Kurze Einleitung
Halbleiter-Leuchtdioden (LEDs) werden häufig in Anzeigeleuchten, Signalleuchten, Instrumentenanzeigen, Hintergrundbeleuchtungen von Mobiltelefonen, Kraftfahrzeuglichtquellen und anderen Gelegenheiten verwendet. Auch die Weißlicht-LED-Technologie hat sich weiterentwickelt und LEDs werden immer häufiger im Beleuchtungsbereich eingesetzt. In der Vergangenheit gab es keine umfassenden nationalen Standards und Industriestandards für LED-Tests. In der Produktionspraxis könnten nur relative Parameter zugrunde gelegt werden. Verschiedene Hersteller, Anwender und Forschungsinstitute hatten darüber viele Kontroversen, die zur Entwicklung der heimischen LED-Industrie führten. Großer Einfluss. Kombiniert mit den neuesten Standards zu LED-Testmethoden im In- und Ausland, basierend auf den tatsächlichen Anforderungen verschiedener LED-Anwendungen, stellt dieser Artikel die elektrischen Eigenschaften, optischen Eigenschaften, Schalteigenschaften, Farbeigenschaften, thermischen Eigenschaften und Zuverlässigkeit vor.
Methode zum Testen der elektrischen Eigenschaften
LED ist eine unipolare PN-Übergangsdiode, die aus anorganischen Halbleitermaterialien besteht, und die Beziehung zwischen ihrer Spannung und ihrem Strom wird als Volt-Ampere-Eigenschaften bezeichnet. Die elektrischen charakteristischen Parameter der LED umfassen Vorwärtsstrom, Vorwärtsspannung, Rückwärtsstrom und Rückwärtsspannung. Die LED muss mit einem geeigneten Strom und einer geeigneten Spannung betrieben werden, um normal zu funktionieren (wie in Abbildung 1 gezeigt). Durch den Test der elektrischen Eigenschaften der LED können die maximal zulässige Durchlassspannung, der Durchlassstrom, die Sperrspannung und der Strom der LED erhalten werden, und auch die beste elektrische Arbeitsleistung der LED kann bestimmt werden.
Die elektrischen Eigenschaften von LEDs werden in der Regel mit einem Spannungs- und Strommessgerät unter der entsprechenden Konstantstrom- und Konstantspannungsquelle geprüft.
Test der optischen Eigenschaften
Ähnlich wie bei anderen Lichtquellen umfasst die Prüfung der LED-Lichteigenschaften hauptsächlich Lichtstrom, Lichtausbeute, Strahlungsstrom, Strahlungseffizienz, Lichtstärke, Lichtstärkeverteilungseigenschaften und Spektralparameter.
1) Lichtstrom und Lichtwirkung
Es gibt zwei Methoden zur Prüfung des Lichtstroms, nämlich die Ulbricht-Kugel-Methode und die winkelvariable Photometer-Methode. Die Methode des winkelvariablen Photometers ist die genaueste Methode zur Prüfung des Lichtstroms, da sie jedoch sehr lange dauert, wird in der Regel die Ulbrichtkugel-Methode zur Prüfung des Lichtstroms verwendet. Zur Messung des LED-Lichtstroms gibt es bei der bestehenden Ulbricht-Kugel-Methode zwei Teststrukturen. Eine besteht darin, die getestete LED in der Mitte der Kugel zu platzieren, und die andere besteht darin, sie an der Kugelwand zu platzieren.
Da zur Prüfung des Lichtstroms die Ulbricht-Kugel-Methode verwendet wird, beeinflusst die Eigenabsorption des Lichts durch die Lichtquelle die Prüfergebnisse. Daher ist es oft notwendig, Zusatzscheinwerfer einzuführen.
Nachdem der Lichtstrom gemessen wurde, kann die Lichtausbeute der LED mit einem elektrischen Parametertester gemessen werden. Das Prüfverfahren von Strahlungsstrom und Strahlungseffizienz ist ähnlich dem von Lichtstrom und Lichtausbeute.
2) Lichtintensität und Lichtintensitätsverteilungseigenschaften
Die Lichtintensität der Punktlichtquelle ist gleichmäßig in alle Raumrichtungen verteilt und die von Detektoren mit unterschiedlichen Empfangsaperturen in unterschiedlichen Abständen empfangenen Messergebnisse ändern sich nicht. Aufgrund der inkonsistenten Lichtstärkeverteilung der LED variieren die Testergebnisse jedoch mit dem Testabstand und der Detektorapertur. Daher schlägt CIE-127 zwei empfohlene Testbedingungen vor, damit jede LED unter den gleichen Bedingungen getestet und bewertet werden kann. Derzeit werden die empfohlenen Testbedingungen von CIE-127 von verschiedenen LED-Herstellern und Testorganisationen zitiert.
3) Spektralparameter
Die spektralen charakteristischen Parameter von LEDs umfassen hauptsächlich die Spitzenemissionswellenlänge, die spektrale Strahlungsbandbreite und die spektrale Leistungsverteilung. Das Spektrum einer monochromatischen LED ist ein einzelner Peak, und seine Eigenschaften werden in Bezug auf die Peakwellenlänge und -bandbreite ausgedrückt, während das Spektrum einer weißen LED aus mehreren monochromatischen Spektren besteht. Die spektralen Eigenschaften aller LEDs lassen sich durch die spektrale Leistungsverteilung darstellen. Dargestellt ist die spektrale Leistungsverteilung weißer LEDs. Die Farbparameter können auch aus der spektralen Leistungsverteilung der LED berechnet werden.
Die Messung der spektralen Leistungsverteilung muss durch Lichtaufspaltung erfolgen und jedes Farblicht wird zur Messung vom Mischlicht unterschieden. Im Allgemeinen können Prismen und Gitter verwendet werden, um eine Lichtteilung zu erreichen.
LED-Schalter-Eigenschaftstest
Die LED-Schalteigenschaften beziehen sich auf die Licht-, Strom- und Farbwechseleigenschaften der LED im Moment des Ein- und Ausschaltens. Durch die Prüfung der LED-Schaltereigenschaften können der Betriebszustand und die Materialeigenschaften der LED im Moment des Ein- und Ausschaltens ermittelt werden. Dies kann nicht nur den Verlust der LED beim Ein- und Ausschalten verstehen, sondern kann auch als Leitfaden für das Design von LED-Antriebsmodulen verwendet werden.
Farbeigenschaften
Die Farbeigenschaften von LEDs umfassen hauptsächlich Farbkoordinaten, dominante Wellenlänge, Farbreinheit, Farbtemperatur und Farbwiedergabe. Die Farbcharakteristik von LEDs ist bei Weißlicht-LEDs besonders wichtig.
Zu den bestehenden Farbcharakteristik-Testmethoden gehören die Spektrophotometrie und die Integralmethode. Das spektrophotometrische Verfahren besteht darin, die spektrale Leistungsverteilung der LED durch einen Monochromator zu messen und dann die Farbwertgewichtungsfunktion zu verwenden, um die entsprechenden Farbwertparameter zu erhalten; die integrale Methode besteht darin, die Chromatizitätsparameter direkt zu messen, indem ein spezifischer Farbfilter mit einem Fotodetektor verwendet wird. Die Genauigkeit der spektrophotometrischen Methode ist viel höher als die der Integralmethode.
Thermische Eigenschaften
Die thermischen Eigenschaften von LEDs beziehen sich hauptsächlich auf den Wärmewiderstand und die Sperrschichttemperatur. Der Wärmewiderstand bezieht sich auf das Verhältnis der Temperaturdifferenz entlang des Wärmeflusskanals zur Verlustleistung des Kanals, und die Sperrschichttemperatur bezieht sich auf die PN-Sperrschichttemperatur der LED. Der Wärmewiderstand und die Sperrschichttemperatur der LED sind wichtige Faktoren, die die photoelektrische Leistung der LED beeinflussen.
Es gibt im Allgemeinen zwei Methoden, um die Sperrschichttemperatur der LED zu testen: Eine besteht darin, die Oberflächentemperatur des LED-Chips mit einem Infrarot-Temperaturmikroskop oder einem Mikrothermoelement zu messen und sie als Sperrschichttemperatur der LED zu betrachten, aber die Genauigkeit ist nicht genug, die andere besteht darin, die Sperrschichttemperatur der LED unter Verwendung der inversen Beziehung zwischen der Durchlassspannung und der Sperrschichttemperatur unter einem bestimmten Strom zu bestimmen.
Zuverlässigkeit
Die Zuverlässigkeit von LEDs umfasst elektrostatische Empfindlichkeitseigenschaften, Lebensdauer, Umgebungseigenschaften und so weiter. Die elektrostatische Empfindlichkeitscharakteristik bezieht sich auf die elektrostatische Entladungsspannung, der die LED standhalten kann. Einige LEDs haben einen hohen spezifischen Widerstand und einen kurzen Abstand zwischen positiven und negativen Elektroden. Wenn sich die elektrostatische Ladung an beiden Enden bis zu einem bestimmten Wert ansammelt, zerstört diese elektrostatische Spannung den PN-Übergang, und in schweren Fällen kann der PN-Übergang durchbrochen werden und die LED fällt aus. Daher ist es notwendig, die elektrostatischen Empfindlichkeitseigenschaften der LED zu testen, um die kritische Spannung des elektrostatischen Entladungsfehlers der LED zu erhalten. Derzeit werden im Allgemeinen das menschliche Körpermodell, das Maschinenmodell und das Gerätelademodell verwendet, um das Phänomen der elektrostatischen Entladung im wirklichen Leben zu simulieren.
Um das sich ändernde Gesetz der langfristigen kontinuierlichen Nutzung der Zeitleistung von LEDs zu beobachten, ist es notwendig, Stichprobentests an der LED durchzuführen und die Lebensdauerparameter der LED durch Langzeitbeobachtung und Statistik zu erhalten.
Der Test der Umgebungseigenschaften von LEDs verwendet oft Methoden, um verschiedene natürliche Invasionen von LEDs in der Anwendung zu simulieren, im Allgemeinen einschließlich Hoch- und Niedertemperatur-Schlagtest, Feuchtigkeitszyklustest, Feuchtigkeitstest, Salzsprühtest, Sandstaubtest, Bestrahlungstest, Vibration Und Schlagtest, Falltest, Zentrifugalbeschleunigungstest usw.
Die obigen Testverfahren zusammenfassend, haben die internationalen Standards für Halbleiter-Leuchtdioden-Testverfahren entsprechende Bestimmungen für elektrische Eigenschaften, optische Eigenschaften, thermische Eigenschaften, elektrostatische Eigenschaften und Lebensdauerprüfungen von LEDs getroffen.
Für die Prüfung der elektrischen Eigenschaften legt die Norm die Prüfblockdiagramme für LED-Durchlassspannung, Sperrspannung und Sperrstrom fest. Für die Lichtstromprüfung schreibt die Norm eine 2π-Raumwinkelprüfstruktur vor. Für Lichtintensitätsprüfungen gibt die Norm CIE-127 Empfohlene Bedingungen an. Darüber hinaus wurden klare Vorschriften für die Spektrumsprüfung, die Prüfung der thermischen Eigenschaften, die Prüfung der Empfindlichkeit gegenüber elektrostatischen Entladungen und die Lebensdauerprüfung erlassen.
Fazit
Die Formulierung internationaler Standards fasst die bestehenden LED-Testmethoden zusammen und wertet die wissenschaftlich anwendbaren Methoden zu Standard-Testmethoden auf, wodurch die Unterschiede im Bereich der LED-Tests aus allen Lebensbereichen beseitigt werden und die Testergebnisse die Welt LED besser widerspiegeln Das Gesamtniveau der Branche. Angesichts der ständigen Weiterentwicklung der LED-Technologie ist jedoch die Formulierung nationaler Normen nicht ein für alle Mal erfolgt, sondern es sollte immer die neueste und am besten geeignete Prüftechnik in die Norm aufgenommen werden.
Die Beziehung zwischen LED-Farbe und Lichtausbeute und Materialien
Die Lichtfarbe und Lichtausbeute von LEDs hängen mit den Materialien und Verfahren zusammen, die zur Herstellung von LEDs verwendet werden. Derzeit sind drei Arten von Rot, Grün und Blau weit verbreitet. Aufgrund der niedrigen Arbeitsspannung der LED (nur 1,5-3V) kann sie aktiv Licht mit einer bestimmten Helligkeit emittieren, die Helligkeit kann durch Spannung (oder Strom) eingestellt werden und ist stoß-, vibrations- und langlebig (100.000 Stunden). Zur Herstellung von LEDs werden verschiedene Materialien verwendet, die Photonen mit unterschiedlichen Energien erzeugen können, wodurch die Wellenlänge des von der LED emittierten Lichts gesteuert wird, dh das Spektrum oder die Farbe.
Das Material, das in der ersten LED der Geschichte verwendet wurde, ist Galliumarsenid, und sein Vorwärtsspannungsabfall am PN-Übergang (VF, was als Beleuchtungs- oder Arbeitsspannung verstanden werden kann) beträgt 1,424 V, und das emittierte Licht ist ein Infrarotspektrum. Ein weiteres häufig verwendetes LED-Material ist Phosphor (P) Gallium (Ga), der Spannungsabfall am PN-Übergang in Vorwärtsrichtung beträgt 2,261 V und das emittierte Licht ist grün.
Basierend auf diesen beiden Materialien nutzte die frühe LED-Industrie die GaAs1-xPx-Materialstruktur, um theoretisch LEDs jeder Wellenlänge im Bereich von Infrarotlicht bis Grünlicht herzustellen. Das tiefgestellte X steht für den Prozentsatz des Phosphors, der Arsen ersetzt hat. Im Allgemeinen kann der Spannungsabfall am PN-Übergang die Wellenlänge und Farbe der LED bestimmen. Die typischen sind GaAs0.6P0.4 rote LED, GaAs0.35P0.65 orange LED, GaAs0.14P0.86 gelbe LED und so weiter. Da bei der Herstellung die drei Elemente Gallium, Arsen und Phosphor verwendet werden, werden diese LEDs allgemein als Leuchtröhren mit drei Elementen bezeichnet.
Und die blaue GaN (Galliumnitrid)-LED, die grüne GaP-LED und die infrarote GaAs-LED werden als lichtemittierende Zwei-Elemente-Röhren bezeichnet. Der neueste Prozess ist derzeit eine Vier-Element-LED aus AlGaInN, einem Vier-Element-Material, das vier Elemente aus Aluminium (Al), Kalzium (Ca), Indium (In) und Stickstoff (N) mischt, die decken können alles sichtbare Licht und ein Teil des ultravioletten Lichts. Der Spektralbereich des Lichts.
Lichtstärke: Die Maßeinheiten der Lichtstärke umfassen Beleuchtungsstärkeeinheit (Lux), Lichtstromeinheit (Lumen), Lichtstärkeeinheit (Kerzenleistung) 1CD (Kerzenlicht) bezieht sich auf ein vollständig strahlendes Objekt, bei der Gefrierpunktstemperatur von Platin, alle sechs Die Lichtstärke einer Fläche von einem Zehntel Quadratzentimeter. (Bisher bezieht es sich auf eine Walölkerze mit einem Durchmesser von 2,2 cm und einer Qualität von 75,5 Gramm, die 7,78 Gramm pro Stunde brennt, eine Flammenhöhe von 4,5 cm und die Lichtstärke in horizontaler Richtung hat) 1L (Lumen) bezieht sich auf 1 CD-Kerzenlicht im Abstand von 1 cm. Der Lichtstrom auf einer Fläche mit einer Fläche von 1 cm².
