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【摘要】针对LED参数特性，本文采用由TCD1209D传感器、数据采集卡和计算机构成的硬件设计和LabVIEW软件设计构建系统从而检测、分析和显示LED参数。
【关键词】LED；TCD1209D；LabVIEW
随着近年来经济和技术的不断发展，环境问题的日益突出，绿色环保的LED照明正逐渐取代传统的照明设备，LED半导体照明产业具有巨大的节能环保优势、市场应用潜力和产业带动能力，被认为是21世纪最光明、最具活跃的高新科技产业之一。半导体照明具有的节能、寿命长、环保、安全、响应快、可靠性高、维护少、体积少、重量轻等一系列独特优点，被普遍认为是继白炽灯、荧光灯、高压放电灯之后的第四代照明光源。然而，现在LED照明的检测技术和产品标准远远不能适应我国LED照明的要求。因此，能正确地检测LED参数具有重要意义。
一、LED参数特性
（一）LED发光原理
LED的发光原理可以用PN结的能带结构来做解释。制作半导体发光二极管的半导体材料是重掺杂的，热平衡状态下的N区有很多迁移率很高的电子，P区有较多的迁移率较低的空穴。在常态下及PN结阻挡层的限制，二者不能发生自然复合，而当给PN结加正向电压时，空穴从P区注入N区，同样电子从N区注入到P区，注入的少数载流子将同该区的多数载流子复合，不断的将多余的能量以光的形式辐射出去。LED的I-V特性具有非线性、整流性质：单向导电性，即外加正偏压表现低接触电阻，反之为高接触电阻。
（二）LED发光器件光度学参数的测量
光通量是 光源在单位时间内向周围空间辐射出去的并能使人眼产生光感的能量，即通过发光二极管的正向电流为规定值时，器件光学窗口发射的光通量。通常的测量以明视觉条件作为测量条件，并且在LED的测量时，为了得到准确的测量结果，必须把LED发射的光辐射功率收集起来，并用合适的探测器（应具有CIE标准光度观测者光谱光效率函数的光谱响应）将它线性地转换成光电流，再通过定标确定被测量的大小。
相对光谱能量(功率)分布P()就是 在光辐射波长范围内，各个波长的辐射能量分布情况。LED的光谱分布与制备所用化合物半导体种类、性质及PN结结构等有关，而与器件的几何形状、封装方式无关。
（1）
（三）LED发光器件色度学参数的测量
在光度学中对于“光”的定义，是相对于可见光而言，它所具有的波长范围在380～780nm之间。但是，这区间中，不同波长的辐射进入人眼的颜色感受不同，例如，波长为700nm的LED辐射所引起的感觉是红色，波长为580nm的LED辐射引起的感觉是黄色，波长为510nm的LED辐射引起的感觉是绿色，波长为450nm的LED辐射引起的感觉是蓝色等等。因此，LED光的颜色与进入人眼的光辐射的相对光谱能量分布有关， 当进入到眼睛的光谱辐射波长发生改变或者它们的相对光谱能量分布发生改变时，人眼对光的颜色感受也随着发生变化。LED的CIE光谱三刺激值X、Y、Z为颜色的三刺激值，它们的数值表示了三原色匹配该颜色时相互之间的比例；色度坐标x、y、z就是三刺激值中的每一刺激值与其总和之比；纯度是样品颜色接近主波长光谱色的程度就表示该样品颜色的纯度；色温TC是光源的光辐射所呈现的颜色与在某一温度下黑体辐射的颜色相同时，称黑体的温度为光源的色温度。
二、系统硬件设计
LED参数检测系统主要由TCD1209D传感器、数据采集卡和计算机构成。TCD1209D是典型的二相单沟道型线阵CCD图象传感器，具有速度快，灵敏度高，动态范围宽，功耗低，光谱响应范围宽等优点。TCD1209D结构如图1所示。
图1 TCD1209D结构图
计算机是硬件平台的核心，通过I/O接口设备（数据采集卡DAQ）完成被测信号的自动采集、调整、放大、模/数转换，并利用LabVIEW开发平台编制的应用程序实现对LED数据参数进行检测和分析。
三、软件设计和实现
软件是虚拟仪器的关键，包括系统管理软件、应用程序、仪器驱动软件和I/O接 口 软件。其中，软件组成主要包括I/O接口设备驱动程序、LabVIEW应用程序。I/O接口设备驱动程序实现对特定外部硬件设备的控制。LabVIEW应用程序完成信号的分析、处理、显示和输出。LabVIEW应用程序基于LabVIEW开发平台编制，包括实现虚拟仪器前面板功能的软件程序和定义测试功能流程图的软件程序。测试功能应用程序框图如2图所示。为使VI系统结构清晰简洁，将各部分彼此独立的软件单元分别制成标准的组件，然后按照系统的总体要求组成完整的应用系统。根据可见光颜色的波长和波长范围，数据随机选取输入产生数据，运行程序，得出色度坐标X、Y、Z的数据，如图3所示。
图2 LED的色度坐标检测程序框图
图3LED的光通量和发光效率程序框图
四、总结
本文介绍了LED参数特性，通过硬件设计和软件设计构建LED参数检测系统进行操作，从而得到检测，比较、分析数据，实现对LED的各相关参数测试。希望进一步改进检测方案和编程程序实现。
【参考文献】
[1]刘航，LED光学特性综合测量[D]，硕士学位论文，广东，中山大学，2008.
[2] 王巧彬，基于LabVIEW 的LED光源特性检测系统的研制[J]，发光学报，2009.8
[3]曾华阳，发光二极管的色度分析[J]，光电技术与应用，2009.4
【关键词】LED；TCD1209D；LabVIEW
随着近年来经济和技术的不断发展，环境问题的日益突出，绿色环保的LED照明正逐渐取代传统的照明设备，LED半导体照明产业具有巨大的节能环保优势、市场应用潜力和产业带动能力，被认为是21世纪最光明、最具活跃的高新科技产业之一。半导体照明具有的节能、寿命长、环保、安全、响应快、可靠性高、维护少、体积少、重量轻等一系列独特优点，被普遍认为是继白炽灯、荧光灯、高压放电灯之后的第四代照明光源。然而，现在LED照明的检测技术和产品标准远远不能适应我国LED照明的要求。因此，能正确地检测LED参数具有重要意义。
一、LED参数特性
（一）LED发光原理
LED的发光原理可以用PN结的能带结构来做解释。制作半导体发光二极管的半导体材料是重掺杂的，热平衡状态下的N区有很多迁移率很高的电子，P区有较多的迁移率较低的空穴。在常态下及PN结阻挡层的限制，二者不能发生自然复合，而当给PN结加正向电压时，空穴从P区注入N区，同样电子从N区注入到P区，注入的少数载流子将同该区的多数载流子复合，不断的将多余的能量以光的形式辐射出去。LED的I-V特性具有非线性、整流性质：单向导电性，即外加正偏压表现低接触电阻，反之为高接触电阻。
（二）LED发光器件光度学参数的测量
光通量是 光源在单位时间内向周围空间辐射出去的并能使人眼产生光感的能量，即通过发光二极管的正向电流为规定值时，器件光学窗口发射的光通量。通常的测量以明视觉条件作为测量条件，并且在LED的测量时，为了得到准确的测量结果，必须把LED发射的光辐射功率收集起来，并用合适的探测器（应具有CIE标准光度观测者光谱光效率函数的光谱响应）将它线性地转换成光电流，再通过定标确定被测量的大小。
相对光谱能量(功率)分布P()就是 在光辐射波长范围内，各个波长的辐射能量分布情况。LED的光谱分布与制备所用化合物半导体种类、性质及PN结结构等有关，而与器件的几何形状、封装方式无关。
（1）
（三）LED发光器件色度学参数的测量
在光度学中对于“光”的定义，是相对于可见光而言，它所具有的波长范围在380～780nm之间。但是，这区间中，不同波长的辐射进入人眼的颜色感受不同，例如，波长为700nm的LED辐射所引起的感觉是红色，波长为580nm的LED辐射引起的感觉是黄色，波长为510nm的LED辐射引起的感觉是绿色，波长为450nm的LED辐射引起的感觉是蓝色等等。因此，LED光的颜色与进入人眼的光辐射的相对光谱能量分布有关， 当进入到眼睛的光谱辐射波长发生改变或者它们的相对光谱能量分布发生改变时，人眼对光的颜色感受也随着发生变化。LED的CIE光谱三刺激值X、Y、Z为颜色的三刺激值，它们的数值表示了三原色匹配该颜色时相互之间的比例；色度坐标x、y、z就是三刺激值中的每一刺激值与其总和之比；纯度是样品颜色接近主波长光谱色的程度就表示该样品颜色的纯度；色温TC是光源的光辐射所呈现的颜色与在某一温度下黑体辐射的颜色相同时，称黑体的温度为光源的色温度。
二、系统硬件设计
LED参数检测系统主要由TCD1209D传感器、数据采集卡和计算机构成。TCD1209D是典型的二相单沟道型线阵CCD图象传感器，具有速度快，灵敏度高，动态范围宽，功耗低，光谱响应范围宽等优点。TCD1209D结构如图1所示。
图1 TCD1209D结构图
计算机是硬件平台的核心，通过I/O接口设备（数据采集卡DAQ）完成被测信号的自动采集、调整、放大、模/数转换，并利用LabVIEW开发平台编制的应用程序实现对LED数据参数进行检测和分析。
三、软件设计和实现
软件是虚拟仪器的关键，包括系统管理软件、应用程序、仪器驱动软件和I/O接 口 软件。其中，软件组成主要包括I/O接口设备驱动程序、LabVIEW应用程序。I/O接口设备驱动程序实现对特定外部硬件设备的控制。LabVIEW应用程序完成信号的分析、处理、显示和输出。LabVIEW应用程序基于LabVIEW开发平台编制，包括实现虚拟仪器前面板功能的软件程序和定义测试功能流程图的软件程序。测试功能应用程序框图如2图所示。为使VI系统结构清晰简洁，将各部分彼此独立的软件单元分别制成标准的组件，然后按照系统的总体要求组成完整的应用系统。根据可见光颜色的波长和波长范围，数据随机选取输入产生数据，运行程序，得出色度坐标X、Y、Z的数据，如图3所示。
图2 LED的色度坐标检测程序框图
图3LED的光通量和发光效率程序框图
四、总结
本文介绍了LED参数特性，通过硬件设计和软件设计构建LED参数检测系统进行操作，从而得到检测，比较、分析数据，实现对LED的各相关参数测试。希望进一步改进检测方案和编程程序实现。
【参考文献】
[1]刘航，LED光学特性综合测量[D]，硕士学位论文，广东，中山大学，2008.
[2] 王巧彬，基于LabVIEW 的LED光源特性检测系统的研制[J]，发光学报，2009.8
[3]曾华阳，发光二极管的色度分析[J]，光电技术与应用，2009.4