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KAIHUI OPTOELECTRONICS CO., LTD

LED 的測試方法及國家標準的制訂

發表時間:2018-12-06 16:56

一、引言  

半導體發光二極管(LED)已經被廣泛應用于指示燈、信號燈、儀表顯示、手機背光 源、車載光源等場合,尤其是白光 LED 技術的發展,LED 在照明領域的應用也越來越廣泛。 但是過去對于 LED 的測試沒有較全面的國家標準和行業標準,在生產實踐中只能以相對參 數為依據,不同的廠家、用戶、研究機構對此爭議很大,導致國內 LED 產業的發展受到嚴 重影響。因此,半導體發光二極管測試方法國家標準應運而生。  

二、LED 測試方法  

基于 LED 各個應用領域的實際需求,LED 的測試需要包含多方面的內容,包括:電特性、光特性、開關特性、顏色特性、熱學特性、可靠性等。  

1、電特性  

LED 是一個由半導體無機材料構成的單極性 PN 結二極管,它是半導體 PN 結二極管 中的一種,其電壓-電流之間的關系稱為伏安特性。由圖 1 可知,LED 電特性參數包括正向 電流、正向電壓、反向電流和反向電壓,LED 必須在合適的電流電壓驅動下才能正常工作。 通過 LED 電特性的測試可以獲得 LED 的最大允許正向電壓、正向電流及反向電壓、電流, 此外也可以測定 LED 的最佳工作電功率。  

LED 電特性的測試一般利用相應的恒流恒壓源供電下利用電壓電流表進行測試。  

2、光特性  

類似于其它光源,LED 光特性的測試主要包括光通量和發光效率、輻射通量和輻射效  

率、光強和光強分布特性和光譜參數等。  

(1)光通量和光效  

有兩種方法可以用于光通量的測試,積分球法和變角光度計法。變角光度計法是測試 光通量的最精確的方法,但是由于其耗時較長,所以一般采用積分球法測試光通量。如圖 2 所示,現有的積分球法測 LED 光通量中有兩種測試結構,一種是將被測 LED 放置在球心,另 外一種是放在球壁。  


此外,由于積分球法測試光通量時光源對光的自吸收會對測試結果造成影響,因此,  

往往引入輔助燈,如圖 3 所示。  

在測得光通量之后,配合電參數測試儀可以測得 LED 的發光效率。而輻射通量和輻射效率的測試方法類似于光通量和發光效率的測試。  

(2)光強和光強分布特性  

如圖 4 所示,點光源光強在空間各方向均勻分布,在不同距離處用不同接收孔徑的探 測器接收得到的測試結果都不會改變,但是 LED 由于其光強分布的不一致使得測試結果隨 測試距離和探測器孔徑變化。因此,CIE-127 提出了兩種推薦測試條件使得各個 LED 在同 一條件下進行光強測試與評價,目前 CIE-127 條件已經被各 LED 制造商和檢測機構引用。  

(3)光譜參數  

LED 的光譜特性參數主要包括峰值發射波長、光譜輻射帶寬和光譜功率分布等。單色 LED 的光譜為單一波峰,特性以峰值波長和帶寬表示,而白光 LED 的光譜由多種單色光譜 合成。所有 LED 的光譜特性都可由光譜功率分布表示,而由 LED 的光譜功率分布還可計算 得到色度參數。  

光譜功率分布的測試需要通過分光進行,將各色光從混合的光中區分出來進行測定, 一般可以采用棱鏡和光柵實現分。  

3、開關特性  

LED 開關特性是指 LED 通電和斷電瞬間的光、電、色變化特性。通過 LED 開關特性 的測試可以獲得 LED 在通斷電瞬間工作狀態、物質屬性等的變化規律,由此不僅可了解通 斷電對 LED 的損耗,也可用以指導 LED 驅動模塊的設計等。  

4、顏色特性  

LED 的顏色特性主要包括色品坐標、主波長、色純度、色溫及顯色性等,LED 的顏色特性對白光 LED 尤為重要。  

現有的顏色特性測試方法有分光光度法和積分法。如圖 7 所示:分光光度法是通過單 色儀分光測得 LED 光譜功率分布,之后利用色度加權函數積分獲得對應色度參數;積分法 是利用特定濾色片配合光電探測器直接測得色度參數;分光光度法的準確性要大大高于積分 法。  

5、熱學特性  

LED 的熱學特性主要指熱阻和結溫。熱阻是指沿熱流通道上的溫度差與通道上耗散的  

功率之比。結溫是指 LED 的 PN 結溫度。LED 的熱阻和結溫是影響 LED 光電性能的重要因 素。  

現有的對 LED 結溫的測試一般有兩種方法:一種是采用紅外測溫顯微鏡或微型熱偶測 得 LED 芯片表面的溫度并視其為 LED 的結溫,但是準確度不夠;另外一種是利用確定電流 下的正向偏壓與結溫之間反比變化的關系來判定 LED 的結溫。  

6、可靠性  

LED 的可靠性包括靜電敏感度特性、壽命、環境特性等。  

靜電敏感度特性是指 LED 能承受的靜電放電電壓。某些 LED 由于電阻率較高,且正負 電極距離很短,若兩端的靜電電荷累積到一定值時,這一靜電電壓會擊穿 PN 結,嚴重時可 將 PN 結擊穿導致 LED 失效,因此必須對 LED 的靜電敏感度特性進行測試,獲得 LED 的靜電 放電故障臨界電壓。目前一般采用人體模式、機器模式、器件充電模式來模擬現實生活中的 靜電放電現象。  

為了觀察 LED 在長期連續使用情況下光性能的變化規律,需要對 LED 進行抽樣試驗, 通過長期觀察和統計獲得 LED 壽命參數。  

對于 LED 環境特性的試驗往往采用模擬 LED 在應用中遇到的各類自然侵襲,一般有: 高低溫沖擊試驗、濕度循環試驗、潮濕試驗、鹽霧試驗、沙塵試驗、輻照試驗、振動和沖擊 試驗、跌落試驗、離心加速度試驗等。  

三、國家標準的制定  

總結以上測試方法,半導體發光二極管測試方法國家標準對 LED 電特性、光學特性、 熱學特性、靜電特性及壽命測試都作了相應的規定。  

對于電特性測試,標準分別規定了 LED 正向電壓、反向電壓、反向電流的測試框圖; 對于光通量測試,標準規定采用 2π 立體角測試結構;對于光強測試,標準引用了 CIE-127 的推薦條件;此外,對光譜測試、熱學特性測試、靜電放電敏感度測試、壽命測試等都作了 明確的規定。  

四、結論  

國家標準的制定總結了現有 LED 的測試方法,將其中的科學適用的方法升級為標準測  

試方法,很好地消除了各界在 LED 測試領域存在的分歧,也使測試結果更加真實地反映我 國 LED 產業的整體水平。但是鑒于 LED 技術還在處于不斷地發展之中,國家標準的制定并 不是一勞永逸的,應當時刻將最新最合適的測試技術引入標準之中。


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