Исследование электрических и оптических параметров мощных светодиодов серии REBEL ES производства компании Philips Lumileds

На рынке полупроводникового света сегодня ярко звучат имена основных производителей мощных светодиодов. Некоторая продукция постоянно на слуху, некоторая же, в виду ряда обстоятельств, незаслуженно остаётся в тени. Конъюнктура спроса на российском рынке как-то исторически сложилась не в пользу компании Philips Lumileds. Мы решили исправить эту несправедливость и обнародовать реальные характеристики продукции компании Lumileds. Посчитав ниже собственного достоинства высокохудожественно переписывать данные технических листов, мы приняли решение провести измерения в авторитетной независимой компании. Именно поэтому мы обратились в Научно-технологический центр микроэлектроники и субмикронных гетероструктур РАН с просьбой протестировать новейшую серию светодиодов компании Philips Lumileds Rebel ES.

Для проведения испытаний были изготовлены несколько демоплат MCPCB размером 32х32мм с установленными на них светодиодами Rebel LXML-PWN2, отобранными случайным образом из партии.
Измерения оптических и электрических характеристик проводились на массивном теплопроводящем основании, при температуре среды порядка 26°С. Время экспозиции при измерении световых характеристик составляло: порядка 500µсек для токов до 200мА и 100µсек для токов более 350мА. То есть именно таким образом, как декларирует производитель в технических данных на светодиод. Исходя из малого времени экспозиции, общим разогревом системы можно пренебречь, и при анализе результатов принимать во внимание только разогрев кристалла.
Целью тестирования стало измерение основных фотометрических и электрических характеристик светодиодов серии Rebel ES.

Фотометрические характеристики

Важнейшей характеристикой мощного светодиода по праву можно считать его световую отдачу. Но по ряду причин подавляющее большинство производителей не декларируют её как таковую, а лишь указывают значение светового потока при номинальном токе. Это очень удобно с точки зрения маркетинга, ведь далеко не всякий потребитель станет вникать в суть дела, но совершенно не приемлемо с технической точки зрения. Для объективной оценки световой отдачи при разработке используют Ватт-Амперную характеристику, отображающую зависимость светового потока от тока, протекающего через светодиод. На рисунке 1. приведены экспериментальные зависимости ВтАХ, полученные для пяти образцов светодиодов Philips Luxeon Rebel серии LXML-PWN2.

Рис. 1 Световой поток и светоотдача светодиодов Rebel ES LXML-PWN2

Итак, зная зависимость светового потока от прямого тока через светодиод и значения прямого напряжения можно легко вычислить световую отдачу источника света, которая равна отношению мощности светового потока и электрической мощности, подведенной к светодиоду.

Анализируя результаты, полученные при измерении светодиодов Rebel LXML-PWN2, легко обнаружить одно из самых высоких реальных значений светового потока и светоотдачи в отрасли. Но главным показателем этого графика является практически линейная характеристика зависимости световой отдачи от прямого тока. Её форма почти не имеет завала в области высоких значений тока. Т.е. применяя эти светодиоды на токах более 0,5А можно получить значительное преимущество перед аналогичной продукцией конкурентов.

В ходе измерений был получен некоторый разброс параметров, однако его значение не превышало заявленную производителем повторяемость. Учитывая же, что этот разброс был явно обусловлен не только технологическими особенностями самих светодиодов, но и погрешностью измерений, можно утверждать, что повторяемость основных параметров светодиодов LXML-PWN2 очень высока.

Рис. 2а. Зависимость измененияя спектральных характеристик от тока

Одновременно, со снятием ВтАХ у светодиодов проводились измерения спектральных характеристик, цветовой температуры, координат цветности и индекса цветопередачи. На рисунке 2а представлена усреднённая спектральная характеристика исследуемых светодиодов LXML-PWN2 на токе 350мА для различных токов. Для сравнения на рисунке 2б приведён спектральный график, декларируемый производителем.

Рис. 2б. Спектральная характеристика, заявленная производителем

Известно, что для полупроводниковых источников света спектральная характеристика не является постоянной, и с изменением прямого тока будет изменяться. Безусловно, это отразиться и на цветовой температуре. Зависимости её изменения от тока приведены на рисунке 3.

Рис. 3. Изменение цветовой температуры от тока для светодиодов серии Rebel ES LXML-PWN2 и Rebel Illumination LXML-PW51

Как видно из полученных результатов, светодиод остаётся стабильным во всём токовом диапазоне. Колебания цветовой температуры по абсолютной величине составило около 55-60К, что является превосходным результатом. Также по характеру поведения цветности можно судить о высоком качестве применяемого в изделии люминофора. Отметим, что в новой серии светодиодов LXML-PWN2 он более стабилен, нежели в предыдущей, что подтверждает совершенствование технологии производства светодиодов компанией Philips Lumileds.

Однако новым светодиодам характерен несколько заниженный по сравнению с предыдущей серией индекс цветопередачи (CRI). Для исследуемых светодиодов  этот параметр колебался между 65 и 66. Несмотря на несколько скромное значение этого параметра, оно совпадает с заявленным производителем значением. Зависимость усреднённых значений индекса цветопередачи от протекающего тока приведены в таблице1.