LED性能參數(shù)及測試方法

1、LED選修課總結(jié)LED性能參數(shù)及測試方法2011年11月24日第I頁第I頁摘要發(fā)光二極管（英語：Light-EmittingDiode,簡稱LED）是一種能發(fā)光的半導(dǎo)體電子元件。這種電子元件早在1962年出現(xiàn)，早期只能發(fā)出低光度的紅光，之后發(fā)展出其他單色光的版本，時至今日能發(fā)出的光已遍及可見光、紅外線及紫外線，光度也提高到相當(dāng)?shù)墓舛?。而用途也由初時作為指示燈、顯示板等；隨著白光發(fā)光二極管的出現(xiàn)而續(xù)漸發(fā)展至被用作照明。LED只能往一個方向?qū)ǎㄍ姡?，叫作正向偏置（正向偏壓），?dāng)電流流過時，電子與電洞在其內(nèi)重合而發(fā)出單色光，這叫電致發(fā)光效應(yīng)，而光線的波長、顏色跟其所采用的半導(dǎo)體物料種類與故意滲入

2、的元素雜質(zhì)有關(guān)。具有效率高、壽命長、不易破損、開關(guān)速度高、高可靠性等傳統(tǒng)光源不及的優(yōu)點(diǎn)。但當(dāng)LED的發(fā)光強(qiáng)度達(dá)至足以用于室內(nèi)照明的話，其效率會下降到比螢光燈更差（比螢光燈耗電），成本也高至極不合理水平，這是當(dāng)前LED照明未能普及的重要原因。（September,2011）白光LED的發(fā)光效率，在近幾年來已經(jīng)有明顯的提升，同時，在每千流明的購入價(jià)格，也因?yàn)橥度胧袌龅膹S商相互競爭的影響，而明顯下降。因此，LED照明雖然尚未達(dá)到全面普及的程度，但是在光電轉(zhuǎn)換效率及有效照度對用電量的比值上，均已經(jīng)超過螢光燈，甚至有機(jī)會挑戰(zhàn)低壓鈉燈（LowPressureSodiumlight）。關(guān)鍵詞：正向偏置、電致

3、發(fā)光第II頁第II頁目錄TOC o 1-5 h z HYPERLINK l bookmark4 I檢測性能參數(shù)的方法1 HYPERLINK l bookmark6 IILED的重要特性及測試2 HYPERLINK l bookmark8 電特性測試方法2 HYPERLINK l bookmark10 光特性測試3 HYPERLINK l bookmark12 光譜參數(shù)5 HYPERLINK l bookmark14 熱學(xué)特性6 HYPERLINK l bookmark16 可靠性6 HYPERLINK l bookmark18 總結(jié)7參考文獻(xiàn)8第 頁第 頁I檢測性能參數(shù)的方法電子電氣產(chǎn)品EMC

4、方面的性能要求在以前并不受重視，但現(xiàn)在越來越多的國家和組織都把電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)作為電氣電子產(chǎn)品必備的性能評價(jià)依據(jù)，我國在2003年8月1日開始執(zhí)行的CCC強(qiáng)制性認(rèn)證，也把電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)作為評價(jià)依據(jù)。電磁兼容（EMC）包括電磁干擾（EMI）和電磁抗擾（EMS）兩個方面。針對用于普通照明的LED模塊，以下幾項(xiàng)EMC方面的性能要求應(yīng)予以考慮。1靜電放電抗擾度在低濕度條件下，人體通過摩擦?xí)щ姡瑤Я穗姷娜梭w直接觸摸LED產(chǎn)品或其鄰近設(shè)備時，放電脈沖電壓可能會導(dǎo)致LED產(chǎn)品損壞，因此須對LED產(chǎn)品的抗靜電能力作出要求。2快速瞬變脈沖群抗擾度電路中機(jī)械開關(guān)對電感性負(fù)載的切換，通常會對同一電路中的其他電子設(shè)備產(chǎn)生

5、干擾，其特點(diǎn)是脈沖成群出現(xiàn)，脈沖重復(fù)頻率較高，脈沖波形的上升時間短暫。它通常會使設(shè)備產(chǎn)生誤動作，因此該項(xiàng)指標(biāo)對LED產(chǎn)品的控制電路而言是十分重要的。3雷擊浪涌抗擾度雷擊是自然界普通的物理現(xiàn)象，它可以在戶外架空線上感應(yīng)出浪涌電壓和電流。此外，在電站或開關(guān)站中，大型開關(guān)切換瞬間也會在供電線路上感應(yīng)出大的浪涌電壓和電流。這種浪涌能量特別大，可能會導(dǎo)致電氣電子產(chǎn)品的損壞。因此該項(xiàng)指標(biāo)對于LED產(chǎn)品（尤其是戶外用產(chǎn)品）非常重要。4周波跌落抗擾度周波跌落包括電壓跌落、短時中斷和電壓變化。電壓跌落、短時中斷是由電網(wǎng)、變電設(shè)施故障或負(fù)載出現(xiàn)大的變化引起的，有時會連續(xù)出現(xiàn)兩次或多次跌落或中斷，電壓變化則是負(fù)載連

6、續(xù)變化引起的，通常會持續(xù)一段時間。該項(xiàng)指標(biāo)是考核LED應(yīng)用產(chǎn)品在不穩(wěn)定電網(wǎng)中的抗干擾能力。5傳導(dǎo)騷擾傳導(dǎo)騷擾是電氣電子產(chǎn)品自身所產(chǎn)生的，通過導(dǎo)體傳輸形成的電磁騷擾。傳導(dǎo)騷擾屬于低頻現(xiàn)象，一般都在9kHz30MHz。6輻射騷擾輻射騷擾是電氣電子產(chǎn)品自身所產(chǎn)生的，以電磁波的形式通過空間傳播形成的電磁騷擾。電氣電子產(chǎn)品的元件內(nèi)部互相連通的行為就像小天線，當(dāng)電流通過時就會發(fā)射電場，經(jīng)過脈沖變壓器時就會形成磁場。7諧波電流所有非線性負(fù)載都能產(chǎn)生諧波電流，諧波電流將導(dǎo)致電源電流波形畸變，對電網(wǎng)造成污染，必須加以控制。對諧波電流的限制在一些自鎮(zhèn)流的普通光源性能要求標(biāo)準(zhǔn)（如GB/T17263-2002普通照明

7、用自鎮(zhèn)流熒光燈性能要求2）中已有規(guī)定。以上前四項(xiàng)為EMS指標(biāo)，后三項(xiàng)為EMI指標(biāo)。值得注意的是，對于自鎮(zhèn)流的LED模塊，測試時只需要對輸入端進(jìn)行試驗(yàn)，而非自鎮(zhèn)流的LED模塊，則需要分別試驗(yàn)配套的驅(qū)動控制電路的輸入、輸出和LED模塊的輸入端。IILED的重要特性及測試本文結(jié)合國內(nèi)外關(guān)于LED測試方法的最新標(biāo)準(zhǔn)，基于LED各個應(yīng)用領(lǐng)域的實(shí)際需求，從電特性、光特性、開關(guān)特性、顏色特性、熱學(xué)特性、可靠性等方面進(jìn)行了介紹。對于電特性測試，標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)規(guī)定采用2n立體角測試結(jié)構(gòu);對于光強(qiáng)測試，標(biāo)準(zhǔn)引用了CIE-127的推薦條件;此外，對光

8、譜測試、熱學(xué)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。國家標(biāo)準(zhǔn)的制定總結(jié)了現(xiàn)有LED的測試方法，將其中的科學(xué)適用的方法升級為標(biāo)準(zhǔn)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(shí)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(biāo)準(zhǔn)的制定并不是一勞永逸的，應(yīng)當(dāng)時刻將最新最合適的測試技術(shù)引入標(biāo)準(zhǔn)之中。1電特性測試方法LED是一個由半導(dǎo)體無機(jī)材料構(gòu)成的單極性PN結(jié)二極管，其電壓與電流之間的關(guān)系稱為伏安特性。LED電特性參數(shù)包括正向電流、正向電壓、反向電流和第 頁第 頁反向電壓，LED必須在合適的電流電壓驅(qū)動下才能正常工作（如圖1所

9、示）。通過LED電特性的測試可以獲得LED的最大允許正向電壓、正向電流及反向電壓、電流，此外也可以測定LED的最佳工作電功率。圖1LED伏安特性曲線LED電特性的測試一般在相應(yīng)的恒流恒壓源供電下，利用電壓電流表進(jìn)行測試。2光特性測試類似于其它光源，LED光特性的測試主要包括光通量、發(fā)光效率、輻射通量、輻射效率、光強(qiáng)、光強(qiáng)分布特性和光譜參數(shù)等。光通量和光效光通量的測試有兩種方法，即積分球法和變角光度計(jì)法。變角光度計(jì)法是測試光通量最精確的方法，但是由于其耗時較長，所以一般采用積分球法測試光通量?，F(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，另外一種是將其放在球壁。圖2

10、積分球法測LED光通量由于采用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，往往需要引入輔助燈（見圖3）。圖3輔助燈法消除自吸收影響在測得光通量之后，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方法類似于光通量和發(fā)光效率的測試。光強(qiáng)和光強(qiáng)分布特性圖4LED光強(qiáng)測試中的問題圖4中，點(diǎn)光源光強(qiáng)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)果不會改變。但是，LED由于其光強(qiáng)分布不一致，使得測試結(jié)果隨測試距離和探測器孔徑而變化。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(jìn)行光強(qiáng)測試與評價(jià)如圖5所示。目前,

11、CIE-127推薦測試條件已經(jīng)被各LED制造商和檢測機(jī)構(gòu)引用。圖5CIE-127推薦LED光強(qiáng)測試條件光譜參數(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。所有LED的光譜特性都可由光譜功率分布表示，白光LED光譜功率分布如圖6所示。而由LED的光譜功率分布還可計(jì)算得到色度參數(shù)。光譜功率分布的測試需要通過分光進(jìn)行，將各色光從混合的光中區(qū)分出來進(jìn)行測定，一般可以采用棱鏡和光柵實(shí)現(xiàn)分光。圖6白光LED光譜功率分布LED開關(guān)特性測試LED開關(guān)特性是指LED在通電和斷電瞬間的光、電、色

12、變化特性。通過LED開關(guān)特性的測試可以獲得LED在通斷電瞬間的工作狀態(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(jì)等。顏色特性LED的顏色特性主要包括色品坐標(biāo)、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。分光光度法是通過單色儀分光測得LED光譜功率分布，然后利用色度加權(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)（見圖7）。分光光度法的準(zhǔn)確性要大大高于積分法。圖7LED顏色特性測試方法熱學(xué)特性LED的熱學(xué)特性主要指熱阻和結(jié)溫。熱阻是指沿?zé)崃魍ǖ?/p>

13、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?，F(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(zhǔn)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。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(fù)電極距離很短,當(dāng)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(yán)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

14、性進(jìn)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(jī)器模式、器件充電模式來模擬現(xiàn)實(shí)生活中的靜電放電現(xiàn)象。為了觀察LED長期連續(xù)使用時光性能的變化規(guī)律，需要對LED進(jìn)行抽樣試驗(yàn)，通第 頁第 頁過長期觀察和統(tǒng)計(jì)來獲得LED的壽命參數(shù)對于LED環(huán)境特性的試驗(yàn)往往采用模擬LED在應(yīng)用中遇到的各類自然侵襲的方法，一般有高低溫沖擊試驗(yàn)、濕度循環(huán)試驗(yàn)、潮濕試驗(yàn)、鹽霧試驗(yàn)、沙塵試驗(yàn)、輻照試驗(yàn)、振動和沖擊試驗(yàn)、跌落試驗(yàn)、離心加速度試驗(yàn)等。總結(jié)LED顯示屏的發(fā)展可分為以下幾個階段：第一階段為1990年到1995年，主要是單色和16級雙色圖文屏。用于顯示文字和簡單圖片，主要用在車站、金融證券、銀

15、行、郵局等公共場所，作為公共信息顯示工具。第二階段是1995年到1999年，出現(xiàn)了64級、256級灰度的雙基色視頻屏。視頻控制技術(shù)、圖像處理技術(shù)、光纖通信技術(shù)等的應(yīng)用將LED顯示屏提升到了一個新的臺階。LED顯示屏控制專用大規(guī)模集成電路芯片也在此時由國內(nèi)企業(yè)開發(fā)出來并得以應(yīng)用。第三階段從1999年開始，紅、純綠、純藍(lán)LED管大量涌入中國，同時國內(nèi)企業(yè)進(jìn)行了深入的研發(fā)工作，使用紅、綠、藍(lán)三原色LED生產(chǎn)的全彩色顯示屏被廣泛應(yīng)用，大量進(jìn)入體育場館、會展中心、廣場等公共場所，從而將國內(nèi)的大屏幕帶入全彩時代。隨著LED原材料市場的迅猛發(fā)展，表面貼裝器件從2001年面世，主要用在室內(nèi)全彩屏，并且以其亮度

16、高、色彩鮮艷、溫度低的特性，可隨意調(diào)整的點(diǎn)間距，被不同價(jià)位需求者所接受，在短短兩年多時間內(nèi)，產(chǎn)品銷售額已超過3億元，表面貼裝全彩色LED顯示屏應(yīng)用市場進(jìn)入新世紀(jì)。為了適應(yīng)2008年奧運(yùn)會的“瘦身”計(jì)劃，利亞德開發(fā)了表面貼裝雙基色顯示屏，大量用于訓(xùn)練館和比賽計(jì)時計(jì)分系統(tǒng)。在奧運(yùn)場館全彩屏方面，為緊縮投資，全彩屏大部分采用可拆卸方式，奧運(yùn)期間可作為實(shí)況轉(zhuǎn)播工具，賽事結(jié)束后可用于租賃，作為演出、國家政策發(fā)布等公共場合應(yīng)用工具，通過這種方式可盡快收回成本。就市場而言，中國加入WTO、北京申奧成功等，成為LED顯示屏產(chǎn)業(yè)發(fā)展的新契機(jī)。國內(nèi)LED顯示屏市場保持持續(xù)增長，目前在國內(nèi)市場上，國產(chǎn)LED顯示屏的市場占有率近95%。國際上LED顯示屏的市場容量預(yù)計(jì)以每年3