LED的測試方法

　　1、前言

　　半導體發(fā)光二極管(LED)已經(jīng)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，白光LED技術也不斷地發(fā)展，LED在照明領域的應用越來越廣泛。過去，對于LED的測試沒有較全面的國家標準和行業(yè)標準，在生產(chǎn)實踐中只能以相對參數(shù)為依據(jù)，不同的廠家、用戶、研究機構(gòu)對此爭議很大，導致國內(nèi)LED產(chǎn)業(yè)的發(fā)展受到很大影響。結(jié)合國內(nèi)外關于LED測試方法的最新標準，基于LED各個應用領域的實際需求，筆者從電特性、光特性、開關特性、顏色特性、熱學特性、可靠性等方面進行了介紹。

　　2、電特性測試方法

　　LED是一個由半導體無機材料構(gòu)成的單極性PN結(jié)二極管，其電壓與電流之間的關系稱為伏安特性。LED電特性參數(shù)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(qū)動下才能正常工作(如圖1所示)。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電特性的測試一般在相應的恒流恒壓源供電下，利用電壓電流表進行測試。

　　3、光特性測試

　　類似于其它光源，LED光特性的測試主要包括光通量、發(fā)光效率、輻射通量、輻射效率、光強、光強分布特性和光譜參數(shù)等。

　　3.1光通量和光效

　　光通量的測試有兩種方法，即積分球法和變角光度計法。變角光度計法是測試光通量最精確的方法，但是由于其耗時較長，所以一般采用積分球法測試光通量。現(xiàn)有的積分球法測LED光通量中有兩種測試結(jié)構(gòu)，一種是將被測LED放置在球心，另外一種是將其放在球壁

　　積分球法測LED光通量

　　由于采用積分球法測試光通量時，光源對光的自吸收會對測試結(jié)果造成影響。因此，往往需要引入輔助燈法消除自吸收影響

　　在測得光通量之后，配合電參數(shù)測試儀可以測得LED的發(fā)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(fā)光效率的測試。

　　3.2光強和光強分布特性

　　光強測試中的問題

　　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(jié)果不會改變。但是，LED由于其光強分布不一致，使得測試結(jié)果隨測試距離和探測器孔徑而變化。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如圖5所示。目前，CIE-127推薦測試條件已經(jīng)被各LED制造商和檢測機構(gòu)引用。

　　推薦LED光強測試條件

　　3.3光譜參數(shù)

　　LED的光譜特性參數(shù)主要包括峰值發(fā)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，白光LED光譜功率分布如圖6所示。而由LED的光譜功率分布還可計算得到色度參數(shù)。

　　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(qū)分出來進行測定，一般可以采用棱鏡和光柵實現(xiàn)分光。

　　白光LED光譜功率分布

　　4、LED開關特性測試

　　LED開關特性是指LED在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在通斷電瞬間的工作狀態(tài)、物質(zhì)屬性等的變化規(guī)律，由此不僅可了解通斷電對LED的損耗，也可用以指導LED驅(qū)動模塊的設計等。

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

　　顏色特性測試方法

　　6、熱學特性

　　LED的熱學特性主要指熱阻和結(jié)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(jié)溫是指LED的PN結(jié)溫度。LED的熱阻和結(jié)溫是影響LED光電性能的重要因素。

　　現(xiàn)有的對LED結(jié)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(jié)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(jié)溫之間反比變化的關系來判定LED的結(jié)溫。

　　7、可靠性

　　LED的可靠性包括靜電敏感度特性、壽命、環(huán)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，當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(jié)，嚴重時可將PN結(jié)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(xiàn)實生活中的靜電放電現(xiàn)象。

　　為了觀察LED長期連續(xù)使用時光性能的變化規(guī)律，需要對LED進行抽樣試驗，通過長期觀察和統(tǒng)計來獲得LED的壽命參數(shù)。

　　對于LED環(huán)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的方法，一般有高低溫沖擊試驗、濕度循環(huán)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。

　　總結(jié)以上測試方法，半導體發(fā)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(guī)定。

　　對于電特性測試，標準分別規(guī)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(guī)定采用2π立體角測試結(jié)構(gòu);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(guī)定。

　　結(jié)論

　　國家標準的制定總結(jié)了現(xiàn)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(jié)果更加真實地反映我國LED產(chǎn)業(yè)的整體水平。但是鑒于LED技術還在處于不斷地發(fā)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。