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LED產(chǎn)品質(zhì)量分析和判斷改進(jìn)
半導(dǎo)體發(fā)光二極管(LED)因其體積小、定向發(fā)射光、高亮度、PN結(jié)電特性等特點(diǎn)，從而在品質(zhì)的評(píng)價(jià)和檢測(cè)方法方面產(chǎn)生許多新的問題。不同的應(yīng)用場(chǎng)合，決定了對(duì)LED產(chǎn)品的性能要求。從光學(xué)性能來看，用于顯示的LED，主要是亮度、視角分布、顏色等參數(shù)。用于普通照明的LED，更注重光通量、光束的空間分布、顏色、顯色特性等參數(shù)，而生物應(yīng)用的LED，則更關(guān)心生物有效輻射功率、有效輻射照度等參數(shù)。此外，發(fā)光二極管既是一種光源，又是一種功率型的半導(dǎo)體器件，因此有關(guān)它的質(zhì)量必須從光學(xué)、電學(xué)和熱學(xué)等諸多方面進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。
從目前LED產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)及產(chǎn)業(yè)發(fā)展的角度看，照明LED產(chǎn)品主要需考慮光學(xué)性能、電性能、熱性能、輻射安全和壽命等幾方面的參數(shù)。
光學(xué)性能。LED的光學(xué)性能主要涉及到光譜、光度和色度等方面的性能要求。根據(jù)新制定的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)“半導(dǎo)體發(fā)光二極管測(cè)試方法”，主要有發(fā)光峰值波長、光譜輻射帶寬、軸向發(fā)光強(qiáng)度、光束半強(qiáng)度角、光通量、輻射通量、發(fā)光效率、色品坐標(biāo)、相關(guān)色溫、色純度和主波長、顯色指數(shù)等參數(shù)。顯示用的LED，主要是視覺的直觀效果，因此對(duì)相關(guān)色溫和顯色指數(shù)不作要求，而照明用的白光LED，上述兩個(gè)參數(shù)就尤為重要，它是照明氣氛和效果的重要指標(biāo)，而色純度和主波長一般沒有要求。
電性能。LED的PN結(jié)電特性，決定了LED在照明應(yīng)用中區(qū)別于傳統(tǒng)光源的電氣性能，即單向非線性導(dǎo)電特性、低電壓驅(qū)動(dòng)以及對(duì)靜電敏感等特點(diǎn)。目前主要的測(cè)量參數(shù)包括正向驅(qū)動(dòng)電流、正向壓降、反向漏電流、反向擊穿電壓和靜電敏感度等。
熱性能。照明用LED發(fā)光效率和功率的提高是當(dāng)前LED產(chǎn)業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵問題之一，與此同時(shí)，LED的PN結(jié)溫度及殼體散熱問題顯得尤為重要，一般用熱阻、殼體溫度、結(jié)溫等參數(shù)表示。
輻射安全。目前，電工委員會(huì)IEC將LED產(chǎn)品等同于半導(dǎo)體激光器的要求進(jìn)行輻射的安全測(cè)試和論證。因LED是窄光束、高亮度的發(fā)光器件，考慮到其輻射可能對(duì)人眼視網(wǎng)膜的危害，因此，對(duì)于不同場(chǎng)合應(yīng)用的LED，標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了其有效輻射的限值要求和測(cè)試方法。目前在歐盟和美國，照明LED產(chǎn)品的輻射安全作為一項(xiàng)強(qiáng)制性的安全要求執(zhí)行。
可靠性和壽命?？煽啃灾笜?biāo)是衡量LED在各種環(huán)境中正常工作的能力。在液晶背光源和大屏幕顯示中特別重要。壽命是評(píng)價(jià)LED產(chǎn)品可用周期的質(zhì)量指標(biāo)，通常用有效壽命或終了壽命表示。在照明應(yīng)用中，有效壽命是指LED在額定功率條件下，光通量衰減到初始值的規(guī)定百分比時(shí)所持續(xù)的時(shí)間。
重視制定測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)
LED的發(fā)光面小、光束狹窄、亮度高等特點(diǎn)決定了其檢測(cè)的特殊性，為了應(yīng)對(duì)這個(gè)問題，CIE分別成立了“TC2-45 LED測(cè)量”和“TC2-46 CIE/ISO LED強(qiáng)度測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)”兩個(gè)技術(shù)委員會(huì)。CIETC2-34小組于1997年10月在維也納總部召開會(huì)議，制定并推薦了CIE127-1997 LED測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)，它涉及LED輻射度、光度和色度測(cè)量。但是由于近年來LED的技術(shù)發(fā)展迅速，尤其是照明用白光LED的產(chǎn)品，許多問題是過去所未考慮到的。因此，在1999年日本京都舉行的CIE年會(huì)上，與會(huì)的發(fā)達(dá)國家代表提議，由CIETC2-34制定白光LED照明器具標(biāo)準(zhǔn)，日本代表團(tuán)還提交了一般照明用白光LED的兩項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)草案。
為了發(fā)展照明LED技術(shù)，發(fā)達(dá)國家都非常重視LED測(cè)試方法及標(biāo)準(zhǔn)的研究。例如美國國家標(biāo)準(zhǔn)檢測(cè)研究所(NIST)組織測(cè)試專家開展LED測(cè)試的研究，重點(diǎn)研究LED發(fā)光特性、溫度特性和光衰特性等測(cè)試方法，試圖建立整套的LED測(cè)試方法和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，在LED測(cè)試方面已經(jīng)走在了世界的前列。日本成立了“白光LED測(cè)試研究委員會(huì)”，專門研究照明用白光LED的測(cè)試方法和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。世界發(fā)達(dá)國家為了搶占LED研究的制高點(diǎn)，在LED標(biāo)準(zhǔn)和測(cè)試方面都投入了大量的人力物力，在標(biāo)準(zhǔn)方面注重選擇LED的特性參數(shù)及測(cè)試方法的研究。
在我國，半導(dǎo)體發(fā)光二極管測(cè)試方法目前尚無相應(yīng)的國家標(biāo)準(zhǔn)，因此在不同的生產(chǎn)廠家以及用戶之間經(jīng)常產(chǎn)生很大爭議。近年來，中國光協(xié)光電器件專業(yè)分會(huì)陸續(xù)組織了多次的半導(dǎo)體發(fā)光二極管測(cè)試方法的學(xué)術(shù)研討和交流，業(yè)界人士逐步形成較為統(tǒng)一的認(rèn)識(shí)，并制定了統(tǒng)一的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)SJ/T2355-2005“半導(dǎo)體發(fā)光二極管測(cè)試方法”，在行業(yè)內(nèi)的產(chǎn)品交流、對(duì)比中發(fā)揮了重要作用。該標(biāo)準(zhǔn)不僅采納了CIE127-1997“Measurement of LEDs”的方法，同時(shí)結(jié)合照明用功率型白光LED的發(fā)展需求，增加了顯色特性、結(jié)溫等參數(shù)的測(cè)量方法，為照明LED產(chǎn)品的發(fā)展提供了極為重要的依據(jù)。
近幾年來，多芯片或多管組合型LED燈的發(fā)展亦非常迅速，而國內(nèi)外還沒有專門針對(duì)LED燈制定相應(yīng)的檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)。但是作為一種照明應(yīng)用產(chǎn)品，電工委員會(huì)IEC和照明委員會(huì)CIE已有相關(guān)的測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)。照明用LED燈的中心光強(qiáng)和光束角可參照IEC61341-1994的標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行，同樣國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 19658-2005“反射燈的中心光強(qiáng)和光束角的測(cè)量方法”已由浙大三色儀器公司負(fù)責(zé)起草完成，并于2005年8月開始實(shí)施。對(duì)于光譜輻射及顏色的測(cè)量，則可參照CIE NO.63文件及國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T7922-2003等執(zhí)行。
隨著人們對(duì)光生物安全性的重視，根據(jù)電工委員會(huì)IEC60825標(biāo)準(zhǔn)的要求，LED燈或燈具產(chǎn)品必須按照類似于激光器件的要求進(jìn)行輻射安全的檢測(cè)。國內(nèi)的企業(yè)普遍對(duì)此重視不夠。隨著國內(nèi)更多的LED產(chǎn)品進(jìn)入美國和歐盟等市場(chǎng)，將會(huì)涉及更多較為復(fù)雜的輻射安全的測(cè)試問題。對(duì)于目前發(fā)展迅速的寬光束LED產(chǎn)品，上述IEC標(biāo)準(zhǔn)的要求可能太苛刻。對(duì)于常規(guī)照明用的燈和燈系統(tǒng)，考慮到可能對(duì)人體皮膚和眼睛的健康造成的危害，電工委員會(huì)于2002年采納了照明委員會(huì)的文件CIES009/E 2002“燈和燈系統(tǒng)的光生物安全性”，作為IEC的正式標(biāo)準(zhǔn)。為了應(yīng)對(duì)上的變化，我國于2004年亦制定了相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)，該標(biāo)準(zhǔn)由國家電光源檢測(cè)中心(北京)和浙江大學(xué)三色儀器有限公司負(fù)責(zé)起草，并將于近期正式發(fā)布。