半导体发光二极管测试方法
摘要
系统地介绍了与发光二极管测试有关的术语和定义,在此基础上,详细介绍了测试方法和测试装置的要求。
1 前 言
半导体发光二极管是一种重要的光电子器件,它在科学研究和工农业生产中均有非常广泛的应用.发光二极管虽小,但要准确测量它的各项光和辐射参数并非一件易事.目前在世界范围内的测试比对还有较大的差异.鉴于此,CIE(国际照明委员会)TC2-34小组对此进行了研究,所提出的技术报告形成了CIE127-1997文件.
中国光学光电子行业协会光电器件专业分会根据国内及行业内部的实际情况,初步制定了行业标准"发光二极管测试方法",2002年起在行业内部试行.本文叙述了与发光二极管测试有关的术语和定义,在此基础上,详细介绍了测试方法和测试装置的要求,以期收到抛砖引玉之效果.
本文涉及的测试方法适用于紫外/可见光/红外发光二极管及其组件,其芯片测试可以参照进行。
2 术语和定义
2.1发光二极管 LED
除半导体激光器外，当电流激励时能发射光学辐射的半导体二极管。严格地讲，术语LED应该仅应用于发射可见光的二极管；发射近红外辐射的二极管叫红外发光二极管（IRED,Infrared Emitting Diode）；发射峰值波长在可见光短波限附近，由部份紫外辐射的二极管称为紫外发光二极管；但是习惯上把上述三种半导体二极管统称为发光二极管。
2.2光轴 Optical axis
最大发光（或辐射）强度方向中心线。
2.3正向电压VF Forward voltage
通过发光二极管的正向电流为确定值时，在两极间产生的电压降。
2.4反向电流IR Reverse current
加在发光二极管两端的反向电压为确定值时，流过发光二极管的电流。
2.5反向电压VR Reverse voltage
被测LED器件通过的反向电流为确定值时，在两极间所产生的电压降。
2.6总电容C Capacitance
在规定正向偏压和规定频率下，发光二极管两端的电容。
2.7开关时间 Switching time
涉及以下概念的最低和最高规定值是10％和90％，除非特别注明。
2.7.1开启延迟时间td(on) Turn-on delay time
输入脉冲前沿最低规定值到输出脉冲前沿最低规定值之间的时间间隔。
2.7.2上升时间tr Rise time
输出脉冲前沿最低规定值到最高规定值之间的时间间隔。
2.7.3开启时间ton Turn-on time
器件所加输入脉冲前沿的最低规定值到输出脉冲前沿最高规定值之间的时间间隔。
ton= td(on)+tr
2.7.4关闭延迟时间td(off) Turn-off delay time
器件所加输入脉冲后沿的最高规定值到输出脉冲后沿最高规定值之间的时间间隔。
2.7.5下降时间tf Fall time
输出脉冲后沿最高规定值到最低规定值之间的时间间隔（见图1）。
图1 开关时间 延迟时间
2.7.6关闭时间toff Turn-off time
器件所加输入脉冲后沿的最低规定值到输出脉冲后沿最低规定值之间的时间间隔。
toff =td(off)+tf
2.8光通量Φv Luminous flux
通过发光二极管的正向电流为规定值时，器件光学窗口发射的光通量。
2.9辐射功率Φe Radiant power
通过发光二极管的正向电流为规定值时，器件光学窗口发射的辐射功率。
2.10辐射功率效率ηe Radiant power efficiency
器件发射的辐射功率 与器件的电功率（正向电流 乘以正向电压 ）的比值：
ηe =Φe/(IF•VF)
注：在与其它术语不会混淆时，可简称为辐射效率 (Radiant efficiency)。
2.11光通量效率ηv Luminous flux efficiency
器件发射的光通量Φv 与器件的电功率（正向电流 IF乘以正向电压 VF）的比值：
ηv =Φv/(IF•VF)
注：在与其它术语不会混淆时，可简称为发光效率（Luminous efficiency）。
2.12发光（或辐射）空间分布图及相关特性
2.12.1发光（或辐射）强度Iv Luminous（or Radiant） intensity
光源在单位立体角内发射的光（或辐射）通量，可表示为Iv =dΦ/dΩ。发光（或辐射）强度的概念要求假定辐射源是一个点辐射源，或者它的尺寸和光探测器的面积与离光探测器的距离相比是足够小，在这种情形，光探测器表面的光（或辐射）照度遵循距离平方反比定理，即E=I/d2 。这里I是辐射源的强度，d是辐射源中心到探测器中心的距离。把这种情况称为远场条件。
然而在许多应用中，测量LED时所用的距离相对较短，源的相对尺寸太大，或者探测器表面构成的角度太大，这就是所谓的近场条件。此时，光探测器测量的光（或辐射）照度取决于正确的测量条件。
2.12.2平均LED强度 Averaged LED intensity
照射在离LED一定距离处的光探测器上的通量Φ与由探测器构成的立体角Ω 的比值，立体角可将探测器的面积S除以测量距离d的平方计算得到。
I=Φ/Ω=Φ/(S/d2)
CIE推荐标准条件A和B(见7.2.1.2)来测量近场条件下的平均LED强度,可以分别用符号ILED A和ILED B来表示,用符号ILED Ae和ILED Av分别表示标准条件A测量的平均LED辐射强度和平均LED发光强度。
2.12.3发光（或辐射）强度空间分布图 Luminous（or Radiant）diagram
反映器件的发光（或辐射）强度空间分布特性（见图2）：
Iv(或Ie)=f(θ)
图2 辐射图和有关特性
注1：除非另外规定，发光（或辐射）强度分布应该规定在包括机械轴Z的平面内。
注2：如果发光（或辐射）强度分布图形有以Z轴为旋转对称特性，发光（或辐射）强度空间分布图仅规定一个平面。
注3：如果没有以Z轴为旋转对称特性，各种角度θ的发光（或辐射）强度分布应有要求，X、Y、Z方向要求可有详细规范定义。
2.12.4半强度角θ1/2 Half-intensity angle
在发光（或辐射）强度分布图形中，发光（或辐射）强度大于最大强度一半构成的角度（见图2）。
2.12.5偏差角Δθ Misalignment angle
在发光（或辐射）强度分布图形中，最大发光（或辐射）强度方向（光轴）与机械轴Z之间的夹角（见图2）。
2.13光谱特性
2.13.1峰值发射波长λp Peak-emission wavelength
光谱辐射功率最大的波长。
2.13.2光谱辐射带宽Δλ Spectral radiation bandwith
光谱辐射功率大于等于最大值一半的波长间隔。
2.13.3光谱功率（能量）分布P(λ) Spectral power distribution
在光辐射波长范围内，各个波长的辐射功率分布情况。
3 最大额定值
3.1 最低和最高储存温度（Tstg ）
3.2 最低和最高工作环境温度或管基温度（Tamb 或Tcase ）
3.3 最大反向电压（VR ）
注：不可用于相互首尾相接的双管器件。
3.4 在25℃环境或管基温度时的最大连续正向电流（IF ）和减额定值曲线或减额定值系数。
3.5 在适当地方，在规定脉冲条件下，在25℃环境或管基温度时的最大峰值正向电流（IFM ）
4 主要光电特性（见表1）
5 一般要求
5.1 试验条件
除非另有规定，器件的光电参数测试应按本标准规定试验条件进行。
5.1.1 标准大气条件
温度：15℃～35℃
相对湿度：20％～80％
气压：86kPa～106kPa
5.1.2 仲裁试验的标准大气条件
温度：25℃±1℃；
相对湿度：48％～52％；
气压：86kPa～106kPa
5.1.3 环境条件
a） 测试环境应无影响测试准确度的机械振动和电磁干扰；.
b） 除非另有规定，器件全部光电参数均应在热平衡下进行；
c） 测试系统应接地良好。
5.2 参数要求
除非另有规定，器件测试应采取预防措施和保持下述公差。虽然在有关文件中规定的测试条件严于下述公差，但在一般情况下，应遵循下述规定的条件。
a） 偏置条件应在规定值的±3％以内；
b） 输入脉冲特性，重复频率和频率等的误差应在±10％以内；
c） 测量开关参数的误差应在±5％以内；
d） 测量直流电参数误差不大于±2％；
e） 测量辐射功率的误差不大于5％；
f） 测量峰值辐射波长的误差不大于±2nm；
g） 测量半强度角误差不大于10％；
h） 测量发光强度误差不大于25％。
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