【導讀】由于發(fā)光二極管 (LED) 具備能效高、壽命長(cháng)、用途廣等優(yōu)勢，因此在各種應用中廣受歡迎，正如圖1所示，可應用在家庭、辦公室、汽車(chē)和電子顯示屏等應用場(chǎng)景中。LED 技術(shù)不斷進(jìn)步，以滿(mǎn)足不斷發(fā)展的需求。這種進(jìn)步包括集成先進(jìn)功能，如智能照明與物聯(lián)網(wǎng)（IoT）技術(shù)，以及通過(guò)提高發(fā)光效率、熱量管理和整體性能來(lái)提高 LED 照明或指示燈的效率。此外，顯示技術(shù)的不斷發(fā)展旨在提高 LED 顯示器（如由數千個(gè) LED 組成的迷你和微型 LED）的對比度、能效和分辨率。
由于發(fā)光二極管 (LED) 具備能效高、壽命長(cháng)、用途廣等優(yōu)勢，因此在各種應用中廣受歡迎，正如圖1所示，可應用在家庭、辦公室、汽車(chē)和電子顯示屏等應用場(chǎng)景中。LED 技術(shù)不斷進(jìn)步，以滿(mǎn)足不斷發(fā)展的需求。這種進(jìn)步包括集成先進(jìn)功能，如智能照明與物聯(lián)網(wǎng)（IoT）技術(shù)，以及通過(guò)提高發(fā)光效率、熱量管理和整體性能來(lái)提高 LED 照明或指示燈的效率。此外，顯示技術(shù)的不斷發(fā)展旨在提高 LED 顯示器（如由數千個(gè) LED 組成的迷你和微型 LED）的對比度、能效和分辨率。
與有機發(fā)光二極管（OLED）和液晶顯示器（LCD）技術(shù)相比，微型 LED在亮度、效率以及集成傳感器等附加功能方面更具優(yōu)勢。然而，由于其生產(chǎn)成本高、技術(shù)復雜，其應用主要局限于增強現實(shí)（AR）/虛擬現實(shí)（VR）顯示器、汽車(chē)照明和透明顯示器等利基市場(chǎng)。這些改進(jìn)推動(dòng)了對用于評估 LED 特性的測量系統的需求不斷增長(cháng)。
圖 1.各種應用領(lǐng)域中的 LED
LED 的主要電氣特性
在開(kāi)發(fā)或制造 LED 時(shí)，了解其電氣、光學(xué)和光-電流-電壓 (LIV) 特性對確保最佳性能和功能至關(guān)重要。了解電氣特性可確保 LED 在規定的電壓和電流范圍內工作，這對電路設計至關(guān)重要。反之，光學(xué)特性則有助于深入了解發(fā)光的質(zhì)量，包括亮度、色彩精度和分布。LIV 特性為了解光輸出、電流和電壓之間的關(guān)系提供了寶貴的信息，有助于優(yōu)化操作參數以提高能效。表 1 列出了 LED 的電氣特性；圖 2 顯示了 IV 特性和熱特性。
表 1.LED 的主要電氣特性
圖 2.LED 的電流-電壓和熱特性
使用光源/測量裝置進(jìn)行 LED 特性分析
LED 測試通常使用源/測量單元 (SMU) 來(lái)進(jìn)行各種測試，包括作為精確的 IV 源和測量工具來(lái)評估電氣特性。源/測量單元還可用作精密偏置源，用于評估與光學(xué)儀器同步的光學(xué)和 LIV 特性。SMU 是一種多功能儀器，集電流源、電壓源、電流表和電壓表的功能于一身。SMU 可在這些功能之間無(wú)縫切換，并準確測量電流和電壓輸出。
內部反饋電路使 SMU 即使在負載條件發(fā)生意外變化時(shí)也能保持穩定性和準確性。這種可靠性使 SMU 成為表征 LED 等半導體器件的首選工具。圖 3 展示了一個(gè)典型的設置，說(shuō)明了 SMU 如何與光學(xué)儀器同步，作為精密偏置源進(jìn)行光學(xué)和光電流-電壓特性分析。
圖 3.典型的 LED 表征設置
然而，隨著(zhù) LED 技術(shù)的進(jìn)步以滿(mǎn)足日益增長(cháng)的需求，LED 設備和應用（如迷你和微型 LED）的發(fā)展需要 SMU 能夠滿(mǎn)足日益嚴格的要求。
挑戰
以下是工程師為實(shí)現精確測試必須克服的主要挑戰。主要挑戰包括空間和密度限制、精度要求和系統開(kāi)發(fā)復雜性。
挑戰 1：SMU的數量和空間需求不斷增加
為了有效評估每個(gè)由數千個(gè) LED 組成的微型或小型 LED，需要大量的SMU 通道和充足的空間，因此需要進(jìn)行并行 IV 測試。在對多個(gè) LED 進(jìn)行耗時(shí)測試時(shí)，這種方法還能有效提高測試吞吐量。不過(guò)，并行 IV 測試雖然能提高測試吞吐量，但也需要 為SMU 提供充足的空間。
挑戰 2：測量?jì)x器性能要求
隨著(zhù)對先進(jìn) LED 的需求不斷增長(cháng)，對精度的要求也越來(lái)越高，尤其是在低電流、脈沖或瞬態(tài)測量中。在測試小電流、低反向電流時(shí)，精確的靈敏度至關(guān)重要，以防止噪聲干擾這些測量。窄脈沖 IV 不足會(huì )因自熱而影響正向特性。此外，在脈沖 IV 或熱測試期間，有限的瞬態(tài)測量能力可能會(huì )妨礙捕捉電流或電壓瞬態(tài)。有些 SMU 集成了內置脈沖發(fā)生器和數字轉換器。然而，它們的性能可能無(wú)法滿(mǎn)足所需要求。在這種情況下，就必須使用外部脈沖發(fā)生器或數字轉換器。
挑戰 3：測試序列和物理連接的復雜性不斷增加
在進(jìn)行同步光學(xué)測試時(shí)，或在進(jìn)行脈沖或瞬態(tài)測量時(shí)，內部或外部脈沖發(fā)生器和數字轉換器之間需要在光學(xué)儀器和 SMU 之間實(shí)現精確同步。這些要求導致儀器控制和布線(xiàn)復雜性增加。隨著(zhù) SMU 通道數量的增加，精確同步變得更加重要。從測試軟件開(kāi)發(fā)的角度來(lái)看，整個(gè)測試設置的自動(dòng)化進(jìn)一步增加了復雜性。
解決方案
為了克服 LED IV 測試中的多方面挑戰，工程師必須尋找一種能夠應對所有這些挑戰的多功能光源/測量單元。以下是為 LED 測試選擇 SMU 時(shí)需要考慮的三大因素，它們是應對每項挑戰的關(guān)鍵。
解決方案 1： 采用高密度緊湊型 SMU
憑借高通道密度的 SMU 外形，工程師可以節省寶貴的機架空間，并最大限度地減少測試系統的占地面積。外形尺寸應側重于通道數量以及配置 SMU 通道類(lèi)型和規格的靈活性。一些靈活的 SMU 允許任何混合模塊配置，以實(shí)現靈活的可擴展性。
解決方案 2： 使用高精度 SMU
有些 SMU 設計具有超高精度功能，可在從反向偏壓到正向偏壓的整個(gè) LED 偏置范圍內進(jìn)行精確的 IV 特性分析。特別是對于大功率 LED，SMU 的窄脈沖功能可在進(jìn)行 IV 特性分析的同時(shí)最大限度地減少自熱。
在熱測試中，速度更快的數字化儀和靈活的觸發(fā)系統可以捕捉熱引起的瞬態(tài)，從根本上消除器件自熱或噪聲問(wèn)題引起的任何測量誤差。圖 4 是正向和反向偏置電壓的 IV 曲線(xiàn)掃描示例。圖 5 顯示了脈沖瞬態(tài)響應方法，以最大限度地減少器件自熱效應。
圖 4.帶有正向和反向偏置的 LED 的 IV 曲線(xiàn)
圖 5.利用脈沖 IV 特性最大限度地減少器件自熱
解決方案 3：采用帶有智能觸發(fā)系統的 SMU
帶有智能觸發(fā)系統的單箱解決方案可簡(jiǎn)化儀器控制，并使每個(gè) SMU 和外部光學(xué)儀器的布線(xiàn)實(shí)現同步。集成了脈沖發(fā)生器和數字轉換器功能的一體化 SMU 可有效減少所需的測試儀器和系統占地面積。該系統無(wú)需額外的布線(xiàn)和手動(dòng)同步需求，從而解決了在小空間內進(jìn)行并行 IV 測試的難題。
結論
Micro-LED 技術(shù)不斷進(jìn)步，但在成為主流技術(shù)之前仍面臨著(zhù)需要解決的重大障礙。隨著(zhù)各種應用對微型 LED 的需求不斷增長(cháng)，制造商在精密 IV 測試解決方案方面面臨著(zhù)多重挑戰。要克服這些挑戰并在不斷增長(cháng)的 LED 市場(chǎng)中獲得競爭優(yōu)勢，為 IV 測試解決方案選擇正確的 SMU 非常重要。合適的 SMU 可以成為應對 IV 表征挑戰的工具，包括光學(xué)測試中的密度、精度、同步和偏置。多功能、高精度的 SMU 對確保 LED 的可靠性和高性能至關(guān)重要。
（來(lái)源：德科技，作者：是德科技產(chǎn)品營(yíng)銷(xiāo)經(jīng)理 Gobinath Tamil Vanan）
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