LED的光強(qiáng)度I t為：I t=E t ·Dt

　　式中Dt 是LED與接受面之距離。

　　對(duì)于LED來(lái)講，其發(fā)光面是圓蓋形狀的，光分布是很特殊的，所以在不同的測(cè)量距離下，光強(qiáng)值會(huì)變化，偏離距離平方反比定律，即使固定了測(cè)量距離，但是由于接受器接受面積不同，其光強(qiáng)值也會(huì)變化。因此，為了提高測(cè)量精度，應(yīng)該把測(cè)量距離和接受面積大小相對(duì)地給予固定為好。例如，測(cè)量距離按照GIE推薦采用316mm，接受器面積固定為10×10mm。在同一測(cè)量距離下，LED轉(zhuǎn)角不同，其光強(qiáng)也相應(yīng)地有變化，因此為了獲得最佳值，最好讀出最大讀數(shù)R t為佳。

光通量的測(cè)量方法

　　光通量測(cè)量在變角光度計(jì)的轉(zhuǎn)臺(tái)上進(jìn)行，轉(zhuǎn)臺(tái)上安轉(zhuǎn)了LED，該轉(zhuǎn)臺(tái)在其水平面上繞著垂直軸旋轉(zhuǎn)±90度，LED在垂直面上繞著測(cè)光軸旋轉(zhuǎn)360度。在水平面上和垂直面上的轉(zhuǎn)角的控制是通過(guò)步進(jìn)馬達(dá)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。轉(zhuǎn)臺(tái)在導(dǎo)軌上隨意移動(dòng)，當(dāng)測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)燈時(shí)，轉(zhuǎn)臺(tái)應(yīng)離開(kāi)導(dǎo)軌。 

　　測(cè)量時(shí)大轉(zhuǎn)盤(pán)在水平面上繞垂直軸旋轉(zhuǎn)，步進(jìn)角度為0.9°，正方向90°，反方向90°。LED自身也在旋轉(zhuǎn)，在每一個(gè)水平角度下，垂直平面上每隔18°進(jìn)行一次信號(hào)采集，轉(zhuǎn)完360°之后共采集到20個(gè)數(shù)據(jù)，按下式計(jì)算總光通量。 

　　如果大盤(pán)旋轉(zhuǎn)0°～90°時(shí)，小盤(pán)轉(zhuǎn)0°～360°即可。但是大盤(pán)旋轉(zhuǎn)0°～90°時(shí)，有可能LED安裝不均勻（不對(duì)稱(chēng)）而引起誤差，因此最好的解決辦法是大盤(pán)轉(zhuǎn)－90°～0°～90°，小盤(pán)仍然轉(zhuǎn)0°～360°，把大盤(pán)0°～90°和－90°～0°兩個(gè)范圍內(nèi)絕對(duì)值相等的角度上的照度值取平均值來(lái)作為0°～90°內(nèi)的值。

　　LED總光通量測(cè)量的第二種方法是積分求法。此方法的優(yōu)點(diǎn)是簡(jiǎn)單易行，但測(cè)量精度不高。LED的總光通量計(jì)算方法如下，先計(jì)算離積分球入射窗口（入射窗口面積 A）1 距離上標(biāo)準(zhǔn)燈（光強(qiáng)值 I s）進(jìn)入積分球內(nèi)的光通量Φs，Φs=I s · A /I 2

　　讀出接收器上的光電流信號(hào)i s，然后把LED置于窗口上，讀出相應(yīng)的接收器光電流信號(hào)it，則LED的總光通量Φ為：

　　Φt=It/IsΦs·K  式中 K 為色修正系數(shù)。

LED光譜功率測(cè)量方法

　　發(fā)光二極管的光譜功率分布測(cè)量，目的是掌握LED的光譜特性和色度，再者是為了對(duì)已測(cè)得的LED的光度量值進(jìn)行修正。

　　在測(cè)量LED光譜功率分布時(shí)，應(yīng)注意以下幾點(diǎn)，一個(gè)是在與標(biāo)準(zhǔn)光譜輻照度進(jìn)行比較時(shí)由于標(biāo)準(zhǔn)燈的光譜輻強(qiáng)度比LED強(qiáng)得多，為了避免這個(gè)問(wèn)題，最好在標(biāo)準(zhǔn)燈前加一個(gè)中性濾光片，使它的光譜輻強(qiáng)度接近于LED。

　　LED的光譜寬度很窄，為了準(zhǔn)確地描繪LED的光譜分布輪廓，最好采用窄帶波長(zhǎng)寬度的單色儀進(jìn)行測(cè)量，波長(zhǎng)間隔為1nm為好。

　　按下式計(jì)算LED的光譜功率分布E t。

　　Etλ=Esλ·Itλ/Isλ

　　式中 i 是標(biāo)準(zhǔn)燈在波長(zhǎng) i 處的響應(yīng)；E 是標(biāo)準(zhǔn)燈的光譜功率分布；i 是LED在波長(zhǎng)λ處的響應(yīng)。

　　LED的色坐標(biāo)計(jì)算公式為：

　　x=∫Etλ·xλdλ

　　y=∫Etλ·ydλ

　　z=∫Etλ·ydλ

　　色坐標(biāo)為：

　　x=X/(X+Y+Z)

　　y=Y/(X+Y+Z)

　　也可計(jì)算LED的主波長(zhǎng)和色純度。

　　發(fā)光二極管也與普通二極管一樣由PN結(jié)構(gòu)成，也具有單向?qū)щ娦?。它廣泛應(yīng)用于各種電子電路、家電、儀表等設(shè)備中、作電源指示或電平指示。

　　發(fā)光二極管的主要特性表

　　* cd(坎德拉)發(fā)光強(qiáng)度的單位