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我国的LED检测仪器迅速发展

行业聚焦点中国仪表网2009年07月24日 13:39人气:4195

 

  随着LED性能的不断提高,LED的应用不断拓宽,已从指示、显示发展到照明。近几年,在景观照明、显示屏、特殊照明及LCD背光源的应用,是对LED检测设备的挑战和机遇。LED是一种半导体结型发光产品,产品的光、电、热、寿命等与传统的钨丝热辐射光源、气体放电光源等有较大的区别。目前,在实际应用中还有许多问题有待解决,特别是功率型白光LED在照明中的应用,无论是LED新产品的研发、生产过程的品质控制还是终端产品的检验,检测设备都是促进半导体照明产业发展的一个重要工具。

  国际上,LED检测仪器主要来自于美国、德国和日本等国家。近几年,我国的LED检测仪器发展也非常迅速,已涉及从LED芯片、发光材料、LED器件、LED灯和灯具等产业各个环节。在封装和应用方面,我国的产业队伍庞大,对检测仪器的需求也大,尤其近几年功率型白光LED逐步进入照明领域,目前的产品仍然处于初级阶段,产品的光色一致性、可靠性、热学管理等还不十分令人满意,LED产品的在线检测和分选设备、热学性能检测仪器、寿命和可靠性试验设备等是当前产业发展的瓶颈。

  产品安全检测国产设备基本满足需求

  安全检测设备包括电气安全、材料防火安全以及LED光辐射安全等安全类检测设备。电气安全和材料防火安全等常规安全类检测设备与传统电器产品类似,已经有各种的国产化设备。目前,国产化设备基本可以满足国内产业的需求。

  值得一提的是LED光辐射安全检测设备。近年来,LED芯片的功率及外量子效率大幅度提高,大功率蓝光LED芯片已广泛应用于普通照明领域。高功率多芯片集成及二次光学技术的发展,由此导致的LED光辐射安全问题越来越引起人们的关注。欧盟国家已经将LED产品光辐射安全纳入CE的强制性安全认证指标。

  目前,我国在LED光辐射安全检测方面走在了世界的前列。在国际照明委员会CIE,以及国际电工委员会IEC光辐射安全标准制订中,中国在LED光辐射安全测量等方面已经发挥主要作用。杭州浙大三色仪器有限公司结合光电检测及光生物安全多年的研究基础,针对LED光辐射安全检测已研发成功具有自主知识产权的国产化设备,并作为中国成员参与了目前由5个国家组成的国际LED光辐射安全的测试对比试验。6月初在匈牙利首都布达佩斯召开的CIE中期会议上,我国浙大三色公司的新提案“照明产品的光生物安全测量”正式获得各国家代表投票通过,而LED产品的光辐射安全测量是其中的主要内容。

  应用产品性能检测设备初步实现国产化

  针对LED应用产品的光学和光电检测设备,已基本上实现国产化。目前,在LED行业应用的光强、光通量、色度、电性能等等检测设备90%以上是国内制造的检测设备。某些仪器的性能已经达到国际先进水平,如LED路灯配光、LED能效和光色性能、LED显示屏和背光源等的检测设备,不仅完全能够满足国内产业的需求,而且已经有相当一部分检测设备出口到国外市场,包括PHILIPS照明实验室、美国国家标准与技术研究院NIST等国际高端实验室。

  生产线检测设备自动化程度待提高

  目前,LED芯片在制造中光电性能一致性仍然比较差,主要依靠芯片自动分选设备进行检测分档。随着LED在显示和照明领域的深入应用,对LED芯片分档的精细度要求更高。芯片自动分选检测机是LED产业中的重要设备之一,国产化能力还比较差。

  在白光LED器件生产中,由于LED芯片的离散、现有的涂粉工艺等,造成LED器件的光色性能离散度较大,为了达到终端产品性能的一致性,必须对封装后的LED器件进行分档。目前,高档的LED器件分光分色机仍然需要进口。近几年,随着LED封装产业的发展,国内已有多家单位开发国产化的设备,基本能够满足国内一般市场的需求。

  对LED模块、阵列及应用产品的自动在线检测,目前还缺乏相应的自动化设备。国内部分单位已开始研制半自动设备,随着应用产品标准的完善和市场的规范,国产设备还会有进一步的发展。

  环境性能试验设备通用性强应用面广

  常规应用于电器产品的环境性能试验设备也可以应用于LED产品。这一类设备的通用性强、应用面广,我国已经有较多的制造商,因此针对LED的防尘、淋雨、盐雾等环境适应性的试验设备均已有国产化的设备。环境性能试验设备主要针对户外用LED灯具产品。

  随着LED产业的发展,相关检测设备的需求大幅度提升。通过近几年的发展,我国LED检测设备的国产化已有了很大的提高,部分设备的技术甚至达到了国际领先水平。我国半导体照明LED技术标准、检测设备的发展,将有力推动LED应用产品的技术提升和产业发展。同时,也为中国在LED应用产品的自主创新和走向国际市场提供重要的支撑。

  产品研发用检测设备基础较好

  产品研发用检测设备主要包括:白光照明用荧光粉的测试及分析设备、LED产品热性能检测设备、LED可靠性和寿命检测设备等。

  荧光粉测试及分析设备已取得较好成绩

  荧光粉的光学性能和效率对白光LED起着关键的作用。目前在大部分企业,白光照明用LED产品仍然以提高发光效率为主要目的,因此,普遍采用氮化镓蓝光芯片加黄绿色荧光粉的技术,色温比较高。而作为夜间照明,尤其是居家照明,往往是需要低色温的照明产品。目前,低色温白光LED产品的主要问题之一是红色荧光粉的性能还不能满足要求,量子效率普遍较低,只有黄绿光的0.7~0.8左右,红色荧光粉还有待进一步改进工艺,提高发光性能。另外,蓝光LED芯片与荧光粉激发光谱的最佳匹配,是保证白光LED产品的光色性能一致、提高整体发光效率的重要工艺。随着照明白光LED产业对荧光粉效率和色度要求的提高,对荧光粉性能的评价及相关检测设备的需求也越来越迫切。今年,工业与信息化部已将荧光粉检测设备的国产化列入国家计划项目中,将促进能够真正符合普通照明需求的白光LED产品的发展。

  国内在LED用荧光粉检测设备的研究方面已经有较好的基础。杭州浙大三色仪器有限公司与石家庄中电科技集团第十三研究所已开展了多年的合作研究,国产化的检测设备已取得了较好的成果。2008年7月,半导体照明标准工作组的相关专家在石家庄召开的荧光粉标准现场测试研讨会上,利用相应的检测设备对国内的各种LED用荧光粉进行量子效率测试分析,为LED用荧光粉标准的制定提供了重要的验证手段。

  LED产品热性能检测设备国产化有较大进展

  LED产品热性能主要涉及结温、热阻参数,而热阻又包含结-管壳、结-热沉、结-环境之间的热阻。对LED产品各个界面之间的热阻进行测量,是改进LED应用产品整体热学性能的重要工作。

  热性能检测仪器是功率型LED研发和制造中的关键仪器之一,目前欧洲已推出了相应的热学分析设备,主要应用于LED封装产品。近几年,国产化的LED热性能检测设备亦有较大进展,如LED-200热学性能综合分析系统,不仅检测LED的结温、热阻参数,还可以同时检测LED器件在各种结温下的光谱、光度、色度、辐射度及电性能等动态参数,为功率型LED综合性能的检测提供了极好的平台。

  LED可靠性和寿命检测设备标准体系正在建设中

  LED器件的可靠性和寿命是应用产品设计最关注的核心问题。而LED产品具有上万小时的寿命,按照实际工作状态进行“点灯”试验是不现实的。因此,必须针对半导体照明器件LED的光衰退的机理进行寿命的加速试验。近几年,国内一直在探索LED寿命的加速试验方法及相应的实时加速试验、检测设备,半导体照明标准工作组也已开展相应的标准研究。

  由于加速试验的温度较高,一般的光电测量装置无法进行实时测量。因此,针对半导体照明器件的寿命试验,通常是基于传统的高温试验,将LED器件置于高温箱内进行高温试验后,再取出进行离线式的光电检测,热应力加速试验与光、电、颜色等性能测试分离,无法保证测试结果的实时性与同步性,对于光功率衰减与色温漂移难以进行实时测量,其寿命准确性与可靠性难以保证。工业和信息化部半导体照明技术标准工作组已于2006年组织LED器件行业协会和石家庄中国电子科技集团第十三研究所等近十家企业研究制订测试方法标准,针对LED器件封装及系统失效机理,适用于半导体照明的快速可靠性寿命,快速可靠性寿命评估标准等科学理论体系开展了前期的研究工作,目前标准正在制定之中。

  2008年底,杭州浙大三色仪器有限公司与中国电子科技集团第十三研究所针对多温区的实时测量设备开展研究,目前已有初步的成果,可以明显缩短加速温度应力的步进试验时间。国际上,日本和美国也都非常重视LED器件寿命的加速试验方法。

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