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1、34技术应用Technology and application 半导体发光二极管（LED,light emitting diode）是一种新型的发光体，具有电光转换效率高、体积小、寿命长、电压低，节能、环保等优点，是下一代理想的照明器件。LED光电测试是检验 LED光电性能的重要手段，相应的测试结果是评价和反映当前我国LED产业发展水平的依据。文章结合有关LED测试方法的国家的相关标准，介绍了LED光电性能测试的几个主要方面。半导体发光二极管 LED的测试方法沈光地北京光电子技术实验室主任半导体发光二极管（LED）已经被广泛应用于指示灯、信号灯、仪表显示、车载光源、大屏幕显示、背光源等场合，
2、白光LED 技术也不断地发展，L ED 在照明领域的应用越来越广泛。过去，对于LED 的测试没有较全面的国家标准和行业标准，在生产实践中只能以相对参数为依据，不同的厂家、用户、研究机构对此争议很大，导致国内LED产业的发展受到很大影响。结合国内外关于L ED 测试方法的各种标准，基于L ED 各个应用领域的实际需求，本文从电特性、光特性、开关特性、颜色特性、热学特性、可靠性等方面进行了介绍。LED 的发光原理1955年，美国无线电公司（Rad i o Corpor of America Rubin Braunstein）发现了砷化鎵Ga As与及其他半导体合金的红外线放射作用。而 1962年美
3、国通用电气公司（GE Nick Holonyak Jr）则开发出可见光的LED。不过，LED 真正的起飞是 1990 年代白光 LED 出现后，才开始渐渐被重视，而应用面越来越广。L ED 具备二极管的特性，是一种可以将电能转化为光能的电子零件，也就是具备一正极一负极，LED 最特别的地方在于只有从正极通电才是会发光，故一般给予直流电时，LED 会稳定地发光，但如果接上交流电，LED 会呈现闪烁的型态，闪亮的频率依据输入交流电的频率而定。L ED 发光原理是外加电压，让电子与空穴在半导体内结合后，将能量以光的形式释放。目前全球产业所发展出的不同种类LED 能够发出从红外线到蓝之间不同波长的光线
4、，而业界也有紫色紫外线的LED。近年来LED 最吸引人的发展是蓝光LED 上涂上萤光粉，将蓝光转化成白光的白光LED 产品。LED 之半导体发光二极管名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 1 页，共 3 页 -35技术应用Technology and application 所以被称为世纪新光源，原因在于LED具备点光源与固态光源的特性，能够节省能源、高耐震、寿命长、体积小响应快速、并且色彩饱和度高。LED电光特性测试的一般方法电特性测试方法L ED 是一个由半导体无机材料构成的单极性 p-n结二极管，其电压与电流之间的关系称为伏安特性。LED 电特性参数包括正向电流、正向电压、反
5、向电流和反向电压，LED 必须在合适的电流电压驱动下才能正常工作。通过LED 电特性的测试可以获得LED 的最大允许正向电压、正向电流及反向电压、电流，此外也可以测定LED 的最佳工作电功率。LED 电特性的测试一般在相应的恒流恒压源供电下，利用电压电流表进行测试。光特性测试类似于其它光源，LED 光特性的测试主要包括光通量、发光效率、辐射通量、辐射效率、光强、光强分布特性和光谱参数等。光通量和光效。光通量的测试有两种方法，即积分球法和变角光度计法。在辐射度学上，LED 辐射通量e用来衡量发光二极管在单位时间内发射的总的电磁能量，单位为瓦特（W）。它通常表示L ED 在空间4度范围内，每秒钟所
6、发出的能量。实际上，辐射通量就是辐射体的辐射功率。由于光子能量的大小与波长成反比，紫外光的光量子将会比可见光和红外光的光量子的能量来得更多。L ED 在某个波长发射的辐射通量称为单色辐射通量或光谱辐射通量，单位是W/nm，两者的关系是：辐射体（L EDs）的总辐射通量，也就是总辐射功率为：在测得光通量之后，配合电参数测试仪可以测得LED 的发光效率。而辐射通量和辐射效率的测试方法类似于光通量和发光效率的测试。发光效率是指单位电功率（W）下的输出的光通量（l m），单位为l m/W，发光效率写作：（lm/W）式中：为输入电功率，I、V 分别为器件的直流偏置电流和电压；F为发光二极管总的光通量。发
7、光效率是表征光源的节能性，这是衡量现代光源的性能的一个重要参数。光强和光强分布特性。点光源光强在空间各方向均匀分布，在不同距离处用不同接收孔径的探测器接收得到的测试结果不会改变。但是，LED 由于其光强分布不一致，使得测试结果随测试距离和探测器孔径而变化。因此，CI E-127提出了两种推荐测试条件，使得各个L ED 在同一条件下进行光强测试与评价，目前，CIE-127推荐测试条件已经被各L ED 制造商和检测机构引用。发光强度是光度学中的一个最基本的量，定义为光源在指定方向上的一个很小的立体角元d内所包含的光通量dF值，除以这个立体角元，所得的商就定义为光源在此方向上的发光强度。表达式为：单
8、位是坎德拉(candela)，符号为 cd。光谱参数。LED 的光谱特性参数主要包括峰值发射波长、光谱辐射带宽和名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 2 页，共 3 页 -36技术应用Technology and application 光谱功率分布等。单色LED 的光谱为单一波峰，特性以峰值波长和带宽表示，而白光LED 的光谱由多种单色光谱合成。所有LED 的光谱特性都可由光谱功率分布表示，而由LED 的光谱功率分布还可计算得到色度参数。光谱功率分布的测试需要通过分光进行，将各色光从混合的光中区分出来进行测定，一般可以采用棱镜和光栅实现分光。LED开关特性测试L ED 开关特性是
9、指LED 在通电和断电瞬间的光、电、色变化特性。通过L ED 开关特性的测试可以获得LED 在通断电瞬间的工作状态、物质属性等的变化规律，由此不仅可了解通断电对LED的损耗，也可用以指导LED 驱动模块的设计等。颜色特性LED 的颜色特性主要包括色品坐标、主波长、色纯度、色温及显色性等，LED的颜色特性对白光 LED 尤为重要。现有的颜色特性测试方法有分光光度法和积分法。分光光度法是通过单色仪分光测得LED 光谱功率分布，然后利用色度加权函数积分获得对应色度参数；积分法是利用特定滤色片配合光电探测器直接测得色度参数。分光光度法的准确性要大大高于积分法。热学特性L ED 的热学特性主要指热阻和结
10、温。热阻是指沿热流通道上的温度差与通道上耗散的功率之比；结温是指LED的 结温度。LED 的热阻和结温是影响L ED 光电性能的重要因素。现有的对L ED 结温的测试一般有两种方法：一种是采用红外测温显微镜或微型热偶测得L ED 芯片表面的温度并视其为LED 的结温，但是准确度不够；另外一种是利用确定电流下的正向偏压与结温之间反比变化的关系来判定 LED 的结温。可靠性L ED 的可靠性包括静电敏感度特性、寿命、环境特性等。静电敏感度特性是指L ED 能承受的静电放电电压。某些L ED 由于电阻率较高，且正负电极距离很短，当两端的静电电荷累积到一定值时，这一静电电压会击穿p-n结，严重时可将p
11、-n结击穿导致LED 失效。因此必须对L ED 的静电敏感度特性进行测试，获得L ED 的静电放电故障临界电压。目前，一般采用人体模式、机器模式、器件充电模式来模拟现实生活中的静电放电现象。比起一般白炙灯泡的1000小时，日光灯具的 1万小时，LED 使用寿命可达5万小时，大幅降低灯具替换的本钱。为了观察LED 长期连续使用时光性能的变化规律，需要对LED 进行抽样试验，通过长期观察和统计来获得LED 的寿命参数。对于L ED 环境特性的试验往往采用模拟L ED 在应用中遇到的各类自然侵袭的方法，一般有高低温冲击试验、湿度循环试验、潮湿试验、盐雾试验、沙尘试验、辐照试验、振动和冲击试验、跌落试
12、验、离心加速度试验等。国家标准的制定总结以上测试方法，半导体发光二极管测试方法国家标准对LED 电特性、光学特性、热学特性、静电特性及寿命测试都作了相应的规定。对于电特性测试，标准分别规定了LED 正向电压、反向电压、反向电流的测试框图；对于光通量测试，标准规定采用 2立体角测试结构；对于光强测试，标准引用了CI E-127的推荐条件；此外，对光谱测试、热学特性测试、静电放电敏感度测试、寿命测试等都作了明确的规定。国家标准的制定总结了现有LED 的测试方法，将其中的科学适用的方法升级为标准测试方法，很好地消除了各界在L ED 测试领域存在的分歧，也使测试结果更加真实地反映我国LED 产业的整体水平。但是鉴于LED 技术还在处于不断地发展之中，国家标准的制定并不是一劳永逸的，应当时刻将最新最合适的测试技术引入标准之中。如果 您 对 本文 有 任 何 评论 或 见 解，请 发 邮件 至或者登陆网站：名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 3 页，共 3 页 -