红外LED芯片深度评测：性能能否堪当大任

　　LED已经不单单满足于通用照明市场的份额，随着下游对一些特殊细分应用市场的关注度提升，部分LED芯片厂商开始针对紫外、红外等领域市场布局，并持续推陈出新。也正因为此，笔者接下来将开始把更多目光投向这一新兴应用领域，并针对开发应用产品推出更多系列评测。

　　晶元光电持续热推的型号ES-SASFPN42D红外芯片产品，曾“创下全世界发光效率最高的实验室纪录”而引发关注，最近我们拿到20个该型号样品，为一探究竟，我们将样品纳入这一期的测试与评估。并特别邀请佛山市香港科技大学LED-FPD工程技术研究开发中心作为第三方检测机构对样品参数和性能进行检测。

　　样品初始为红外芯片裸晶状态，尺寸42milX42mil，厚度6.7mil，为垂直结构芯片，上表面焊点及下表面均为镀金，如图1所示。

　　

　　图1 芯片外观

　　此次实验室评测是基于将该款芯片封装到5050支架上进行性能测试，可以看到如图2所示。

　　

　　图2 芯片封装于5050支架

　　基本光色电性能

　　首先，利用远方光谱分析系统及0.3m积分球（图3），并随机抽取5颗样品对该款样品进行了光色电参数基本测试，其测试结果如表1所示。

　　

　　图3 远方光谱分析系统及0.3m积分球

　　

　　表1 基本光色电参数（@350mA）

　　随机选取的5颗样品在350mA电流状态下，输出的平均辐射功率为316.4mW，电光转换效率为61.00%，平均峰值波长为858.9nm，半波宽为35.5nm。

　　依据以往测试结果和经验来看，同样操作条件下，一般红外芯片电光转换效果大概维持在50%左右，差不多高出约11%，也就是说，消耗同等电功率的情况下，可以提供较传统芯片更高的亮度输出。在一些高红外照度需求的行业，这在一定程度上可以为创造更高效率的红外照明解决方案提供基础。

　　在表现LED光谱能量分布时我们常以峰值波长和光谱半波宽来作为重要参照。一般由GaAs材料制得的红外LED在波长分布上明显要比其他化合物种类、结构制成的LED要宽，样品测得平均峰值波长858.9nm，一般认为，850-950nm范围已经属于长波长红外光，与此前一直在受波长宽幅掣肘的传统红外芯片对比来看，确实有不小的进步。从峰值波长曲线对应的半波宽平均值为35.5nm，可以看出光谱宽度还是比较窄的，说明在发光颜色上比较鲜明纯净，十分清晰。

　　伏安特性曲线

　　随机抽取5个样品进行伏安特性测试，结果如图4所示。

　　

　　图4 伏安特性曲线

　　LED的性能可用其伏安特性来描述。图中曲线反映了电压与电流变化的关系，在施加正向电压较小时，电流变化也很小，几乎为零，当超过1.2V时，随着电压升高，电流迅速增大，变化幅度加大，呈指数曲线关系，达到1.5V电压状态下，工作电流达到350mA。

　　当超过“死区电压”之后，电压变化很小的情况下，电流变化很大。业界一般认为，大功率LED工作电流为350mA，在需要进行恒流电路供电的状态下应该考虑LED的过电流问题。当然，从曲线来看，样品在一定电压范围内，电流处于工作范围内，这对于LED的降低功耗和减少老化周期具有相当意义。

　　光色电性能的温度变化特性

　　在远方0.3m积分球的基础上配备专用水冷控温夹具（图5），可测试样品在不同温度下的光色电参数的变化。该测评产品的光色电参数结果如图6~图9所示。

　　

　　图5 0.3m积分球（配有专用水冷控温夹具）

　　1）正向电压-温度变化特性（@350mA）

　　

　　图6 正向电压-温度变化曲线

　　2）辐射功率维持率-温度变化特性（@350mA）：

　　

　　图7 辐射功率维持率-温度变化曲线

　　3）电光转换效率-温度变化特性（@350mA）：

　　

　　图8 电光转换效率-温度变化曲线

　　4）峰值波长及半波宽-温度变化特性（@350mA）：

　　

　　图9 峰值波长及半波宽-温度变化特性

　　由图7与图9可以看出，该款产品在20℃到80℃的温度变化下，辐射功率衰减了9%左右，衰减率约为0.15%/℃；峰值波长随温度升高产生红移，变化率约为0.23nm/℃。

　　不同电流下的光色电性能

　　1）辐射功率随电流变化特性：

　　

　　图10 辐射功率-电流曲线

　　2）电光转换效率随电流变化特性：

　　

　　图11 电光转换效率-电流曲线

　　由图10~图11可以看出，辐射功率随着工作电流的增加而线性增加，电光转换效率则随着工作电流的增加而线性减少。

　　高温高湿老化

　　

　　图12 辐射通量维持率随温度变化

　　基于时间与成本的考虑，我们进行了336h高温高湿环境下的老化测试。

　　老化条件为85℃ & 85%RH，350mA电流点亮，我们在0h、168h、336h分别作了光色电性能测试，计算，辐射功率维持率在168h之后基本保持在98.8%的水平，在一定程度上可以认为此款样品经过老化后性能保持稳定。

　　小结：

　　从转向特殊细分应用市场甫一开始，安防、医疗、汽车等领域就是这类红外芯片产品剑指的目标，随着越来越多企业参与进来，产品线越来越丰富，红外照明技术依旧面临诸多亟需突破的瓶颈，电光转换效率、波长宽度、产品功耗以及稳定性都需进一步精进。此款红外芯片产品从一发布便引发关注，依测试结果来看，其在光色表现和稳定性上堪称优秀，同时温度变化条件下的光色电性能能够保持在相对较小范围内的波动，可适应多种环境和领域的应用需要。