LED即是半導(dǎo)體發(fā)光二極管（LED）是新型的發(fā)光體,電光效率高、體積小、壽命長、電壓低、節(jié)能和環(huán)保,是下一代理想的照明器件。LED光電進行高低溫測試，冷熱沖擊試驗，恒溫恒濕試驗，高溫老化測試是檢驗LED光電性能的重要而且*的手段,相應(yīng)的測試結(jié)果是評價和反映當前我國LED產(chǎn)業(yè)發(fā)展水平的依據(jù)。制定LED光電高低溫測試方法，冷熱沖擊試驗方法，恒溫恒濕測試標準是統(tǒng)一衡量LED產(chǎn)品光電性能的重要途徑,是使測試結(jié)果真實反映我國LED產(chǎn)業(yè)發(fā)展水平的前提。本文結(jié)合的LED測試方法的國家標準,介紹了LED的光電性能測試的幾個主要方面。

一、引言          

半導(dǎo)體發(fā)光二極管（LED）已經(jīng)被廣泛應(yīng)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(shù)的發(fā)展,LED在照明領(lǐng)域的應(yīng)用也越來越廣泛。但是過去對于LED的高低溫測試及恒溫恒濕試驗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(dǎo)致國內(nèi)LED產(chǎn)業(yè)的發(fā)展受到嚴重影響。因此,半導(dǎo)體發(fā)光二極管測試方法國家標準應(yīng)運而生。

二、LED測試方法          

基于LED各個應(yīng)用領(lǐng)域的實際需求,LED的測試需要包含多方面的內(nèi)容,包括：電特性、光特性、開關(guān)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(dǎo)體無機材料構(gòu)成的單極性PN結(jié)二極管,它是半導(dǎo)體PN結(jié)二極管中的一種,其電壓-電流之間的關(guān)系稱為伏安特性。由圖1可知,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。通過LED電特性的測試可以獲得LED的zui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*工作電功率。LED電特性的測試一般利用相應(yīng)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(fā)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(shù)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zui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(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,另外一種是放在球壁。 

圖2 積分球法測LED光通量 
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(jié)果造成影響,因此,往往引入輔助燈。
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似于光通量和發(fā)光效率的測試。  

對于LED環(huán)境特性的試驗往往采用模擬LED在應(yīng)用中遇到的各類自然侵襲,一般有：高低溫測試、冷熱沖擊試驗、高低溫沖擊試驗、恒溫恒濕試驗、濕度循環(huán)試驗、潮濕試驗、鹽霧試驗、沙塵試驗、紫外光老化輻照試驗、振動和沖擊試驗、跌落試驗、離心加速度試驗等。 

（2）光強和光強分布特性  

圖4 LED光強測試中的問題      

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(jié)果都不會改變,但是LED由于其光強分布的不一致使得高低溫測試結(jié)果及LED恒溫恒濕試驗標準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(jīng)被各LED制造商和檢測機構(gòu)引用。 
 

圖5 CIE-127推薦LED光強測試條件 

（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（科文試驗設(shè)備：）。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(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。  
 

3、開關(guān)特性      

LED開關(guān)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(guān)特性的測試可以獲得LED在通斷電瞬間工作狀態(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(dǎo)LED驅(qū)動模塊的設(shè)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(xiàn)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(quán)函數(shù)積分獲得對應(yīng)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參數(shù)；分光光度法的準確性要大大高于積分法。

            圖7 LED顏色特性測試方法  

5、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(guān)系來判定LED的結(jié)溫。 

6、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,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(jié),嚴重時可將PN結(jié)擊穿導(dǎo)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在長期連續(xù)使用情況下光性能的變化規(guī)律,需要對LED進行抽樣試驗,通過長期觀察和統(tǒng)計獲得LED壽命參數(shù)。       

三、國家標準的制定 
    總結(jié)以上測試方法,半導(dǎo)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(yīng)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。 

四、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(lǐng)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(shù)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(yīng)當時刻將zui合適的測試技術(shù)引入標準之中。