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分享：深圳洪润照明股份有限公司LED灯具光学参数检测技术LED光源与传统光源在物理尺寸及光通量、光谱、光强的空间分布等方面均存在很大差异，LED检测不能照搬传统光源的检测标准及方法。
【LED灯具光学参数的检测】1、发光强度检测光强即光的强度，是指在某一特定角度内所放射光的量。
因LED的光线较集中，在近距离情况下不适用平方反比定律，CIE127标准规定对光强的测量提出了测量条件A(远场条件)、测量条件B(近场条件)两种测量平均法向光强的条件，2种条件的探测器面积均为1cm2。
通常情况下，使用标准条件B测量发光强度。
2、光通量和光效检测光通量是光源所发出的光量之总和，即发光量。
检测方法主要包括以下2种：(1)积分法。
在积分球内依次点燃标准灯和被测灯，记录它们在光电转换器的读数分别为Es和ED。
标准灯光通量为已知Φs，则被测灯的光通量ΦD＝ED×Φs/Es。
积分法利用“点光源”原理，操作简单，但受标准灯与被测灯的色温偏差影响，测量误差较大。
(2)分光法。
通过光谱能量P(λ)分布计算得出光通量。
使用单色仪，在积分球内对标准灯的380nm～780nm光谱进行测量，然后在同条件下对被测灯的光谱进行测量，对比计算出被测灯的光通量。
光效为光源发出的光通量与其所消耗功率之比，通常采用恒流方式测量LED 的光效。
3、光谱特性检测LED的光谱特性检测包括光谱功率分布、色坐标、色温、显色指数等内容。
光谱功率分布表示光源的光是许多不同波长的色辐射组成的，各个波长的辐射功率大小也不同，这种不同随波长顺序排列就称为光源的光谱功率分布。
利用光谱光度计(单色仪)和标准灯对光源进行比对测量获得。
色坐标是以数字方式在坐标图上表示光源的发光颜色的量。
表示颜色的坐标图有多种坐标系，通常采用X、Y坐标系。
色温是表示人眼看到的光源色表(外观颜色表现)的量。
光源发射的光与某一温度下绝对黑体发射的光颜色相同时，该温度即为色温。
在照明领域，色温是描述光源光学特性的一个重要参数。
大功率LED热学特性研究（课题实验）发光二极管（Light Emitting Diode, LED）在过去十几年里有了飞速的发展，逐渐突破了仅能作为低功率指示灯光源的限制，被广泛应用于日常照明和显示等领域[1-2]。
LED是通过外电流注入的电子和空穴在耗尽层中复合，以辐射复合产生光子而发光，同时也会有部分复合能量传递给晶格原子或离子，发生非辐射跃迁，这部分能量转换成热能损耗在PN结内。
对于小功率LED来说这部分热量很小可以不作考虑。
然而，对于大功率照明用LED而言，其发热量大幅提高，直接影响到了LED的发光效率和器件的使用寿命，以及引起波长的漂移，造成颜色不纯等一系列问题。
因此，研究功率型LED的热学与发光特性不仅涉及半导体物理的基础问题，也是目前光电工程领域的开发热点[3-4]。
一、实验原理简介1. 脉冲法测量结温准确测量LED的结温是研究LED热学特性的基础。
LED灯的基本结构如图1所示，其芯片的核心结构是一个半导体的PN结，所谓LED的结温指的就是PN结的温度。
由于PN 结的尺寸很小，又被荧光材料和树脂胶包裹，无法直接测量其温度，因此常用间接法来测量结温。
本实验仪器采用一种较为新颖的脉冲法测量结温，该方法于2008年由美国NIST实验室提出[7]。
其核心思想是通过脉冲电流来限制结温TJ的上升，使之与器件表面可测量温度TB接近一致。
当给待测LED灯通入一个幅值为额定值的脉冲电流时，芯片在脉冲内正常发光并升温，但由于电流占空比很小，芯片温度会在一个较长的电流截止状态下降低到和表面温度一致。
从整体效果来看，只要脉冲占空比足够小，LED的芯片温度能维持和表面温度一致，如图2所示。
这样，只要借助温控仪就能在脉冲电流下定标出芯片两端的电压‒温度曲线。
由于在电流一定时，特定PN结的压降仅和结温有关，所以在有了LED的电压‒温度曲线后，只需测量正常工作时LED两端的电压就可以得到其实际的结温。
图1 功率型LED 基本结构示意图图2 （a ）LED 在不同占空比的脉冲电流下结温随时间的变化示意图；（b ）待测LED 灯珠在脉冲电流和稳流状态下点亮时，器件表面温度随时间的变化曲线。
LED热特性和寿命的检测技术摘要：热学特性和寿命是LED的两大重要性能，受到人们的高度重视，且二者之间存在关联。
然而，对这两大性能参数的检测却具有挑战性。
本文根据国内外相关标准的要求和最新研究，综合分析了LED热特性参数和寿命指标的检测要求和方法，同时介绍了国内外的先进检测设备及特点。
1 概述近年来，LED照明技术快速发展，在LED的光效、色温、显色性等光色指标备受关注的同时，LED的热学特性和寿命也越来越受到人们的重视，特别是热学特性，对LED光色电的性能和寿命有着显著的影响。
然而，对热学特性和寿命的检测具有挑战性。
LED的热学特性主要包括LED结温、热阻、瞬态变化曲线（加热曲线、冷却曲线）等。
结温是指LED的PN结温度，热阻是指LED散热通道上的温度差与该通道上的耗散功率之比，用于表征LED的散热能力，研究表明，LED的热阻越低其散热性能越好，相应的LED光效一般也越高，寿命越长。
检测热学特性的关键在于对LED结温的准确测量，现有的对LED结温的测试一般有两种方法：一种是采用红外测温法测得LED芯片表面的温度并视其为LED的结温，但是准确度不够；另一种是通过温度敏感参数（temperature-sensitive parameter，简写为TSP）获取PN结温，这是目前较普遍的LED结温测试方法，其技术难点在于对测试设备要求较高。
LED的寿命主要表现为它的光衰，通常把LED光输出衰减到初始光输出的70%或50%作为判断寿命失效的指标，即光通量维持寿命。
但由于LED是高可靠性器件，寿命一般都会超过几千小时甚至是一万多小时，直接测量等待光衰到指定值的做法在工业上的应用十分困难。
2 LED热学特性测试2.1 LED结温和热阻的测量美国EIA/JESD51 《Methodology for the Thermal Measurement of Component Packages 》系列标准和国家标准SJ20788-2000 《半导体二极管热阻抗测试方法》、GB/T4023-1997《半导体器件分立器件和集成电流第2部分：整流二极管》、QB/T 4057-2010《普通照明用发光二极管性能要求》等国际国内标准都较为详细地介绍了通过温度敏感参数TSP测量结温和热阻的方法。
LED主要参数及电学、光学、热学特性LED电子显示屏是利用化合物材料制成pn结的光电器件。
它具备pn结结型器件的电学特性：I-V特性、C-V特性和光学特性：光谱响应特性、发光光强指向特性、时间特性以及热学特性。
1、LED电学特性1.1 I-V特性表征LED芯片pn结制备性能主要参数。
LED的I-V特性具有非线性、整流性质：单向导电性，即外加正偏压表现低接触电阻，反之为高接触电阻。
如左图：(1) 正向死区：（图oa或oa′段）a点对于V0 为开启电压，当V＜Va，外加电场尚克服不少因载流子扩散而形成势垒电场，此时R很大；开启电压对于不同LED其值不同，GaAs为1V，红色GaAsP为1.2V，GaP为1.8V，GaN为2.5V。
（2）正向工作区：电流IF与外加电压呈指数关系IF = IS (e qVF/KT –1) -------------------------IS 为反向饱和电流。
V＞0时，V＞VF的正向工作区IF 随VF指数上升IF = IS e qVF/KT（3）反向死区：V＜0时pn结加反偏压V= - VR 时，反向漏电流IR（V= -5V）时，GaP为0V，GaN为10uA。
（4）反向击穿区V＜- VR ，VR 称为反向击穿电压；VR 电压对应IR为反向漏电流。
当反向偏压一直增加使V＜- VR时，则出现IR突然增加而出现击穿现象。
由于所用化合物材料种类不同，各种LED的反向击穿电压VR也不同。
1.2 C-V特性鉴于LED的芯片有9×9mil (250×250um)，10×10mil，11×11mil (280×280um)，12×12mil (300×300um)，故pn结面积大小不一，使其结电容（零偏压）C≈n+pf左右。
C-V特性呈二次函数关系（如图2）。
由1MHZ交流信号用C-V特性测试仪测得。
1.3 最大允许功耗PF m当流过LED的电流为IF、管压降为UF则功率消耗为P=UF×IFLED工作时，外加偏压、偏流一定促使载流子复合发出光，还有一部分变为热，使结温升高。
LED 热特性和寿命的检测技术
摘要：热学特性和寿命是LED 的两大重要性能，受到人们的高度重视，
且二者之间存在关联。
然而，对这两大性能参数的检测却具有挑战性。
本文
根据国内外相关标准的要求和最新研究，综合分析了LED 热特性参数和寿命
指标的检测要求和方法，同时介绍了国内外的先进检测设备及特点。
关键词：LED、热阻、结温、加速老炼、寿命
1 概述
近年来，LED 照明技术快速发展，在LED 的光效、色温、显色性等光色
指标备受关注的同时，LED 的热学特性和寿命也越来越受到人们的重视，特
别是热学特性，对LED 光色电的性能和寿命有着显着的影响。
然而，对热学
特性和寿命的检测具有挑战性。
LED 的热学特性主要包括LED 结温、热阻、瞬态变化曲线（加热曲线、
冷却曲线）等。
结温是指LED 的PN 结温度，热阻是指LED 散热通道上的
温度差与该通道上的耗散功率之比，用于表征LED 的散热能力，研究表明，LED 的热阻越低其散热性能越好，相应的LED 光效一般也越高，寿命越
长。
检测热学特性的关键在于对LED 结温的准确测量，现有的对LED 结温
的测试一般有两种方法：一种是采用红外测温法测得LED 芯片表面的温度并
视其为LED 的结温，但是准确度不够；另一种是通过温度敏感参数（temperature-sensitive parameter，简写为TSP）获取PN 结温，这是目前较普遍的LED 结温测试方法，其技术难点在于对测试设备要求较高。
LED 的寿命主要表现为它的光衰，通常把LED 光输出衰减到初始光输出。
大功率LED和LED灯具的热性能测试近年来，由于功率型 LED光效提高和价格下降使LED应用于照明领域数量迅猛增长，从各种景观照明、户外照明到普通家庭照明，应用日益广泛。
LED 应用于照明除了节能外，长寿命也是其十分重要的优势。
目前由于 LED热性能原因，LED及其灯具不能达到理想的使用寿命；LED在工作状态时的结温直接关系到其寿命和光效；热阻则直接影响 LED在同等使用条件下 LED 的结温；LED灯具的导热系统设计是否合理也直接影响灯具的寿命。
因此功率型 LED 及其灯具的热性能测试，对于 LED 的生产和应用研发都有十分直接的意义。
以下将简述 LED 及其灯具的主要热性能指标，电压温度系数 K、结温和热阻的测试原理、测试设备、测试内容和测试方法，以供 LED 研发、生产和应用企业参考。
一、电压法测量 LED结温的原理LED 热性能的测试首先要测试 LED 的结温，即工作状态下 LED 的芯片的温度。
关于LED 芯片温度的测试，理论上有多种方法，如红外光谱法、波长分析法和电压法等等。
目前实际使用的是电压法。
1995 年 12月电子工业联合会/电子工程设计发展联合会议发布的 <EIA/JESD511>标准对于电压法测量半导体结温的原理、方法和要求等都作了详细规范。
电压法测量 LED结温的主要思想是：特定电流下 LED 的正向压降 Vf与 LED 芯片的温度成线性关系，所以只要测试到两个以上温度点的Vf值，就可以确定该 LED 电压与温度的关系斜率，即电压温度系数 K 值，单位是 mV/°C。
K值可由公式 K=⊿Vf/⊿Tj 求得。
K 值有了，就可以通过测量实时的 Vf值，计算出芯片的温度（结温）Tj。
为了减小电压测量带来的误差，<EIA/JESD511>标准规定测量系数 K 时，两个温度点温差应该大于等于50 度。
对于用电压法测量结温的仪器有几个基本的要求：A、电压法测量结温的基础是特定的测试电流下的 Vf测量，而 LED 芯片由于温度变化带来的电压变化是毫伏级的，所以要求测试仪器对电压测量的稳定度必须足够高，连续测量的波动幅度应小于 1mV。
