一、LED 分光分選的關鍵參數(shù)與檢測原理

1. 核心檢測參數(shù)

· 光譜波長：

i. 主波長（Dominant Wavelength）：決定 LED 的顏色（如紅光 620-630nm、藍光 450-460nm）。

ii. 峰值波長（Peak Wavelength）：光譜能量最強點對應的波長，用于判斷波長一致性。

· 光通量（Luminous Flux）：衡量 LED 的發(fā)光強度，單位為流明（lm）。

· 色坐標（CIE 1931）：

i. 通過 x、y 坐標值定位 LED 在色品圖中的位置，評估顏色純度（如白光 LED 的色坐標需接近標準黑體輻射曲線）。

· 半峰寬（FWHM）：光譜強度峰值一半處的波長寬度，反映光譜純度（半峰寬越窄，顏色一致性越好）。

2. 光纖光譜儀的檢測原理

通過光纖探頭采集 LED 的發(fā)光信號，傳輸至光譜儀內部的光柵分光系統(tǒng)，將光信號分解為不同波長的單色光，由探測器（如 CCD/CMOS）轉換為電信號，最終生成光譜曲線。通過分析光譜數(shù)據(jù)，匹配預設的分選標準（如波長公差 ±2nm、色坐標偏差＜0.005），實現(xiàn)自動化分選。

二、分光分選流程與技術要點

1. 硬件系統(tǒng)搭建

· 光學模塊：

· 光纖探頭：選用合適長度（如 1-2 米）和直徑（如 400μm）的光纖，搭配準直透鏡或積分球，確保均勻采集 LED 發(fā)光（積分球適用于光通量測量，消除方向性誤差）。

· 光譜儀選型：

· 波長范圍：紫外 LED（如 280nm）需選擇紫外增強型光譜儀（覆蓋 200-1100nm）；可見光 / 紅外 LED 可選用常規(guī)光譜儀（350-1100nm）。

· 分辨率：分辨率需≤1nm（如 0.5nm），以區(qū)分相近波長的 LED（如綠光 525nm 與 530nm）。

· 機械與控制系統(tǒng)：

· 集成 XYZ 運動平臺或轉盤，實現(xiàn) LED 樣品的自動定位與切換；

· 搭配電信號驅動模塊，為 LED 提供穩(wěn)定電流（如 20mA），確保發(fā)光條件一致。

2. 光譜采集與數(shù)據(jù)處理

· 參數(shù)設置：

· 積分時間：根據(jù) LED 亮度調節(jié)（如強光需縮短積分時間避免探測器飽和，弱光需延長至信號穩(wěn)定）。

· 平均次數(shù)：多次掃描取平均值（如 5-10 次），降低噪聲干擾。

· 數(shù)據(jù)處理步驟：

i. 基線校正：扣除暗電流和光纖背景噪聲；

ii. 光譜校準：使用汞燈或氘鎢燈標準光源校正波長精度（誤差＜±0.5nm）；

iii. 參數(shù)計算：通過光譜數(shù)據(jù)計算主波長、色坐標、光通量等（光通量需結合光譜輻照度與光譜光效率函數(shù) V (λ) 計算）。

3. 分選算法與執(zhí)行機構

· 分選邏輯：

· 預設多檔閾值（如波長分 Bin：620-622nm 為 Bin1，622-624nm 為 Bin2），根據(jù)檢測結果將 LED 歸類至對應檔位。

· 不合格品（如波長超公差、色坐標偏移）標記為廢品或返工。

· 執(zhí)行機構：

· 氣動推桿、電磁閥或機械臂等，根據(jù)分選信號將 LED 推入不同料盒或傳送帶區(qū)域。

三、典型應用場景與分選標準

1. 按波長分選（以藍光 LED 為例）

2. 按色坐標分選（白光 LED）

目標色坐標：如暖白光（x=0.450±0.005，y=0.410±0.005），冷白光（x=0.300±0.005，y=0.320±0.005）。

分選邏輯：實測色坐標落入目標區(qū)域內為合格品，否則剔除（如用于照明的 LED 需嚴格控制色坐標一致性，避免光斑顏色不均勻）。

3. 按光通量分選

將 LED 按發(fā)光強度分為高、中、低三檔（如高檔≥80lm，中檔 60-80lm，低檔＜60lm），匹配不同功率需求的燈具（如強光手電用高檔，指示燈用低檔）。

四、技術優(yōu)勢與挑戰(zhàn)

優(yōu)勢

高精度：波長檢測誤差＜±1nm，色坐標精度達 0.001 級，滿足如醫(yī)療光源、顯示面板的嚴苛要求。

高效率：單個 LED 檢測周期可控制在 50ms 以內，配合自動化系統(tǒng)實現(xiàn)每分鐘數(shù)百顆的分選速度。

非接觸式測量：通過光纖遠程采集信號，避免機械接觸對微小 LED 芯片的損傷。

挑戰(zhàn)

角度依賴性：LED 發(fā)光具有方向性，需通過積分球或多角度探頭消除角度誤差（如 ±15° 范圍內光強波動＜5%）。

熱效應影響：LED 工作時溫度升高會導致波長紅移（如每升溫 1℃，藍光波長增加 0.02-0.03nm），需控溫檢測（如恒溫 25℃±0.5℃）。

弱光信號檢測：對于微功率 LED（如＜1mW），需提高光譜儀靈敏度（如采用制冷型探測器）或延長積分時間（需平衡效率與噪聲）。

五、系統(tǒng)集成與自動化方案

1. 在線檢測流水線

流程：

i. LED 芯片 / 器件通過傳送帶進入檢測工位；

ii. 光纖探頭自動對準發(fā)光面，觸發(fā)光譜采集；

iii. 數(shù)據(jù)實時分析并驅動分選機構動作；

iv. 合格品與不合格品分別流入不同通道。

應用：適用于 LED 封裝廠的大規(guī)模生產(chǎn)線上，實現(xiàn) “分光 - 分選 - 包裝” 一體化。

2. 實驗室級精密分選

· 配置：高精度積分球（直徑 500mm 以上）+ 科研級光譜儀（分辨率 0.1nm）+ 溫控樣品臺；

· 用途：用于研發(fā)階段的光譜特性分析、小批量 LED（如激光雷達光源）的精密分選。

六、未來發(fā)展趨勢

· 多參數(shù)同步分選：結合光譜參數(shù)與電學參數(shù)（如正向電壓、反向漏電流），實現(xiàn) LED 綜合性能分級。

· AI 算法優(yōu)化：引入機器學習模型（如神經(jīng)網(wǎng)絡）預測 LED 壽命或光衰趨勢，提升分選附加值。

· 微型化與便攜化：開發(fā)手持光纖光譜儀，適用于現(xiàn)場抽檢或中小型企業(yè)的快速分選需求。

通過光纖光譜儀的準確檢測與自動化分選系統(tǒng)的結合，可明顯提升 LED 生產(chǎn)的良率與一致性，尤其在背光顯示、智能照明、車用光源等對顏色精度要求高的領域具有重要應用價值。