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LED檢測(cè)：滿足產(chǎn)品需求 新應(yīng)用領(lǐng)域有差距

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• 發(fā)布時(shí)間：2015-04-27
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    隨著LED發(fā)光效率的不斷提高，其在顯示、照明以及其他特殊場(chǎng)合的應(yīng)用都更加廣泛和深入。如何評(píng)價(jià)LED應(yīng)用產(chǎn)品的性能，如何進(jìn)行有效、準(zhǔn)確地檢測(cè)，是當(dāng)前半導(dǎo)體照明領(lǐng)域所面臨的重要問題之一。LED面臨主要技術(shù)問題

    1.電性能LED是PN結(jié)發(fā)光器件，單向?qū)щ娞匦�，具有較高的結(jié)電阻，一定的反向漏電流、反向擊穿電壓；一般需恒流驅(qū)動(dòng)，正向壓降和功率還與結(jié)溫有一定的關(guān)系。應(yīng)用產(chǎn)品中往往由多個(gè)LED器件串、并聯(lián)組成，因此在高電壓下工作的LED照明產(chǎn)品，每個(gè)器件的個(gè)體差異會(huì)影響產(chǎn)品整體的可靠性和光電性能。此外，靜電擊穿保護(hù)也是一項(xiàng)值得關(guān)注的重要指標(biāo)。半導(dǎo)體發(fā)光二極管是納秒級(jí)的高速響應(yīng)器件，無論是顯示還是照明應(yīng)用，脈沖調(diào)制方式的驅(qū)動(dòng)電路越來越普遍；特別是在LED顯示屏、LCD背光源以及數(shù)字照明應(yīng)用中，脈沖驅(qū)動(dòng)方式可以更有效地發(fā)揮LED的特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)亮度或照度、色度的數(shù)字控制。因此，針對(duì)脈動(dòng)沖驅(qū)動(dòng)方式的LED應(yīng)用產(chǎn)品，建立規(guī)范的測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)，是推動(dòng)LED數(shù)字照明技術(shù)應(yīng)用的重要工作。

    2.光度性能針對(duì)LED的輸出光束特點(diǎn)，國(guó)際照明委員會(huì)出版了CIE-127文件，在該標(biāo)準(zhǔn)中提出了“平均LED發(fā)光強(qiáng)度”的概念，并規(guī)定了CIE-A和CIE-B測(cè)量條件，對(duì)測(cè)量的幾何條件和探測(cè)器的受光面積都做了詳細(xì)的規(guī)定，但在實(shí)際的LED產(chǎn)業(yè)中，也帶來了一些問題。(1)從輸出光束來看，LED不是點(diǎn)光源。因此，在CIE127文件規(guī)定的兩種光度測(cè)量條件下，光度學(xué)中的距離平方反比定律不適用。“平均LED發(fā)光強(qiáng)度”僅表示單一的LED器件在規(guī)定距離條件下的平均光強(qiáng)度，在顯示屏、信號(hào)燈及其他特種照明應(yīng)用中，該平均發(fā)光強(qiáng)度值不能用于產(chǎn)品的發(fā)光亮度等參數(shù)的計(jì)算。(2)對(duì)于由多個(gè)LED器件組成的模塊和應(yīng)用產(chǎn)品，建議采用IEC61341和國(guó)標(biāo)GB/T19658-2005，進(jìn)行遠(yuǎn)場(chǎng)條件下的光強(qiáng)測(cè)量。(3)對(duì)于信號(hào)燈、LED顯示屏的亮度測(cè)量，國(guó)際上還沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。(4)光通量的測(cè)量，盡管是非常經(jīng)典的問題，為了消除標(biāo)準(zhǔn)光源和LED的空間分布的差異，專家建議采用較高反射比的漫反射涂料。但高反射比的涂料，往往會(huì)使積分球在短波區(qū)的光譜反射比不一致，對(duì)采用光度計(jì)等積分式儀器帶來較大的誤差。因此，實(shí)驗(yàn)室的精密測(cè)量應(yīng)采用光譜輻射度計(jì)等儀器。(5)LED的光度性能與結(jié)溫密切相關(guān)，在半導(dǎo)體照明技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)工作組新制訂的LED器件產(chǎn)品詳細(xì)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)中，規(guī)定LED的各種光電性能參數(shù)是指器件的殼體溫度為25℃條件下的測(cè)量值。相應(yīng)的半導(dǎo)體發(fā)光二極管測(cè)試方法標(biāo)準(zhǔn)SJ/T2355-2006規(guī)定測(cè)量器件需裝在無限大的熱沉上，而目前國(guó)內(nèi)一般工廠往往采用普通的積分球進(jìn)行光通量的測(cè)量。不同的積分球，對(duì)LED器件的安裝方式各有不同，尤其是功率型LED器件，積分球與支架實(shí)際會(huì)起到部分散熱作用，結(jié)果導(dǎo)致不同儀器之間的明顯測(cè)量差異。因此應(yīng)該將LED器件安裝在恒溫控制的樣品座上，通過恒溫元件控制，保證測(cè)試LED器件的殼體溫度恒定在規(guī)定的條件下，這樣才能實(shí)現(xiàn)測(cè)量結(jié)果的一致性和準(zhǔn)確。(6)如何評(píng)價(jià)LED產(chǎn)品的發(fā)光效能是當(dāng)前產(chǎn)業(yè)界關(guān)注的問題。今年，國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)委員會(huì)IECTC110成立了聯(lián)合的工作組，制訂統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，從而更加合理、準(zhǔn)確地評(píng)價(jià)各種顯示產(chǎn)品的發(fā)光效能。

    3.色度性能白光LED可由兩種途徑獲得，一種是用藍(lán)光LED芯片激發(fā)熒光粉產(chǎn)生白光，另外一種是由RGB多個(gè)LED混色產(chǎn)生白光。由藍(lán)光LED芯片及熒光粉制備的白光LED產(chǎn)品由于熒光粉涂粉工藝問題，會(huì)引起空間色度的不均勻。而由RGB混色白光LED產(chǎn)品，在實(shí)際應(yīng)用中由于光衰不一致，產(chǎn)品色品會(huì)出現(xiàn)漂移，當(dāng)前在LCD背光源等應(yīng)用產(chǎn)品中，采用自動(dòng)顏色檢測(cè)進(jìn)行反饋控制，可實(shí)現(xiàn)RGB色彩管理。關(guān)于顯示產(chǎn)品在亮環(huán)境下的色彩真實(shí)性的評(píng)價(jià)，IEC正考慮制訂相應(yīng)的測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)，在今年5月底的IECTC110會(huì)議上我們向IEC國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)工作組提出了新的議案，提案的內(nèi)容已得到國(guó)際上的肯定，相信在今后的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)中將有更多中國(guó)的方法被采納。

    4.輻射性能(1)LED輻射安全由于LED是窄光束、高亮度的發(fā)光器件，考慮到其輻射可能對(duì)人眼的危害，因此，對(duì)于各種場(chǎng)合應(yīng)用的LED產(chǎn)品，國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了相關(guān)有效輻射的限值要求和測(cè)試方法。目前國(guó)際上有IEC60825、CIES009、IEC62471等標(biāo)準(zhǔn)。(2)植物照明中的有效輻射的評(píng)價(jià)如何針對(duì)植物生長(zhǎng)的有效光合作用，R/B能量比、數(shù)字脈沖調(diào)制方式進(jìn)行評(píng)價(jià)是目前要解決的主要問題。(3)光療、美容用LED產(chǎn)品的輻射參數(shù)評(píng)價(jià)LED是很好的光療、美容用光源，各種色光的LED具有各種光生物作用，但是目前對(duì)光生物作用輻射參數(shù)的評(píng)價(jià)方法還需進(jìn)行更深入的研究。

    5.熱性能評(píng)價(jià)LED熱性能是影響其光電特性的重要因素。結(jié)溫是指LED的PN結(jié)的溫度，結(jié)溫不同會(huì)導(dǎo)致LED出射光的峰值波長(zhǎng)偏移、光效變化、壽命和可靠性變化等。熱阻是評(píng)價(jià)LED散熱能力強(qiáng)弱的重要參數(shù)，熱阻越大，LED散熱能力越弱，結(jié)溫越容易升高，因此會(huì)間接影響LED的光電性能。在LED產(chǎn)品中，對(duì)結(jié)構(gòu)中的不同界面、熱通道進(jìn)行最佳設(shè)計(jì)、合理匹配，是提高應(yīng)用產(chǎn)品綜合性能的重要方面。目前國(guó)際和國(guó)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定結(jié)溫的測(cè)量采用電測(cè)量法，而在熱阻測(cè)試中，必然考慮光功率的影響。

    6.壽命、可靠性的評(píng)價(jià)和測(cè)試如何衡量和測(cè)試壽命和可靠性是眾所關(guān)注的問題。因此，研究壽命和可靠性實(shí)時(shí)加速試驗(yàn)方法具有重要意義。國(guó)內(nèi)外檢測(cè)儀器研發(fā)現(xiàn)狀國(guó)際上，LED檢測(cè)儀器主要來自于美國(guó)、德國(guó)和日本等發(fā)達(dá)國(guó)家。在國(guó)內(nèi)，近幾年LED的檢測(cè)儀器發(fā)展非常迅速，已逐步研發(fā)成功了從LED芯片、發(fā)光材料、LED器件、LED燈和燈具等產(chǎn)業(yè)的上、中、下游各個(gè)環(huán)節(jié)的檢測(cè)儀器，基本上可以滿足國(guó)內(nèi)LED產(chǎn)品發(fā)展的一般需求。但對(duì)LED應(yīng)用產(chǎn)品中所出現(xiàn)的新的檢測(cè)問題，無論是檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)，還是檢測(cè)儀器，與實(shí)際需求仍有一定的差距。下面主要針對(duì)當(dāng)前比較關(guān)注的光學(xué)、熱性能、可靠性和壽命等檢測(cè)儀器的狀況做一些分析。光學(xué)檢測(cè)儀器：國(guó)產(chǎn)儀器實(shí)用價(jià)廉國(guó)際上的LED光學(xué)測(cè)量?jī)x器以德國(guó)InstrumentSystems公司為代表，涉及LED的光譜、光度、色度測(cè)量?jī)x器。如SPECTRO320和CAS-140B/C等光譜輻射分析儀。SPECTRO320是一款以光電倍增管作為探測(cè)器的掃描式光柵光譜儀，主要應(yīng)用于實(shí)驗(yàn)室的高精度測(cè)量，后者是采用CCD列陣探測(cè)器的多通道光譜儀，測(cè)量速度快，以工廠使用較為普遍。國(guó)內(nèi)近幾年LED光學(xué)檢測(cè)儀器亦隨著LED產(chǎn)業(yè)的發(fā)展而迅速成長(zhǎng)，像浙江杭州等地企業(yè)生產(chǎn)的各種光電性能檢測(cè)儀器，廣東、深圳等地的在線分選儀器，以實(shí)用、價(jià)廉而在國(guó)內(nèi)得到廣泛應(yīng)用，而且在國(guó)際上也有一定的影響。在便攜式光學(xué)測(cè)量?jī)x器方面，國(guó)際上日本的TOPCON和美能達(dá)等公司的儀器有一定的知名度；國(guó)產(chǎn)的儀器，某些精度指標(biāo)可能還優(yōu)于同類的進(jìn)口儀器，價(jià)格卻只有國(guó)外產(chǎn)品的幾分之一。如杭州新葉光電工程公司的全數(shù)字式照度計(jì)和亮度計(jì)、北京師范大學(xué)光電儀器廠的照度計(jì)和亮度計(jì)等儀器，在常規(guī)應(yīng)用場(chǎng)合均可替代進(jìn)口的儀器。熱性能檢測(cè)儀器：國(guó)內(nèi)已開發(fā)成功功率型LED應(yīng)用產(chǎn)品的熱通道的設(shè)計(jì)是提高產(chǎn)品綜合質(zhì)量指標(biāo)的重要工作。熱性能檢測(cè)儀器是功率型LED研發(fā)和制造中的關(guān)鍵儀器之一。目前國(guó)際上可用于LED熱性能分析的儀器也剛推出不久，以歐盟研發(fā)計(jì)劃支持的匈牙利產(chǎn)的熱阻測(cè)試儀器為代表。該儀器采用國(guó)際半導(dǎo)體器件聯(lián)盟推薦的電測(cè)量方法。廈門半導(dǎo)體照明產(chǎn)業(yè)基地將于今年9月引進(jìn)國(guó)內(nèi)第一臺(tái)LED熱性能專用檢測(cè)設(shè)備，并落戶廈門市產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)所。國(guó)內(nèi)類似的LED結(jié)溫和熱阻檢測(cè)儀器，亦已由杭州浙大三色儀器有限公司研發(fā)成功。國(guó)產(chǎn)的LED200熱性能分析儀，還綜合了光譜、光度、色度和輻射度等參數(shù)檢測(cè)功能，為功率型LED綜合性能的檢測(cè)提供了極好的平臺(tái)�？煽啃院蛪勖鼨z測(cè)儀器：目前尚無標(biāo)準(zhǔn)LED器件的可靠性和壽命是應(yīng)用產(chǎn)品設(shè)計(jì)最關(guān)注的核心問題。國(guó)際上目前還沒有相應(yīng)的測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)和商品化的檢測(cè)設(shè)備。信息產(chǎn)業(yè)部半導(dǎo)體照明技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)工作組已組織LED器件行業(yè)協(xié)會(huì)和中電科技集團(tuán)公司第十三研究所等近十家企業(yè)，開始研究制定測(cè)試方法標(biāo)準(zhǔn)。在信息產(chǎn)業(yè)部電子工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化研究所和杭州浙大三色儀器有限公司共同申報(bào)的有關(guān)半導(dǎo)體照明標(biāo)準(zhǔn)研究的國(guó)家“863”計(jì)劃課題中，也將半導(dǎo)體照明器件的可靠性和壽命的檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)和符合性試驗(yàn)平臺(tái)作為重要的研究工作。第一套基于加速熱應(yīng)力的LED可靠性和壽命加速試驗(yàn)設(shè)備將于近期由杭州浙大三色儀器有限公司推出。該試驗(yàn)平臺(tái)同時(shí)可對(duì)40只樣品進(jìn)行測(cè)試，試驗(yàn)過程中的光、電、色及溫度等各項(xiàng)參數(shù)全部由電腦控制和記錄。國(guó)際上，日本和美國(guó)也都非常重視LED器件壽命的加速試驗(yàn)方法。日本Matsushita公司的M.Sugimoto博士還曾于5月抵達(dá)杭州，與浙大三色儀器有限公司的專家共同探討兩國(guó)有關(guān)試驗(yàn)中的熱點(diǎn)問題。

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