4 白光LED的性能测试 x~~|.C,
4.1 测试的条件 BC.87Fji/
⑴温度:25℃±1℃ Om\vMd@!
⑵相对湿度:48%---52% K=k"a
⑶气压:86KPA---106KPA Rtl"Ub@HV
⑷测试环境应无影响测试准确度的机械震动和电磁干扰。 b5vC'B-!
⑸器件全部光电参数均应该在热平衡下进行。 J=I:CD%
⑹测试系统应该接地良好。 sIGMA$EK
4.2 测量的标准和方向性 ,m:.-iy?
发光二极管的光辐射实际上是一种定向的成像光束,因此不能按照一般的光度测量规则测量和计算发光强度。也就是说,一般情况下发光强度不能简单地用探测面上的照度和距离平方反比定律来计算。CIE 127-1997“发光二极管测量”出版物[28-30]把LED的强度测试确定为平均强度的概念,并规定了统一的测试结构,包括探测器接收面的大小和测量距离的要求。这样就为LED的准确测试比对奠定了基础。虽然CIE的文件并非国际标准,但目前已得到国际上的普遍认同和采用。我国的LED行业标准与该CIE文件的方法完全一致。 AjMh,@
从图2-2可知,色温在7000-10000K之间的白光颜色偏蓝,它不太适合用做普通家庭照明光源的;色温为6400K的日光色,是目前照明光源使用的最广泛的色温之一。白光LED中的蓝光光谱和只有蓝色LED的蓝光光谱相比是有差异的,因为发生荧光体高效的吸收蓝光和光转换的辐射传递。而白光中的蓝光吸收(激发)与荧光体的激发光谱密切相关。由于荧光体光转换过程致使白光LED中的蓝光光谱的能量分布、发射峰以及半高宽等性质发生变化。所涂覆的荧光粉越多,蓝色光谱变化越严重,在低色温的白光LED中更为明显。 IfAZn_
目前,在LED测量仪器中所用的光度测量传感器是采用硅光电二极管和相应的视觉光谱响应校正滤光片组成。为了使探测器的光谱响应函数与CIE标准观察者光谱光视效率函数V(λ)一致,一般需由多片滤光片组成[31-37]。由于受材料及工艺的限制,某些仪器的传感器在光谱匹配上存在一定的差异,当仪器出厂定标所用的标准源(通常采用2856K钨丝灯)与所测量的LED管的光谱存在较大差异时,测量的LED光度量值就会产生明显的偏差,而且对某些单色LED往往更加明显。因此应采用光谱响应曲线在各个波长符合度较好的高精度光度探测器,或者采用光谱辐射法测量[38-40],并由计算机加权积分,得到准确的测量结果。否则,必须采用LED标准样管对仪器进行定标或校正,才能得到比较一致的结果。 ,T$U'&;
在LED的测试供电驱动中,LED本身结温的升高对电参数和发光的影响不容忽视。因此,测量时的环境温度及器件的温度平衡是非常重要的一项测量条件。 d.d/<
4.3 测试内容 24*XL,
白光LED的测试内容主要包括:光功率、光效、显色指数、色温、色坐标、光谱分布、光照度。 WiR(;m<g
需要使用的测试仪器如表4-1 (exa<hh
表4-1 测试仪器清单 )'#A$ Fj
编号 名称 型号/性能参数 生产商 7'V@+5
1 紫外-可见-近红外光谱分析系统 PMS-50 杭州远方 kfY}S
2 LED光强分布测试仪 LED620 杭州远方 '8H4shYg
3 专业袖珍照度计 YF2006 远方 m@v\(rT.
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4.4 光电特性的测试 xy[3u?,&s!
测试对象:支架式白光LED和大功率白光LED。 SsDmoEeB[
测试装置:紫外-可见-近红外光谱分析系统 Vaw+.sG`AP
将LED光源放在积分球的中心,积分球又称光通球或球形光度计,它是一个内部空的完整球壳,内壁涂白光漫反射层,球内放待测光源,光源发射并经球面漫反射的一部分光线通过球壁上的窗口射到光探测器上,在光探测器前面装V (λ) 滤光器,保证光探测器的测量值准确并接近人眼视觉函数。由探测器将光信号转化为光电流信号, 经过取样、放大后, 经AD 转化为数字信号送入微处理器,再经过计算和定校即可得到光通量值,通过仪表面板上光通量部分的数码管显示出来。原理图如4-1所示: ,f'CD{ E
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图4-1 光电特性的测试原理图 L+i=VGm0
测试的出两种LED的相关特性参数数据见表4-2: k(G^z
表4-2 支架式白光LED和大功率白光LED的光电特性参数 f+)L#>Gl?
测试对象 测试电流(mA) 色温(K) X/Y坐标值 显色指数 光效(lm/w) L48_96
支架式白光LED 20 5971 0.3219/0.3416 87.3 14.221 xr Jg\to{i
大功率白光LED 350 5624 0.3301/0.3298 95 38.3 ,m|h<faZL
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按照深圳市越宏电子有限公司的指标要求,表4-2的测试结果表明,这两种封装产品均达到了上述的技术指标要求,即显色指数分别为5971K和5624K;支架式白光LED的光效为14.21lm/w, 大功率白光LED的光效为38.31lm/w。 8^1 Te m
4.5 外加电流对白光LED的性能影响 YZ8>OwQz2
对于两种封装形式的白光LED,外加正向电流对其特性的影响都是一样的,在本文中,将支架式的白光LED拿出来分析。分别取外加正向电流IF值为:10mA、20mA、30mA、40mA,得到如图4-2、图4-3所示的曲线图。 eJX9_6m-
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图4-2 电流与色温的关系 O-hAFKx
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图4-3 电流与光效的关系 |3"KK
从上述图中,可以得出如下的结论: KU(&%|;g
(1)正向电流增加时,白光LED的发射光谱,特别是InGaN LED蓝光芯片的发射光谱向短波长一端移动。色坐标X和Y值也就发生变化,相关色温Tc(K)逐渐增加。 %XQ(fj>
(2)正向电流增加时,光效率会下降,其原因如下: #r\4sVg
1)在相同的热阻下,电流的增加必然导致芯片温度升高,增加载流子非辐射复合几率,导致辐射复合几率下降,造成发光效率随着电流增加而下降; #f]SK[nR
2)随着IF增加, P-N结温快速升高,结温和环境温度上升,对半导体蓝光芯片和荧光粉的发光将产生严重的温度猝灭; 16( QR-
3)由于在白光LED中发生蓝光→黄光的光转换过程,产生光吸收的辐射传递,不仅使白光光谱中的蓝芯片的发射光谱形状和发射峰发生变化,而且蓝光效率下降使得荧光粉的光效下降,从而白光光衰程度比单个InGaN蓝芯片更快。实际上是荧光粉的发光效率受蓝芯片下降的“诛连”和强烈的制约。 >@_^fw)
根据以上分析得到:当正向电流较小时,虽然芯片本身的发光效率较高,但是因为强度太弱,而芯片上涂敷的荧光粉又有一定的厚度,芯片发出的蓝光只能激发靠近芯片表面的一小部分荧光粉,而这一部分荧光粉受激发产生的黄光,大部分又被荧光粉外层所吸收,此时不仅发光效率很低, 而且发光的颜色也偏黄。随着IF增加,虽然芯片发光效率略有降低,但是发光强度大大增加,此时, 芯片发出的蓝光可以穿透荧光粉层,使得荧光粉层,特别是荧光粉外层被激发的几率大大增加,发光强度迅速增加。 2-EIE4ds
4.6 荧光粉的涂抹方式对白光LED性能的影响 E4/Dr}4
根据上一章的关于荧光粉涂抹方式的设计,知道荧光粉的涂抹方式对发光分布与色温的均匀度影响很大。如图4- 4可以看到,左图为传统封装形式的荧光粉涂抹方式,其涂抹方式只是将荧光粉分撒在芯片的上方和四周,这种分布会造成荧光粉厚度较厚的位置黄光产生较多,色温较低,并且光斑不均匀。右图为改良后运用在的大功率白光LED上的涂抹方式,看到基本上是均匀分布的。 Ioa$51&
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图4-4 两种荧光粉涂抹方式 ~HsJUro
将做好的两种白光LED进行色温测试,得到数据见表4-3。 nMUw_7Y6
表4-3 两种涂抹方式不同厚度的色温值 iz PDd{[
荧光粉的厚度(mm) 色温(k) 测试对象 d^
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0.6 5541 传统涂抹方式 j6 z^Tt12
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0.5 6241 })Vi
0.6 5821 改良后的涂抹方式 xY(*.T9K
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