LED照明產(chǎn)品檢測方法中的缺陷和改善對策

1、led照明產(chǎn)品檢測方法中的缺陷和改善措施作者：俞安琪或家電光源質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)屮心（上海）國家燈具質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心摘要：傳統(tǒng)的led及其模塊光、色、電參數(shù)檢測方法有電脈衝驅(qū)動(dòng)，ccd 快速光譜測量法，也有在一定的條件下，熱平衡后的測量法，但這些方法的測量 條件和結(jié)果與led進(jìn)入照明器具內(nèi)的實(shí)際工作情況相差甚遠(yuǎn)。文章介紹了通過 vftj曲綫的標(biāo)出并控制led在控定的結(jié)溫下測量其光、色、電參數(shù)的方法。不 僅對采用led的照明器具如何保證led工作結(jié)溫提供了忖標(biāo)限位 同時(shí)也使led 及其模塊的光、色、電參數(shù)的測量參數(shù)更接近于實(shí)際的應(yīng)用條件。文章還介紹了 采用led的照明器具如何測量led的結(jié)溫并確迄le

2、d參考點(diǎn)的限值溫度與結(jié)溫 的因數(shù)關(guān)係。這對快速評估采用led的照明器具的工作狀態(tài)和使用壽命提供了 一個(gè)有效的途徑。一、序言對於一個(gè)新興的產(chǎn)品，其產(chǎn)品門身的發(fā)展總是先於產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)和檢測方法。 雖然產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)和檢測方法不可能先於產(chǎn)品的研發(fā)，但是，產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)和檢測方 法應(yīng)盡可能地緊跟產(chǎn)品的設(shè)計(jì)開發(fā)的進(jìn)度 因?yàn)楫a(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)和檢測方法的制立過 程本事就是對產(chǎn)品研發(fā)過程的回顧研討和小結(jié)，只要條件基本成熟，產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)和 檢測方法的制定越及峙，就越能減少產(chǎn)品研發(fā)過程屮的盲冃性。led照明產(chǎn)業(yè)發(fā) 展到現(xiàn)在，我們對led照明產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)和檢測方法的回顧的時(shí)刻已基木到來。1、傳統(tǒng)led模塊的檢測方法第一種是采用脈衝測量的方

3、法，它是把照明led模塊固定在測量裝置上（例 如積分球的測量位置等），采用脈衝恒流電源與瞬時(shí)測量光譜儀的同步聯(lián)動(dòng)，即 對led發(fā)岀數(shù)十秒至數(shù)白秒恒流的脈衝電流的同時(shí)，同步打開瞬峙測量光譜的 快門，對led （光、色、電參數(shù)）進(jìn)行快速檢測。特點(diǎn)：led的結(jié)溫幾乎等同于室溫，所以光效髙，光、電參數(shù)與實(shí)際有明顯 差異，不具有可比性。第二種檢測方法是把led模塊安裝在檢測裝置上厲，可能帶上一固定的散 熱器，給led施加具聲稱的工作電流（可能具有基座控溫功能），受傳統(tǒng)的照明 光源檢測方法的影響，也是等到led達(dá)到熱平衡時(shí)開始測量它的光電參數(shù)。特點(diǎn)：這種方法看似比較嚴(yán)謹(jǐn)，但實(shí)際上，它的熱平衡條件和工作條件

4、與此 類led裝入最終的照明器具中的狀態(tài)仍沒有好的關(guān)聯(lián)性，所以所測光電參數(shù)與 今後實(shí)際應(yīng)用狀態(tài)的參數(shù)仍不具有可比性。已頒布的標(biāo)準(zhǔn)屮測量方法己頒布的gbt24824-2009/cie 127-2007 neq普通照明用led模塊的基本性 能的測量方法標(biāo)準(zhǔn)屮規(guī)定：“試驗(yàn)或測量時(shí)led模塊應(yīng)工作在熱平衡狀態(tài)下， 在監(jiān)視環(huán)境溫度的同時(shí)，最好能監(jiān)視led模塊自身的工作溫度，以保證試驗(yàn)的 可復(fù)現(xiàn)性。如可能檢測led模塊結(jié)電壓，則應(yīng)首選監(jiān)測結(jié)電壓。否則，應(yīng)監(jiān)測 led模塊指定溫度測量點(diǎn)的溫度。如led模塊工作時(shí)需耍與外加散熱器（包括 主動(dòng)製冷），則應(yīng)嚴(yán)格限定散熱器的特性與尺寸，同時(shí)應(yīng)在規(guī)定的位置監(jiān)測散熱 器

5、的溫度，在測試報(bào)告中應(yīng)具體描述外加散熱器?！庇纱丝梢姡诒O(jiān)測結(jié)電壓的 條件下來測量led模塊的光電參數(shù)是保證檢測重現(xiàn)性的首選方案，但是，標(biāo)準(zhǔn) 屮沒有指明在模擬實(shí)際使用結(jié)溫條件下檢測led模塊的光、色、電參數(shù)。2、led模塊測量方法的改進(jìn)led的光、電參數(shù)與它工作時(shí)的結(jié)溫密切相關(guān)，同一個(gè)led產(chǎn)品，結(jié)溫的 不同會(huì)造成這些參數(shù)的明顯不同，所以測量led的光、電參數(shù)首先應(yīng)該考慮在 設(shè)定的工作結(jié)溫條件下來進(jìn)行。另外，因?yàn)榉庋b工藝、材料等差異，最高工作結(jié)溫是明顯不同的，爲(wèi)了保 證led照明產(chǎn)品具有高效、長壽的特點(diǎn)，實(shí)際的工作結(jié)溫應(yīng)該明顯低於最高工 作結(jié)溫。例如，冃前我們大量采用的封裝技術(shù)，在led的發(fā)光

6、之前，都具有高 分子硅膠加熒光粉的覆蓋層。實(shí)踐證明，耍使此類led照明燈具到70%的光通 維持率的時(shí)間要±6萬小時(shí)，其工作結(jié)溫必須在70° c75° c以f。從提高光效 和使用壽命的角度看，t作結(jié)溫在60° c以下更好，但從照明器具的造型、體積、 性價(jià)比來講，則應(yīng)該達(dá)到預(yù)期的光效和使用壽命的基礎(chǔ)上把最高工作結(jié)溫控制在 70° c75° c最為合適。爲(wèi)了使led及其模塊的光、色、電參數(shù)的檢測也盡可 能接近於實(shí)際應(yīng)用的結(jié)溫狀態(tài)，就必須解決如何測量led的結(jié)溫并能在這一結(jié) 溫下進(jìn)行光、色、電參數(shù)的檢測問題。(1) 冃前l(fā)ed的結(jié)溫測量方法a

7、通過測量管腳溫度和芯片耗散功率利熱阻係數(shù)得到結(jié)溫。但是因?yàn)楹纳?功率和熱阻係數(shù)的不準(zhǔn)確，所以測量精度比較低。b、外部熱成像法，要求led處於為封裝的狀態(tài)，另外對封裝材料折射率有 特殊要求，否則無法精確測量，測量精度比較低。c、利用發(fā)光光譜峰位移測定結(jié)溫，是一種非接觸的測量方法。直接從發(fā)光 光譜確定禁帶寬度移動(dòng)技術(shù)來測量結(jié)溫，這一方法對光譜測試儀器分辨 精度要求較高，發(fā)光峰位的精度測雖難度較大，而光譜峰值位移lnm的 誤差變化就對應(yīng)著測量結(jié)溫約3()。的變化，所以測量精度和重複性都比 較低。d、向列型液晶熱成像技術(shù)，對儀器分辨率要求高，只能測量未封裝的單個(gè) 裸芯片，不能測量封裝后的led.e、利

8、用二極管pn結(jié)電壓與結(jié)溫的vf-tj關(guān)係曲綫來測量led的結(jié)溫。led最具可行性的結(jié)溫測量方法從上述介紹的各種led結(jié)溫的測雖方法可以看出，釆用監(jiān)視二極管pn 結(jié)電壓來推算結(jié)溫的方法最具可行性且測量精度也最高所以在很多集成ic 電路中，爲(wèi)了檢測ic芯片的工作結(jié)溫，往往會(huì)刻出或植入一個(gè)或幾個(gè)二極 管，通過測量其正向電壓降的變化來達(dá)到測量芯片結(jié)溫的目的。(2) 冃前國際上較先進(jìn)的vftj測量方法a把被測的led放入在硅油缸內(nèi)，加熱硅油缸達(dá)到130° cb、自然冷卻，每下降2° c10° c時(shí)瞬時(shí)給led輸入規(guī)定的電流脈衝，并 測量這一溫度和正向電壓降c、把這一測量點(diǎn)的

9、溫度和正向電壓降導(dǎo)入到電腦軟件數(shù)據(jù)庫中，出軟件產(chǎn) 生vf-tj曲綫這一方法屬於在溫度下降時(shí)測量方法。缺點(diǎn)是：常硅油缸的溫度較高時(shí)，與 環(huán)境溫度的溫差大而使冷卻速度較快，爲(wèi)了保證測量的準(zhǔn)確性采用了適當(dāng)?shù)拇胴?使硅油缸在溫度較高時(shí)溫度下降不致於太快，但當(dāng)硅油缸溫度較低時(shí)，與室溫的 溫差太小而使冷卻的速度太慢，這大大延艮了這一檢測過程的測量時(shí)間。加熱在 外部，控溫和測量存在明顯的滯後，影響準(zhǔn)確性。（3）新的vftj檢測方法采用電腦設(shè)定的pid （積分、微分加上加熱與不加熱時(shí)間比例控制）方法來 加熱和控制硅油缸的溫度從而保證了油缸內(nèi)的硅油溫差保持在（）.2。c範(fàn)圍內(nèi)?？梢砸?.5。c的間隔測量一次，

10、可逐步調(diào)整到每上升10。c測量一次。從25° c到13（t c檢測時(shí)間約為2.5小時(shí)左右，能明顯低於目前閾際上已 有的檢測裝置的測量時(shí)間。采用雙硅油缸結(jié)構(gòu)，當(dāng)完成一組樣品的測量后，更換一個(gè)硅油缸可立即開始 第二組led的測量。木測量裝置在每個(gè)測量溫度點(diǎn)測得的溫度和led正向電壓降后，導(dǎo)入到 數(shù)據(jù)庫并由編制的軟件生成vftj曲綫。箱密鮎控內(nèi)始式油杯示愆陽被刪診件液位面圖1精密內(nèi)控內(nèi)熱式油杯示意圖圖2階梯式加溫的溫控卿綫(4) 照明led結(jié)溫測量及利用vftj關(guān)係曲綫指導(dǎo)光、色、電參數(shù)的測量得到被測量led的vf-tj的曲綫后，最重要的是用於定結(jié)溫條件下的光、 色、電參數(shù)測量。把被測le

11、d固定在帶控湍/恒溫基座的積分球內(nèi)，給led通以工作電流， 給led燃點(diǎn)152()分鐘后，快速切換到測量電流(即前面標(biāo)定vf-tj曲綫的測量 電流)用數(shù)毫秒峙間快速測定被測led的正向電壓vf,通過與vf-tj曲綫中結(jié)溫 值對應(yīng)的vf比較，如與f1標(biāo)值有差異，控制程序?qū)⒆詣?dòng)調(diào)整恒溫基座的溫度來 使led的正向電壓vf達(dá)到h標(biāo)結(jié)溫值對應(yīng)的結(jié)電權(quán)。在快速測定vf后，裝置 將自動(dòng)冋覆使led通以工作電流的狀態(tài)。設(shè)延結(jié)溫值測量方法明顯的優(yōu)點(diǎn)當(dāng)被測led在通以工作電流的情況下，其結(jié)溫達(dá)到冃標(biāo)值(即達(dá)到冃標(biāo)結(jié) 溫值對應(yīng)的vf值)且熱平衡后，可啟動(dòng)光譜儀測量光、色參數(shù)同時(shí)讀取其電參 數(shù)。上述測量方法最明顯的

12、優(yōu)點(diǎn)是 在led實(shí)際的應(yīng)用屮，只要照明器具屮led 工作在忖標(biāo)結(jié)溫值附近，用這一方法參數(shù)有很好的模擬性，也使得它的這些所測 量的參數(shù)變得有意義，並且具光、色、電參數(shù)也具有很好的可重現(xiàn)性。二、led進(jìn)入照明器具后結(jié)溫控制和測量1、led進(jìn)入照明器具后結(jié)溫控制和測量的必要性按照美國doe的lm80要求往往要花30()天以上的時(shí)間(6()()()h),這在很多 工程招標(biāo)和驗(yàn)收時(shí)時(shí)無法實(shí)施的。結(jié)湍是判斷l(xiāng)ed照明器具性能優(yōu)劣的核心要素結(jié)溫作為衡量一個(gè)led照明器具性能優(yōu)劣的重要參數(shù)，是led照明器貝 在工程應(yīng)用中可靠性測量的核心耍素。如果能準(zhǔn)確測量出燈具內(nèi)led的pn結(jié)結(jié) 溫和pn結(jié)到散熱器某一指定點(diǎn)

13、的熱阻這兩個(gè)定量的指標(biāo)，就不僅能衡量采用 led的燈具散熱特性的優(yōu)劣，還能定性地知道各種采用led的同類燈具的人致 使用壽命。另外還能得知led燈具的光效和其它光參數(shù)的測量值是在什麼結(jié)溫 條件下測得的，并能得出燈具屮功率型led熱沉上的某一點(diǎn)（參考溫度點(diǎn)）與 結(jié)溫z間的函數(shù)關(guān)係，從而指導(dǎo)企業(yè)正確標(biāo)出熱沉參考點(diǎn)的溫度限值。2、照明器具內(nèi)led結(jié)溫測量方法介紹忖前國內(nèi)外對led的pn結(jié)的結(jié)溫，只能進(jìn)行單個(gè)led或者單個(gè)led模塊的結(jié) 溫和熱阻的測量，還沒有完整的對照明器具內(nèi)led實(shí)際工作結(jié)溫和熱阻的測量 方法，這裡介紹一種完整的對照明器具內(nèi)的led實(shí)際工作結(jié)溫和熱阻的測量方 法。（1）vftj曲綫

14、標(biāo)定將照明器具內(nèi)led矩陣中間的某一串聯(lián)led組中處於或者接近中間部分的 一顆led作為被測led,按圖3電路連接，在這一顆led的熱沉（led自身所偕的小散熱器）上粘一個(gè)熱電偶 使燈具在25。c±2° c的環(huán)境下放置6至12 wo測量電路連接圖圖3 led的燈具中l(wèi)ed矩陣某一串led組的測量電路連接圖確定修正曲綫給圖三中的被測led通上一支測量電流if, if視被測led的功率人小可在2ma50ma範(fàn)圍內(nèi)選能。通電測量時(shí)間為0.01s2s,在此期間連紬測量被測led 的正向電壓降vf可得出如圖所示的修正曲綫。vf從該曲綫上可得出該照明燈具內(nèi)被測led在通過某一恒定的測量

15、電流時(shí)，在 單位的測量時(shí)間內(nèi)vf下降的數(shù)值該數(shù)值留作卜述檢測過程作為測量電 流引起的vf變化的修正量。當(dāng)測量時(shí)間小於3ms且測量電流比較小時(shí)，可以不引入修正量。vf-tj曲綫標(biāo)泄把三個(gè)2刀2擲轉(zhuǎn)換繼電器調(diào)到測量位置，把led燈具放入一個(gè)可編程控制 的專用加熱箱內(nèi)，設(shè)定階梯式加溫方式對箱體內(nèi)led燈具進(jìn)行加熱。根據(jù)led 熱沉上黏上的熱電偶反映的溫度值，且最終是以圖3電路測屋被測led的正向 電壓降穏定時(shí)，說明燈具內(nèi)led已達(dá)到某一設(shè)定溫度的熱平衡。當(dāng)每一個(gè)恒溫 時(shí)間段即將結(jié)束，開始測量被測led的正向電權(quán)降vf。根據(jù)實(shí)際測量的時(shí)間從圖4屮得出修正是vf。把測得的vf值再加上 avf,得出d1在

16、該溫度下不受測量電流影響的vfl,即vfl,即vfl，= vfl+avf, 把這vfl，和用熱電偶測的溫度t1導(dǎo)入到設(shè)定的電腦數(shù)據(jù)丿車中。重複這一步驟，得出一組經(jīng)修正的數(shù)值。把這一組經(jīng)修正的數(shù)值口動(dòng)導(dǎo)入 到數(shù)據(jù)庫，就能生成照明器具內(nèi)led的vftj曲綫。照明器具中l(wèi)ed結(jié)溫的測量把照明器具從專用的加熱箱內(nèi)取出，可以和照明器具的熱試驗(yàn)同時(shí)進(jìn)行。 把器具放在gb7000.1標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的防風(fēng)罩內(nèi)，照明器具處於正常工作位置。按 gb7000.1標(biāo)準(zhǔn)屮熱試驗(yàn)的要求進(jìn)行熱試驗(yàn)，通過照明燈具內(nèi)的led控制裝置把 照明器具的led矩陣點(diǎn)亮，此時(shí)led照明器具處於正常工作狀態(tài)。觀察led熱沉上粘上的熱電偶反映的溫

17、度值，當(dāng)溫度值達(dá)到熱平衡時(shí)，轉(zhuǎn) 換到測量位置，連續(xù)5次，每次間隔數(shù)十秒測量出5個(gè)被測led的vf值，通過 電腦和專用函數(shù)計(jì)算軟件，計(jì)算岀被測led在斷開工作電流瞬間的正向電丿然降， 并根據(jù)上述正向電壓降與結(jié)溫的關(guān)係曲綫杳出led照明器具內(nèi)被測led在燈具 工作至熱平衡時(shí)的結(jié)溫，同時(shí)，也可以得到燈具連績工作至熱平衡時(shí)熱沉上參考 點(diǎn)的溫度值。三、回顧和總結(jié)對led結(jié)溫的測量和控制，是led進(jìn)入照明領(lǐng)域不可缺少的重耍步驟，它 使led器件與led照明器具前後工序有機(jī)地結(jié)合起來。通過對led的vftj 曲綫標(biāo)定，并利用這一曲綫能指導(dǎo)并控制led在預(yù)定的結(jié)溫卜測量光、色、電 參數(shù)，使led這些參數(shù)的測量值更接近與實(shí)際應(yīng)用狀態(tài)的參數(shù)，另外led的預(yù) 定結(jié)溫的確定也給led照明器具設(shè)計(jì)者指明了散熱控制的限值。同樣通過對照 明器具內(nèi)led的vftj曲綫標(biāo)定，能測量出照明器具在定額的ta條件卜的led 結(jié)溫，這不僅能評價(jià)led器具散熱設(shè)計(jì)的合理性，而但還揭示出led熱沉上參 考點(diǎn)溫度與結(jié)溫的函數(shù)關(guān)係，并進(jìn)一步得知led的pn