CN108693455A - 一种led器件性能退化的检测方法及检测系统 - Google Patents

一种led器件性能退化的检测方法及检测系统 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种LED器件性能退化的检测方法及检测系统。一种LED器件性能退化的检测方法，其中，对以恒定电压或恒定电流应力驱动的LED器件，也即老化中的LED器件，在恒定电压或恒定电流基础上引入高频交流小信号，频率大于1MHz，该交流高频小信号的引入不影响LED器件的光谱和空间光强分布；或者，以高频的脉冲电流代替恒定电流驱动LED器件，脉冲电流的有效电流水平记为驱动电流应力水平；然后，采用光电探测器探测LED器件发光，将光信号转化为电信号，进行数据采集，在线或离线分析LED器件的频率响应特性，根据老化中的频率响应特性参数相对于未老化时的变化，判断LED器件中漏电流水平，以有效便捷地检测LED器件的退化，在LED器件失效前进行预警。

Description

一种LED器件性能退化的检测方法及检测系统
技术领域
本发明涉及LED器件检测技术领域，更具体地，涉及一种LED器件性能退化的检测方法及检测系统。
背景技术
寿命长是LED 产品的重要优点，但是它也为寿命预估提出了难题。目前，LED 产品以流明维持率为指标的寿命评价，主要是依据北美照明工程学会（IESNA）的LM-80/LM-79和美国能源之星的方法。其缺点包括流明衰减评估周期长（要求测试至少6000 小时）、失效模式单一、评估成本高，远远不能满足产业快速发展的需求。而且，存在着流明衰减对LED器件退化不敏感的问题。
当前大部分LED器件的加速老化系统，均采用原位或非原位监控流明衰减的方法来评估LED的退化。但是，大量试验结果表明，流明衰减对LED的退化及其不敏感。例如，对于有源区面积为1×1mm2的LED，即使漏电流水平达到10-3A以上，工作电流下的光效依然与未老化时无明显变化。
LED的逐渐退化经常伴随着漏电流、遂穿电流和串联电阻的增大的现象，这与LED芯片内部非辐射复合中心和深能级缺陷的增生，芯片上欧姆接触的退化有关。而灾难性失效往往紧跟在这种渐变型的退化，导致软/硬击穿的发生。因此，能够实时监控LED的退化就显得很急迫。
尽管，电流－电压(I-V)特性曲线、电容－电压（C-V）特性曲线和低频电噪声也能够做为LED有源层、欧姆接触发生退化的敏感物理性能，但是这些方法都需要离线测试。因此这些方法难以用于老化中或服役中的LED器件退化的监控。
发明内容
本发明的目的是提供一种LED器件性能退化的检测方法及检测系统，该检测方法及检测系统将高频交流小信号加载在输入LED器件的工作电流或老化电应力中，每个LED器件的高频交流小信号携带不同编码，通过光接收单元、解调单元以及数据分析单元的配合得到LED器件的频率响应特性，并与LED器件未老化时的频率调制特性进行对比，做出对LED器件的失效预警。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种LED器件性能退化的检测方法，其中，对以恒定电压或恒定电流应力驱动的LED器件，也即老化中的LED器件，在恒定电压或恒定电流基础上引入高频交流小信号，频率大于1MHz，该交流高频小信号的引入不影响LED器件的光谱和空间光强分布；或者，以高频的脉冲电流代替恒定电流驱动LED器件，脉冲电流的有效电流水平记为驱动电流应力水平；然后，采用光电探测器探测LED器件发光，将光信号转化为电信号，进行数据采集，在线或离线分析LED器件的频率响应特性，根据老化中的频率响应特性参数相对于未老化时的变化，判断LED器件中漏电流水平，以有效便捷地检测LED器件的退化，在LED器件失效前进行预警。
本发明中，LED器件的老化电应力水平由直流分量表征，高频交流小信号的引入不影响LED器件的失效机理。在整个老化过程中，除非由于LED器件失效引起电压、电流变化，否则对LED器件的输入电压或电流的直流分量保持恒定水平。
本发明还提供一种LED器件性能退化的检测系统，其中，包括依次设置的LED器件发光调制单元、待测LED器件阵列单元、光接收单元、解调单元和数据分析单元，还包括加速老化设备，所述待测LED器件阵列单元和光接收单元设在所述加速老化设备内部，所述LED器件发光调制单元、解调单元和数据分析单元设在所述加速老化设备外部；所述LED器件发光调制单元用于在待测LED器件阵列单元的LED发光中加载调制的数据信号；所述光接收单元用于接受待测LED器件阵列单元发射的调制光信号，将之转化为电信号，并进行信号放大；所述解调单元接收所述光接收单元放大后的电信号，并将其中的数据信号解调，并与所述LED器件发光调制单元加载的原信号对比，获得LED器件的频率响应特性；所述数据分析单元接收解调单元获得的LED器件的频率响应特性，以LED器件未老化时的频率调制特性为参照物，进行数据分析，根据LED器件的频率响应特性做出对LED器件的失效预警。
进一步的，所述LED器件发光调制单元包括依次连接的信号发生器、放大器和偏置器；所述待测LED器件阵列单元包括一个或多个LED器件以及给每个LED器件单独供应加速老化所需的电应力的直流源，所述直流源与所述偏置器连接，所述偏置器在所述直流源提供的直流电应力的基础上加载由信号发生器产生的高频交流小信号，复合后输入相应的LED器件；每个LED器件的高频交流小信号携带不同编码。所述信号发生器产生的高频交流小信号为伪随机序列以不同速率的NRZ信号，然后经过放大器放大，再经过偏置器叠加到直流源提供的直流电应力上来驱动LED器件。直流源输入的电应力水平在老化过程中保持恒定，除非LED器件退化或失效引起变化。
进一步的，所述偏置器在所述直流源提供的直流电应力的基础上加载高频交流小信号，并使每个LED器件的高频交流小信号携带不同编码的调制技术可以采用通断键控（OOK）调制、脉冲位置调制（PPM）、离线多音（DMT）调制、正交频分复用调制（OFDM）中的任意一种。这样可以避免光串扰造成的光接收单元接收到其它LED器件发射的光。
进一步的，所述高频交流小信号的频率范围在1MHz～500MHz，高频交流小信号的峰峰电压值（Vpp）不大于直流源直流电压的30％。
进一步的，所述光接收单元包括依次设置的光学元件模块和光接收模块，所述光学元件模块将待测LED器件阵列单元发出的光聚集在光接收模块上。
进一步的，所述光学元件模块包括滤光片和聚光片，所述光接收模块为光电探测器，所述滤光片和聚光片将蓝光投射在光电探测器上而过滤掉其它波长的光。
进一步的，所述LED器件的发光中心与光电探测器的中心对准，二者之间的距离为1cm～3m；所述光电探测器可以是Si基的雪崩探测器，也可以是Si基的PIN探测器，当然，也可以是是其它化合物半导体基的光电探测器。
进一步的，所述解调单元包括依次连接的跨阻放大器、示波器和误码检测器，所述跨阻放大器能够将接收的信号放大；所述示波器接收光接收单元传输过来的电信号，得到频率功率谱，并记录信号的眼图；误码检测器将原始信号和最终的信号相比较得到误比特率。
进一步的，所述加速老化设备为多物理场复合负载加速老化设备，以实现待测LED器件阵列单元的加速老化，多物理场可以是但不限于温度、湿度、振动、温度循环、湿度循环、快速温冲等环境应力或其复合应力。
与现有技术相比，本发明的有益效果：
本发明能够适用于难以直接测量LED器件电流－电压特性曲线的环境下，通过监测LED器件的频率响应特性，有效便捷地检测LED器件的退化。
本发明通过直接检测LED器件的发光信息来表征LED器件的退化，不需要改动LED器件原有的驱动电路，不需从特殊环境中取下LED器件，能够大大提高LED器件的检测效率，是一种方便有效的检测方式。另外这种检测方式能够敏感感知LED器件的工作状态，在LED器件灾难性失效前预警。
附图说明
图1是本发明实施例2的整体结构示意图。
具体实施方式
附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；为了更好说明本实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。附图中描述位置关系仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制。
实施例1
一种LED器件性能退化的检测方法，其中，对以恒定电压或恒定电流应力驱动的LED器件，也即老化中的LED器件，在恒定电压或恒定电流基础上引入高频交流小信号，频率大于1MHz，该交流高频小信号的引入不影响LED器件的光谱和空间光强分布；或者，以高频的脉冲电流代替恒定电流驱动LED器件，脉冲电流的有效电流水平记为驱动电流应力水平；然后，采用光电探测器探测LED器件发光，将光信号转化为电信号，进行数据采集，在线或离线分析LED器件的频率响应特性，根据老化中的频率响应特性参数相对于未老化时的变化，判断LED器件中漏电流水平，以有效便捷地检测LED器件的退化，在LED器件失效前进行预警。
本实施例中，LED器件的老化电应力水平由直流分量表征，高频交流小信号的引入不影响LED器件的失效机理。在整个老化过程中，除非由于LED器件失效引起电压、电流变化，否则对LED器件的输入电压或电流的直流分量保持恒定水平。
实施例2
如图1所示，一种LED器件性能退化的检测系统，其中，包括依次设置的LED器件发光调制单元1、待测LED器件阵列单元2、光接收单元3、解调单元4和数据分析单元5，还包括加速老化设备，所述待测LED器件阵列单元2和光接收单元3设在所述加速老化设备内部，所述LED器件发光调制单元1、解调单元4和数据分析单元5设在所述加速老化设备外部；所述LED器件发光调制单元1用于在待测LED器件阵列单元2的LED发光中加载调制的数据信号；所述光接收单元3用于接受待测LED器件阵列单元2发射的调制光信号，将之转化为电信号，并进行信号放大；所述解调单元4接收所述光接收单元3放大后的电信号，并将其中的数据信号解调，并与所述LED器件发光调制单元1加载的原信号对比，获得LED器件的频率响应特性；所述数据分析单元5接收解调单元4获得的LED器件的频率响应特性，以LED器件未老化时的频率调制特性为参照物，进行数据分析，根据LED器件的频率响应特性做出对LED器件的失效预警。
如图1所示，所述LED器件发光调制单元1包括依次连接的信号发生器11、放大器12和偏置器13；所述待测LED器件阵列单元2包括一个或多个LED器件以及给每个LED器件单独供应加速老化所需的电应力的直流源21，所述直流源21与所述偏置器13连接，所述偏置器13在所述直流源21提供的直流电应力的基础上加载由信号发生器11产生的高频交流小信号，复合后输入相应的LED器件；每个LED器件的高频交流小信号携带不同编码。所述信号发生器11产生的高频交流小信号为伪随机序列以不同速率的NRZ信号，然后经过放大器12放大，再经过偏置器13叠加到直流源21提供的直流电应力上来驱动LED器件。直流源21输入的电应力水平在老化过程中保持恒定，除非LED器件退化或失效引起变化。
本实施例中，所述偏置器13在所述直流源21提供的直流电应力的基础上加载高频交流小信号，并使每个LED器件的高频交流小信号携带不同编码的调制技术可以采用通断键控（OOK）调制、脉冲位置调制（PPM）、离线多音（DMT）调制、正交频分复用调制（OFDM）中的任意一种。这样可以避免光串扰造成的光接收单元3接收到其它LED器件发射的光。
本实施例中，所述高频交流小信号的频率范围在1MHz～500MHz，高频交流小信号的峰峰电压值（Vpp）不大于直流源21直流电压的30％。
如图1所示，所述光接收单元3包括依次设置的光学元件模块31和光接收模块32，所述光学元件模块31将待测LED器件阵列单元2发出的光聚集在光接收模块32上。
如图1所示，所述光学元件模块31包括滤光片311和聚光片312，所述光接收模块32为光电探测器，所述滤光片311和聚光片312将蓝光投射在光电探测器上而过滤掉其它波长的光。
本实施例中，所述LED器件的发光中心与光电探测器的中心对准，二者之间的距离为1cm～3m；所述光电探测器可以是Si基的雪崩探测器，也可以是Si基的PIN探测器，当然，也可以是是其它化合物半导体基的光电探测器。
如图1所示，所述解调单元4包括依次连接的跨阻放大器41、示波器42和误码检测器43，所述跨阻放大器41能够将接收的信号放大；所述示波器42接收光接收单元3传输过来的电信号，得到频率功率谱，并记录信号的眼图；误码检测器43将原始信号和最终的信号相比较得到误比特率。
本实施例中，所述加速老化设备为多物理场复合负载加速老化设备，以实现待测LED器件阵列单元2的加速老化，多物理场可以是但不限于温度、湿度、振动、温度循环、湿度循环、快速温冲等环境应力或其复合应力。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为了清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种LED器件性能退化的检测方法，其特征在于，对以恒定电压或恒定电流应力驱动的LED器件，也即老化中的LED器件，在恒定电压或恒定电流基础上引入高频交流小信号，频率大于1MHz，该交流高频小信号的引入不影响LED器件的光谱和空间光强分布；或者，以高频的脉冲电流代替恒定电流驱动LED器件，脉冲电流的有效电流水平记为驱动电流应力水平；然后，采用光电探测器探测LED器件发光，将光信号转化为电信号，进行数据采集，在线或离线分析LED器件的频率响应特性，根据老化中的频率响应特性参数相对于未老化时的变化，判断LED器件中漏电流水平，以有效便捷地检测LED器件的退化，在LED器件失效前进行预警。
2.一种LED器件性能退化的检测系统，其特征在于，包括依次设置的LED器件发光调制单元（1）、待测LED器件阵列单元（2）、光接收单元（3）、解调单元（4）和数据分析单元（5），还包括加速老化设备，所述待测LED器件阵列单元（2）和光接收单元（3）设在所述加速老化设备内部，所述LED器件发光调制单元（1）、解调单元（4）和数据分析单元（5）设在所述加速老化设备外部；所述LED器件发光调制单元（1）用于在待测LED器件阵列单元（2）的LED发光中加载调制的数据信号；所述光接收单元（3）用于接受待测LED器件阵列单元（2）发射的调制光信号，将之转化为电信号，并进行信号放大；所述解调单元（4）接收所述光接收单元（3）放大后的电信号，并将其中的数据信号解调，并与所述LED器件发光调制单元（1）加载的原信号对比，获得LED器件的频率响应特性；所述数据分析单元（5）接收解调单元（4）获得的LED器件的频率响应特性，以LED器件未老化时的频率调制特性为参照物，进行数据分析，根据LED器件的频率响应特性做出对LED器件的失效预警。
3.根据权利要求2所述的一种LED器件性能退化的检测系统，其特征在于，所述LED器件发光调制单元（1）包括依次连接的信号发生器（11）、放大器（12）和偏置器（13）；所述待测LED器件阵列单元（2）包括一个或多个LED器件以及给每个LED器件单独供应加速老化所需的电应力的直流源（21），所述直流源（21）与所述偏置器（13）连接，所述偏置器（13）在所述直流源（21）提供的直流电应力的基础上加载由信号发生器产生的高频交流小信号，复合后输入相应的LED器件；每个LED器件的高频交流小信号携带不同编码。
4.根据权利要求3所述的一种LED器件性能退化的检测系统，其特征在于，所述偏置器（13）在所述直流源（21）提供的直流电应力的基础上加载高频交流小信号，并使每个LED器件的高频交流小信号携带不同编码的调制技术可以采用通断键控（OOK）调制、脉冲位置调制（PPM）、离线多音（DMT）调制、正交频分复用调制（OFDM）中的任意一种。
5.根据权利要求3所述的一种LED器件性能退化的检测系统，其特征在于，所述高频交流小信号的频率范围在1MHz～500MHz，高频交流小信号的峰峰电压值（Vpp）不大于直流源（21）直流电压的30％。
6.根据权利要求2所述的一种LED器件性能退化的检测系统，其特征在于，所述光接收单元（3）包括依次设置的光学元件模块（31）和光接收模块（32），所述光学元件模块（31）将待测LED器件阵列单元（2）发出的光聚集在光接收模块（32）上。
7.根据权利要求6所述的一种LED器件性能退化的检测系统，其特征在于，所述光学元件模块（31）包括滤光片（311）和聚光片（312），所述光接收模块（32）为光电探测器，所述滤光片（311）和聚光片（312）将蓝光投射在光电探测器上而过滤掉其它波长的光。
8.根据权利要求7所述的一种LED器件性能退化的检测系统，其特征在于，所述LED器件的发光中心与光电探测器的中心对准，二者之间的距离为1cm～3m；所述光电探测器为Si基的雪崩探测器，或者Si基的PIN探测器。
9.根据权利要求2所述的一种LED器件性能退化的检测系统，其特征在于，所述解调单元（4）包括依次连接的跨阻放大器（41）、示波器（42）和误码检测器（43），所述跨阻放大器（41）能够将接收的信号放大；所述示波器（42）接收光接收单元（3）传输过来的电信号，得到频率功率谱，并记录信号的眼图；误码检测器（43）将原始信号和最终的信号相比较得到误比特率。
10.根据权利要求2所述的一种LED器件性能退化的检测系统，其特征在于，所述加速老化设备为多物理场复合负载加速老化设备，以实现待测LED器件阵列单元（2）的加速老化。
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