发光二极管检测原理

发光二极管（LED，Light Emitting Diode）自20世纪60年代问世以来，已广泛应用于照明、显示、背光、信号指示、医疗、通信等多个领域。其高效、节能、寿命长、响应快等优势，使其成为现代光电技术的核心元件之一。

然而，不同品牌、不同批次的LED性能差异巨大。如何科学、准确地评估一颗LED的品质？这就离不开LED检测。本文将深入解析发光二极管检测原理，带你从电学、光学、热学三个维度，全面理解LED性能的“体检”过程。

一、LED的基本工作原理（检测的基础）

在了解检测之前，先回顾LED的工作原理：

LED是一种半导体P-N结器件。当外加正向电压时，电子与空穴在P-N结附近复合，能量以光子的形式释放，产生可见光或不可见光（如红外、紫外）。

发光特性取决于半导体材料的能带结构：

• GaAs：红外光

• GaP：红光、绿光

• InGaN：蓝光、绿光、白光（蓝光+荧光粉）

• AlGaInP：红光、橙光、黄光

正是这种“电致发光”机制，决定了LED检测必须从电、光、热三方面协同进行。

光学参数检测：看“发得多不多，发得纯不纯”

这是LED检测中最关键的部分，通常在积分球或分布光度计中完成。

核心参数与检测原理：

（1）光通量（Luminous Flux, Φv）——“总亮度”

• 单位：流明（lm）

• 检测原理：将LED置于积分球内，利用内壁高反射涂层实现光的均匀漫射，通过校准的光探测器测量总光输出。

• 应用：评估照明级LED的发光能力。

（2）发光强度（Luminous Intensity, Iv）——“方向亮度”

• 单位：坎德拉（cd）

• 检测原理：在规定方向（通常为法线方向）测量单位立体角内的光通量，适用于指示灯、信号灯。

• 设备：标准光度计、角度测试台。

（3）光谱功率分布（Spectral Power Distribution, SPD）

• 检测原理：使用光谱仪将LED发出的光色散成不同波长，测量各波长的相对光强。

• 关键作用：

• 计算色温、显色指数

• 判断是否有蓝光峰值过高

• 识别荧光粉转换效率

（4）相关色温（CCT）——“光的颜色冷暖”

• 单位：开尔文（K）

• 计算方法：基于光谱数据，通过CIE标准观察者函数计算色坐标，再查表得出对应黑体辐射温度。

• 常见范围：2700K（暖黄）→ 6500K（冷白）

（5）显色指数（CRI, Ra）——“还原真实颜色的能力”

• 计算方法：比较LED照射下8种标准颜色样品与标准光源下的颜色偏差，Ra为平均值。

• Ra ≥ 80：一般照明

• Ra ≥ 90：高显色需求（如摄影、博物馆）

（6）色品坐标（x, y）与色容差（SDCM）

• 色品坐标：在CIE 1931色度图中定位光色

• SDCM（Δu'v'）：衡量同一批LED的色差一致性，≤3为优

热学参数检测：看“发不发热，热了怎么办”

LED的性能和寿命对温度极为敏感。结温每升高10℃，寿命可能缩短一半。

关键检测项目：

（1）热阻（Thermal Resistance, Rth）

• 定义：结温与壳温之差除以功耗（单位：℃/W）

• 检测原理：

1. 利用LED的正向电压随温度变化的特性（VF-T特性）进行标定

2. 在恒定电流下，测量加热前后的VF变化，推算结温

3. 结合功耗计算热阻

• 意义：热阻越低，散热越好，LED越可靠

LED检测的典型流程

1. 样品准备：清洁LED引脚，固定在测试治具上

2. 电学测试：测量VF、IR，筛选电性不良品

3. 光学测试：在积分球中测量光通量、光谱、色温、显色指数

4. 热学测试：测量热阻与结温

5. 老化测试（可选）：长时间通电，观察光衰

6. 数据分析与分级：根据结果对LED进行亮度、色温分档（Bin）