LED中光照度、色度、结温衰变特性的在线检测系统及方法

摘要

本发明公开一种LED中光照度、色度、结温衰变特性的在线检测系统及方法，本发明，采用所述的结温监测模块为被测LED提供可靠性试验的老化电流，通过对LED正向电压和结温的关系进行拟合，再测试LED在不同老化时间点所对应的正向电压反求结温；通过所述的光缆传输系统将被测LED的光输出传导至可靠性试验环境外，在恒温槽中进行光学参数测试；通过所述的脉冲调制系统在周期信号高电平期间采集被测LED的光照度和色度，在所述的脉冲调制周期信号低电平期间采集LED结温。该方法区别与传统的LED可靠性离线测试方法，拥有测试精度高，测试不确定度小等优点，能够有效的节省可靠性测试的人力、物力，为LED可靠性的高效快速评估提供一套科学方案。

说明书

技术领域

本发明涉及光电信息检测与控制技术领域，具体涉及一种LED中光照度、 色度、结温衰变的在线检测装置及方法。

背景技术

对LED可靠性测试而言，目前的检测手段一般是将样品置于可靠性试验环 境中老化，间隔固定时间后取出样品，在相应的测试设备中分别测试样品在额 定工作条件下的光输出和热阻／结温的变化。整个老化过程耗时长，可靠性测试 繁琐，需投入大量人力物力成本，并且通过离线测试获取的测试数据自身的准 确性较差。北美照明工程学会提出的LM80标准指出，评估一种LED产品的可 靠性至少需要8000小时以上的老化时间，而LED产业目前的产品更新换代周 期一般在1年之内，这种较快的产品更新速度使得目前更多的采用推荐的可靠 性加速寿命试验方法，通过缩短测试周期和提高数据精度来更有效地评估LED 实际工作寿命。

发明内容

针对上述问题，本发明提供一种LED中光照度、色度、结温衰变的在线检 测装置及方法，可以有效提升现有LED可靠性测试中的数据准确性和操作方便 性。

为达到上述目的，本发明LED中光照度、色度、结温衰变的在线检测系统， 包括光、热参数在线采集仪以及所述光、热参数在线采集仪分别电连接的可靠 性试验箱、传感器组、和计算机，所述可靠性实验箱分别连接所述传感器组， 其中

所述可靠性实验箱，用于放置被测LED，采集所述被测LED的结温参数信 号，并将所述结温参数信号输出至所述光、热参数在线采集仪；

所述传感器组，用于采集所述被测LED的光照度参数信号和色度参数信号， 并将所述光照度参数信号和所述色度参数信号输出至所述光、热参数在线采集 仪；

所述光、热参数在线采集仪，用于提供被测LED所需的测试电流，将所述 的结温参数信号、光照度参数信号、色度参数信号转换为相应的电信号，并将 所述电信号输出至计算机；

所述计算机，用于基于所述电信号检测所述被测LED。

进一步地，所述可靠性试验箱通过Y型电缆分别电连接所述光照度传感器 和所述色度传感器。

进一步地，所述可靠性实验箱包括箱体设置在所述箱体内的高温遮光罩， 所述高温遮光罩内设有LED夹持器，所述被测LED通过所述LED夹持器电连 接所述光、热参数在线采集仪。

进一步地，所述传感器组包括恒温槽，设置在所述恒温槽内的光照度传感 器和色度传感器，所述的光照度传感器和色度传感器分别设置在接收夹持器上， 所述的光照度传感器和色度传感器分别通过所述接收夹持器电连接所述光、热 参数在线采集仪，所述的光照度传感器和色度传感器分别设置在遮光罩内。

进一步地，所述的光、热参数测试仪为所述被测LED提供350mA～1050mA 内的在线老化电流。

进一步地，所述的光、热参数测试仪为所述被测LED提供脉冲宽度调制信 号，在脉冲宽度调制周期信号高电平期间采集所述的LED结温，在脉冲宽度调 制信号低电平期间分别采集LED光照度、色温。

为达到上述目的，本发明LED中光照度、色度、结温衰变的检测方法，包 括上述的装置，其中所述方法包括具体如下具体步骤：

步骤S1，将被测LED和光纤光缆的接收端通过所述的LED光源接收夹具 夹持，保持LED模块出光中心与光缆的接收端面同轴等高；

步骤S2，Y型光纤光缆的两个输出端分别与光照度传感器、色度传感器通 过所述的接收夹持器进行共轴夹持，根据所述的Y型光缆的数值孔径大小设置 接收距离；

步骤S3，优化步骤S1中被测LED和光纤光缆之间的距离，通过所述的光、 热参数测试仪为被测LED提供额定工作电流，使LED光源投射在光纤光缆的接 收面上的光强分布服从朗伯型分布，同时使得光纤光缆的输出端面上的光照度 达到最大；

步骤S4，将所述的LED可靠性试验箱温度作为被测LED结温，通过所述 的光、热参数测试仪为被测LED提供小于5mA的测试电流，分别对试验箱不 同温度和对应的正向电压参考值进行最小二乘拟合，得到正向电压和LED结温 的关系式；

步骤S5，对LED可靠性试验箱设置老化试验环境，用所述的光、热参数测 试仪为被测LED提供350mA～1050mA范围内的老化电流；

步骤S6，在被测LED达到热平衡后，采用脉冲宽度调制方法分别控制测试 电流和老化电流的作用时间，在老化电流作用周期采集LED的光照度和色度， 在测试电流作用周期获取LED的结温。

本发明LED中光照度、色度、结温衰变的在线检测装置及方法，在遵循LM80 标准的前提下，通过对LED样品的光照度、色度以及结温三种参数进行在线检 测，该方法在可靠性测试周期中不改变测试样品的老化工作条件，通过连续采 集获取样品的光、热参数变化情况，减少了原有测试情况下的测试误差。另外， 通过在线测试装置的实时数据采集，能够有效节省可靠性测试过程中的人力、 物力等损耗。

附图说明

图1为本发明所述的在线检测装置的结构示意图；

图2为本发明提供的一种PWM控制时序工作原理图；

图3为相对光照度与总光通量的对应关系示意图；

图4为被测LED正向压降与结温之间的关系图；

图5为本发明提供的一种大功率LED可靠性中光照度、色度以及结温衰变 特性的在线检测方法流程图。

具体实施方式

下面结合说明书附图对本发明做进一步的描述。

本发明LED中光照度、色度、结温衰变的在线检测系统，包括光、热参 数在线采集仪以及所述光、热参数在线采集仪分别电连接的可靠性试验箱、 传感器组、和计算机，所述可靠性实验箱分别连接所述传感器组，其中

所述可靠性实验箱，用于放置被测LED，采集所述被测LED的结温参数 信号，并将所述结温参数信号输出至所述光、热参数在线采集仪；

所述传感器组，用于采集所述被测LED的光照度参数信号和色度参数信 号，并将所述光照度参数信号和所述色度参数信号输出至所述光、热参数在 线采集仪；

所述光、热参数在线采集仪，用于提供被测LED所需的测试电流，所述 的光、热参数测试仪为所述被测LED提供350mA～1050mA内的在线老化电 流，将所述的结温参数信号、光照度参数信号、色度参数信号转换为相应的 电信号，并将所述电信号输出至计算机；

所述计算机，用于基于所述电信号检测所述被测LED。

本发明LED中光照度、色度、结温衰变的在线检测装置，被测LED与所 述的光、热参数在线采集仪进行电连接。被测LED置于可靠性试验箱中， 并与Y型光纤光缆的一端进行对接。所述传感器组包括恒温槽，设置在所述 恒温槽内的光照度传感器和色度传感器，所述的光照度传感器和色度传感器 分别设置在接收夹持器上，所述的光照度传感器和色度传感器分别通过所述 接收夹持器电连接所述光、热参数在线采集仪，所述的光照度传感器和色度 传感器分别设置在遮光罩内。所述的Y型光纤光缆的另一端分别与光照度、 色度传感器进行对接，并固定在恒温槽中。所述的光、热参数在线采集仪的 一端与所述的光照度、色度传感器相连，另一端与计算机相连。被测LED 由所述的光、热参数在线采集仪提供工作电流和测试电流，在工作电流期间， 被测LED的光输出通过所述的Y型光纤光缆传输到恒温槽中，由所述的光 照度、色度传感器采集光参数信号，由所述的光、热参数在线采集仪转换为 电信号，输出到计算机中。在测试电流期间，被测LED的结温通过所述的 光、热参数在线采集仪进行正向电压提取，由电压-温度标定函数转换为结温 信号，输出到计算机中。

其中，所述可靠性试验箱内设有高温遮光罩，所述高温遮光罩内设有连 接被测LED与所述的Y型光纤光缆输入端的LED光源夹持器。所述恒温槽 内设有常温遮光罩，所述的常温遮光罩内设有连接所述的Y型光纤光缆的输 出端与光照度、色度传感器的接收夹持器。所述光照度传感器和色度传感器 分别设置在遮光罩内，所述光、热参数在线采集仪分别与所述光照度传感器 和色度传感器电连接，所述光、热参数在线采集仪通过所述LED光源夹持 器和所述LED电连接，所述光、热参数在线采集仪提供所述的待测试LED 灯的测试电流，所述待测LED通过所述的光源夹持器和光纤光缆接收端相 连，所述的光照度传感探头和色度传感探头分别通过所述接收夹持器与Y型 光纤光缆的两个输出端进行连接，所述光、热参数在线采集仪电连接计算机， 所述的光源夹持器将被测LED和光纤光缆接收端进行同轴等高，所述的接 收夹持器分别将光照度传感器、色度传感器与Y型光纤光缆的两个输出端进 行共轴。

如图1所示，本发明所述的一种大功率LED可靠性中光照度、色度以 及结温衰变特性的在线检测装置，其组成包括可靠性试验箱1、高温遮光罩 2、LED光源接收夹具3、Y型光纤光缆4、恒温槽5、遮光罩6、接收夹持 器7、光照度传感器8和色度传感器9、光、热参数在线采集仪10以及PC 电脑11。所述的LED夹持器将被测LED和所述的Y型光纤光缆接收端相连， 所述的接收夹持器分别将所述的光照度传感探头、色度传感探头与所述的Y 型光纤光缆的两个输出端进行连接。所述的光、热参数测试仪分别连接两个 传感器探头，同时连接被测LED，最后与所述的计算机相连。

所述的光、热参数测试仪为被测LED提供工作电流，根据被测LED的发 光特性，经过所述的Y型光纤光缆采集部分光输出，由Y型光纤光缆的两 个输出端分别输出至所述的照度传感器和色度传感器处，根据测试需求设置 两个光学参数的采样周期。

所述的光、热参数测试仪为被测LED提供测试电流，LED结的正向压降 随着结温的升高而下降。通过所述的测试电流工作状态下，标定被测LED 正向电压与结温之间的关系，通过测试不同温度下的LED正向压降，得到 LED的工作结温。

如图2所示，为本发明所述的一种脉冲宽度调制信号，由所述的光、热 参数测试仪产生，其中晶振脉冲(I)脉冲周期信号(II)PWM控制时序(III)， 晶振脉冲首先经过N分频构成脉冲周期信号，在脉冲周期信号高电平期间进 行延时采样，采集LED结温，在周期信号N／4处开始采集被测LED的光照 度，在周期信号3N／4处采集被测LED的色度。所述的光、热参数测试仪为 所述被测LED提供脉冲宽度调制信号，在脉冲宽度调制周期信号高电平期 间采集所述的LED结温，在脉冲宽度调制信号低电平期间分别采集LED光 照度、色温。

图3为本发明提供的被测LED相对光照度与总光通量之间对应关系示意 图，在本实施例中，被测LED的相对光照度是LED总光通量的线性函数， 通过标定不同电流下总光通量和部分光照度值的函数关系，可以使用被测 LED的相对光照度直接反应总光通量的衰减变化，。

图4为本发明提供的被测LED正向压降与结温之间的关系图，在本实施 例中，考虑到实际老化试验环境，在较高温度范围内正向压降-结温函数采用 多项式拟合的非线性函数。

本发明所述的LED可靠性中光照度、色度以及结温衰变特性的在线检测 方法如图5所示，具体包括以下步骤：

步骤S1，将被测LED和光纤光缆的接收端通过所述的LED光源接收夹 具夹持，保持LED模块出光中心与光缆的接收端面同轴等高；

步骤S2，Y型光纤光缆的两个输出端分别与光照度传感器、色度传感器 通过所述的接收夹持器进行共轴夹持，根据所述的Y型光缆的数值孔径大小 设置接收距离

步骤S3，优化步骤S1中被测LED和光纤光缆之间的距离，通过所述的 光、热参数测试仪为被测LED提供额定工作电流，使LED光源投射在光纤 光缆的接收面上的光强分布服从朗伯型分布，同时使得光纤光缆的输出端面 上的光照度达到最大；

步骤S4，将所述的LED可靠性试验箱温度作为被测LED结温，通过所 述的光、热参数测试仪为被测LED提供小于5mA的测试电流，分别对试验 箱不同温度和对应的正向电压参考值进行最小二乘拟合，得到正向电压和 LED结温的关系式。

步骤S5，对LED可靠性试验箱设置老化试验环境，用所述的光、热参 数测试仪为被测LED提供350mA～1050mA范围内的老化电流；

步骤S6，在被测LED达到热平衡后，采用脉冲宽度调制方法分别控制测 试电流和老化电流的作用时间，在老化电流作用周期采集LED的光照度和 色度，在测试电流作用周期获取LED的结温。

最后需要说明的是：以上实施例仅用于说明本发明的技术方案，并非用 于对本发明的限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属 领域的技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者 等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵 盖在本发明的权利要求范围内。