CIE 发布两项关于大功率LED测量的技术报告

虽然早在2007年，CIE就已经发布技术报告《CIE 127：2007 Measurement of LEDs》，但仅讨论了一般LED的光学测量问题，并且只针对小功率LED。近日，CIE新发布了两项关于LED测量的技术报告，即《CIE 225：2017 Optical Measurement of High-Power LEDs》和《CIE 226：2017 High-Speed Testing Methods for LEDs》，这两份技术报告分别由CIE TC2-63和CIE TC2-64技术委员会起草，分别对大功率LED（HP-LEDs）的光学测量以及LED封装和LED芯片的高速测量进行了说明和规范，远方光电的潘建根董事长作为技术委员会（Technical Committee，简称TC）委员，在第一时间获得了这两份文件，在此，笔者将CIE 225和CIE 226的主要内容整理出来与大家分享。

CIE 225：2017：《Optical Measurement of High-Power LEDs》

众所周知，LED的光输出存在较强的温度依赖性，而HP-LED对于热条件更为敏感。LED制造商通常宣称的通常是结温近似等于环境温度（通常25℃）的规格参数，然而，终端照明应用中的HP-LED一般工作在DC模式下，且工作温度一般分布在50℃~120℃，甚至更高，光度、辐射度以及色度值偏差较大。为了满足照明产品的规格指标，HP-LED用户需要知道已知热条件下的HP-LED的性能。

为了准确设置和控制HP-LED的热条件，CIE 225推荐使用结温作为温度参考点，在指定的结温（一般为55℃，85℃或115℃等）和DC模式下，使用照明领域中的常规光学测量仪器（如积分球-光度计、积分球-光谱辐射计、分布光度计、分布色度计和分布光谱辐射计等）对HP-LEDs的光学性能进行测量，具体的操作流程如图1和2所示。关于使用不同光学测量设备对不同光学参数的测量方法和步骤以及测量不确定度等其它内容可参考相关的标准文件，这里不再赘述。

↑

图1 通过拟合外延确定UF(0)

↑

图2 HP-LED指定结温的设置和控制

针对此技术报告，目前，相关的测试系统有远方的ATA-500/1000 LED自动温控光电分析测量系统和GO-SPEX100空间光谱分布测量仪，分别如图3和4所示。

ATA-500 LED自动温控光电分析测量系统

远方ATA-500/1000自动温控光电分析测量系统搭配远方具有国际专利技术的快速光谱仪，可测<1μs的极快闪光，并配备外置的温控平台对被测样品的温度进行控制 ，配合远方专属的控温光电分析系统软件可实现被测LED在不同结温下的脉冲模式和DC模式的光色电测量分析。

↑

图3远方ATA-500 LED自动温控光电分析测量系统及典型测试界面

GO-SPEX100 空间光谱分布测量仪

远方GO-SPEX100采用CIE标准C-γ测量方案，集成高精度光谱辐射计、高精度二维转台和温控平台以及恒流供电单元和精密LED机械定位装置，多个标准测试距离（100mm，316mm和1000mmm）可供选择，一次测量即可获得LED在某一指定结温下的空间光强、光谱分布参数，且光谱与光度的专利修正技术使得测量线性更好，精度更高。

↑

图4 远方GO-SPEX100空间光谱分布测量仪及典型测试界面

CIE 226：2017：《High-Speed Testing Methods for LEDs》

由于LED生产过程的复杂性，从外延层生长开始，经过芯片制造，到最终结合各种材料的裸片的封装过程（焊片、焊线、封装等），都必须对所有LED进行测试，以确保其在指定颜色、亮度和电压方面具有高的性能质量， CIE 226详细介绍了LED封装和LED芯片（包括HP-LED）的高速产线测量方法，旨在对产线过程中LED的检测给出测试建议，并提供正确解释这些测量结果的信息。本文在以下部分中将主要对CIE 226提到的LED封装级和LED芯片级的高速测试方法进行介绍。

LED封装级的高速测试方法

LED后端的封装级测试主要是电气和光学参数的测试过程，并根据所需的参数对LED进行分bin。整个系统包括包含分选模块、测试仪（控制器+SMU）、测试夹具以及配置光纤束的快速光谱辐射计和积分球/测量适配器。在此基础上，CIE 226给出了如图5（a）和（b）所示的光通量和平均光强的高速自动LED测试几何示意图，同时也指出了LED产线高速测试中还存在着许多方面需要控制的挑战，例如：精确的光学测量、测试系统的精确对准，环境条件的控制等。

（a）光通量：2π(积分球）

（b）平均光强：CIE 条件 A和B

（注：SOT、EOT和SMU分别为Start Of Test、End of Test和Source Measure Unit的缩写。）

↑

图5 光通量和平均光强的高速自动LED测试几何示意图

LED前端芯片级的高速测试方法

本部分主要用于产线上LED芯片光电性能的测量控制，以确保生产前期阶段LED的质量。由于产线上对测量时间和空间的要求，CIE建议使用积分球和光学测试探头进行产线测试，但芯片级的测试也可以使用其它几何。光学测试探头单元可以是积分球、大硅探测器、光纤探头或显微镜，如图6所示。光收集的立体角随使用的光学探头单元而变化：积分球和大硅探测器具有相对较大的聚光角，光纤探头和显微镜的则相对较小，只能接收近轴光；光源的距离应该是固定的，并且与校准过程中保持一致；防护窗或圆顶作为光学测试探头的一部分，不应拆卸或更换。

（a）积分球式光学探测单元

（b）大片硅式光学探测单元

（c）光纤式光学探测单元

（d）显微镜式光学探测单元

↑

图6 不同光学探测单元的LED芯片级产线测试系统结构示意图

LED高速产线测量解决方案

典型的LED高速产线测量解决方案如远方的LED-950 COB全自动快速测试系统和MAT-2000LED模组在线测试系统等，如图7所示。LED-950和MAT-2000采用高精度快速光谱辐射测量分析专利技术，精度高，速度快（最高可达2.5K/h），兼容性强，自动化成程度高，是在线测试、产品分选、质量检验与控制的理想设备，测试报告示例如图8所示。

↑

图7 LED高速产线测量的典型测量系统：远方LED 950（上）和MAT-2000（下）