紅外LED芯片深度評測：性能能否堪當大任

　　LED已經不單單滿足于通用照明市場的份額，隨著下游對一些特殊細分應用市場的關注度提升，部分LED芯片廠商開始針對紫外、紅外等領域市場布局，并持續推陳出新。也正因為此，筆者接下來將開始把更多目光投向這一新興應用領域，并針對開發應用產品推出更多系列評測。

　　晶元光電持續熱推的型號ES-SASFPN42D紅外芯片產品，曾“創下全世界發光效率最高的實驗室紀錄”而引發關注，最近我們拿到20個該型號樣品，為一探究竟，我們將樣品納入這一期的測試與評估。并特別邀請佛山市香港科技大學LED-FPD工程技術研究開發中心作為第三方檢測機構對樣品參數和性能進行檢測。

　　樣品初始為紅外芯片裸晶狀態，尺寸42milX42mil，厚度6.7mil，為垂直結構芯片，上表面焊點及下表面均為鍍金，如圖1所示。

　　圖1 芯片外觀

　　此次實驗室評測是基于將該款芯片封裝到5050支架上進行性能測試，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，利用遠方光譜分析系統及0.3m積分球（圖3），并隨機抽取5顆樣品對該款樣品進行了光色電參數基本測試，其測試結果如表1所示。

　　圖3 遠方光譜分析系統及0.3m積分球

　　表1 基本光色電參數（@350mA）

　　隨機選取的5顆樣品在350mA電流狀態下，輸出的平均輻射功率為316.4mW，電光轉換效率為61.00%，平均峰值波長為858.9nm，半波寬為35.5nm。

　　依據以往測試結果和經驗來看，同樣操作條件下，一般紅外芯片電光轉換效果大概維持在50%左右，差不多高出約11%，也就是說，消耗同等電功率的情況下，可以提供較傳統芯片更高的亮度輸出。在一些高紅外照度需求的行業，這在一定程度上可以為創造更高效率的紅外照明解決方案提供基礎。

　　在表現LED光譜能量分布時我們常以峰值波長和光譜半波寬來作為重要參照。一般由GaAs材料制得的紅外LED在波長分布上明顯要比其他化合物種類、結構制成的LED要寬，樣品測得平均峰值波長858.9nm，一般認為，850-950nm范圍已經屬于長波長紅外光，與此前一直在受波長寬幅掣肘的傳統紅外芯片對比來看，確實有不小的進步。從峰值波長曲線對應的半波寬平均值為35.5nm，可以看出光譜寬度還是比較窄的，說明在發光顏色上比較鮮明純凈，十分清晰。

　　伏安特性曲線

　　隨機抽取5個樣品進行伏安特性測試，結果如圖4所示。

　　圖4 伏安特性曲線

　　LED的性能可用其伏安特性來描述。圖中曲線反映了電壓與電流變化的關系，在施加正向電壓較小時，電流變化也很小，幾乎為零，當超過1.2V時，隨著電壓升高，電流迅速增大，變化幅度加大，呈指數曲線關系，達到1.5V電壓狀態下，工作電流達到350mA。

　　當超過“死區電壓”之后，電壓變化很小的情況下，電流變化很大。業界一般認為，大功率LED工作電流為350mA，在需要進行恒流電路供電的狀態下應該考慮LED的過電流問題。當然，從曲線來看，樣品在一定電壓范圍內，電流處于工作范圍內，這對于LED的降低功耗和減少老化周期具有相當意義。

　　光色電性能的溫度變化特性

　　在遠方0.3m積分球的基礎上配備專用水冷控溫夾具（圖5），可測試樣品在不同溫度下的光色電參數的變化。該測評產品的光色電參數結果如圖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）電光轉換效率-溫度變化特性（@350mA）：

　　圖8 電光轉換效率-溫度變化曲線

　　4）峰值波長及半波寬-溫度變化特性（@350mA）：

　　圖9 峰值波長及半波寬-溫度變化特性

　　由圖7與圖9可以看出，該款產品在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%/℃；峰值波長隨溫度升高產生紅移，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）電光轉換效率隨電流變化特性：

　　圖11 電光轉換效率-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

　　基于時間與成本的考慮，我們進行了336h高溫高濕環境下的老化測試。

　　老化條件為85℃ 85%RH，350mA電流點亮，我們在0h、168h、336h分別作了光色電性能測試，計算，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為此款樣品經過老化后性能保持穩定。

　　小結：

　　從轉向特殊細分應用市場甫一開始，安防、醫療、汽車等領域就是這類紅外芯片產品劍指的目標，隨著越來越多企業參與進來，產品線越來越豐富，紅外照明技術依舊面臨諸多亟需突破的瓶頸，電光轉換效率、波長寬度、產品功耗以及穩定性都需進一步精進。此款紅外芯片產品從一發布便引發關注，依測試結果來看，其在光色表現和穩定性上堪稱優秀，同時溫度變化條件下的光色電性能能夠保持在相對較小范圍內的波動，可適應多種環境和領域的應用需要。