综合特性试验仪试验指导书

ZKY-LEDZKY-LED LEDLED 特性实验仪特性实验仪 实验指导及操作说明书实验指导及操作说明书 成成 都都 世世 纪纪 中中 科科 仪仪 器器 有有 限限 公公 司司 地址成都市人民南路四段 9 号中科院成都分院邮编610041 电话 （028）8524700685243932传真 （028）85247006 网址；WWW.ZKY.CnE-mailZKYZKY.Cn LEDLED 特性实验仪特性实验仪 1962 年，通用电气公司的尼克何伦亚克（ NickHolonyakJr. ）开发出第一只发光 二极管 LEDLight Emitting Diode，LED 早期主要作为指示灯使用。20 世纪 80 年代， LED 的亮度有了很大提高，开始广泛应用于各种大屏幕显示。1994 年，日本科学家中村 秀二在氮化镓 GaN 基片上研制出第一只蓝光LED， 1997 年诞生了蓝光芯片加荧光粉的白 光 LED，使 LED 的发展和应用进入了全彩应用及普通照明阶段。 LED 是一种固态的半导体器件，它可以直接把电转化为光，具有体积小，耗电量低， 易于控制，坚固耐用，寿命长，环保等优点，其主要应用领域包括 照明 在全球能源日趋紧张和环保压力日益加大的情况下，使用 LED 照明是节能环保的重 要途径。在国务院发布的国家中长期科学和技术发展规划纲要中，“高效节能，长 寿命的半导体照明产品”被列入国家中长期规划第一重点领域（能源）的第一优先主题 （工业节能）。 2006 年 10 月，国家 863 计划“半导体照明工程”正式启动。 普通照明用的白炽灯虽价格便宜， 但光效低（12～24 流明/瓦），寿命短（平均 1500 小时）已被欧盟禁止使用。荧光灯的光效（50～120 流明/瓦）高，寿命（平均6000 小 时）较长，但靠汞蒸汽放电发光，而汞对人体有严重的毒害作用，污染环境。白光LED 的光效已达到 50 流明/瓦，实验室水平已超过200 流明/瓦，寿命平均 50000 小时，从 综合性能看已是最好的照明光源。 虽然目前价格较高阻碍了LED 在普通照明领域大规模 推广，但依据芯片产业的发展规律，随着技术进步与规模扩大，成本将会迅速降低，不 久 LED 照明将会取代普通照明方式。 大屏幕显示 LED 显示屏显示画面色彩鲜艳，立体感强，静如油画，动如电影，同时具有耗电低， 易于控制，寿命长等优点，广泛应用于车站、码头、机场、商场、医院、宾馆、银行、 证券市场、建筑市场、拍卖行、工业企业管理和其它公共场所。LED 显示屏分为图文显 示屏和视频显示屏，均由LED 矩阵块组成。图文显示屏可与计算机同步显示汉字、英文 文本和图形；视频显示屏采用微型计算机进行控制，图文、图像并茂，以实时、同步、 清晰的信息传播方式播放各种信息，还可显示二维、三维动画、录像、电视、VCD 节目 以及现场实况。 液晶显示的背光源 液晶显示器目前在中小屏幕显示方面占据大部分市场，液晶矩阵元只对光线起开关 控制作用，必需有背光源照明才能显示图像，色彩。由于LED 体积小，耗电低，寿命长 的优点，手机，数码相机，笔记本电脑，MP3/4 等便携设备的液晶屏都采用LED 做背光 源。由于价格因素，早期大屏幕液晶屏是采用CCFL 荧光灯管做背光源，随着LED 的价 格下降，且采用 LED 做背光源可使显示屏色彩表现力更丰富，亮度和白平衡易于控制， 目前大屏幕液晶屏已竞相采用LED 做背光源。 装饰工程 城市的夜空，各种装饰性，广告性的灯具闪烁发光，曾经的霓虹灯已退出历史舞台， 取代它的是组合、控制方便，表现力丰富的LED 灯具。景观照明中的一个亮点是LED 与 太阳能的结合， 白天利用造型灯具中的太阳能电池发电，晚上利用太阳能发电的能量点 燃灯具，实现了装饰照明与节能环保的和谐统一。 其它 如交通信号灯，公共场所的各种指示灯，光纤通信的光源，汽车上的各种内部照明 灯，仪表指示灯，仪器上的数码显示管，都大量采用LED。 实验目的实验目的 通过实验测试各种 LED 特性，分析实验结果，从而进一步了解LED 工作原理及相关应用。 1 测量 LED 的伏安特性 2 测量 LED 的电光转换特性 3测量 LED 输出光空间分布特性 实验原理实验原理 发光二极管是由 P 型和 N 型半导体组成的二极管。 N P 型半导体中有相当数量的空穴，几乎没有自由电子。 势垒电空间 N 型半导体中有相当数量的自由电子，几乎没有空穴。 场方向电荷区 当两种半导体结合在一起形成P-N 结时， N 区的电子 （带 P 负电）向 P 区扩散， P 区的空穴（带正电）向 N 区扩 图 1半导体 P-N 结示意图散，在P-N 结附近形成空间电荷区与势垒电场。势垒电 场会使载流子向扩散的反方向作漂移运动，最终扩散与漂移达到平衡，使流过 P-N 结的净电 流为零。在空间电荷区内，P 区的空穴被来自 N 区的电子复合，N区的电子被来自 P 区的空 穴复合，使该区内几乎没有能导电的载流子，又称为结区或耗尽区。 当加上与势垒电场方向相反的正向偏压时，结区变窄，在外电场作用下， P 区的空穴和 N 区的电子就向对方扩散运动， 从而在 PN 结附近产生电子与空穴的复合， 并以热能或光能的形 式释放能量。采用适当的材料，使复合能量以发射光子的形式释放，就构成发光二极管。发 光二极管发射光谱的中心波长，由组成 P-N 结的半导体材料的禁带能量所决定，采用不同 的材料及材料组分，可以获得发射不同颜色的发光二极管。 LED 的光谱线宽度一般有几十纳米， 可见光的光谱范围是400－700 纳米，白光 LED 一般采用三种方法形成。 第一种是在蓝光 LED 管芯上涂敷荧光粉，蓝光与荧光粉产生的 宽带光谱合成白光。 第二种是采用几种发不同色光的管芯封装在一个组件外壳内，通过 色光的混合构成白光LED。第 3 种是紫外 LED 加 3 基色荧光粉， 3 基色荧光粉的光谱合 成白光。 实验仪器实验仪器 LED 光发射器LED 组件盒照度检测激励电源测试控制器实验仪 图 2LED 特性实验装置 LED 实验装置如图 2 所示。实验装置由 LED 光发射器，照度检测探头，激励电源，测试 控制器，实验仪及 LED 组件盒组成。 LED 组件可以方便的安装LED 光发射器上，共提供红色，绿色，蓝色，白色4 种高亮 LED 和红色，绿色，蓝色，白色4 种功率 LED，功率 LED 的输出光更强，空间分布角大。 LED 光发射器可以旋转并由刻度盘指示旋转角度，方便测量LED 输出光空间分布特性。 照度检测由光电池将 LED 输出的光信号转换成电信号后，由照度表显示。 激励电源有稳压与稳流两种输出模式，目前的实验内容采用稳压模式，稳流模式为以后 扩展实验预留。在稳压模式下，选择 0～36 伏档,控制器向 LED 输出反向电压。选择 0～4 伏 档,控制器向 LED 输出正向电压。输出调节旋纽可以调节输出的电压值。 测试控制器提供电压换向，过压报警，输入输出信号的转接等功能。 实验仪上有电压，电流，照度 3 个表头，是读取实验数据的窗口，每个表头都带有量程 切换按键。 各部分的连线