LED = Light Emitting Diode，發(fā)光二極管，是一種能夠?qū)㈦娔苻D(zhuǎn)化為可見光的固態(tài)的半導(dǎo)體器件，它可以直接把電轉(zhuǎn)化為光；LED = Large Electronic Display，大型電子展示；LED = Lupus erythematosus disseminatus，播散性紅斑狼瘡，一種慢性、特發(fā)性自身免疫?。籰ed是lead的過去式和過去分詞，意為“領(lǐng)導(dǎo)，帶領(lǐng)”；俄羅斯Pulkovo機場的IATA代碼。本詞條主要介紹發(fā)光二極管。

本文介紹了通過Vf—TJ 曲線的標出并控制LED 在控定的結(jié)溫下測量其光、色、電參數(shù)不僅對采用LED的照明器具的如何保證LED 工作結(jié)溫提供了目標限位，同時也使LED 及其模塊的光、色、電參數(shù)的測量參數(shù)更接近于實際的應(yīng)用條件。文章還介紹了采用LED的照明器具如測量LED 的結(jié)溫并確定LED 參考點的限值溫度與結(jié)溫的函數(shù)關(guān)系。這對快速評估采用LED 的照明器具的工作狀態(tài)和使用壽命提供了一個有效的途徑。

一、 序言

對于一個新興的產(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(yīng)盡可能地緊跟產(chǎn)品設(shè)計開發(fā)的進度，因為產(chǎn)品的標準和檢測方法的制定過程本身就是對產(chǎn)品研發(fā)過程的回顧研討和小結(jié)，只要條件基本成熟，產(chǎn)品標準和檢測方法的制訂越及時，就越能減少產(chǎn)品研發(fā)過程的盲目性。LED 照明產(chǎn)業(yè)發(fā)展到現(xiàn)在，我們對LED 照明產(chǎn)品標準和檢測方法的回顧、小結(jié)的時候已經(jīng)基本到來。

二、 LED模塊的光電參數(shù)和檢測方法的現(xiàn)狀和改進方法

1、傳統(tǒng)的LED模塊的檢測方法

目前傳統(tǒng)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測量光譜儀的同步聯(lián)動，即對LED 發(fā)出數(shù)十毫秒～數(shù)佰毫秒恒流的脈沖電流的同時，同步打開瞬時測量光譜儀器的快門，對LED 發(fā)出的光參數(shù)（光通量、光色參數(shù)等）進行快速檢測，同時，也同步采集LED 的正向壓降和功率等參數(shù)。

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施加其聲稱的工作電流，受傳統(tǒng)的照明光源檢測方法的影響，也是等到LED達到熱平衡后再開始測量它的光電參數(shù)。這種方法看似比較嚴密，但實際上，它的熱平衡條件和工作條件與此類LED裝入最終的照明器具中的狀態(tài)仍沒有好的關(guān)聯(lián)性，因此所測的光電參數(shù)與今后實際的應(yīng)用狀態(tài)的參數(shù)仍不具有可參比性。

2、LED 模塊測量方法的改進

眾所周知，LED 的光、電參數(shù)特性與它的工作時的結(jié)溫密切相關(guān)，同一個LED 產(chǎn)品，結(jié)溫的不會造成這些參數(shù)的明顯不同，這也造成了同一個LED 光、色、電參數(shù)測量結(jié)果的明顯不一致性，所以測量LED 的光電參數(shù)首先應(yīng)考慮在設(shè)定的工作結(jié)溫的條件下來進行。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。

（1）目前LED 的結(jié)溫測量方法大概有

1)、通過測量管腳溫度和芯片耗散功率和熱阻系數(shù)求得結(jié)溫。但是因為耗散功率和熱阻系數(shù)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(jié)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技術(shù)來測量結(jié)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(yīng)著測量結(jié)溫約30 度的變化，所以測量精度和重復(fù)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裸芯片，不能測量封裝后的LED。

5)、利用二極管 PN 結(jié)電壓與結(jié)溫的Vf－TJ 關(guān)系曲線，來測量LED 的結(jié)溫。

從上述介紹的各種 LED 結(jié)溫的測量方法可看出，采用監(jiān)視二極管PN 結(jié)電壓的變化來推算結(jié)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(jié)溫，往往會刻出或值入1 個或幾個二極管，通過測量其正向電壓降的變化來達到測量芯片結(jié)溫的目的。

（2）目前國際上較先進的Vf—TJ 測量方法

目前國際上先進的 Vf—TJ 測量方法是把被測的LED 連上引出線放入在硅油缸內(nèi)，隨后加熱硅油缸使硅油的溫度達到140℃左右，隨后讓缸內(nèi)硅油自然冷卻，只要冷卻時硅油溫度下降的速度足夠慢，就可以認為LED 的結(jié)溫與LED 的熱沉的溫度是基本一致的，在此過程中，根據(jù)所測的硅油溫度，每下降2℃～10℃時瞬時給LED 輸入規(guī)定的電流脈沖，并測量其在這一溫度下的正向電壓降，把這一測量點的溫度和正向電壓降導(dǎo)入到電腦軟件的數(shù)據(jù)庫，從140℃左右開始，隨溫度的下降，每下降一個設(shè)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(shù)據(jù)并導(dǎo)入到電腦軟件的數(shù)據(jù)庫后，由軟件產(chǎn)生一個Vf—TJ 曲線。這一方法屬于在溫度下降時測量方法，對于測量來說是可行的。

（3）新的Vf—TJ 檢測方法

本機構(gòu)發(fā)明的檢測方法是采用溫度上升時的測量方法，采用電腦設(shè)定的PID（積分、微分加上加熱與不加熱時間比例控制）方法來加熱和控制硅油缸的溫度，即在硅油缸加熱的起始段，加熱時間與不加熱時間的比例是很小的，并且可調(diào)，使硅油缸溫度上升速率能保證LED 結(jié)溫、熱沉與硅油溫度的一致性，隨著硅油溫度的逐步上升，與室溫的溫差也隨之加大，此時PID 加熱和控溫系統(tǒng)會自動加大加熱時間與不加熱時間的比例。

在每次升溫階段后，具有一個衡溫控制階段，即升溫階段和衡溫階段形成了階梯式控溫曲線。本測量裝置因為硅油溫度上升的速率幾乎一致，并且實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(jié)果，并且檢測時間（從25℃到140℃約為2.5 個小時左右）能明顯低于目前國際上已有的檢測裝置的測量時間。

（4）照明LED 結(jié)溫測量及利用Vf—TJ 關(guān)系曲線指導(dǎo)光、色、電參數(shù)的測量

得到被測 LED 的Vf—TJ 的曲線后，最重要的是用于定結(jié)溫條件下的光、色、電參數(shù)測量。檢測系統(tǒng)見圖1。把被測LED 固定到帶控溫/恒溫基座的積分球內(nèi)，給LED 通以工作電流，給LED 燃點15～20 分鐘基本達到穩(wěn)定后，快速切換到測量電流（即前面標定Vf—TJ 曲線的測量電流）用數(shù)毫秒時間快速測定被測LED的正向電壓Vf，通過與Vf—TJ 曲線中設(shè)定結(jié)溫值對應(yīng)的Vf 比較。當被測LED 在通過工作電流的情況下，其結(jié)溫達到目標值（即達到目標結(jié)溫值對應(yīng)的Vf 值）且熱平衡后，系統(tǒng)將自動啟動光譜儀測量光、色參數(shù)同時讀取其電參數(shù)。

三、 LED 進入照明器具后結(jié)溫的測量

1、LED 進入照明器具后結(jié)溫控制和測量的必要性

LED 應(yīng)用到照明器具中時，人們普遍希望具有幾萬小時的使用壽命，但是要測量采用LED 的照明器具的光衰減和壽命，按照美國DOE 的LM80 要求往往要化300 天以上的時間（6000h），這在很多工程招標和驗收時是無法實施的。

結(jié)溫作為衡量一個 LED 照明器具性能優(yōu)劣的重要參數(shù)，是LED 照明器具在工程應(yīng)用中可靠性測量的核心要素。如果能準確測量出燈具內(nèi)LED 的PN 結(jié)結(jié)溫和PN 結(jié)到散熱器某一指定點的熱阻這兩個定量的指標，就不僅能衡量采用LED 的照明器具散熱特性的優(yōu)劣，還能定性地知道各種采用LED 的同類照明器具的大致使用壽命。

2、測量方法介紹

目前國內(nèi)外對 LED 的PN 結(jié)的結(jié)溫，只能進行單個LED 或者單個LED 摸塊的結(jié)溫和熱阻的測量，還沒有完整的對照明器具內(nèi)LED 實際工作結(jié)溫和熱阻的測量方法，下面介紹一種完整的對照明器具內(nèi)LED 實際工作結(jié)溫和熱阻的測量方法。

1)、Vf－TJ 曲線標定

（1）將照明器具內(nèi)LED 矩陣中間的某一串聯(lián)LED 組中處于或者接近中間部位的一顆LED 作為被測LED，按圖2 電路連接，在這一顆LED 的熱沉（LED 自身所帶的小散熱器）上粘上一個熱電偶。通電測量時間為0.005S～2S，在此期間連續(xù)測量被測LED 的正向電壓降Vf 可得出如圖3 所示曲線。從該曲線上可得出該照明器具內(nèi)被測LED 在通過某一恒定的測量電流時，在單位的測量時間Δt 內(nèi)Vf 下降的數(shù)值ΔVf。

圖2LED 的燈具中LED 矩陣某一串LED 組的測量電路連接圖

圖3在單位的測量時間內(nèi)通過測量電流時，被測LED 的Vf 下降的數(shù)值ΔVf和測量時間Δt 的關(guān)系曲線

（2）把三個2 刀2 擲轉(zhuǎn)換繼電器調(diào)到測量位置，把LED 燈具放入一個可編程控制的專用加熱箱內(nèi)，該加熱箱采用PID 編程方式，設(shè)定階梯式加溫方式對箱體內(nèi)LED 燈具進行加熱。階梯式加溫的控溫曲線見圖4。圖4 中每一階梯分為恒溫時間段和升溫時間段，這兩個時間段可分別設(shè)定，設(shè)定范圍為1 分鐘～30 分鐘中的任一值。根據(jù)LED 的熱沉上粘上的熱電偶反映的溫度值，并且最終是以圖2 電路測量被測LED 的正向電壓降穩(wěn)定時，說明燈具內(nèi)LED 已達到某一設(shè)定點溫度的熱平衡。

圖4 加熱箱階梯式加溫的控溫曲線

2)、照明器具中LED 熱阻的測量

把上述在加熱箱內(nèi)已完成 Vf－TJ 關(guān)系曲線標定的照明器具取出冷卻后，按如下步驟進行LED 熱阻的測量。

（1） 把該照明器具放入到GB 7000.1 標準附錄D 規(guī)定的防風(fēng)罩內(nèi)，按正常的熱試驗位置布置好燈具，除了原來已經(jīng)粘接在被測LED D1 上的熱電隅外，還可根據(jù)檢測委托方要求，在燈具內(nèi)LED 的散熱器的某些指定點甚至燈具外殼上某些點上粘接熱電隅，（可以是單個或多個熱電隅）。把每一熱電隅連接到測溫儀上，使照明器具在25℃±1℃條件下放置8 小時。

（2） 根據(jù)照明器具內(nèi)LED 控制裝置輸出給D1 的實測工作電流值，設(shè)定測試恒流電源，按圖2 電路給D1 通上一個實測工作電流，加熱1 分鐘～30 分鐘，其間每隔1 分鐘用原來標定的測量電流對D1 進行一次Vf 的測量，并按Vf－TJ 曲線查出對應(yīng)的結(jié)溫值，同時監(jiān)視熱電隅的測量溫度，把測量的結(jié)溫值和監(jiān)視熱電隅的測量溫度值自動導(dǎo)入數(shù)據(jù)庫。把VfR 值通過Vf－TJ 曲線，得到該D1 即時的結(jié)溫值TfR。按熱阻RAB＝（TfR－TB）/P 公式計算出D1 的PN 結(jié)到熱沉或散熱器甚至外殼的熱阻值。

3)、照明器具中LED 結(jié)溫的測量

把 LED 照明器具從專用加熱箱內(nèi)取出，本條試驗可以和照明器具的熱試驗同時進行。把采用LED 的照明器具仍放在GB 7000.1 標準的附錄D 規(guī)定的防風(fēng)罩內(nèi)，照明器具處于正常工作位置。計算出被測LED 在斷開工作電流瞬間的正向電壓降，并根據(jù)上述正向電壓降與結(jié)溫的關(guān)系曲線查出LED 照明器具中被測LED 在連續(xù)工作至熱平衡時的結(jié)溫值，同時，也可以得到燈具連續(xù)工作至熱平衡時熱沉上參考點的溫度值。

四、回顧和總結(jié)

對LED 結(jié)溫的測量和控制，是LED 進入照明領(lǐng)域不可缺少的重要步驟，它使LED 器件與LED 照明器具前后工序有機地結(jié)合起來。通過對某一型號LED的Vf—TJ 曲線標定，并利用這一曲線能指導(dǎo)并控制LED 在預(yù)定的結(jié)溫下測量光、色、電參數(shù)，使LED 這些參數(shù)的測量值更接近于實際應(yīng)用狀態(tài)的參數(shù)，進一步得知LED 的PN 結(jié)到照明器具上某一點的熱阻，從而指導(dǎo)LED 照明器具的生產(chǎn)企業(yè)能正確地標明參考點溫度的限值，并能在批量生產(chǎn)中，方便地通過測量參考點的溫度而基本得知LED 的工作結(jié)溫。

LED 照明燈具在正常工作時，其散熱特性的好壞直接關(guān)系到光效，光衰和使用壽命，對應(yīng)的指標是LED 工作時的PN 結(jié)結(jié)溫及散熱的熱阻，如果這兩個指標做好了，就說明該燈具在效率和使用壽命方面是有保證的，就如對人體的檢查，如果驗血的指標、彩色CT 的檢查及血液造影結(jié)果都是好的話，這個人身體一定是健康的。本檢驗方法的意義就在于，建立了LED 照明燈具“驗血和彩色CT 的檢查及血液造影儀”及其方法?？梢灶A(yù)見，這一方法的確立將是指導(dǎo) LED 照明器具改進設(shè)計、制造環(huán)節(jié)，使LED 照明器具設(shè)計和生產(chǎn)技術(shù)走向更高層次的有力推手。