LED模塊的光電參數和檢測方法的現狀和改進(jìn)方法

　一、序言

　　對于一個(gè)新興的產(chǎn)品，其產(chǎn)品自身的發(fā)展總是先于產(chǎn)品標準和檢測方法。雖然產(chǎn)品的標準和檢測方法不可能先于產(chǎn)品的研發(fā)，但是，產(chǎn)品的標準和檢測方法應盡可能地緊跟產(chǎn)品設計開(kāi)發(fā)的進(jìn)度，因為產(chǎn)品的標準和檢測方法的制定過(guò)程本身就是對產(chǎn)品研發(fā)過(guò)程的回顧研討和小結，只要條件基本成熟，產(chǎn)品標準和檢測方法的制訂越及時(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)展到現在，我們對LED照明產(chǎn)品標準和檢測方法的回顧、小結的時(shí)候已經(jīng)基本到來(lái)。

　　二、LED模塊的光電參數和檢測方法的現狀和改進(jìn)方法

　　1、傳統的LED模塊的檢測方法

　　目前傳統的LED模塊的檢測方法主要有兩種，第一種是采用脈沖測量的方法，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），采用脈沖恒流電源與瞬時(shí)測量光譜儀的同步聯(lián)動(dòng)，即對LED發(fā)出數十毫秒～數佰毫秒恒流的脈沖電流的同時(shí)，同步打開(kāi)瞬時(shí)測量光譜儀器的快門(mén)，對LED發(fā)出的光參數（光通量、光色參數等）進(jìn)行快速檢測，同時(shí)，也同步采集LED的正向壓降和功率等參數。

　　第二種檢測方法是把LED模塊安裝在檢測裝置上后，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，受傳統的照明光源檢測方法的影響，也是等到LED達到熱平衡后再開(kāi)始測量它的光電參數。這種方法看似比較嚴密，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，因此所測的光電參數與今后實(shí)際的應用狀態(tài)的參數仍不具有可參比性。

　　2、LED模塊測量方法的改進(jìn)

　　眾所周知，LED的光、電參數特性與它的工作時(shí)的結溫密切相關(guān)，同一個(gè)LED產(chǎn)品，結溫的不會(huì )造成這些參數的明顯不同，這也造成了同一個(gè)LED光、色、電參數測量結果的明顯不一致性，所以測量LED的光電參數首先應考慮在設定的工作結溫的條件下來(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的結溫測量方法大概有

　　1）、通過(guò)測量管腳溫度和芯片耗散功率和熱阻系數求得結溫。但是因為耗散功率和熱阻系數的不準確，所以測量精度比較低。

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

　　3）、利用發(fā)光光譜峰位移測定結溫，也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(lái)測量結溫，這一方法對光譜測試儀器分辨精度要求較高，發(fā)光峰位的精度測定難度較大，而光譜峰位移1納米的誤差變化就對應著(zhù)測量結溫約30度的變化，所以測量精度和重復性都比較低。

　　4）、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。

　　5）、利用二極管PN結電壓與結溫的Vf－TJ關(guān)系曲線(xiàn)，來(lái)測量LED的結溫。

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

　?。?）目前國際上較先進(jìn)的Vf—TJ測量方法

　　目前國際上先進(jìn)的Vf—TJ測量方法是把被測的LED連上引出線(xiàn)放入在硅油缸內，隨后加熱硅油缸使硅油的溫度達到140℃左右，隨后讓缸內硅油自然冷卻，只要冷卻時(shí)硅油溫度下降的速度足夠慢，就可以認為L(cháng)ED的結溫與LED的熱沉的溫度是基本一致的，在此過(guò)程中，根據所測的硅油溫度，每下降2℃～10℃時(shí)瞬時(shí)給LED輸入規定的電流脈沖，并測量其在這一溫度下的正向電壓降，把這一測量點(diǎn)的溫度和正向電壓降導入到電腦軟件的數據庫，從140℃左右開(kāi)始，隨溫度的下降，每下降一個(gè)設定的等分溫度測量一次熱沉溫度和正向電壓降，一直測量到25℃左右，當完成這一組測量數據并導入到電腦軟件的數據庫后，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)測量方法，對于測量來(lái)說(shuō)是可行的。

　?。?）新的Vf—TJ檢測方法

　　本機構發(fā)明的檢測方法是采用溫度上升時(shí)的測量方法，采用電腦設定的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，使硅油缸溫度上升速率能保證LED結溫、熱沉與硅油溫度的一致性，隨著(zhù)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)。本測量裝置因為硅油溫度上升的速率幾乎一致，并且實(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確的檢測結果，并且檢測時(shí)間（從25℃到140℃約為2.5個(gè)小時(shí)左右）能明顯低于目前國際上已有的檢測裝置的測量時(shí)間。

　?。?）照明LED結溫測量及利用Vf—TJ關(guān)系曲線(xiàn)指導光、色、電參數的測量

　　得到被測LED的Vf—TJ的曲線(xiàn)后，最重要的是用于定結溫條件下的光、色、電參數測量。檢測系統見(jiàn)圖1。把被測LED固定到帶控溫/恒溫基座的積分球內，給LED通以工作電流，給LED燃點(diǎn)15～20分鐘基本達到穩定后，快速切換到測量電流（即前面標定Vf—TJ曲線(xiàn)的測量電流）用數毫秒時(shí)間快速測定被測LED的正向電壓Vf，通過(guò)與Vf—TJ曲線(xiàn)中設定結溫值對應的Vf比較。當被測LED在通過(guò)工作電流的情況下，其結溫達到目標值（即達到目標結溫值對應的Vf值）且熱平衡后，系統將自動(dòng)啟動(dòng)光譜儀測量光、色參數同時(shí)讀取其電參數。