CN102608509A - 对发光二极管进行光电热老化综合检测的系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种对多颗发光二极管器件在加速老化的同时，原位进行光、电、热综合测试的系统及方法。此检测系统包括发光二极管负载电路板(1)、电参数发生及测试装置(2)、多通道驱动控制装置(3)、光探测装置(4)、光探测控制装置(5)、光信号处理分析装置(6)、恒定温度控制装置(7)、温度探测装置(8)以及中央监控及处理计算机(9)。利用本发明，不仅能够对多颗发光二极管进行加速老化，而且可以通过计算机设定时间节点，对每一个发光二极管器件的电学、光学及热学热性进行逐个测试，以便全面了解LED发光二极管器件的整体物理特性。

Description

对发光二极管进行光电热老化综合检测的系统及方法

技术领域

本发明属于半导体发光二极管检测技术领域，尤其涉及一种对发光二极管进行光电热老化综合检测的系统及方法。

背景技术

发光二极管(light Emitting Diode，LED)是一种以半导体芯片为发光材料的固体发光器件。利用半导体材料形成PN结，在外加电场的情况下，通过注入电子空穴复合发光，直接将电能转换成光能。它的发光颜色随着所使用的半导体成份的不同而变化。

1907年，Henry Joseph Round成功制备了第一只发光二极管。随后，经过约半个世纪的发展，发光二极管的材料经历了SiC、III-V族化合物等，波长范围覆盖了红外、红、橙、黄、绿等波谱范围。90年代中期，随着GaN外延材料、P型掺杂、芯片结构设计等技术难题的不断突破，以氮化物LED为代表的蓝光、白光以及紫外发光二极管也得到了突飞猛进的发展。

目前，世界发达国家为了抢占LED研究的制高点，都非常重视LED测试方法及标准的研究。在LED测试和标准方面都投入了大量的人力物力。例如美国国家标准检测研究所(NIST)是一个世界著名的测试研究机构，目前他们组织国际知名测试专家开展LED测试的研究，重点研究LED发光特性、温度特性和光衰特性等测试方法，试图建立整套的LED测试方法和技术标准。国际照明委员会发表的CIE127-2007LED测试方法，把LED强度测试确定为平均强度的概念，并且规定了统一的测试结构和探测器大小，这样就为LED准确测试比对奠定了基础。但是随着技术的快速发展，许多新的LED技术特性CIE127-2007LED测试方法没有涉及。2008年，北美照明学会正式公布《IESNA LM 80-2008测量LED光源光通量维持的方法》，对于LED光源的额定流明维持寿命做了定义。我国最近几年在半导体照明材料、芯片技术、封装产品检测和测试方法上也取得了突破性的进展，并相继制定了9项半导体照明行业标准，已于2010年1月1日正式实施，这对半导体照明产业的发展具有积极的引导作用。其中发布的《SJ/T11399-2009：半导体发光二极管芯片测试方法》和《SJ/T11394-2009：半导体发光二极管测试方法》对LED的电、光、色度、辐射度、静电放电敏感性、热学等参数的测试方法做了相应的规定。

LED除了节能高效、无污染等特点外，另外一个最大的优点就是寿命长，预测可以达到10万小时以上。一般正常情况下，LED不会发生突然性完全失效，但由于一些设计或者生产工艺不当，工作一段时间后，发光性能也可能发生退化，到了一定程度将会不能满足使用要求。因此在提高发光效率的同时，降低成本，提高可靠性，是半导体照明的产业化面临的重要问题之一。LED光电热及可靠性测试是全面检验LED性能的重要手段，相应的测试结果是评价和反映当前LED研发水平的依据。但是如上所述，目前LED在检测技术特别是可靠性和寿命方面的检测还远远不能适应LED照明发展的要求。

发光二极管的可靠性分析是一个全方位的性能测试，包含着半导体光电热等相当广泛的学科知识。其性能可以采用加速老化的方法来预测统计。约翰·A·爱德曼等人发明了“半导体器件的加速老化的检测系统和方法”，提供了一种检测片子上半导体器件的系统，在一段时间内给半导体器件通以预定电流量的脉冲，测量电流脉冲之前、之中和之后的电学或光学特性。该发明主要针对的是由SiC制成的单片半导体器件，而目前随着发光二极管亮度的提高，特别是发光二极管具有明显的热特性，随着输入电流的增加，在加速老化的同时，如何监控光、电及热学特性的变化对于研究发光二极管整体特性具有重要意义，迫切需要一种新的检测技术，可以针对目前的LED的特点，对多颗发光二极管的性能进行分析预测。

另外，虽然目前国内外市场上有测量发光二极管光、电、热的测试装置，也有对发光二极管的老化装置，但是一般情况下，都是在不同的操作台上独立进行，需要操作人员中断老化过程，人工将发光二极管取下来，放置到另外的发光二极管光、电、热测试装置上进行检测，不能实施原位检测，因此在进行LED可靠性分析方面存在着一定的局限性。

因此迫切需要一种检测系统和方法，可以在对发光二极管器件进行加速老化测试时，不仅仅对其光强进行监控，而且可以原位全程了解随老化时间的推移，器件的电学特性及热学特性的变化。

发明内容

(一)要解决的技术问题

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种对发光二极管进行光电热老化综合检测的系统及方法，不仅可以对多颗LED器件提供单路和多路老化电信号，而且可以随着老化时间，对LED实施原位电流-电压特性、发光强度以及热学特性进行监控测量，对半导体发光二极管的性能有一个完整的准确的评估，对于分析器件结构和器件制备过程中的薄弱环节具有重要意义。

(二)技术方案

为达到上述目的，本发明提供了一种对发光二极管进行光电热老化综合检测的系统，包括；发光二极管器件负载电路板1，用于放置单颗或多颗待测发光二极管器件；电参数发生及测试装置2，用于控制点亮待测发光二极管器件所需的电信号，并实现测量单颗待测发光二极管器件的电学特性；多通道驱动控制装置3，用于对待测发光二极管器件提供激励源，切换信号通道，控制系统各部分组件；光探测装置4，用于接收从待测发光二极管器件发出的光信号，并将接收的光信号转换成电信号；光探测控制装置5，用于对光探测装置4进行控制，使其工作在正常状态；光信号处理分析装置6，用于分析处理光探测装置4输出的电信号；恒定温度控制装置7，用于给待测发光二极管器件提供一个恒定环境温度；温度探测装置8，用于探测待测发光二极管器件的基点温度；以及中央监控及处理计算机9，用于利用软件实现控制数据的传输、采集及分析功能。

为达到上述目的，本发明还提供了一种对发光二极管进行光电热老化综合检测的方法，包括：

将待测的单颗或多颗待测发光二极管器件放置于发光二极管器件负载电路板；

将放置了待测发光二极管器件的发光二极管器件负载电路板置于恒定温度控制装置内，并调节环境温度到设定值；

通过中央监控及处理计算机，对所有待测发光二极管器件逐个进行电学和光学特性的测量；

在低电平输入状态下，测量所有待测发光二极管器件对应的电压值；

调节环境温度，重复测量所有待测发光二极管器件对应的电压值，记录下所有待测发光二极管器件在不同温度下对应的电压值，从而得到不同待测发光二极管器件温度与电压之间的对应关系；

在高电平输入状态下持续一段时间，稳定后，迅速切换到低电平，通过中央监控及处理计算机监控电压的变化曲线，然后根据待测发光二极管器件温度与电压之间的对应关系，算得该待测发光二极管器件在特定电输入状态下的热学性能；

根据该待测发光二极管器件的热学性能，设定加速老化电流和环境温度，通过中央监控及处理计算机设定老化的周期，以及在等间隔对每个待测发光二极管器件的电学、光学等特性进行测试；以及

老化周期结束后，对比待测发光二极管器件老化前、老化期间以及老化后的光、电、热学性能，分析待测发光二极管器件的整体物理特性。

(三)有益效果

本发明提供的对发光二极管进行光电热老化综合检测的系统及方法，可以对多颗发光二极管实现两种操作模式：一种是测试模式，即可以在预先设定的时间间隔，利用多通道驱动控制装置实现多信号通道的切换，并对单颗LED光、电、热学性能进行逐个扫描测试；另外一种是老化模式，即对所有LED在特定的结温老化环境中进行老化。

附图说明

为了说明本方法的具体内容，以下结合具体实例，附图详细说明，其中：

图1为依照本发明实施例对发光二极管进行光电热老化综合检测的系统的结构示意图；

图2为依照本发明实施例对发光二极管进行光电热老化综合检测的方法流程图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。

本发明是在对多颗发光二极管进行老化的过程中，原位检测发光二极管的光、电、热等特性。本发明是将负载单颗或者多颗发光二极管的负载电路板，置于恒定温度控制装置内，通过电参数发生及测试装置不仅驱动LED发光，而且可以测量发光二极管电流电压扫描特性；不同LED信道的切换采用多通道驱动控制装置来完成；发光二极管发射出来的光信号利用光电二极管等光探测装置来接收，转换成电信号，并传输到光信号处理装置进行分析；光探测控制装置用以保持光探测装置的正常工作；温度探测装置用于探测器件的基点温度和环境温度；所有的设备通过中央监控及处理计算机来控制数据的传输和分析。

如图1所示，图1为依照本发明实施例对发光二极管进行光电热老化综合检测的系统的结构示意图，该系统包括发光二极管负载电路板1、电参数发生及测试装置2、多通道驱动控制装置3、光探测装置4、光探测控制装置5、光信号处理分析装置6、恒定温度控制装置7、温度探测装置8和中央监控及处理计算机9。

其中，发光二极管器件负载电路板1，用于放置单颗或多颗待测发光二极管器件；电参数发生及测试装置2，用于控制点亮待测发光二极管器件所需的电信号，并实现测量单颗待测发光二极管器件的电学特性；多通道驱动控制装置3，用于对待测发光二极管器件提供激励源，切换信号通道，控制系统各部分组件；光探测装置4，用于接收从待测发光二极管器件发出的光信号，并将接收的光信号转换成电信号；光探测控制装置5，用于对光探测装置4进行控制，使其工作在正常状态；光信号处理分析装置6，用于分析处理光探测装置4输出的电信号；恒定温度控制装置7，用于给待测发光二极管器件提供一个恒定环境温度；温度探测装置8，用于探测待测发光二极管器件的基点温度；中央监控及处理计算机9，用于利用软件实现控制数据的传输、采集及分析功能。所述待测发光二极管器件是基于III-V族半导体的发光二极管器件，其发射范围覆盖浅紫外到可见光区域。

所述发光二极管器件负载电路板1采用串联或并联电阻方式，能够对多颗待测发光二极管器件同时提供加速老化条件，而且如果其中某一个待测发光二极管器件失效，能够不需要手动操作，通过并联电阻使老化得以继续进行。所述电参数发生及测试装置2用于提供点亮待测发光二极管器件的电信号，并能够实现测量单颗待测发光二极管器件的电学特性，该电学特性包括电流-电压特性扫描曲线。所述光探测装置4是由多颗光电二极管构成的，用于将接收到的光信号转换成电信号。所述光探测控制装置5用于为光探测装置4提供正常的工作电压。

该系统对待测发光二极管器件实现两种操作模式：一种是测试模式，即在预先设定的时间间隔，利用多通道驱动控制装置实现多信号通道的切换，实现对单颗LED光、电、热学性能进行逐个扫描测试；另外一种是老化模式，即可以对所有LED在特定的结温老化环境中进行加速老化。

基于图1所示的依照本发明实施例对发光二极管进行光电热老化综合检测的系统，图2示出了依照本发明实施例对发光二极管进行光电热老化综合检测的方法流程图，该方法包括以下步骤：

步骤1：检查对发光二极管进行光电热老化综合检测的系统各组成部分连线是否正常；

步骤2：根据发光二极管的特点，采用直插式或者贴装式方式将待测的单颗或多颗待测发光二极管器件放置于发光二极管器件负载电路板；

步骤3：将放置了待测发光二极管器件的发光二极管器件负载电路板置于恒定温度控制装置内，并调节环境温度到设定值；

步骤4：通过中央监控及处理计算机，对所有待测发光二极管器件逐个进行电学和光学特性的测量；

步骤5：在低电平输入状态下，测量所有待测发光二极管器件对应的电压值；

步骤6：调节环境温度，重复步骤5，记录下所有待测发光二极管器件在不同温度下对应的电压值，从而得到不同待测发光二极管器件温度与电压之间的对应关系；

步骤7：在高电平输入状态下持续一段时间，稳定后，迅速切换到低电平，通过中央监控及处理计算机监控电压的变化曲线，然后根据待测发光二极管器件温度与电压之间的对应关系，算得该待测发光二极管器件在特定电输入状态下的结温和热阻等热学性能；

步骤8：根据该待测发光二极管器件的热学性能，设定加速老化电流和环境温度，通过中央监控及处理计算机设定老化的周期，以及在等间隔对每个待测发光二极管器件的电学、光学等特性进行测试。

步骤9：老化周期结束后，对比待测发光二极管器件老化前、老化期间以及老化后的光、电、热学性能，全面分析待测发光二极管器件的整体物理特性。

步骤10：得到该待测发光二极管器件的整体物理特性综合报告并输出。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (12)

1.一种对发光二极管进行光电热老化综合检测的系统，其特征在于，该系统包括；

发光二极管器件负载电路板(1)，用于放置单颗或多颗待测发光二极管器件；

电参数发生及测试装置(2)，用于控制点亮待测发光二极管器件所需的电信号，并实现测量单颗待测发光二极管器件的电学特性；

多通道驱动控制装置(3)，用于对待测发光二极管器件提供激励源，切换信号通道，控制系统各部分组件；

光探测装置(4)，用于接收从待测发光二极管器件发出的光信号，并将接收的光信号转换成电信号；

光探测控制装置(5)，用于对光探测装置(4)进行控制，使其工作在正常状态；

光信号处理分析装置(6)，用于分析处理光探测装置(4)输出的电信号；

恒定温度控制装置(7)，用于给待测发光二极管器件提供一个恒定的环境温度；

温度探测装置(8)，用于探测待测发光二极管器件的基点温度；以及

中央监控及处理计算机(9)，用于利用软件实现控制数据的传输、采集及分析功能。

2.根据权利要求1所述的对发光二极管进行光电热老化综合检测的系统，其特征在于，所述待测发光二极管器件是基于III-V族半导体的发光二极管器件，其发射范围覆盖浅紫外到可见光区域。

3.根据权利要求1所述的对发光二极管进行光电热老化综合检测的系统，其特征在于，所述发光二极管器件负载电路板(1)采用串联或并联电阻方式，能够对多颗待测发光二极管器件同时提供加速老化条件，而且如果其中某一个待测发光二极管器件失效，能够不需要手动操作，通过并联电阻使老化得以继续进行。

4.根据权利要求1所述的对发光二极管进行光电热老化综合检测的系统，其特征在于，所述电参数发生及测试装置(2)用于提供点亮待测发光二极管器件的电信号，并能够实现测量单颗待测发光二极管器件的电学特性，该电学特性包括电流-电压特性扫描曲线。

5.根据权利要求1所述的对发光二极管进行光电热老化综合检测的系统，其特征在于，所述光探测装置(4)是由多颗光电二极管构成的，用于将接收到的光信号转换成电信号。

6.根据权利要求1所述的对发光二极管进行光电热老化综合检测的系统，其特征在于，所述光探测控制装置(5)用于为光探测装置(4)提供正常的工作电压。

7.根据权利要求1所述的对发光二极管进行光电热老化综合检测的系统，其特征在于，该系统对待测发光二极管器件实现两种操作模式：一种是测试模式，即在预先设定的时间间隔，利用多通道驱动控制装置实现多信号通道的切换，实现对单颗LED光、电、热学性能进行逐个扫描测试；另外一种是老化模式，即对所有LED在特定的结温老化环境中进行老化。

8.一种对发光二极管进行光电热老化综合检测的方法，应用于权利要求1至7中任一项所述的系统，其特征在于，包括：

将待测的单颗或多颗待测发光二极管器件放置于发光二极管器件负载电路板；

将放置了待测发光二极管器件的发光二极管器件负载电路板置于恒定温度控制装置内，并调节环境温度到设定值；

通过中央监控及处理计算机，对所有待测发光二极管器件逐个进行电学和光学特性的测量；

在低电平输入状态下，测量所有待测发光二极管器件对应的电压值；

调节环境温度，重复测量所有待测发光二极管器件对应的电压值，记录下所有待测发光二极管器件在不同温度下对应的电压值，从而得到不同待测发光二极管器件温度与电压之间的对应关系；

在高电平输入状态下持续一段时间，稳定后，迅速切换到低电平，通过中央监控及处理计算机监控电压的变化曲线，然后根据待测发光二极管器件温度与电压之间的对应关系，算得该待测发光二极管器件在特定电输入状态下的热学性能；

根据该待测发光二极管器件的热学性能，设定加速老化电流和环境温度，通过中央监控及处理计算机设定老化的周期，以及在等间隔对每个待测发光二极管器件的电学、光学等特性进行测试；以及

老化周期结束后，对比待测发光二极管器件老化前、老化期间以及老化后的光、电、热学性能，分析待测发光二极管器件的整体物理特性。

9.根据权利要求8所述的对发光二极管进行光电热老化综合检测的方法，其特征在于，所述将待测的单颗或多颗待测发光二极管器件放置于发光二极管器件负载电路板，是根据发光二极管的特点，采用直插式或者贴装式方式将待测的单颗或多颗待测发光二极管器件放置于发光二极管器件负载电路板。

10.根据权利要求8所述的对发光二极管进行光电热老化综合检测的方法，其特征在于，所述将待测的单颗或多颗待测发光二极管器件放置于发光二极管器件负载电路板之前，还包括：

检查对发光二极管进行光电热老化综合检测的系统各组成部分连线是否正常。

11.根据权利要求8所述的对发光二极管进行光电热老化综合检测的方法，其特征在于，所述算得该待测发光二极管器件在特定电输入状态下的热学性能的步骤中，该热学性能至少包括结温和热阻参数。

12.根据权利要求8所述的对发光二极管进行光电热老化综合检测的方法，其特征在于，所述分析待测发光二极管器件的整体物理特性之后，还包括：

得到该待测发光二极管器件的整体物理特性综合报告并输出。

Images