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摘要：随着社会的发展及人们生活水平的提高，人们对照明的要求不仅要考虑发出光线的亮度，还要考虑其经济性、环保性、稳定性、光色及人身健康。随着光源研究的不断深入，LED将是最佳选择之一。本文详细论述了半导体发光二极管LED的测试方法。
关键词：LED；原理；特点；测试方法
半导体发光二极管(LED)是一种将电能直接转换为可见光及辐射能的发光器件，具有工作电压低、功耗低、发光效率高、发光响应时间短等一系列特性，被广泛应用于各种电子仪表、设备中，并将逐渐成为照明设备的主流。此外，LED光电测试是测试LED光电性能的重要手段，相应的测试结果是评价及反映目前我国LED产业发展水平的依据。
1 LED简介
半导体发光二极管是常用电子元件二极管中的一种类型。发光二极管又叫光发射二极管(LED)，是一种可将电能变为光能的一种器件，属于固态光源。世界上于1960年前后制成GaP发光二极管，于1970年后开始进入市场，当时的LED以红色为主，由于光效率较低，光通量很小，因此只能在电器设备和仪器仪表上作为指示灯使用。随着管芯材料、结构、封装技术和驱动电路技术的不断进步，LED光色种类的增加，发光效率和光能量的提高，目前LED已在生产领域得到了广泛的应用。
1.1 原理。半导体可被划分为P型半导体和N型半导体,发光二极管也一样。N型半导体带额外电子,P型半导体带额外“空穴”,电子能在空穴之间跳动,从一个空穴转移到另外一个空穴。电子的流动就会产生电流,当有正向电流通过晶片时,电子就会与P区的空穴进行结合,然后会发出能量,这种能量以光子的形式存在,这就是半导体发光二极管发光的原因。
1.2 分类。发光二极管的种类很多，按发光材料区为磷化镓(Gap)发光二极管、磷砷化镓(GaAsP)发光二极管、砷铝镓(GaAIAs)发光二极管等；按发光颜色分为发红光、黄光、绿光及眼睛看不见的红外发光二极管等；若按功率分为小功率(HG400系列)、中功率(HG50系列)和大功率(HG52系列)发光二极管：另外还有多色、变色发光二极管等。
1.3 特点。LED优点主要表现在以下方面：①使用寿命长。LED一般可使用几万个小时以上；②LED的光照强度大，因具有极佳的光照效果，无论是在室内照明灯具还是在室外照明系统中，LED都具有极强的应用价值；③LED经不断的发展，目前已能发出包括白色在内的多种颜色的光，而且光视效果较好；④LED的反应较灵敏，能及时反映出画面中变动的物体；⑤LED对包括电压在内的外部使用环境要求低，能方便地与现有电路进行连接。
2 LED测试方法
2.1 电特性。LED是一个由半导体无机材料构成的单极性p-n结二极管，其电压与电流间的关系称为伏安特性。LED电特性参数包括正向电流、正向电压、反向电流和反向电压，LED必须在合适的电流电压驱动下才能正常工作。通过LED电特性的测试能获得LED的最大允许正向电压、正向电流及反向电压、电流，此外，也可测定LED的最佳工作电功率。LED电特性的测试通常在相应的恒流恒压源供电下，利用电压电流表进行测试。
2.2 光特性。LED光特性的测试包括光通量和发光效率、辐射通量和辐射效率、光强和光强分布特性和光谱参数等。’
1)光通量和光效。光通量测试有积分球法及变角光度计法两种方法。其中，变角光度计法是测试光通量最精确的方法，但由于其耗时较长，所以一般采用积分球法测试光通量。如图1所示，现有的积分球法测LED光通量中有两种测试结构，一种是将被测LED放置在球心，另一种是放在球壁。
图1 积分球法测LED光通量
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此外，由于积分球法测试光通量时光源对光的自吸收会对测试结果造成影响，因此，往往会引入辅助灯。
在测得光通量后，配合电参数测试仪可测得LED的发光效率。而辐射通量和辐射效率的测试方法类似于光通量和发光效率的测试。
2)光强和光强分布特性。如图2所示，点光源光强在空间各方向均匀分布，在不同距离处用不同接收孔径的探测器接收得到的测试结果都不会改变，但LED由于其光强分布的不一致使测试结果随测试距离和探测器孔径变化。因此，CIE-127提出了两种推荐测试条件，使各个LED在同一条件下进行光强测试与评价，目前CIE-127条件已被各LED制造商和检测机构引用。
图2 LED光强测试中的问题
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3)光谱参数。LED的光谱特性参数包括峰值发射波长、光谱辐射带宽和光谱功率分布等。单色LED的光谱为单一波峰，特性以峰值波长和带宽表示，而白光LED的光谱由多种单色光谱合成。所有LED的光谱特性都可由光谱功率分布表示，而由LED的光谱功率分布还可计算得到色度参数。
光谱功率分布的测试需通过分光进行，将各色光从混合的光中区分出来进行测定，通常采用棱镜和光栅实现分光。
2.3 开关特性。LED开关特性是指LED在通电和断电瞬间的光、电、色变化特性。通过LED开关特性的测试能获得LED在通断电瞬间的工作状态、物质属性等的变化规律，由此不仅了解通断电对LED的损耗，也可用以指导LED驱动模块的设计等。
2.4 颜色特性。LED的颜色特性包括色品坐标、主波长、色纯度、色温及显色性等，LED的颜色特性对白光LED尤为重要。
当前，颜色特性测试方法有分光光度法和积分法。其中，分光光度法通过单色仪分光测得LED光谱功率分布，之后利用色度加权函数积分获得对应色度参数；而积分法是利用特定滤色片配合光电探测器直接测得色度参数；分光光度法的准确性要高于积分法。
2.5 可靠性。LED的可靠性包括静电敏感度特性、寿命、环境特性等。静电敏感度特性是指LED能承受的静电放电电压。某些LED因电阻率高，且正负电极距离短，当两端的静电电荷累积到一定值时，这一静电电压会击穿p-n结，严重时可将p-n结击穿导致LED失效。另外，因LED使用寿命可达5万小时，能大幅降低灯具替换的本钱。为了观察LED长期连续使用时光性能的变化规律，需对LED进行抽样试验，通过长期观察和统计来获得LED的寿命参数。
对LED环境特性的试验往往采用模拟LED在应用中遇到的各类自然侵袭的方法，包括高低温冲击试验、湿度循环试验、潮湿试验、盐雾试验、沙尘试验、辐照试验、振动和冲击试验、跌落试验、离心加速度试验等。
3 结语
综上所述，半导体发光二极管LED已被广泛应用于指示灯、信号灯、仪表显示、车载光源、大屏幕显示、背光源等场合，白光LED技术也不断地发展，LED在照明领域的应用越来越广泛。过去，对LED的测试没有较全面的国家标准和行业标准，在生产实践中只能以相对参数为依据，不同的厂家、用户、研究机构对此争议很大，导致我国LED产业的发展受到很大影响。结合国内外关于LED测试方法的各种标准，基于LED各个应用领域的实际需求，本文从电特性、光特性、开关特性、颜色特性、热学特性、可靠性等方面进行了探讨。
参考文献：
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