T/CVIA 117-2023 T/DTIA 001-2023 Micro LED光学特性测试方法

　　团 体 标 准

　　T/CVIA 117-2023

　　T/DT IA 001-2023

　　Micro LED 光学特性测试方法

　　Measurement methods for optical properties of Micro LEDs

　　2023-04-18 发布 2023-04-18 实施

　　中 国 电 子 视 像 行 业 协 会国 家 新 型 显 示 技 术 创 新 中 心

　　发布

　　前 言

　　本文件按照GB/T 1.1-2020《标准化工作导则 第1部分：标准化文件的结构和起草规则》的规定起草。请注意本文件的某些内容可能涉及专利，本文件的发布机构不承担识别专利的责任。

　　本文件由中国电子视像行业协会和国家新型显示技术创新中心共同提出并归口，由新型显示产业技术创新战略联盟组织起草。

　　本文件起草单位：福州大学、杭州远方光电信息股份有限公司、TCL 华星光电技术有限公司、闽都创新实验室、福建兆元光电有限公司、厦门乾照光电股份有限公司、海信视像科技股份有限公司、国家新型显示技术创新中心、广东聚华新型显示研究院、福建捷联电子(福建)有限公司。

　　本标准起草人：孙捷、宋立、叶芸、陈恩果、郝亚斌、冯晓曦、彭健锋、黄卫东、郭太良、李敏、张帆、王乐、张志睿、庄佳庆、杜晓峰、钟连生。

　　本文件为首次发布。

　　Micro LED 光学特性测试方法

　　1 范围

　　本文件规定了单色Micro LED的光学特性测试方法。

　　本文件适用于单颗Micro LED光学特性的测试。

　　2 规范性引用文件

　　下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期的引用文件，仅该日期对应的版本适用于本文件;不注日期的引用文件，其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件。

　　GB/T 2900.65-2004 电工术语 照明

　　GB/T 19658-2013 反射灯中心光强和光束角的测量方法

　　GB/T 26178-2010 光通量的测量方法

　　GB/T 39394-2020 LED灯、LED灯具和LED模块的测试方法

　　JJG 211-2021 亮度计

　　SJ/T 11394-2009 半导体发光二极管测试方法

　　3 术语和定义

　　下列术语适用于本文件。

　　3.1

　　Micro LED micro-light-emitting diode

　　发光台面(mesa)的边长(或直径)在1-100 μm范围内的发光二极管。

　　3.2

　　辐射通量 radiant flux

　　Φe ;Φ; P

　　以辐射的形式发射、传播或接收的功率。

　　单位：W

　　[来源：GB/T 2900.65-2004 ，845-01-23] 3.3

　　亮度 luminance

　　L

　　亮度定义为单位投影面积上、单位立体角内的光通量。式(1)中，dΦ是经过给定点的光束元在包含给定方向的立体角dΩ内传播的光通量;dA是包含给定点的该光束的截面面积;θ是截面法线与辐射束方向之间的夹角。

　　单位：cd/m2。

　　L ······················································(1)

　　[来源：GB/T 2900.65-2004 ，845-01-35，有修改]

　　3.4

　　色品坐标 chromaticity coordinates

　　一组三色刺激值中的每一个值与它们的总和之比。

　　[来源：GB/T 2900.65-2004 ，845-03-33 ，描述有所修改] 3.5

　　光谱功率分布 spectral power distribution

　　P(λ)

　　在光辐射波长范围内，各个波长的辐射功率分布情况。

　　[来源：SJ/T 11394-2009 ，3.4] 3.6

　　光束角 beam angle

　　在通过光束轴线的平面上的两条给定直线之间的夹角，这两条直线分别通过光源的正面中心和发光强度为中心光强50%的发光点。

　　[来源：GB/T 19658-2013 ，2.4] 3.7

　　色差 color shift

　　ΔEstd

　　色差为被测样品的色品坐标(u’, v ’)与目标样品色品坐标(us’td, vs’td)之间的欧几里得距离，可由公式(2)计算得出：

　　ΔEstd = √(u’ __ us’td)2 + (v ’ __ vs’td)2 (2)

　　4 一般要求

　　4.1 概述

　　除非另有规定，试验或测量在本文件规定的工作条件下进行。

　　本文件适用于电极直接接触式和非直接接触式的测试，但不建议将两种测试方法的结果直接进行对比，需要在理论上考虑两种测试方法的差异后方可进行数据的横向比较。非直接接触式测试的结果需说明测试方法，建议只用于定性测试。

　　4.2 测试室

　　如无特殊规定，测试室应满足GB/T 39394-2020 4.2.1的要求。

　　4.3 试验的标准大气条件

　　环境温度：25°C±1C° ;

　　相对湿度：48 %-52 %;

　　气压：86 kPa-106 kPa。

　　4.4 被测样品的工作温度

　　除了按环境设计的Micro LED外，所有被测试的样品应工作在规定的温度下进行测试。

　　允差区间：在规定的温度±1°C范围内。

　　为了符合此要求，温度测量的结果应位于接受区间内。例如当样品温度测量的不确定性为0.4°C时，接受区间则为±0.6°C。不确定性越大，接受区间越小。

　　需要注意测温装置不能干扰测试光路，测试设备不应影响被测样品的热行为，同时确保被测样品与测温装置有良好的热接触。

　　测试过程中应考虑到额外起到散热效果的装置对于Micro LED的影响，应保证待测光源除了自身带有的散热结构外，无其他有额外散热作用的结构与待测光源接触，例如：与Micro LED接触的夹具可采用低导热的材料为夹具，或者采用非直接接触的方式进行夹持。如果待测Micro LED具有类似热管理功能的结构，测试时应当包含此结构，并在报告中说明。

　　4.5 测试前的稳定

　　在额定或者指定工作电流/电压条件下点亮 Micro LED。待其点亮稳定后，进行测试稳定和测试期间，Micro LED 的工作环境不应发生变化。应避免改变 Micro LED 的位置和工作参数(如电压、功率或电流)。稳定时间取决于 Micro LED 的种类和工作环境，测试前应保证：重复对 Micro LED 进行亮度或辐射通量测试，其每分钟的变化率小于 0.5%。

　　4.6 测试设备的要求

　　4.6.1 电源

　　供电电源应满足GB/T 39394-2020 4.3.3的要求。

　　4.6.2 电测仪表

　　交流/直流电压、电流和功率的测试应满足GB/T 39394-2020 4.3.2的要求。

　　4.6.3 亮度计

　　光谱辐亮度计及图像亮度计性能应满足JJG 211-2021所规定的一级亮度计要求。

　　4.6.4 积分球-光谱辐射计系统

　　积分球-光谱辐射计系统应通过一个溯源至 SI 的总光谱辐射通量标准灯来校准或验证。如果没有总光谱辐射通量标准灯，用户可从溯源至 SI 的光谱辐照度标准灯以及总光通量标准灯推导得到。这种情况下，应该报告推导的方法以及相关数据(如：标准灯的光谱或相关色温的空间角度均匀性)。

　　系统具体要求：

　　a) 波长范围至少应覆盖 380 nm ~780 nm;

　　b) 光谱辐射计的波长不确定度应在 0.5 nm(k=2)以内;

　　c) 带宽(半峰带宽)应不大于 5 nm;

　　d) 数据间隔应不大于 1 nm。

　　积分球的尺寸相对受试装置应足够大，以避免由于挡板以及受试装置本身导致的积分球空间响应度不均匀而产生的较大误差。

　　具体要求：当受试装置安装在积分球中心时(4π 法)，受试装置的总表面积不应超过积分球内壁总面积的 2%。(相当于受试装置的边长为积分球直径的 1/10。) 当受试装置安装在积分球开口时(2π法)，开口直径不应超过积分球直径的 1/3。

　　积分球的其他性能应满足 GB/T 39394-2020 中所规定的要求。

　　4.6.5 分布光谱辐射计

　　分布光谱辐射计应满足GB/T 39394-2020 4.5.3.2中所规定的要求。

　　4.7 测量几何要求

　　4.7.1 亮度计测量几何要求

　　测试时，亮度计的测光轴线应调整到与Micro LED出光面垂直，如图1所示。

　　图1 亮度计测量几何示意图

　　4.7.2 积分球测量几何

　　将被测Micro LED放在球中心(4π法)。在Micro LED无后射光通量的情况下，可在积分球的顶部、底部或侧面开取样口收集Micro LED的发光(2π法)，如图2所示。

　　图2 积分球测量几何示意图

　　5 光学特性的测试

　　5.1 概述

　　Micro LED的尺寸远小于传统LED，应用领域有很大区别，因此二者的测试方法和侧重点不尽相同。对于Micro LED，小电流下的光学特性测试(例如色品坐标)非常重要。通常情况下，Micro LED是电流驱动型的光电子器件，施加电信号进行测试时往往要采用恒流模式。Micro LED的亮度测试一般使用图像亮度计，必要时可通过光谱失匹配校正、矩阵校正等校正方法达到所需的精度要求;若条件允许，也可以使用光谱辐亮度计。

　　本文件包括了以下光学特性的测试：

　　a) 辐射通量;

　　b) 光谱功率分布;

　　c) 辐射效率;

　　d) 辐射强度分布;

　　e) 亮度;

　　f) 电流/电压-辐射通量曲线;

　　g) 空间平均色品坐标;

　　h) 色品坐标-电特性曲线;

　　i) 色差。

　　5.2 辐射通量

　　关于辐射通量测试的一般原则可见GB/T 26178-2010。

　　Micro LED的辐射通量可由不同方法获得。以下方法可适用：

　　方法A：使用积分球-光谱辐射计系统测试。

　　关于积分球的方法及理论，见GB/T 26178-2010中的第6章。

　　方法B：从辐射照度分布以及光度距离中计算得出。

　　计算方法见GB/T 26178-2010中的第5章。

　　注：方法A可以快速地测试获得辐射通量。Micro LED的辐射通量可以在积分球中通过与标准灯的比较测试中得到。测试过程中要将Micro LED和标准灯先后放置在积分球中相同的位置。将测试球体表面的间接辐射照度作为辐射通量的测试方法。积分球-光谱辐射计系统可能出现的误差修正及来源可见GB/T 26178-2010中的6.10和

　　6.11。通过方法B测试辐射照度分布来计算辐射通量是许多国家标准实验室用来建立辐射通量基准的测试方法。使用这种方法同样可以对光源颜色特性及其光谱功率分布的空间变化进行精确测试。

　　5.3 光谱功率分布

　　使用积分球-光谱辐射计系统测试。按照4.6.2的规定搭建测量几何。在测试得到的Micro LED样品光谱分布数据中，数值最大时的波长为峰值波长，以该波长的读数为100%，得到被测Micro LED样品在各个波长下的相对光谱分布。

　　5.4 辐射效率

　　辐射效率ηe，定义为Micro LED的辐射通量Φ与Micro LED工作时的电功率ptot 的比值，见公式(3)。

　　100% ............................................................................(3)

　　Micro LED 的辐射通量按 5.2 的规定进行测试。电功率使用 4.5.2 所规定的电测仪表测试。

　　5.5 辐射强度分布

　　在合适的测试距离下，使用分布光谱辐射计测试辐射强度分布。有关分布辐射度计的要求见4.5.5。对于分布辐射度计的类型，见GB/T 22907-2008。

　　在一垂直平面内的辐射强度测量角度间隔以及相邻垂直平面间的角度间隔要确保Micro LED辐射强度分布足以被精确表达。此外，应在后续处理和计算过程中在可接受的精度范围内进行光强插值计算。测量平面的数量应由光分布的特性决定，需要综合考虑Micro LED光分布的对称性(或者无规律)以及预期获得的测试结果。

　　5.6 光束角

　　辐射强度分布应按照5.5的规定进行测试。在获得辐射强度的基础上，按照GB/T 19658-2013的第6章和第7章确定光束角。

　　5.7 亮度

　　对于单颗Micro LED亮度测试，一般采用图像亮度计，按照4.6.1所述几何搭建测试系统。施加额定工作电流/电压使Micro LED光源发光，测试获得被测Micro LED光源特定点位(一般是规则Micro LED光源的中心点)的亮度L。

　　5.8 电流/电压-辐射通量曲线

　　按照5.2的规定测试不同电流/电压下的辐射通量，并绘制电流/电压-辐射通量曲线。

　　5.9 空间平均色品坐标

　　空间平均色品坐标可通过以下测试方法测得：

　　a) 积分球-光谱辐射计测试，由光谱辐射通量计算得到空间平均颜色参数;

　　b) 如果有分布光谱辐射度数据，则可基于光谱辐射通量计算得到空间平均色度参数。这种方法可以获得更精确的测试结果。

　　5.10 色品坐标-电特性曲线

　　按照5.9的规定的方法测试不同电流/电压下的空间平均色品坐标，并绘制色品坐标-电流/电压曲线。

　　5.11 色差

　　按照5.9的规定的方法测试被测Micro LED在额定工作电流/电压下的色品坐标，并根据式(2)计算与目标Micro LED样品色品坐标之间的色差。 目标Micro LED样品根据测试需求选定。