武汉工业学院毕业论文论文题目：LED发光的光谱及色度分析姓名谢鑫学号 071203210院系数理科学系专业电子信息科学与技术指导教师李鸣2011年06月08日目录摘要 (I)ABSTRACT (II)第一章绪论 (1)1.1 研究背景 (1)1.2 发展的历史和现状 (1)1.3 LED的特点和分类 (2)1.4 LED测试标准及检测技术研究现状 (3)第二章相关光度学基本原理 (4)2.1 LED的发光原理 (4)2.2 LED的封装 (6)2.3 LED的主要特性 (7)2.3.1 光谱分布、峰值波长和光谱辐射带宽 (7)2.3.2 光通量 (7)2.3.3 发光强度 (8)2.3.4 色温 (9)2.3.5 发光效率 (9)2.3.6 显色性 (9)2.3.7 正向工作电压V (10)F2.3.8 V－I 特性 (10)2.3.9 P－I 特性 (10)2.4 小结 (11)第三章实验设计 (12)3.1 实验用具 (12)3.2 实验记录与数据处理 (12)3.2.1 LED光通量的测量 (12)3.2.2 测量V-I特性 (15)3.2.3 测量P－I特性 (17)3.3 结果与讨论 (19)第四章总结与展望 (20)致谢 (22)参考文献 (23)摘要LED光源现今已经广泛应用于照明领域和信息技术领域，而且有希望成为未来最主要的光源之一。
随着LED产业的快速增长，LED的光度测量仍然是一个值得探讨的问题。
本论文基于相关光度学理论，通过对现有测量LED光度特性的各种方法和标准的研究，针对LED本身作为光源所特有的结构和光学特性，提出了LED发光强度空间分布特性的测量方法及其系统设计方案，讨论了相关的测试条件，确定了测试步骤，并且分析了影响测量结果精度的可能因素。
在硬件设计方面，系统采用光栅单色仪（光谱仪），接收单元，扫描系统，电子放大器，A/D采集单元，计算机及打印机组成完成整个光度测量过程。
该设备集光学、精密机械、电子学、计算机技术于一体。
系统软件采用WGD-9型色度实验系统。
该系统能准确测量光源各个波长段的光强，其中驱动控制、光电信号采样、测试数据通讯传送等几个功能模块组成，都由PC机客户端程序来决定所需执行操作；实现LED的光度测量和光度定标，并对测得的数据进行处理，在用户界面上显示最大光强、偏差角、光束发散角等相关光度参数以及发光强度空间分布曲线等测试结果。
在完成设计和功能调试的基础上，对本系统的光度测试性能进行了一系列的实验评价。
通过对一些典型LED样品的测试，获得不同品种的LED在各种不同条件下发光强度空间分布曲线以及相关光度参数等大量实验结果。
关键词:光度学，发光二极管，发光强度空间分布曲线，光束发散角ABSTRACTLED (light emitted diode) is now widely used in the field of illuminating engineering as well as information technology, and is expected to be one of the uppermost light sources in the future. Despite of the wide and rapidly growing application of LED, the reliable method for its photometric measurement is worth while to be researched.Based on the photometry, the related methods and standards of LED's photometric test are studied, a system scheme is presented for measuring the luminous intensity distribution characteristics of LED, in which structure and optical characters are considered. In addition, the test condition, operation procedures, and the measurement uncertainty are discussed.For the hardware of the system, the single-chip computer of AT89C52 is adopted as the MCU (micro-controller unit),and the photoelectric transformation and signal amplification circuit are designed for the sampling channel. A high-speed 16bit A/D converter is used to ensure the precision and respondent rate, while the data communication with PC (personal computer) is realized via RS-232 serial port.The system software is comprised by the MCU program and the PC program. The MCU system software includes the modules of step-motor driver, signal sampling, and data communication, all of which are controlled by the PC. The PC directs the rotation of the step-motor, by means of RS-232,to implement the photometric measurement and its calibration of the LED. Then the data processing is performed, and the measurement results are displayed on the user interface of PC, including the photometric parameters such as the maximal luminous, misalignment angle, spread angle of light beam and the spatial distribution curve for the luminous intensity of the LED.A series of experiments are carried out to evaluate the photometric measurement performance of this system. The experimental results of the typical LEDs show that the measurement meets the specification of related standard, the performance is reliable and stable, there by the system is applicable to industry. Finally, the aspects of this study are summarized, and the possible improvements in this scheme are proposed.Key words: photometry, light emitted diode (LED), spatial distribution curve of luminous intensity, spread angle of light beam.第一章绪论1.1 研究背景发光二极管(LED: Light Emitting Diode)是一种电致发光的半导体发光器件属于冷光源[1]，过去常规的LED多为红、橙、黄、绿光，只能在产品上充当指示信号灯。
随着光电技术及材料科学的发展，在全球能源短缺的忧虑再度升高的背景下，欧美及日本等国成立了专门的LED研究机构，LED也向高亮度[2]、全彩化、显示大型化的方向发展，而且LED的发光效率正在逐步提高。
随着对紫光、紫外、白光LED研究的深入，LED将有可能成为21世纪最有前途的光源。
1.2 发展的历史和现状从20世纪60年代第一只发光二极管问世以来，LED经历了30多年的发展。
早期所用的材料GaAsP发红光(650nm)，在驱动电流20mA时，光通量只有千分之几流明(lm，光通量单位)，发光效率只有0.11m/W，多用做做指示灯。
20世纪70年代，材料研究不断深入，引入了In和P，使LED产生绿光(555nm)、黄光(590nm)和橙光(610nm)，光效提高到1 lm/W，应用进入显示领域。
80年代以后，出现了GaAlAs的LED，其封装技术也逐步提高，红、黄色LED光效可达10 lm/W。
90年初，发红光、黄光的GaAlInP和发绿光、蓝光的GaInN两种新材料开发成功，使LED光效得到大幅度提高。
1993年日本日亚化学公司率先在蓝色GaN LED技术上突破并很快产业化，进而于1996年实现白光LED之后，1998年推向市场，为LED找到了照明的新舞台。
白光LED得到了迅速发展，并在普通照明领域显示出良好的应用前景。
表1.1列出LED的发展进程。
如今LED已经广泛应用于仪器仪表、交通照明如城市交通、铁路、公路、机场、安全警示灯等日常生活领域和科学研究领域[3]。
由于LED结构简单，安装灵活方便，能够满足车灯美观大方的要求，因此越来越受到车灯厂商的青睐，在我国汽车工业高速发展的带动下，汽车领域对高亮度LED的需求量预计到2010年将会达到65亿颗左右；而功率型白光LED则作为专用照明光源，也广泛应用于汽车和飞机内的阅读灯、建筑物装饰光源、舞台灯光、城市夜景以及便携式照明光源如钥匙灯、手电筒、背光源及矿工灯等各个生活及工业领域。
表1.1 LED发展进程发光材料时间说明GaAsP 六十年代低效的红色LEDGaP 七十年代高发光效率的红色LEDGaAlAs 八十年代进一步提高发光效率，超高亮度红色LEDInGaAl 九十年代MOVPE技术得到发展，白色LED问世InGaN 2000年后研制出超高亮度的绿色和蓝色LED1.3 LED的特点和分类大多数LED的工作电为1.5V-4V，耗电少(l 0mA以下即可在室内得到适当的亮度)，可通过调节电流(或电压)来对发光亮度进行调节，且响应速度快，并可直流驱动；LED比普通光源的单色性好；发光亮度和发光效率均较高，容易与集成电路配合使用，体积小、重量轻、抗冲击、耐振动、寿命长。