LED模塊的光電參數(shù)和檢測(cè)方法的現(xiàn)狀和改進(jìn)方法

　一、序言

　　對(duì)于一個(gè)新興的產(chǎn)品，其產(chǎn)品自身的發(fā)展總是先于產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)和檢測(cè)方法。雖然產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)和檢測(cè)方法不可能先于產(chǎn)品的研發(fā)，但是，產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)和檢測(cè)方法應(yīng)盡可能地緊跟產(chǎn)品設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)的進(jìn)度，因?yàn)楫a(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)和檢測(cè)方法的制定過(guò)程本身就是對(duì)產(chǎn)品研發(fā)過(guò)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(cè)方法的制訂越及時(shí)，就越能減少產(chǎn)品研發(fā)過(guò)程的盲目性。LED照明產(chǎn)業(yè)發(fā)展到現(xiàn)在，我們對(duì)LED照明產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)和檢測(cè)方法的回顧、小結(jié)的時(shí)候已經(jīng)基本到來(lái)。

　　二、LED模塊的光電參數(shù)和檢測(cè)方法的現(xiàn)狀和改進(jìn)方法

　　1、傳統(tǒng)的LED模塊的檢測(cè)方法

　　目前傳統(tǒng)的LED模塊的檢測(cè)方法主要有兩種，第一種是采用脈沖測(cè)量的方法，它是把照明LED模塊固定在測(cè)量裝置上（例如積分球的測(cè)量位置等），采用脈沖恒流電源與瞬時(shí)測(cè)量光譜儀的同步聯(lián)動(dòng)，即對(duì)LED發(fā)出數(shù)十毫秒～數(shù)佰毫秒恒流的脈沖電流的同時(shí)，同步打開(kāi)瞬時(shí)測(cè)量光譜儀器的快門(mén)，對(duì)LED發(fā)出的光參數(shù)（光通量、光色參數(shù)等）進(jìn)行快速檢測(cè)，同時(shí)，也同步采集LED的正向壓降和功率等參數(shù)。

　　第二種檢測(cè)方法是把LED模塊安裝在檢測(cè)裝置上后，可能帶上一固定的散熱器（也可能具有基座控溫功能），給LED施加其聲稱(chēng)的工作電流，受傳統(tǒng)的照明光源檢測(cè)方法的影響，也是等到LED達(dá)到熱平衡后再開(kāi)始測(cè)量它的光電參數(shù)。這種方法看似比較嚴(yán)密，但實(shí)際上，它的熱平衡條件和工作條件與此類(lèi)LED裝入最終的照明器具中的狀態(tài)仍沒(méi)有好的關(guān)聯(lián)性，因此所測(cè)的光電參數(shù)與今后實(shí)際的應(yīng)用狀態(tài)的參數(shù)仍不具有可參比性。

　　2、LED模塊測(cè)量方法的改進(jìn)

　　眾所周知，LED的光、電參數(shù)特性與它的工作時(shí)的結(jié)溫密切相關(guān)，同一個(gè)LED產(chǎn)品，結(jié)溫的不會(huì)造成這些參數(shù)的明顯不同，這也造成了同一個(gè)LED光、色、電參數(shù)測(cè)量結(jié)果的明顯不一致性，所以測(cè)量LED的光電參數(shù)首先應(yīng)考慮在設(shè)定的工作結(jié)溫的條件下來(lái)進(jìn)行。例如，目前我們大量采用的LED封裝方法和技術(shù)，在LED的發(fā)光面前，都具有高分子硅膠加熒光粉的覆蓋層。

　?。?）目前LED的結(jié)溫測(cè)量方法大概有

　　1）、通過(guò)測(cè)量管腳溫度和芯片耗散功率和熱阻系數(shù)求得結(jié)溫。但是因?yàn)楹纳⒐β屎蜔嶙柘禂?shù)的不準(zhǔn)確，所以測(cè)量精度比較低。

　　2）、紅外熱成像法，利用紅外非接觸溫度儀直接測(cè)量LED芯片的溫度，但要求被測(cè)器件處于未封裝的狀態(tài)，另外對(duì)LED封裝材料折射率有特殊要求，否則無(wú)法準(zhǔn)確測(cè)量，測(cè)量精度比較低。

　　3）、利用發(fā)光光譜峰位移測(cè)定結(jié)溫，也是一種非接觸的測(cè)量方法，直接從發(fā)光光譜確定禁帶寬度移動(dòng)技術(shù)來(lái)測(cè)量結(jié)溫，這一方法對(duì)光譜測(cè)試儀器分辨精度要求較高，發(fā)光峰位的精度測(cè)定難度較大，而光譜峰位移1納米的誤差變化就對(duì)應(yīng)著測(cè)量結(jié)溫約30度的變化，所以測(cè)量精度和重復(fù)性都比較低。

　　4）、向列型液晶熱成像技術(shù)，對(duì)儀器分辨率要求高，只能測(cè)量未封裝的單個(gè)裸芯片，不能測(cè)量封裝后的LED。

　　5）、利用二極管PN結(jié)電壓與結(jié)溫的Vf－TJ關(guān)系曲線(xiàn)，來(lái)測(cè)量LED的結(jié)溫。

　　從上述介紹的各種LED結(jié)溫的測(cè)量方法可看出，采用監(jiān)視二極管PN結(jié)電壓的變化來(lái)推算結(jié)溫的方法最具有可行性并且測(cè)量精度也最高，所以在很多集成IC電路中，為了檢測(cè)IC芯片的工作結(jié)溫，往往會(huì)刻出或值入1個(gè)或幾個(gè)二極管，通過(guò)測(cè)量其正向電壓降的變化來(lái)達(dá)到測(cè)量芯片結(jié)溫的目的。

　?。?）目前國(guó)際上較先進(jìn)的Vf—TJ測(cè)量方法

　　目前國(guó)際上先進(jìn)的Vf—TJ測(cè)量方法是把被測(cè)的LED連上引出線(xiàn)放入在硅油缸內(nèi)，隨后加熱硅油缸使硅油的溫度達(dá)到140℃左右，隨后讓缸內(nèi)硅油自然冷卻，只要冷卻時(shí)硅油溫度下降的速度足夠慢，就可以認(rèn)為L(zhǎng)ED的結(jié)溫與LED的熱沉的溫度是基本一致的，在此過(guò)程中，根據(jù)所測(cè)的硅油溫度，每下降2℃～10℃時(shí)瞬時(shí)給LED輸入規(guī)定的電流脈沖，并測(cè)量其在這一溫度下的正向電壓降，把這一測(cè)量點(diǎn)的溫度和正向電壓降導(dǎo)入到電腦軟件的數(shù)據(jù)庫(kù)，從140℃左右開(kāi)始，隨溫度的下降，每下降一個(gè)設(shè)定的等分溫度測(cè)量一次熱沉溫度和正向電壓降，一直測(cè)量到25℃左右，當(dāng)完成這一組測(cè)量數(shù)據(jù)并導(dǎo)入到電腦軟件的數(shù)據(jù)庫(kù)后，由軟件產(chǎn)生一個(gè)Vf—TJ曲線(xiàn)。這一方法屬于在溫度下降時(shí)測(cè)量方法，對(duì)于測(cè)量來(lái)說(shuō)是可行的。

　?。?）新的Vf—TJ檢測(cè)方法

　　本機(jī)構(gòu)發(fā)明的檢測(cè)方法是采用溫度上升時(shí)的測(cè)量方法，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(lái)加熱和控制硅油缸的溫度，即在硅油缸加熱的起始段，加熱時(shí)間與不加熱時(shí)間的比例是很小的，并且可調(diào)，使硅油缸溫度上升速率能保證LED結(jié)溫、熱沉與硅油溫度的一致性，隨著硅油溫度的逐步上升，與室溫的溫差也隨之加大，此時(shí)PID加熱和控溫系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)加大加熱時(shí)間與不加熱時(shí)間的比例。

在每次升溫階段后，具有一個(gè)衡溫控制階段，即升溫階段和衡溫階段形成了階梯式控溫曲線(xiàn)。本測(cè)量裝置因?yàn)楣栌蜏囟壬仙乃俾蕩缀跻恢?，并且?shí)行階梯式升溫和控溫，從而能保證在合理的溫度上升速率的條件下得到準(zhǔn)確的檢測(cè)結(jié)果，并且檢測(cè)時(shí)間（從25℃到140℃約為2.5個(gè)小時(shí)左右）能明顯低于目前國(guó)際上已有的檢測(cè)裝置的測(cè)量時(shí)間。

　?。?）照明LED結(jié)溫測(cè)量及利用Vf—TJ關(guān)系曲線(xiàn)指導(dǎo)光、色、電參數(shù)的測(cè)量

　　得到被測(cè)LED的Vf—TJ的曲線(xiàn)后，最重要的是用于定結(jié)溫條件下的光、色、電參數(shù)測(cè)量。檢測(cè)系統(tǒng)見(jiàn)圖1。把被測(cè)LED固定到帶控溫/恒溫基座的積分球內(nèi)，給LED通以工作電流，給LED燃點(diǎn)15～20分鐘基本達(dá)到穩(wěn)定后，快速切換到測(cè)量電流（即前面標(biāo)定Vf—TJ曲線(xiàn)的測(cè)量電流）用數(shù)毫秒時(shí)間快速測(cè)定被測(cè)LED的正向電壓Vf，通過(guò)與Vf—TJ曲線(xiàn)中設(shè)定結(jié)溫值對(duì)應(yīng)的Vf比較。當(dāng)被測(cè)LED在通過(guò)工作電流的情況下，其結(jié)溫達(dá)到目標(biāo)值（即達(dá)到目標(biāo)結(jié)溫值對(duì)應(yīng)的Vf值）且熱平衡后，系統(tǒng)將自動(dòng)啟動(dòng)光譜儀測(cè)量光、色參數(shù)同時(shí)讀取其電參數(shù)。