LED检测：满足产品需求 新应用领域有差距

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• 发布时间：2015-04-27
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    随着LED发光效率的不断提高，其在显示、照明以及其他特殊场合的应用都更加广泛和深入。如何评价LED应用产品的性能，如何进行有效、准确地检测，是当前半导体照明领域所面临的重要问题之一。LED面临主要技术问题

    1.电性能LED是PN结发光器件，单向导电特性，具有较高的结电阻，一定的反向漏电流、反向击穿电压；一般需恒流驱动，正向压降和功率还与结温有一定的关系。应用产品中往往由多个LED器件串、并联组成，因此在高电压下工作的LED照明产品，每个器件的个体差异会影响产品整体的可靠性和光电性能。此外，静电击穿保护也是一项值得关注的重要指标。半导体发光二极管是纳秒级的高速响应器件，无论是显示还是照明应用，脉冲调制方式的驱动电路越来越普遍；特别是在LED显示屏、LCD背光源以及数字照明应用中，脉冲驱动方式可以更有效地发挥LED的特点，实现亮度或照度、色度的数字控制。因此，针对脉动冲驱动方式的LED应用产品，建立规范的测量标准，是推动LED数字照明技术应用的重要工作。

    2.光度性能针对LED的输出光束特点，国际照明委员会出版了CIE-127文件，在该标准中提出了“平均LED发光强度”的概念，并规定了CIE-A和CIE-B测量条件，对测量的几何条件和探测器的受光面积都做了详细的规定，但在实际的LED产业中，也带来了一些问题。(1)从输出光束来看，LED不是点光源。因此，在CIE127文件规定的两种光度测量条件下，光度学中的距离平方反比定律不适用。“平均LED发光强度”仅表示单一的LED器件在规定距离条件下的平均光强度，在显示屏、信号灯及其他特种照明应用中，该平均发光强度值不能用于产品的发光亮度等参数的计算。(2)对于由多个LED器件组成的模块和应用产品，建议采用IEC61341和国标GB/T19658-2005，进行远场条件下的光强测量。(3)对于信号灯、LED显示屏的亮度测量，国际上还没有统一的标准。(4)光通量的测量，尽管是非常经典的问题，为了消除标准光源和LED的空间分布的差异，专家建议采用较高反射比的漫反射涂料。但高反射比的涂料，往往会使积分球在短波区的光谱反射比不一致，对采用光度计等积分式仪器带来较大的误差。因此，实验室的精密测量应采用光谱辐射度计等仪器。(5)LED的光度性能与结温密切相关，在半导体照明技术标准工作组新制订的LED器件产品详细规范标准中，规定LED的各种光电性能参数是指器件的壳体温度为25℃条件下的测量值。相应的半导体发光二极管测试方法标准SJ/T2355-2006规定测量器件需装在无限大的热沉上，而目前国内一般工厂往往采用普通的积分球进行光通量的测量。不同的积分球，对LED器件的安装方式各有不同，尤其是功率型LED器件，积分球与支架实际会起到部分散热作用，结果导致不同仪器之间的明显测量差异。因此应该将LED器件安装在恒温控制的样品座上，通过恒温元件控制，保证测试LED器件的壳体温度恒定在规定的条件下，这样才能实现测量结果的一致性和准确。(6)如何评价LED产品的发光效能是当前产业界关注的问题。今年，国际标准技术委员会IECTC110成立了联合的工作组，制订统一的标准，从而更加合理、准确地评价各种显示产品的发光效能。

    3.色度性能白光LED可由两种途径获得，一种是用蓝光LED芯片激发荧光粉产生白光，另外一种是由RGB多个LED混色产生白光。由蓝光LED芯片及荧光粉制备的白光LED产品由于荧光粉涂粉工艺问题，会引起空间色度的不均匀。而由RGB混色白光LED产品，在实际应用中由于光衰不一致，产品色品会出现漂移，当前在LCD背光源等应用产品中，采用自动颜色检测进行反馈控制，可实现RGB色彩管理。关于显示产品在亮环境下的色彩真实性的评价，IEC正考虑制订相应的测量标准，在今年5月底的IECTC110会议上我们向IEC国际标准工作组提出了新的议案，提案的内容已得到国际上的肯定，相信在今后的国际标准中将有更多中国的方法被采纳。

    4.辐射性能(1)LED辐射安全由于LED是窄光束、高亮度的发光器件，考虑到其辐射可能对人眼的危害，因此，对于各种场合应用的LED产品，国际标准规定了相关有效辐射的限值要求和测试方法。目前国际上有IEC60825、CIES009、IEC62471等标准。(2)植物照明中的有效辐射的评价如何针对植物生长的有效光合作用，R/B能量比、数字脉冲调制方式进行评价是目前要解决的主要问题。(3)光疗、美容用LED产品的辐射参数评价LED是很好的光疗、美容用光源，各种色光的LED具有各种光生物作用，但是目前对光生物作用辐射参数的评价方法还需进行更深入的研究。

    5.热性能评价LED热性能是影响其光电特性的重要因素。结温是指LED的PN结的温度，结温不同会导致LED出射光的峰值波长偏移、光效变化、寿命和可靠性变化等。热阻是评价LED散热能力强弱的重要参数，热阻越大，LED散热能力越弱，结温越容易升高，因此会间接影响LED的光电性能。在LED产品中，对结构中的不同界面、热通道进行最佳设计、合理匹配，是提高应用产品综合性能的重要方面。目前国际和国内标准规定结温的测量采用电测量法，而在热阻测试中，必然考虑光功率的影响。

    6.寿命、可靠性的评价和测试如何衡量和测试寿命和可靠性是众所关注的问题。因此，研究寿命和可靠性实时加速试验方法具有重要意义。国内外检测仪器研发现状国际上，LED检测仪器主要来自于美国、德国和日本等发达国家。在国内，近几年LED的检测仪器发展非常迅速，已逐步研发成功了从LED芯片、发光材料、LED器件、LED灯和灯具等产业的上、中、下游各个环节的检测仪器，基本上可以满足国内LED产品发展的一般需求。但对LED应用产品中所出现的新的检测问题，无论是检测标准，还是检测仪器，与实际需求仍有一定的差距。下面主要针对当前比较关注的光学、热性能、可靠性和寿命等检测仪器的状况做一些分析。光学检测仪器：国产仪器实用价廉国际上的LED光学测量仪器以德国InstrumentSystems公司为代表，涉及LED的光谱、光度、色度测量仪器。如SPECTRO320和CAS-140B/C等光谱辐射分析仪。SPECTRO320是一款以光电倍增管作为探测器的扫描式光栅光谱仪，主要应用于实验室的高精度测量，后者是采用CCD列阵探测器的多通道光谱仪，测量速度快，以工厂使用较为普遍。国内近几年LED光学检测仪器亦随着LED产业的发展而迅速成长，像浙江杭州等地企业生产的各种光电性能检测仪器，广东、深圳等地的在线分选仪器，以实用、价廉而在国内得到广泛应用，而且在国际上也有一定的影响。在便携式光学测量仪器方面，国际上日本的TOPCON和美能达等公司的仪器有一定的知名度；国产的仪器，某些精度指标可能还优于同类的进口仪器，价格却只有国外产品的几分之一。如杭州新叶光电工程公司的全数字式照度计和亮度计、北京师范大学光电仪器厂的照度计和亮度计等仪器，在常规应用场合均可替代进口的仪器。热性能检测仪器：国内已开发成功功率型LED应用产品的热通道的设计是提高产品综合质量指标的重要工作。热性能检测仪器是功率型LED研发和制造中的关键仪器之一。目前国际上可用于LED热性能分析的仪器也刚推出不久，以欧盟研发计划支持的匈牙利产的热阻测试仪器为代表。该仪器采用国际半导体器件联盟推荐的电测量方法。厦门半导体照明产业基地将于今年9月引进国内第一台LED热性能专用检测设备，并落户厦门市产品质量监督检验所。国内类似的LED结温和热阻检测仪器，亦已由杭州浙大三色仪器有限公司研发成功。国产的LED200热性能分析仪，还综合了光谱、光度、色度和辐射度等参数检测功能，为功率型LED综合性能的检测提供了极好的平台。可靠性和寿命检测仪器：目前尚无标准LED器件的可靠性和寿命是应用产品设计最关注的核心问题。国际上目前还没有相应的测试标准和商品化的检测设备。信息产业部半导体照明技术标准工作组已组织LED器件行业协会和中电科技集团公司第十三研究所等近十家企业，开始研究制定测试方法标准。在信息产业部电子工业标准化研究所和杭州浙大三色仪器有限公司共同申报的有关半导体照明标准研究的国家“863”计划课题中，也将半导体照明器件的可靠性和寿命的检测标准和符合性试验平台作为重要的研究工作。第一套基于加速热应力的LED可靠性和寿命加速试验设备将于近期由杭州浙大三色仪器有限公司推出。该试验平台同时可对40只样品进行测试，试验过程中的光、电、色及温度等各项参数全部由电脑控制和记录。国际上，日本和美国也都非常重视LED器件寿命的加速试验方法。日本Matsushita公司的M.Sugimoto博士还曾于5月抵达杭州，与浙大三色仪器有限公司的专家共同探讨两国有关试验中的热点问题。

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