隨著LED性能的不斷提高,LED的應用不斷拓寬,已從指示、顯示發(fā)展到照明。近幾年,在景觀照明、顯示屏、特殊照明及LCD背光源的應用,是對LED檢測設備的挑戰(zhàn)和機遇。LED是一種半導體結型發(fā)光產品,產品的光、電、熱、壽命等與傳統(tǒng)的鎢絲熱輻射光源、氣體放電光源等有較大的區(qū)別。目前,在實際應用中還有許多問題有待解決,特別是功率型白光LED在照明中的應用,無論是LED新產品的研發(fā)、生產過程的品質控制還是終端產品的檢驗,檢測設備都是促進半導體照明產業(yè)發(fā)展的一個重要工具。
國際上,LED檢測儀器主要來自于美國、德國和日本等國家。近幾年,我國的LED檢測儀器發(fā)展也非常迅速,已涉及從LED芯片、發(fā)光材料、LED器件、LED燈和燈具等產業(yè)各個環(huán)節(jié)。在封裝和應用方面,我國的產業(yè)隊伍龐大,對檢測儀器的需求也大,尤其近幾年功率型白光LED逐步進入照明領域,目前的產品仍然處于初級階段,產品的光色一致性、可靠性、熱學管理等還不十分令人滿意,LED產品的在線檢測和分選設備、熱學性能檢測儀器、壽命和可靠性試驗設備等是當前產業(yè)發(fā)展的瓶頸。
產品安全檢測國產設備基本滿足需求
安全檢測設備包括電氣安全、材料防火安全以及LED光輻射安全等安全類檢測設備。電氣安全和材料防火安全等常規(guī)安全類檢測設備與傳統(tǒng)電器產品類似,已經有各種的國產化設備。目前,國產化設備基本可以滿足國內產業(yè)的需求。
值得一提的是LED光輻射安全檢測設備。近年來,LED芯片的功率及外量子效率大幅度提高,大功率藍光LED芯片已廣泛應用于普通照明領域。高功率多芯片集成及二次光學技術的發(fā)展,由此導致的LED光輻射安全問題越來越引起人們的關注。歐盟國家已經將LED產品光輻射安全納入CE的強制性安全認證指標。
目前,我國在LED光輻射安全檢測方面走在了世界的前列。在國際照明委員會CIE,以及國際電工委員會IEC光輻射安全標準制訂中,中國在LED光輻射安全測量等方面已經發(fā)揮主要作用。杭州浙大三色儀器有限公司結合光電檢測及光生物安全多年的研究基礎,針對LED光輻射安全檢測已研發(fā)成功具有自主知識產權的國產化設備,并作為中國成員參與了目前由5個國家組成的國際LED光輻射安全的測試對比試驗。6月初在匈牙利首都布達佩斯召開的CIE中期會議上,我國浙大三色公司的新提案“照明產品的光生物安全測量”正式獲得各國家代表投票通過,而LED產品的光輻射安全測量是其中的主要內容。
應用產品性能檢測設備初步實現(xiàn)國產化
針對LED應用產品的光學和光電檢測設備,已基本上實現(xiàn)國產化。目前,在LED行業(yè)應用的光強、光通量、色度、電性能等等檢測設備90%以上是國內制造的檢測設備。某些儀器的性能已經達到國際先進水平,如LED路燈配光、LED能效和光色性能、LED顯示屏和背光源等的檢測設備,不僅完全能夠滿足國內產業(yè)的需求,而且已經有相當一部分檢測設備出口到國外市場,包括PHILIPS照明實驗室、美國國家標準與技術研究院NIST等國際高端實驗室。
生產線檢測設備自動化程度待提高
目前,LED芯片在制造中光電性能一致性仍然比較差,主要依靠芯片自動分選設備進行檢測分檔。隨著LED在顯示和照明領域的深入應用,對LED芯片分檔的精細度要求更高。芯片自動分選檢測機是LED產業(yè)中的重要設備之一,國產化能力還比較差。
在白光LED器件生產中,由于LED芯片的離散、現(xiàn)有的涂粉工藝等,造成LED器件的光色性能離散度較大,為了達到終端產品性能的一致性,必須對封裝后的LED器件進行分檔。目前,高檔的LED器件分光分色機仍然需要進口。近幾年,隨著LED封裝產業(yè)的發(fā)展,國內已有多家單位開發(fā)國產化的設備,基本能夠滿足國內一般市場的需求。
對LED模塊、陣列及應用產品的自動在線檢測,目前還缺乏相應的自動化設備。國內部分單位已開始研制半自動設備,隨著應用產品標準的完善和市場的規(guī)范,國產設備還會有進一步的發(fā)展。
環(huán)境性能試驗設備通用性強應用面廣
常規(guī)應用于電器產品的環(huán)境性能試驗設備也可以應用于LED產品。這一類設備的通用性強、應用面廣,我國已經有較多的制造商,因此針對LED的防塵、淋雨、鹽霧等環(huán)境適應性的試驗設備均已有國產化的設備。環(huán)境性能試驗設備主要針對戶外用LED燈具產品。
隨著LED產業(yè)的發(fā)展,相關檢測設備的需求大幅度提升。通過近幾年的發(fā)展,我國LED檢測設備的國產化已有了很大的提高,部分設備的技術甚至達到了國際領先水平。我國半導體照明LED技術標準、檢測設備的發(fā)展,將有力推動LED應用產品的技術提升和產業(yè)發(fā)展。同時,也為中國在LED應用產品的自主創(chuàng)新和走向國際市場提供重要的支撐。
產品研發(fā)用檢測設備基礎較好
產品研發(fā)用檢測設備主要包括:白光照明用熒光粉的測試及分析設備、LED產品熱性能檢測設備、LED可靠性和壽命檢測設備等。
熒光粉測試及分析設備已取得較好成績
熒光粉的光學性能和效率對白光LED起著關鍵的作用。目前在大部分企業(yè),白光照明用LED產品仍然以提高發(fā)光效率為主要目的,因此,普遍采用氮化鎵藍光芯片加黃綠色熒光粉的技術,色溫比較高。而作為夜間照明,尤其是居家照明,往往是需要低色溫的照明產品。目前,低色溫白光LED產品的主要問題之一是紅色熒光粉的性能還不能滿足要求,量子效率普遍較低,只有黃綠光的0.7~0.8左右,紅色熒光粉還有待進一步改進工藝,提高發(fā)光性能。另外,藍光LED芯片與熒光粉激發(fā)光譜的最佳匹配,是保證白光LED產品的光色性能一致、提高整體發(fā)光效率的重要工藝。隨著照明白光LED產業(yè)對熒光粉效率和色度要求的提高,對熒光粉性能的評價及相關檢測設備的需求也越來越迫切。今年,工業(yè)與信息化部已將熒光粉檢測設備的國產化列入國家計劃項目中,將促進能夠真正符合普通照明需求的白光LED產品的發(fā)展。
國內在LED用熒光粉檢測設備的研究方面已經有較好的基礎。杭州浙大三色儀器有限公司與石家莊中電科技集團第十三研究所已開展了多年的合作研究,國產化的檢測設備已取得了較好的成果。2008年7月,半導體照明標準工作組的相關專家在石家莊召開的熒光粉標準現(xiàn)場測試研討會上,利用相應的檢測設備對國內的各種LED用熒光粉進行量子效率測試分析,為LED用熒光粉標準的制定提供了重要的驗證手段。
LED產品熱性能檢測設備國產化有較大進展
LED產品熱性能主要涉及結溫、熱阻參數(shù),而熱阻又包含結-管殼、結-熱沉、結-環(huán)境之間的熱阻。對LED產品各個界面之間的熱阻進行測量,是改進LED應用產品整體熱學性能的重要工作。
熱性能檢測儀器是功率型LED研發(fā)和制造中的關鍵儀器之一,目前歐洲已推出了相應的熱學分析設備,主要應用于LED封裝產品。近幾年,國產化的LED熱性能檢測設備亦有較大進展,如LED-200熱學性能綜合分析系統(tǒng),不僅檢測LED的結溫、熱阻參數(shù),還可以同時檢測LED器件在各種結溫下的光譜、光度、色度、輻射度及電性能等動態(tài)參數(shù),為功率型LED綜合性能的檢測提供了極好的平臺。
LED可靠性和壽命檢測設備標準體系正在建設中
LED器件的可靠性和壽命是應用產品設計最關注的核心問題。而LED產品具有上萬小時的壽命,按照實際工作狀態(tài)進行“點燈”試驗是不現(xiàn)實的。因此,必須針對半導體照明器件LED的光衰退的機理進行壽命的加速試驗。近幾年,國內一直在探索LED壽命的加速試驗方法及相應的實時加速試驗、檢測設備,半導體照明標準工作組也已開展相應的標準研究。
由于加速試驗的溫度較高,一般的光電測量裝置無法進行實時測量。因此,針對半導體照明器件的壽命試驗,通常是基于傳統(tǒng)的高溫試驗,將LED器件置于高溫箱內進行高溫試驗后,再取出進行離線式的光電檢測,熱應力加速試驗與光、電、顏色等性能測試分離,無法保證測試結果的實時性與同步性,對于光功率衰減與色溫漂移難以進行實時測量,其壽命準確性與可靠性難以保證。工業(yè)和信息化部半導體照明技術標準工作組已于2006年組織LED器件行業(yè)協(xié)會和石家莊中國電子科技集團第十三研究所等近十家企業(yè)研究制訂測試方法標準,針對LED器件封裝及系統(tǒng)失效機理,適用于半導體照明的快速可靠性壽命,快速可靠性壽命評估標準等科學理論體系開展了前期的研究工作,目前標準正在制定之中。
2008年底,杭州浙大三色儀器有限公司與中國電子科技集團第十三研究所針對多溫區(qū)的實時測量設備開展研究,目前已有初步的成果,可以明顯縮短加速溫度應力的步進試驗時間。國際上,日本和美國也都非常重視LED器件壽命的加速試驗方法。