怎樣利用檢測儀器對LED產品進行質量分析和判斷的方法
2020-06-11
LED產品必須考慮到壽命的長期性和質量的可靠性，那么怎么使用檢測儀器來反復檢測和保證LED產品質量是QC的重要工作，下面艾克賽普精密測控有限公司與大家分享幾點心得：
一、努力開發檢測儀器
國際上，美國、德國和日本等國家在LED的測試儀器方面起步較早，并形成了一定的特色。在國內，近年來LED的檢測儀器發展非常迅速，已逐步研發成功了從LED芯片、發光材料、LED管、LED燈和燈具等產業的上、中、下游各個環節的檢測儀器，包括實驗室研發用的檢測儀器、生產線上的自動檢測和分選設備以及產品的品質檢驗用儀器。測量指標包括：光譜、光度、色度、輻射、電參數、熱阻、可靠性和壽命等參數。
在實驗室研發及品質檢測儀器方面，基本上可以滿足國內LED產品發展的一般需求。國內的儀器價格上往往有比較大的優勢，只有進口儀器的幾分之一，這對國內眾多的中小型LED企業初期的產品質量的提高起到一定的積極作用。但是，由于某些儀器制造的技術水平以及對LED測量標準的認識差距，使得各個廠家之間的儀器測量結果往往存在明顯的差別。典型的情況，如發光二極管的軸向強光的測量，普遍存在測量結果的可對比性差。對于同一LED管子，兩個廠家之間的測量結果可能存在百分之十幾，甚至百分之幾十的誤差，遠遠超過一般的光度測量精度范圍。
目前，在LED光電測量中應特別注意下列幾方面的問題：
首先，測量的標準。
發光二極管的光輻射實際上是一種定向的成像光束，因此不能按照一般教科書中的光度測量規則測量和計算發光強度。也就是說，一般情況下發光強度不能簡單地用探測面上的照度和距離平方反比定律來計算。CIE 127-1997“發光二極管測量”出版物把LED的強度測試確定為平均強度的概念，并規定了統一的測試結構，包括探測器接收面的大小和測量距離的要求。這樣就為LED的準確測試比對奠定了基礎。雖然CIE的文件并非國際標準，但目前已得到國際上的普遍認同和采用。我國的LED行業標準與該CIE文件的方法完全一致。
第二，光度測量傳感器的光譜響應。
目前，在LED測量儀器中所用的光度測量傳感器是采用硅光電二極管和相應的視覺光譜響應校正濾光片組成。為了使探測器的光譜響應函數與CIE標準觀察者光譜光視效率函數V（λ ）一致，一般需由多片濾光片組成。由于受材料及工藝的限制，某些儀器的傳感器在光譜匹配上存在一定的差異，當儀器出廠定標所用的標準源（通常采用2856K鎢絲燈）與所測量LED光度量值就會產生明顯的偏差，而且對某些單色LED往往更加明顯。因此應采用光譜響應曲線在各個波長符合度較好的高精度光度探測器，或者采用光譜輻射法測量，并由計算機加權積分，得到準確的測量結果。否則，必須采用LED標準樣管對儀器進行定標或校正，才能得到比較一致的結果。
第三，測量的方向性。
發光二極管發射光的方向性很強，測量方向的定位將明顯影響測量結果的準確性。尤其LED的軸向光強測量中，一些儀器沒有對測量LED的方向作限定，這樣就很難保證測量精度。
在LED的測試供電驅動中，LED本身結溫的升高對電參數和發光的影響不容忽視。因此，測量時的環境溫度及器件的溫度平衡是非常重要的一項測量條件。
從國內外現有的LED檢測儀器來看，基本上是針對發光二極管的測試要求。隨著功率型LED的發展，對測試方法的統一和儀器的要求，越來越受到大家的關注。現有的許多測試儀器，對于照明用LED燈的測量將會帶來很多新的問題。因此，在選購和使用LED測量儀器的過程中，必須根據產品的種類、特性及相關的國內外標準來確定。
隨著LED產業的飛速發展，行業內應針對LED產品不同階段的要求，盡快制定統一的檢測方法和標準，形成符合實際需求、有中國自主知識產權的檢測儀器，從而有利于上、中、下游各產業鏈的相互配合和協調發展，促進照明LED市場競爭力的提高。值得注意的是，檢測儀器是產品質量分析和判斷的杠桿，儀器的精度和可靠性應該是最重要的指標。中國的一起制造企業，應該發展更多具有國際先進水平的檢測儀器，滿足照明LED產業不斷發展的需求。
二、全面考慮性能參數
半導體發光二極管（LED）因其體積小、定向發射光、高亮度、PN結電特性等特點，從而在品質的評價和檢測方法方面產生許多新的問題。不同的應用場合，決定了對LED產品的性能要求。從光學性能來看，用于顯示的LED，主要是亮度、視角分布、顏色等參數。用于普通照明的LED，更注重光通量、光束的空間分布、顏色、顯色特性等參數，而生物應用的LED，則更關心生物有效輻射功率、有效輻射照度等參數。此外，發光二極管既是一種光源，又是一種功率型的半導體器件，因此有關它的質量必須從光學、電學和熱學等諸多方面進行綜合評價。
從目前LED產品的結構及產業發展的角度看，照明LED產品主要需考慮光學性能、電性能、熱性能、輻射安全和壽命等幾方面的參數
光學性能。LED的光學性能主要涉及到光譜、光度和色度等方面的性能要求。根據新制定的行業標準“半導體發光二極管測試方法”，主要有發光峰值波長、光譜輻射帶寬、軸向發光強度、光束半強度角、光通量、輻射通量、發光效率、色品坐標、相關色溫、色純度和主波長、顯色指數等參數。顯示用的LED，主要是視覺的直觀效果，因此對相關色溫和顯色指數不作要求，而照明用的白光LED，上述兩個參數就尤為重要，它是照明氣氛和效果的重要指標，而色純度和主波長一般沒有要求。
電性能。LED的PN結電特性，決定了LED在照明應用中區別于傳統光源的電氣特性，即單向非線性導電特性、低電壓驅動以及對靜電敏感等特點。目前主要的測量參數包括正向驅動電流、正向壓降、反向漏電流、反向擊穿電壓和靜電敏感度等。
熱性能。照明用LED發光效率和功率的提高是當前LED產業發展的關鍵問題之一，與此同時，LED的PN結溫度及殼體散熱問題顯得尤為重要，一般用熱阻、殼體溫度、結溫等參數表示。
輻射安全測試。目前，國際電工委員會IEC將LED產品等同于半導體激光器的要求進行輻射的安全測試和論證。因LED是窄光束、高亮度的發光器件，考慮到其輻射可能危害到人眼視網膜，因此，對于不同場合應用的LED，國際標準規定了其有效輻射的限值要求和測試方法，目前在歐盟和美國，照明LED產品的輻射安全作為一項強制性的安全要求執行。
可靠性和壽命。可靠性指標是衡量LED在各種環境中正常工作的能力。在液晶背光源和大屏幕顯示中特別重要。壽命是評價LED產品可用周期的質量指標，通常用有效壽命或終了壽命表示。在照明應用中，有效壽命是指LED在額定功率條件下，光通量衰減到初始值的規定百分比時所持續的時間。
三、重視制定測量標準
LED的發光面小、光束狹窄、亮度高等特點決定了其檢測的特殊性，為了應對這個問題，CIE分別成立了“TC2-45 LED測量”和“TC2-46 CIE/ISO LED強度測量標準”兩個技術委員會。CIE TC2-34小組于1997年10月在維也納總部召開會議，制定并推薦了CIE 127-1997LED測量標準，它涉及LED輻射度、光度和色度測量。但是由于近年來LED的技術發展迅速，尤其是照明用白光LED的產品，許多問題都是過去所未考慮到的。因此，在1999年日本東京都舉行的CIE年會上，與會的發達國家代表提議，由CIE TC2-34制定白光LED照明器具標準，日本代表團還提交了一般照明用白光LED的兩項標準草案。
為了發展照明LED技術，發達國家都非常重視LED測試方法及標準的研究。例如美國國家標準檢測研究所（NIST）組織國際知名測試專家開展LED測試的研究，重點研究LED發光特性、溫度特性和光衰特性等測試方法，試圖建立整套的LED測試方法和技術標準，在LED測試方面已經走在了世界的前列。日本成立了“白光LED測試研究委員會”專門研究照明用白光LED的測試方法和技術標準。世界發達國家為了搶占LED研究的制高點，在LED標準和測試方面都投入了大量的人力物力，在標準方面注重選擇LED的特性參數及測試方法的研究。
在我國，半導體發光二極管測試方法目前尚無相應的國家標準，因此在不同的生產廠家以及用戶之間經常產生很大爭議。近年來，中國光協光電器件專業分會陸續組織了多次的半導體發光二極管測試方法的學術研討和交流，業界人士逐步形成較為統一的認識，并制定了統一的行業標準SJ/T2355-2005“半導體發光二極管測試方法”，在行業內的產品交流、對比中發揮了重要作用，該標準不僅采納了CIE127-1997“Measurement of LEDs”的方法，同時結合照明用功率型白光LED的發展需求，增加了顯色特性、結溫等參數的測量方法，為照明LED產品的發展提供了極為重要的依據。
近幾年來，多芯片或多管組合型LED燈的發展亦非常迅速，而國內外還沒有專門針對LED燈制定相應的檢測標準。但是作為一種照明應用產品，國際電工委員會IEC和國際照明委員會CIE已有相關的測量標準。照明用LED燈的中心光強和光束角可參照IEC61341-1994的標準執行，同樣國家標準GB/T 19658-2005“反射燈的中心光強和光束角的測量方法”已由浙大三色儀器公司負責起草完成，并于2005年8月開始實施。對于光譜輻射及顏色的測量，則可參照CIE NO.63 號文件及國家標準GB/T7922-2003等執行。
隨著人們對光生物安全性的重視，根據國際電工委員會IEC60825標準的要求，LED燈或燈具產品必須按照類似于激光器件的要求進行輻射安全的檢測。國內的企業普遍對此重視不夠。隨著國內更多的LED產品進入美國和歐盟等國際市場，將會涉及更多較為復雜的輻射安全的測試問題。對于目前發展迅速的寬光束LED產品，上述IEC標準的要求可能太苛刻。對于常規照明用的燈和燈系統，考慮到可能對人體皮膚和眼睛的健康造成危害，國際電工委員會于2002年采納了國際照明委員會的文件CIE S009/E2002“燈和燈系統的光生物安全性”，作為IEC的正式標準。為了應對國際上的變化，我國于2004年亦制定了相應的標準，該標準由國家電光源檢測中心（北京）和浙江大學三色儀器有限公司負責起草，并將于近期正式發布。
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