半導體發光二極管測試方法
摘要
系統地介紹了與發光二極管測試有關的術語和定義,在此基礎上,詳細介紹了測試方法和測試裝置的要求。
1 前 言
半導體發光二極管是一種重要的光電子器件,它在科學研究和工農業生產中均有非常廣泛的應用.發光二極管雖小,但要準確測量它的各項光和輻射參數并非一件易事.目前在世界范圍內的測試比對還有較大的差異.鑒于此,CIE(國際照明委員會)TC2-34小組對此進行了研究,所提出的技術報告形成了CIE127-1997文件.
中國光學光電子行業協會光電器件專業分會根據國內及行業內部的實際情況,初步制定了行業標準"發光二極管測試方法",2002年起在行業內部試行.本文敘述了與發光二極管測試有關的術語和定義,在此基礎上,詳細介紹了測試方法和測試裝置的要求,以期收到拋磚引玉之效果.
本文涉及的測試方法適用于紫外/可見光/紅外發光二極管及其組件,其芯片測試可以參照進行。
2 術語和定義
2.1發光二極管 LED
除半導體激光器外，當電流激勵時能發射光學輻射的半導體二極管。嚴格地講，術語LED應該僅應用于發射可見光的二極管；發射近紅外輻射的二極管叫紅外發光二極管（IRED,Infrared Emitting Diode）；發射峰值波長在可見光短波限附近，由部份紫外輻射的二極管稱為紫外發光二極管；但是習慣上把上述三種半導體二極管統稱為發光二極管。
2.2光軸 Optical axis
最大發光（或輻射）強度方向中心線。
2.3正向電壓VF Forward voltage
通過發光二極管的正向電流為確定值時，在兩極間產生的電壓降。
2.4反向電流IR Reverse current
加在發光二極管兩端的反向電壓為確定值時，流過發光二極管的電流。
2.5反向電壓VR Reverse voltage
被測LED器件通過的反向電流為確定值時，在兩極間所產生的電壓降。
2.6總電容C Capacitance
在規定正向偏壓和規定頻率下，發光二極管兩端的電容。
2.7開關時間 Switching time
涉及以下概念的最低和最高規定值是10％和90％，除非特別注明。
2.7.1開啟延遲時間td(on) Turn-on delay time
輸入脈沖前沿最低規定值到輸出脈沖前沿最低規定值之間的時間間隔。
2.7.2上升時間tr Rise time
輸出脈沖前沿最低規定值到最高規定值之間的時間間隔。
2.7.3開啟時間ton Turn-on time
器件所加輸入脈沖前沿的最低規定值到輸出脈沖前沿最高規定值之間的時間間隔。
ton= td(on)+tr
2.7.4關閉延遲時間td(off) Turn-off delay time
器件所加輸入脈沖后沿的最高規定值到輸出脈沖后沿最高規定值之間的時間間隔。
2.7.5下降時間tf Fall time
輸出脈沖后沿最高規定值到最低規定值之間的時間間隔（見圖1）。
圖1 開關時間 延遲時間
2.7.6關閉時間toff Turn-off time
器件所加輸入脈沖后沿的最低規定值到輸出脈沖后沿最低規定值之間的時間間隔。
toff =td(off)+tf
2.8光通量Φv Luminous flux
通過發光二極管的正向電流為規定值時，器件光學窗口發射的光通量。
2.9輻射功率Φe Radiant power
通過發光二極管的正向電流為規定值時，器件光學窗口發射的輻射功率。
2.10輻射功率效率ηe Radiant power efficiency
器件發射的輻射功率 與器件的電功率（正向電流 乘以正向電壓 ）的比值：
ηe =Φe/(IF?VF)
注：在與其它術語不會混淆時，可簡稱為輻射效率 (Radiant efficiency)。
2.11光通量效率ηv Luminous flux efficiency
器件發射的光通量Φv 與器件的電功率（正向電流 IF乘以正向電壓 VF）的比值：
ηv =Φv/(IF?VF)
注：在與其它術語不會混淆時，可簡稱為發光效率（Luminous efficiency）。
2.12發光（或輻射）空間分布圖及相關特性
2.12.1發光（或輻射）強度Iv Luminous（or Radiant） intensity
光源在單位立體角內發射的光（或輻射）通量，可表示為Iv =dΦ/dΩ。發光（或輻射）強度的概念要求假定輻射源是一個點輻射源，或者它的尺寸和光探測器的面積與離光探測器的距離相比是足夠小，在這種情形，光探測器表面的光（或輻射）照度遵循距離平方反比定理，即E=I/d2 。這里I是輻射源的強度，d是輻射源中心到探測器中心的距離。把這種情況稱為遠場條件。
然而在許多應用中，測量LED時所用的距離相對較短，源的相對尺寸太大，或者探測器表面構成的角度太大，這就是所謂的近場條件。此時，光探測器測量的光（或輻射）照度取決于正確的測量條件。
2.12.2平均LED強度 Averaged LED intensity
照射在離LED一定距離處的光探測器上的通量Φ與由探測器構成的立體角Ω 的比值，立體角可將探測器的面積S除以測量距離d的平方計算得到。
I=Φ/Ω=Φ/(S/d2)
CIE推薦標準條件A和B(見7.2.1.2)來測量近場條件下的平均LED強度,可以分別用符號ILED A和ILED B來表示,用符號ILED Ae和ILED Av分別表示標準條件A測量的平均LED輻射強度和平均LED發光強度。
2.12.3發光（或輻射）強度空間分布圖 Luminous（or Radiant）diagram
反映器件的發光（或輻射）強度空間分布特性（見圖2）：
Iv(或Ie)=f(θ)
圖2 輻射圖和有關特性
注1：除非另外規定，發光（或輻射）強度分布應該規定在包括機械軸Z的平面內。
注2：如果發光（或輻射）強度分布圖形有以Z軸為旋轉對稱特性，發光（或輻射）強度空間分布圖僅規定一個平面。
注3：如果沒有以Z軸為旋轉對稱特性，各種角度θ的發光（或輻射）強度分布應有要求，X、Y、Z方向要求可有詳細規范定義。
2.12.4半強度角θ1/2 Half-intensity angle
在發光（或輻射）強度分布圖形中，發光（或輻射）強度大于最大強度一半構成的角度（見圖2）。
2.12.5偏差角Δθ Misalignment angle
在發光（或輻射）強度分布圖形中，最大發光（或輻射）強度方向（光軸）與機械軸Z之間的夾角（見圖2）。
2.13光譜特性
2.13.1峰值發射波長λp Peak-emission wavelength
光譜輻射功率最大的波長。
2.13.2光譜輻射帶寬Δλ Spectral radiation bandwith
光譜輻射功率大于等于最大值一半的波長間隔。
2.13.3光譜功率（能量）分布P(λ) Spectral power distribution
在光輻射波長范圍內，各個波長的輻射功率分布情況。
3 最大額定值
3.1 最低和最高儲存溫度（Tstg ）
3.2 最低和最高工作環境溫度或管基溫度（Tamb 或Tcase ）
3.3 最大反向電壓（VR ）
注：不可用于相互首尾相接的雙管器件。
3.4 在25℃環境或管基溫度時的最大連續正向電流（IF ）和減額定值曲線或減額定值系數。
3.5 在適當地方，在規定脈沖條件下，在25℃環境或管基溫度時的最大峰值正向電流（IFM ）
4 主要光電特性（見表1）
5 一般要求
5.1 試驗條件
除非另有規定，器件的光電參數測試應按本標準規定試驗條件進行。
5.1.1 標準大氣條件
溫度：15℃～35℃
相對濕度：20％～80％
氣壓：86kPa～106kPa
5.1.2 仲裁試驗的標準大氣條件
溫度：25℃±1℃；
相對濕度：48％～52％；
氣壓：86kPa～106kPa
5.1.3 環境條件
a） 測試環境應無影響測試準確度的機械振動和電磁干擾；.
b） 除非另有規定，器件全部光電參數均應在熱平衡下進行；
c） 測試系統應接地良好。
5.2 參數要求
除非另有規定，器件測試應采取預防措施和保持下述公差。雖然在有關文件中規定的測試條件嚴于下述公差，但在一般情況下，應遵循下述規定的條件。
a） 偏置條件應在規定值的±3％以內；
b） 輸入脈沖特性，重復頻率和頻率等的誤差應在±10％以內；
c） 測量開關參數的誤差應在±5％以內；
d） 測量直流電參數誤差不大于±2％；
e） 測量輻射功率的誤差不大于5％；
f） 測量峰值輻射波長的誤差不大于±2nm；
g） 測量半強度角誤差不大于10％；
h） 測量發光強度誤差不大于25％。
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