LED即(ji)是(shi)(shi)半(ban)導體發光二極管（LED）是(shi)(shi)新(xin)型的(de)(de)(de)(de)發光體,電(dian)光效(xiao)率高(gao)、體積小、壽命長、電(dian)壓低、節能(neng)(neng)和(he)環保,是(shi)(shi)下(xia)一代理想(xiang)的(de)(de)(de)(de)照明器件。LED光電(dian)進行高(gao)低溫(wen)(wen)(wen)測(ce)(ce)試(shi)(shi)，冷熱沖(chong)擊試(shi)(shi)驗(yan)，恒溫(wen)(wen)(wen)恒濕(shi)試(shi)(shi)驗(yan)，高(gao)溫(wen)(wen)(wen)老化測(ce)(ce)試(shi)(shi)是(shi)(shi)檢驗(yan)LED光電(dian)性(xing)能(neng)(neng)的(de)(de)(de)(de)重要而且(qie)*的(de)(de)(de)(de)手段(duan),相應的(de)(de)(de)(de)測(ce)(ce)試(shi)(shi)結果是(shi)(shi)評價和(he)反(fan)映當前(qian)我國LED產(chan)業發展水(shui)平的(de)(de)(de)(de)依(yi)據。制(zhi)定LED光電(dian)高(gao)低溫(wen)(wen)(wen)測(ce)(ce)試(shi)(shi)方(fang)法(fa)，冷熱沖(chong)擊試(shi)(shi)驗(yan)方(fang)法(fa)，恒溫(wen)(wen)(wen)恒濕(shi)測(ce)(ce)試(shi)(shi)標(biao)準(zhun)(zhun)是(shi)(shi)統一衡量(liang)LED產(chan)品光電(dian)性(xing)能(neng)(neng)的(de)(de)(de)(de)重要途徑,是(shi)(shi)使測(ce)(ce)試(shi)(shi)結果真實(shi)反(fan)映我國LED產(chan)業發展水(shui)平的(de)(de)(de)(de)前(qian)提。本文結合的(de)(de)(de)(de)LED測(ce)(ce)試(shi)(shi)方(fang)法(fa)的(de)(de)(de)(de)國家標(biao)準(zhun)(zhun),介紹了LED的(de)(de)(de)(de)光電(dian)性(xing)能(neng)(neng)測(ce)(ce)試(shi)(shi)的(de)(de)(de)(de)幾個主要方(fang)面。

一、引言          

半導(dao)體(ti)發(fa)光(guang)二(er)極管（LED）已經被(bei)廣泛(fan)(fan)應用于指示燈、信號(hao)燈、儀表顯示、手機背光(guang)源、車載光(guang)源等場合,尤其是白光(guang)LED技術的(de)(de)(de)發(fa)展,LED在照(zhao)明(ming)領域的(de)(de)(de)應用也越來越廣泛(fan)(fan)。但(dan)是過去對于LED的(de)(de)(de)高低(di)溫測試(shi)及恒溫恒濕試(shi)驗(yan)沒(mei)有較全面的(de)(de)(de)國(guo)家標(biao)準和行(xing)業標(biao)準,在生(sheng)產(chan)實踐(jian)中只(zhi)能以相對參(can)數為依據(ju),不同的(de)(de)(de)廠家、用戶、研究機構(gou)對此爭議(yi)很大(da),導(dao)致國(guo)內(nei)LED產(chan)業的(de)(de)(de)發(fa)展受(shou)到嚴重影響。因(yin)此,半導(dao)體(ti)發(fa)光(guang)二(er)極管測試(shi)方法國(guo)家標(biao)準應運而生(sheng)。

二(er)、LED測試方法          

基于(yu)LED各個應用領(ling)域的(de)(de)實際需求,LED的(de)(de)測試需要包含(han)多方面的(de)(de)內容(rong),包括：電特性、光特性、開關(guan)特性、顏(yan)色特性、熱學(xue)特性、可靠性等。

1、電(dian)(dian)(dian)(dian)特性(xing)(xing)：LED是一個由半導(dao)體(ti)無機材(cai)料構成的(de)單極(ji)(ji)性(xing)(xing)PN結二(er)極(ji)(ji)管,它(ta)是半導(dao)體(ti)PN結二(er)極(ji)(ji)管中的(de)一種,其電(dian)(dian)(dian)(dian)壓(ya)(ya)-電(dian)(dian)(dian)(dian)流(liu)(liu)之間(jian)的(de)關系(xi)稱為伏安特性(xing)(xing)。由圖1可知,LED電(dian)(dian)(dian)(dian)特性(xing)(xing)參數包括(kuo)正(zheng)(zheng)向(xiang)(xiang)電(dian)(dian)(dian)(dian)流(liu)(liu)、正(zheng)(zheng)向(xiang)(xiang)電(dian)(dian)(dian)(dian)壓(ya)(ya)、反向(xiang)(xiang)電(dian)(dian)(dian)(dian)流(liu)(liu)和反向(xiang)(xiang)電(dian)(dian)(dian)(dian)壓(ya)(ya),LED必須(xu)在合適的(de)電(dian)(dian)(dian)(dian)流(liu)(liu)電(dian)(dian)(dian)(dian)壓(ya)(ya)驅動下(xia)才能正(zheng)(zheng)常工作(zuo)。通過LED電(dian)(dian)(dian)(dian)特性(xing)(xing)的(de)測(ce)試(shi)可以(yi)獲得LED的(de)zui大允許正(zheng)(zheng)向(xiang)(xiang)電(dian)(dian)(dian)(dian)壓(ya)(ya)、正(zheng)(zheng)向(xiang)(xiang)電(dian)(dian)(dian)(dian)流(liu)(liu)及反向(xiang)(xiang)電(dian)(dian)(dian)(dian)壓(ya)(ya)、電(dian)(dian)(dian)(dian)流(liu)(liu),此(ci)外也可以(yi)測(ce)定LED的(de)*工作(zuo)電(dian)(dian)(dian)(dian)功率。LED電(dian)(dian)(dian)(dian)特性(xing)(xing)的(de)測(ce)試(shi)一般利用相應(ying)的(de)恒(heng)流(liu)(liu)恒(heng)壓(ya)(ya)源供(gong)電(dian)(dian)(dian)(dian)下(xia)利用電(dian)(dian)(dian)(dian)壓(ya)(ya)電(dian)(dian)(dian)(dian)流(liu)(liu)表進(jin)行(xing)測(ce)試(shi)。                    

2、光(guang)特(te)性：類似于其(qi)它光(guang)源,LED光(guang)特(te)性的測試(shi)主要包括光(guang)通量和(he)(he)發光(guang)效(xiao)率、輻射通量和(he)(he)輻射效(xiao)率、光(guang)強和(he)(he)光(guang)強分布特(te)性和(he)(he)光(guang)譜參數(shu)等。

（1）光通量和(he)光效(xiao)      

有(you)兩種(zhong)方(fang)法可(ke)以用于光通量的測(ce)試,積(ji)分球(qiu)(qiu)法和變(bian)角光度(du)計法。變(bian)角光度(du)計法是(shi)測(ce)試光通量的zui的方(fang)法,但是(shi)由于其耗時較長,所以一(yi)般采用積(ji)分球(qiu)(qiu)法測(ce)試光通量。如圖2所示,現有(you)的積(ji)分球(qiu)(qiu)法測(ce)LED光通量中有(you)兩種(zhong)測(ce)試結構,一(yi)種(zhong)是(shi)將被測(ce)LED放置在球(qiu)(qiu)心,另外一(yi)種(zhong)是(shi)放在球(qiu)(qiu)壁(bi)。 

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果造成影響,因此,往往引入輔助燈。
在測(ce)得光(guang)通(tong)(tong)(tong)量(liang)之后(hou),配(pei)合電參數測(ce)試(shi)儀可以測(ce)得LED的(de)發光(guang)效率。而輻射通(tong)(tong)(tong)量(liang)和(he)輻射效率的(de)測(ce)試(shi)似于光(guang)通(tong)(tong)(tong)量(liang)和(he)發光(guang)效率的(de)測(ce)試(shi)。  

對于LED環境特性的試(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)驗(yan)(yan)往往采用(yong)模擬LED在應用(yong)中遇到(dao)的各類自然侵襲,一般(ban)有：高(gao)低(di)溫(wen)(wen)測試(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)、冷熱沖擊試(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)驗(yan)(yan)、高(gao)低(di)溫(wen)(wen)沖擊試(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)驗(yan)(yan)、恒(heng)溫(wen)(wen)恒(heng)濕試(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)驗(yan)(yan)、濕度(du)循環試(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)驗(yan)(yan)、潮濕試(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)驗(yan)(yan)、鹽霧試(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)驗(yan)(yan)、沙塵(chen)試(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)驗(yan)(yan)、紫外光老化輻照試(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)驗(yan)(yan)、振動和(he)沖擊試(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)驗(yan)(yan)、跌落試(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)驗(yan)(yan)、離心(xin)加速度(du)試(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)驗(yan)(yan)等。 

（2）光強(qiang)和光強(qiang)分布特性  

                                    

圖4 LED光強測試中的(de)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條件已經被各LED制造商和檢測機構引用。 
 

圖5 CIE-127推薦LED光強測試條件 

（3）光譜參數  
        LED的光譜特性參數主要包括峰值發射波長、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。 
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分出來進行測定,一般可以采用棱鏡和光柵實現分光。  
 

3、開關特性(xing)      

LED開(kai)關特性是指(zhi)LED通電(dian)(dian)和斷電(dian)(dian)瞬間(jian)的(de)光、電(dian)(dian)、色變化特性。通過LED開(kai)關特性的(de)測(ce)試可(ke)(ke)(ke)以(yi)獲得LED在通斷電(dian)(dian)瞬間(jian)工(gong)作(zuo)狀態、物質(zhi)屬性等的(de)變化規律(lv),由此不僅可(ke)(ke)(ke)了解通斷電(dian)(dian)對LED的(de)損耗,也可(ke)(ke)(ke)用(yong)以(yi)指(zhi)導LED驅動模塊(kuai)的(de)設計等。

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(xian)有的顏色(se)(se)特性測(ce)試(shi)方法有分光(guang)(guang)光(guang)(guang)度(du)(du)法和積(ji)分法。如圖7所示：分光(guang)(guang)光(guang)(guang)度(du)(du)法是(shi)通過單色(se)(se)儀(yi)分光(guang)(guang)測(ce)得(de)LED光(guang)(guang)譜功(gong)率分布(bu),之(zhi)后利(li)用色(se)(se)度(du)(du)加權函數積(ji)分獲得(de)對應色(se)(se)度(du)(du)參數；積(ji)分法是(shi)利(li)用特定(ding)濾色(se)(se)片(pian)配合光(guang)(guang)電探測(ce)器直(zhi)接測(ce)得(de)色(se)(se)度(du)(du)參數；分光(guang)(guang)光(guang)(guang)度(du)(du)法的準確(que)性要大(da)大(da)高于(yu)積(ji)分法。

            圖7 LED顏色(se)特性(xing)測試(shi)方法  

5、熱學特性 
LED的熱學特性主要指熱阻和結溫。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。結溫是指LED的PN結溫度。LED的熱阻和結溫是影響LED光電性能的重要因素。 
現有的(de)(de)對LED結溫的(de)(de)測(ce)試(shi)一般有兩種方法(fa)：一種是采(cai)用紅外測(ce)溫顯微鏡或微型(xing)熱偶(ou)測(ce)得LED芯片表面(mian)的(de)(de)溫度并視其(qi)為LED的(de)(de)結溫,但是準確(que)度不(bu)夠；另(ling)外一種是利用確(que)定(ding)(ding)電流(liu)下的(de)(de)正向偏壓(ya)與結溫之間反比變化(hua)的(de)(de)關系來(lai)判定(ding)(ding)LED的(de)(de)結溫。 

6、可靠性  
LED的(de)可靠性(xing)包括(kuo)靜電敏(min)感度特(te)(te)性(xing)、壽命(ming)、環境特(te)(te)性(xing)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,嚴重時可將PN結擊穿導致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實生活中的靜電放電現象。 
為了(le)觀察LED在長期連(lian)續(xu)使用(yong)情況下光性能(neng)的變化規律,需(xu)要對LED進行抽樣試(shi)驗(yan),通(tong)過(guo)長期觀察和(he)統計獲得LED壽(shou)命參(can)數(shu)。       

三、國家標準的制定 
    總結(jie)以(yi)上測(ce)試(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)方法(fa),半(ban)導體(ti)發(fa)光(guang)(guang)二極管測(ce)試(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)方法(fa)國家標(biao)(biao)(biao)準對(dui)LED電(dian)特(te)性(xing)、光(guang)(guang)學(xue)特(te)性(xing)、熱學(xue)特(te)性(xing)、靜電(dian)特(te)性(xing)及壽(shou)命測(ce)試(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)都作了(le)(le)相應的(de)規定(ding)(ding)。 對(dui)于(yu)電(dian)特(te)性(xing)測(ce)試(shi)(shi)(shi)(shi)(shi),標(biao)(biao)(biao)準分別規定(ding)(ding)了(le)(le)LED正向電(dian)壓(ya)、反(fan)向電(dian)壓(ya)、反(fan)向電(dian)流(liu)的(de)測(ce)試(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)框圖；對(dui)于(yu)光(guang)(guang)通量測(ce)試(shi)(shi)(shi)(shi)(shi),標(biao)(biao)(biao)準規定(ding)(ding)采用2π立(li)體(ti)角測(ce)試(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)結(jie)構；對(dui)于(yu)光(guang)(guang)強測(ce)試(shi)(shi)(shi)(shi)(shi),標(biao)(biao)(biao)準引用了(le)(le)CIE-127的(de)推薦條件；此外,對(dui)光(guang)(guang)譜測(ce)試(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)、熱學(xue)特(te)性(xing)測(ce)試(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)、靜電(dian)放(fang)電(dian)敏感(gan)度測(ce)試(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)、壽(shou)命測(ce)試(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)等都作了(le)(le)明確(que)的(de)規定(ding)(ding)。 

四、結論(lun)            

國(guo)家標(biao)(biao)準(zhun)的(de)制定總結了現有LED的(de)測(ce)(ce)(ce)試(shi)(shi)(shi)方法(fa),將其中的(de)科學適(shi)用的(de)方法(fa)升級為標(biao)(biao)準(zhun)測(ce)(ce)(ce)試(shi)(shi)(shi)方法(fa),很好地(di)消除了各界在LED測(ce)(ce)(ce)試(shi)(shi)(shi)領域存(cun)在的(de)分歧,也使測(ce)(ce)(ce)試(shi)(shi)(shi)結果更加真實地(di)反映(ying)我(wo)國(guo)LED產業(ye)的(de)整(zheng)體水平。但是(shi)鑒于LED技術還在處于不斷地(di)發展之中,國(guo)家標(biao)(biao)準(zhun)的(de)制定并不是(shi)一(yi)勞永逸的(de),應當時刻將zui合適(shi)的(de)測(ce)(ce)(ce)試(shi)(shi)(shi)技術引入標(biao)(biao)準(zhun)之中。