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行业知识

查表法进行LED色度学参数测试


LED(Light Emitting Diode,LED)器件的内在特征决定了它具有很多优点,诸如:体积小、耗电量低、使用寿命长、高亮度、低热量、环保、坚固耐用等。随着“国家半导体照明工程”的正式启动,近年来,我国在LED产业发展非常迅速,在技术方面不断取得突破。现阶段的LED产业主要以芯片分选及封装为主,但目前LED的测试技术和手段相对落后,致使LED的分选精度和封装速度都不能满足企业的需求。LED芯片的分选和封装一般是通过LED器件的发光颜色来确定的,即是通过LED色度学参数来确定。LED相关色度学参数有:主波长、CIE(Commission Internationale de L’Eclairage,CIE)光谱三刺激值、色度坐标、纯度等。

LED色度学参数是由其光谱能量分布函数P(λ)决定的,根据CIE1931的规定,由光谱相对能量分布函数P(λ)引起的CIE三刺激值X、Y、Z可以按下式计算。

测试出LED发光器件的色度坐标后,该发光体颜色的主波长不难获得。为了说明“主波长”的概念,需一个参照照明体如等能白光,根据加混色定律,某点颜色可以用等能白光和光谱波长为主波长的光谱色相合而获得。

该测试系统中是使用高性能光谱测试仪、2 048像素线阵CCD(Charged CoupLED Device,CCD)、PCI-023E数据采集卡作为LED光谱相对能量值数据采集工具。搭建的数据采集硬件平台。

LED色度学参数测试方法是利用如图1设计的数据采集硬件平台测试出LED的光谱相对能量分布,用LabVIEW调用光谱测试仪API函数并编写光谱相对能量分布值数据采集程序框图,再结合相关色学原理计算出三刺激值、色度坐标、主波长、纯度等参数,如图2所示。

通过LabVIEW编写程序调用光谱测试仪的API函数,采集得到的蓝光LED光谱能量分布相对值的数据所示。

横坐标表示线阵CCD传感器中的2048个像素,纵坐标表示每一个像素对不同波长的光谱强度感应的电压,经PCI-6023E数据采集卡A/D转换为LED光谱能量分布相对值。在实际测量中,线阵CCD像素xp与波长x(λ)之间有如下函数关系x(λ)=0.206 64xp+273.511

取LED波长步长Δλ=1nm,即可计算出LED主波长所对应的三刺激值X、Y、Z,再根据式得到该LED的色度坐标(xn,yn)。

查表法实质是将所有LED的色度坐标与等能白光连线的斜率形成一个表格,即通过斜率定位找到表格里的色度坐标,又通过色度坐标找到对应的LED主波长。由于色度图上主波长为360~700nm对应的色度坐标与等能白光连线的斜率没有规律,因此需要将CIE1931色度图进行合理分区间,将色度图分为4个区间。这样分区的目的是保证在每一个区间内LED色度坐标与等能白光色度坐标连线的斜率是单调递减,以便通过查表法测试出待测LED对应的主波长。已知间隔Δλ=1nm的LED两个主波长表1 色度图的4个区间主波长/nm(斜率)主波长/nm(斜率)。

取12个标准的LED器件,在该测试系统中逐一测试器件的色度学参数值。测试环境条件为:1)标准大气条件;2)温度为(25±1)℃;3)相对湿度为48%~52%;4)气压为86~106kPa;测试工作条件为:工作电流为20mA,工作电压为(3±0.05)V。

从测试数据可分析出,用查表法并结合LabVIEW编程来测试LED器件的主波长和色度坐标等参数准确度很高,待测LED的主波长与标准LED的主波长测试误差不超过1nm,色度坐标测试误差不超过2.5%,纯度测试误差不超过3%,峰值波长在实际分选测试中参考意义不大,测试误差在±2nm。

文中提出的查表法并结合LabVIEW编程,可准确高效地测出LED色度学参数。基于查表法将CIE1931色度图分成4个区域,可提高计算LED主波长的速度,LED主波长所在区域定位好后,又根据数学插值法,可提高计算LED主波长的精度,而且LED其它色度学参数均可准确高效地测试出来,满足工业LED器件分选与封装的精度要求。