封裝LED的光色參數(shù)一般是在PN結(jié)為25±1℃的條件下給出的，而在實(shí)際工作中，結(jié)溫通常高于25℃，其光色性能會發(fā)生較大變化，這也給封裝LED的應(yīng)用帶來困擾。因此，有必要監(jiān)測LED的光色參數(shù)隨結(jié)溫變化的情況，如圖3所示。光色參數(shù)隨PN結(jié)溫度變化曲線的測量與K系數(shù)的測量方法類似。
?
圖3白光LED的光通量和色溫隨結(jié)溫的變化關(guān)系[1]
而考察環(huán)境溫度(參考點(diǎn)溫度)對LED的光色參數(shù)的影響則更為直觀，對LED的應(yīng)用更具指導(dǎo)意義。該測量可在下述的加速老練和壽命試驗(yàn)箱中進(jìn)行。
3 LED壽命測試
3.1 LED的加速老練和壽命測試
與傳統(tǒng)照明產(chǎn)品不同，LED產(chǎn)品的壽命終了主要表現(xiàn)為光衰到一定程度，如衰減到50%或70%流明維持率，即L50或L70。現(xiàn)有的國際標(biāo)準(zhǔn)或國家標(biāo)準(zhǔn)中除了對壽命時間提出要求外，一般還要求燃點(diǎn)3000h時光通維持率應(yīng)不低于92%，在燃點(diǎn)6000h時其光通維持率應(yīng)不低于88%;也有標(biāo)準(zhǔn)根據(jù)6000h時的光通維持率對LED進(jìn)行等級分類。美國標(biāo)準(zhǔn)LM-80-08主要針對封裝LED及LED模塊的光通維持壽命測量，它提出了在三個外殼溫度下測量LED的光通維持率，分別為：85oC ，55oC 和制造商選擇的溫度，在高溫下老練LED，主要是為了模擬被測LED的實(shí)際工作環(huán)境。老練測試時間為6000小時，可根據(jù)測試的數(shù)據(jù)進(jìn)行外推計算獲取LED的壽命時間。如圖4所示為壽命推算曲線：
?
圖4 LM-80壽命推算曲線
LED的壽命很長，額定條件下的老練壽命測試極為耗時。除了上述的根據(jù)初期光通維持率變化外推出L50或L70壽命時間的外推法之外，還可以使用加速老練壽命試驗(yàn)的解決方案，即在不改變LED失效機(jī)理的前提下，加大應(yīng)力條件來加快LED的衰減速度，從而減少壽命試驗(yàn)的時間[2-3]。目前加速壽命試驗(yàn)可分為增大測試電流和提高環(huán)境溫度兩種加速方法，以電流加速試驗(yàn)為主。加速老練獲取的壽命值可根據(jù)阿侖尼斯(Arrhenius)模型計算出額定條件下LED的期望壽命。
4 檢測設(shè)備概述
4.1 熱特性檢測設(shè)備和熱光電綜合測試系統(tǒng)
根據(jù)上述2.1節(jié)所討論的熱特性檢測方法，其技術(shù)難點(diǎn)在于對測試設(shè)備性能要求很高：電流切換和采樣速率必須足夠快、電壓測量精度要高且LED的外部溫度必須能穩(wěn)定控制。國際上匈牙利的T3Ster LED熱阻測試系統(tǒng)和美國的Phase11熱阻分析儀能基本滿足要求，但這兩款儀器的價格昂貴，給工業(yè)檢測帶來經(jīng)濟(jì)障礙。中國遠(yuǎn)方公司在對相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的深入研究基礎(chǔ)上，根據(jù)LED的特點(diǎn)，開發(fā)出滿足上述技術(shù)要求的檢測設(shè)備HEO-200熱電測試系統(tǒng)，價格較國外設(shè)備大幅降低。
HEO-200采用MOS(Metal Oxide Semiconductor)技術(shù)來實(shí)現(xiàn)電流的切換，切換時間小于10μs，能有效避免結(jié)溫冷卻帶來的試驗(yàn)誤差。在對瞬態(tài)數(shù)據(jù)的采集中，采用循環(huán)測試法，即在2.1節(jié)所述步驟2)中，通過在極短時間內(nèi)斷開加熱電流情況下快速采集數(shù)據(jù)以得到瞬態(tài)變化數(shù)據(jù)，并配以1MHz/s的采樣速度，采集瞬態(tài)數(shù)據(jù)的精度高達(dá)1μs，保證了分析結(jié)果的準(zhǔn)確性。
系統(tǒng)實(shí)物如圖5所示，包括測試主機(jī)、靜態(tài)空氣試驗(yàn)箱以及專業(yè)測量分析軟件等，在系統(tǒng)工作中，為保證測量結(jié)果的準(zhǔn)確性，系統(tǒng)采用內(nèi)置的恒流源給LED提供電壓，確保LED發(fā)光穩(wěn)定。該套系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)結(jié)溫、熱阻(瞬態(tài)熱阻、穩(wěn)態(tài)熱阻)、加熱曲線和冷卻曲線的準(zhǔn)確測量。
?
圖5 LED熱特性檢測設(shè)備
為實(shí)現(xiàn)LED的光色參數(shù)隨結(jié)溫變化曲線的測量以及不計發(fā)光功率的熱阻測量，在上述系統(tǒng)基礎(chǔ)上，配置具有同步觸發(fā)功能的高精度快速光譜儀和積分球來實(shí)現(xiàn)光色參數(shù)的測量。