紅外LED芯片深度評(píng)測(cè)：性能能否堪當(dāng)大任

　　LED已經(jīng)不單單滿足于通用照明市場(chǎng)的份額，隨著下游對(duì)一些特殊細(xì)分應(yīng)用市場(chǎng)的關(guān)注度提升，部分LED芯片廠商開(kāi)始針對(duì)紫外、紅外等領(lǐng)域市場(chǎng)布局，并持續(xù)推陳出新。也正因?yàn)榇?，筆者接下來(lái)將開(kāi)始把更多目光投向這一新興應(yīng)用領(lǐng)域，并針對(duì)開(kāi)發(fā)應(yīng)用產(chǎn)品推出更多系列評(píng)測(cè)。

　　晶元光電持續(xù)熱推的型號(hào)ES-SASFPN42D紅外芯片產(chǎn)品，曾“創(chuàng)下全世界發(fā)光效率最高的實(shí)驗(yàn)室紀(jì)錄”而引發(fā)關(guān)注，最近我們拿到20個(gè)該型號(hào)樣品，為一探究竟，我們將樣品納入這一期的測(cè)試與評(píng)估。并特別邀請(qǐng)佛山市香港科技大學(xué)LED-FPD工程技術(shù)研究開(kāi)發(fā)中心作為第三方檢測(cè)機(jī)構(gòu)對(duì)樣品參數(shù)和性能進(jìn)行檢測(cè)。

　　樣品初始為紅外芯片裸晶狀態(tài)，尺寸42milX42mil，厚度6.7mil，為垂直結(jié)構(gòu)芯片，上表面焊點(diǎn)及下表面均為鍍金，如圖1所示。

　　圖1 芯片外觀

　　此次實(shí)驗(yàn)室評(píng)測(cè)是基于將該款芯片封裝到5050支架上進(jìn)行性能測(cè)試，可以看到如圖2所示。

　　圖2 芯片封裝于5050支架

　　基本光色電性能

　　首先，利用遠(yuǎn)方光譜分析系統(tǒng)及0.3m積分球（圖3），并隨機(jī)抽取5顆樣品對(duì)該款樣品進(jìn)行了光色電參數(shù)基本測(cè)試，其測(cè)試結(jié)果如表1所示。

　　圖3 遠(yuǎn)方光譜分析系統(tǒng)及0.3m積分球

　　表1 基本光色電參數(shù)（@350mA）

　　隨機(jī)選取的5顆樣品在350mA電流狀態(tài)下，輸出的平均輻射功率為316.4mW，電光轉(zhuǎn)換效率為61.00%，平均峰值波長(zhǎng)為858.9nm，半波寬為35.5nm。

　　依據(jù)以往測(cè)試結(jié)果和經(jīng)驗(yàn)來(lái)看，同樣操作條件下，一般紅外芯片電光轉(zhuǎn)換效果大概維持在50%左右，差不多高出約11%，也就是說(shuō)，消耗同等電功率的情況下，可以提供較傳統(tǒng)芯片更高的亮度輸出。在一些高紅外照度需求的行業(yè)，這在一定程度上可以為創(chuàng)造更高效率的紅外照明解決方案提供基礎(chǔ)。

　　在表現(xiàn)LED光譜能量分布時(shí)我們常以峰值波長(zhǎng)和光譜半波寬來(lái)作為重要參照。一般由GaAs材料制得的紅外LED在波長(zhǎng)分布上明顯要比其他化合物種類、結(jié)構(gòu)制成的LED要寬，樣品測(cè)得平均峰值波長(zhǎng)858.9nm，一般認(rèn)為，850-950nm范圍已經(jīng)屬于長(zhǎng)波長(zhǎng)紅外光，與此前一直在受波長(zhǎng)寬幅掣肘的傳統(tǒng)紅外芯片對(duì)比來(lái)看，確實(shí)有不小的進(jìn)步。從峰值波長(zhǎng)曲線對(duì)應(yīng)的半波寬平均值為35.5nm，可以看出光譜寬度還是比較窄的，說(shuō)明在發(fā)光顏色上比較鮮明純凈，十分清晰。

　　伏安特性曲線

　　隨機(jī)抽取5個(gè)樣品進(jìn)行伏安特性測(cè)試，結(jié)果如圖4所示。

　　圖4 伏安特性曲線

　　LED的性能可用其伏安特性來(lái)描述。圖中曲線反映了電壓與電流變化的關(guān)系，在施加正向電壓較小時(shí)，電流變化也很小，幾乎為零，當(dāng)超過(guò)1.2V時(shí)，隨著電壓升高，電流迅速增大，變化幅度加大，呈指數(shù)曲線關(guān)系，達(dá)到1.5V電壓狀態(tài)下，工作電流達(dá)到350mA。

　　當(dāng)超過(guò)“死區(qū)電壓”之后，電壓變化很小的情況下，電流變化很大。業(yè)界一般認(rèn)為，大功率LED工作電流為350mA，在需要進(jìn)行恒流電路供電的狀態(tài)下應(yīng)該考慮LED的過(guò)電流問(wèn)題。當(dāng)然，從曲線來(lái)看，樣品在一定電壓范圍內(nèi)，電流處于工作范圍內(nèi)，這對(duì)于LED的降低功耗和減少老化周期具有相當(dāng)意義。

　　光色電性能的溫度變化特性

　　在遠(yuǎn)方0.3m積分球的基礎(chǔ)上配備專用水冷控溫夾具（圖5），可測(cè)試樣品在不同溫度下的光色電參數(shù)的變化。該測(cè)評(píng)產(chǎn)品的光色電參數(shù)結(jié)果如圖6~圖9所示。

　　圖5 0.3m積分球（配有專用水冷控溫夾具）

　　1）正向電壓-溫度變化特性（@350mA）

　　圖6 正向電壓-溫度變化曲線

　　2）輻射功率維持率-溫度變化特性（@350mA）：

　　圖7 輻射功率維持率-溫度變化曲線

　　3）電光轉(zhuǎn)換效率-溫度變化特性（@350mA）：

　　圖8 電光轉(zhuǎn)換效率-溫度變化曲線

　　4）峰值波長(zhǎng)及半波寬-溫度變化特性（@350mA）：

　　圖9 峰值波長(zhǎng)及半波寬-溫度變化特性

　　由圖7與圖9可以看出，該款產(chǎn)品在20℃到80℃的溫度變化下，輻射功率衰減了9%左右，衰減率約為0.15%/℃；峰值波長(zhǎng)隨溫度升高產(chǎn)生紅移，變化率約為0.23nm/℃。

　　不同電流下的光色電性能

　　1）輻射功率隨電流變化特性：

　　圖10 輻射功率-電流曲線

　　2）電光轉(zhuǎn)換效率隨電流變化特性：

　　圖11 電光轉(zhuǎn)換效率-電流曲線

　　由圖10~圖11可以看出，輻射功率隨著工作電流的增加而線性增加，電光轉(zhuǎn)換效率則隨著工作電流的增加而線性減少。

　　高溫高濕老化

　　圖12 輻射通量維持率隨溫度變化

　　基于時(shí)間與成本的考慮，我們進(jìn)行了336h高溫高濕環(huán)境下的老化測(cè)試。

　　老化條件為85℃ & 85%RH，350mA電流點(diǎn)亮，我們?cè)?h、168h、336h分別作了光色電性能測(cè)試，計(jì)算，輻射功率維持率在168h之后基本保持在98.8%的水平，在一定程度上可以認(rèn)為此款樣品經(jīng)過(guò)老化后性能保持穩(wěn)定。

　　小結(jié)：

　　從轉(zhuǎn)向特殊細(xì)分應(yīng)用市場(chǎng)甫一開(kāi)始，安防、醫(yī)療、汽車等領(lǐng)域就是這類紅外芯片產(chǎn)品劍指的目標(biāo)，隨著越來(lái)越多企業(yè)參與進(jìn)來(lái)，產(chǎn)品線越來(lái)越豐富，紅外照明技術(shù)依舊面臨諸多亟需突破的瓶頸，電光轉(zhuǎn)換效率、波長(zhǎng)寬度、產(chǎn)品功耗以及穩(wěn)定性都需進(jìn)一步精進(jìn)。此款紅外芯片產(chǎn)品從一發(fā)布便引發(fā)關(guān)注，依測(cè)試結(jié)果來(lái)看，其在光色表現(xiàn)和穩(wěn)定性上堪稱優(yōu)秀，同時(shí)溫度變化條件下的光色電性能能夠保持在相對(duì)較小范圍內(nèi)的波動(dòng)，可適應(yīng)多種環(huán)境和領(lǐng)域的應(yīng)用需要。