JP2011179937A - Ｌｅｄ寿命試験方法及び装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 ＬＥＤの輝度、電圧、電流を高度の悪環境下で逐次計測してＬＥＤの寿命を短期間で予測すること。
【解決手段】被試験ＬＥＤ７００をＨＡＳＴ装置５００内に配置し、このＨＡＳＴ装置５００がその試験条件に到達した後、被試験ＬＥＤ７００に外部から定電流を供給し,このＬＥＤの光量を光電素子９１０で受光し、その電流をＨＡＳＴ装置の外部に引き出して被試験ＬＥＤ７００の輝度を計測し、且つ、ＬＥＤ７００自体の電流と電圧との測定データをＨＡＳＴ装置５００の外部に引き出し、被試験ＬＥＤ７００の劣化傾向を予測する
【選択図】図１

Description

本発明は、ＬＥＤ寿命試験技術に関し、更に詳細に述べると、高温、高湿度環境下でＬＥＤの輝度、電圧、電流劣化を逐次計測して，ＬＥＤの寿命を短期間で予測することができるＬＥＤ寿命試験方法及び装置に関するものである。

半導体製品は、ＩＥＣの規格番号６００６８−２−６６の６０７４９（規格名称 ＤＵＭＰ ＨＥＡＴ ＳＴＥＡＤＹ ＳＴＡＴＥ）、ＪＥＩＴＡ規定番号ＥＩＡ／ＥＤ４７０１／１００／１０２（規格名称 高温高湿バイアス試験）、ＪＥＤＥＣの規定番号ＪＥＳＤ２２−Ａ１１８（規定名称 高加速寿命試験装置 ＨＩＧＨＬＹ ＡＣＣＥＬＥＲＡＴＥＤ ＴＥＭＰＥＲＡＴＵＲＥ ＡＮＤ ＨＵＭＩＤＩＴＹ ＳＴＲＥＳＳ ＴＥＳＴ（ＨＡＳＴ））、ＪＩＳ規格番号 ＪＩＳ Ｃ ００９６−２００１（規格名称 高温高湿定常）、ＪＰＣＡ規格番号 ＪＰＣＡ−ＥＴ０８−２００２（規定名称 高温・高湿・定常（不飽和加圧水蒸気）試験）において、試験温度（温度１１０、１２０、１３０℃）、湿度８５％、試験時間、試験電圧が規定されている。このため、半導体製品は、このような規格に合った高度加速寿命試験装置（ＨＡＳＴ装置）内で試験されている。

一方、ＬＥＤの寿命の評価方法は、ＡＳＳＩＳＴ（ＴＨＥ ＡＬＬＩＡＮＣＥ ＦＯＲ ＳＯＬＩＤ−ＳＴＡＴＥ ＩＬＬＵＭＩＮＡＴＩＯＮ ＳＹＳＴＥＭＳ ＡＮＤ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＩＥＳ）とＩＥＳ（ＩＬＬＵＭＩＮＡＴＩＮＧ ＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧ ＳＯＣＩＥＴＹ：アメリカ照明学会）のＬＭ−８０−０８で定義されている。

従来技術では、ＬＥＤは、上記の規格に合った高温槽内に配置し、この高温槽内のＬＥＤを発光させてＬＥＤの劣化試験や輝度試験を行っていた。この試験の一例を掲げると、２００２年に設立されたASSIST(The Alliance for Solid-State Illumination Systems and Technologies)では、最初に定格電流、定格電圧でＬＥＤの初期エージングを１０００時間を行い、その後高温槽内の３つの異なった温度環境の下で、定格電流を流して５０００時間以上の動作試験を行っている。この動作試験中にＬＥＤからの光のスペクトル分布が変わらない前提で、フォトダイオードの如き光電素子によってＬＥＤの光出力を測定し、光のスペクトル分布が変わったら寿命が低下したと判断する。このため、ＬＥＤの寿命を確認するために、６０００時間（約２５０日）という長時間の連続試験時間が必要であった。

本発明が解決しようとする他の課題は、高加速寿命試験装置（ＨＡＳＴ装置）を用いてＬＥＤの寿命試験を短時間で行うことができるようにしたＬＥＤ寿命試験方法を提供することにある。

本発明が解決しようとする他の課題は、高加速寿命試験装置（ＨＡＳＴ装置）を用いてＬＥＤの寿命とともにその劣化現象を確認することができるようにしたＬＥＤ寿命試験方法を提供することにある。

本発明が解決しようとする他の課題は、高加速寿命試験装置（ＨＡＳＴ装置）を用いてＬＥＤの寿命試験を短時間で行うことができるようにしたＬＥＤ寿命試験装置を提供することにある。

本発明が解決しようとする他の課題は、高加速寿命試験装置（ＨＡＳＴ装置）を用いてＬＥＤ寿命とともにその劣化現象を確認することができる用にしたＬＥＤ寿命試験装置を提供することにある。

本発明の第１の課題解を解決するための解決手段は、被試験ＬＥＤを高度加速寿命試験装置の容器内に配置し、前記被試験ＬＥＤに定電流を供給して発光し、前記被試験ＬＥＤを流れるＬＥＤ電流とＬＥＤ電圧とを検出して測定するするとともに、前記被試験ＬＥＤからの光を受光する光電素子からの受光電流を検出して測定し、前記ＬＥＤ電流とＬＥＤ電圧との測定値と前記受光電流の測定値とから前記被試験ＬＥＤの劣化と輝度低下とから前記被試験ＬＥＤの寿命を確認することを特徴とするＬＥＤ寿命試験方法を提供することにある。

本発明の第２の課題解を解決するための解決手段は、被試験ＬＥＤを高度加速寿命試験装置の容器内に配置し、前記被試験ＬＥＤに一定時間単位毎に異なる定電流を供給して前記被試験ＬＥＤを発光し、前記被試験ＬＥＤを流れるＬＥＤ電流とＬＥＤ電圧とを検出して測定し、前記ＬＥＤ電流とＬＥＤ電圧との測定値から得られる時系列的な電流電圧特性に基づく前記被試験ＬＥＤの劣化と、前記被試験ＬＥＤからの光を受光する光電素子からの受光電流を検出して得られる前記被試験ＬＥＤの輝度低下とから前記被試験ＬＥＤの寿命を確認することを特徴とするＬＥＤ寿命試験方法を提供することにある。

本発明の第３の課題解を解決するための解決手段は、被試験ＬＥＤを高度加速寿命試験装置の容器内に配置される被試験ＬＥＤに定電流を供給して前記被試験ＬＥＤを発光するＬＥＤ定電流器と、前記被試験ＬＥＤを流れるＬＥＤ電流とＬＥＤ電圧とを検出して測定するＬＥＤ電圧／電流測定器と、前記高度加速寿命試験装置の容器内に配置され前記被試験ＬＥＤからの光を受光してその受光量に相応する電流を発生する光電素子を含む受光器と、前記受光器からの受光電流を検出し測定する受光電流測定器と、前記ＬＥＤ定電流器に定電流を供給するように前記ＬＥＤ定電流器に指令する定電流供給指令信号を発生し、前記ＬＥＤ電圧／電流測定器と前記受光電流測定器とからの測定データを受けて前記被試験ＬＥＤの寿命を表示／又は記録する制御装置とを備えたことを特徴とするＬＥＤ寿命試験装置を提供することにある。

本発明の第４の課題を解決するための手段は、第３の課題を解決する手段において、前記定電流供給指令信号は、前記被試験ＬＥＤに所定時間単位毎に異なる定電流を供給するように前記ＬＥＤ定電流器に供給されるものであり、前記ＬＥＤ電圧／電流測定器は、前記被試験ＬＥＤの電圧電流特性を測定するものであることを特徴とするＬＥＤ寿命試験装置を提供することにある。

本発明の第３及び第４の課題解決手段において、前記ＬＥＤ定電流発生器、ＬＥＤ電圧／電流測定器と、受光電流測定器と、制御装置とは、前記高度加速寿命試験装置の容器の外部にあって、前記ＬＥＤ低電流発生器と、前記ＬＥＤ電圧／電流測定器と、前記受光電流測定器とは、前記高度加速寿命試験装置の容器の装置口を介して前被試験ＬＥＤ、受光器に接続されるものである。

ＨＡＳＴ装置は、高い試験温度（１１０，１２０，１３０℃）と高い湿度８５％とを有する高悪環境下にあり、本発明は、このような環境の下でＬＥＤの輝度劣化試験を行うことができるので、従来技術による高温槽試験に比べて、極めて短期間でＬＥＤの寿命試験を実現することができる。

また、上記試験中に一定時間単位毎に，被試験ＬＥＤに異なる定電流を供給することによって、ＬＥＤの電流電圧特性の変遷情報を得ることができ、これによって、ＬＥＤ自体がどのような劣化傾向現象を示すのか詳細に知ることができる。

本発明の実施の形態によるＬＥＤ寿命試験装置の系統図である。 本発明の第１の実施の形態におけるＬＥＤ寿命試験方法によって得られたＬＥＤの劣化変遷状態を示すグラフである。 本発明の第２の実施の形態におけるＬＥＤ寿命試験方法によって得られた電流電圧特性の変遷を示すグラフである。

本発明のＬＥＤ寿命試験方法は、基本的には、被試験ＬＥＤをＨＡＳＴ装置内に配置し、このＨＡＳＴ装置がその試験条件に到達した後、被試験ＬＥＤに定電流を供給し、このＬＥＤの光量を光電素子で受光し、その電流をＨＡＳＴ装置の外部に引き出し、受光電流測定器で測定し、且つ、ＬＥＤ自体の電流と電圧との測定データをＨＡＳＴ装置の外部に引き出し、被試験ＬＥＤの劣化傾向を予測することにある。

本発明の実施の形態を図面を参照して詳細に述べると、図１は、本発明の１つの実施の形態によるＬＥＤ寿命試験装置を示し、このＬＥＤ寿命試験装置は、ＨＡＳT装置５００の容器内に配置された被試験ＬＥＤ７００の寿命試験を行うものであり、ＨＡＳＴ装置５００の容器内には、被試験ＬＥＤ７００の光を受光して電気信号に変換する受光器６００が配置されている。ＨＡＳＴ装置５００の容器内は、試験時には、高い試験温度（１１０，１２０，１３０℃）と高い湿度８５％とを有するまで高悪環境となるように設定される。

受光器６００は、被試験ＬＥＤ７００からの光を導通する導光デバイス（例えば、強化ガラス、サファイヤガラス）９００とこの導光デバイス９００を通過する光を受光するフォトダイオードの如き光電素子９１０とを含み、この導光デバイス９００は、ＨＡＳＴ装置５００内の環境から絶縁して光電素子９１０がＨＡＳＴ環境下の湿度、圧力等の影響を受けないようにするために密閉容器６１０の開口を閉じるように配置され、光電素子９１０は、この密閉容器６１０内に配置されている。

本発明のＬＥＤ寿命試験装置は、ＬＥＤ定電流装置１００と、ＬＥＤ電圧／電流測定器２００と、受光電流測定器３００と、制御装置４００とを備えている。

ＨＡＳＴ装置５００の容器の装置口８００は、ＬＥＤ定電流器１００の出力側の導線１２と被試験ＬＥＤ７００の入力側の導線１３、ＬＥＤ電圧／電流測定器２００の入力側導線１５と被試験ＬＥＤの出力側導線１４、受光電流測定器３００の入力側導線１８と受光器６００の出力側導線１７とをそれぞれ接続する接続部を構成している。

制御装置４００は、ＬＥＤ定電流装置１００に定電流を供給するのを指示する定電流供給指令信号１１をＬＥＤ定電流装置１００に供給し、また、ＬＥＤ電圧／電流測定器２００から供給されるＬＥＤ電圧電流測定データ１６と受光電流測定器３００から供給される受光電流（光電素子電流）測定データ１９とを受けてこれらの測定データを表示及び／又は記録する。

ＬＥＤ定電流器１００は、制御装置４００からの定電流供給指令信号１１を受けてこの定電流供給指令信号１１に相応する定電流を被試験ＬＥＤ７００に供給してこの被試験ＬＥＤ７００を発光させる。

ＬＥＤ電圧／電流測定器２００は、被試験ＬＥＤ７００が駆動されてこの被試験ＬＥＤ７００に流れる電流とその両端電圧とのデータを受けてこれらの電流／電圧データを測定する。

また、受光電流測定器３００は、受光器６００からの受光量に相応する光電素子９１０の電流(受光電流)を受けてこの電流を測定する。

既に述べたように、制御装置４００は、ＬＥＤ電圧／電流測定器２００の測定データ１６と受光電流測定器３００の測定データ１９とを受信してこれらの測定データを表示及び／又は記録する。

次に、本発明のＬＥＤ寿命試験装置の動作を述べると、ＨＡＳＴ装置内の環境が試験条件（温度１２０℃、湿度８５％）に到達した後に、制御装置４００が定電流供給指令信号１１をＬＥＤ定電流器１００に供給すると、ＬＥＤ定電流器１００は、導線１２、１３を介してＨＡＳＴ装置５００内にある被試験ＬＥＤに定電流を供給する。定電流が供給された被試験ＬＥＤ７００は、この定電流によって発光し、またその電流及び電圧を導線１４、１５を介してＬＥＤ電圧／電流測定器２００に伝送する。ＬＥＤ電圧／電流測定器２００は、ＬＥＤ電圧／電流測定データＶＩＤを導線１６を介して制御装置４００に送る。それと同時に、被試験ＬＥＤ７００からの光は、導光デバイス９００を通して光電素子９１０で受光され、この受光電流は、導線１７、１８を介して受光電流測定器３００に供給される。受光電流測定器３００は、受光電流測定データＩＤを導線１９を介して逐次制御装置４００に送る。制御装置４００は、これらの測定データ１６、１９を表示及び／又は記録する。

本発明の装置によって実施される第１のＬＥＤ寿命試験方法では、制御装置４００は、変化することがない定電流供給指令信号を発生して行われる。図２は、この第１のＬＥＤ寿命試験方法によって行われた試験結果を示す。図２において、横軸は、時間を示し、また縦軸は、試験開始時点の各測定データ値を１００％にしてからの変化（％）を示している。

受光電流測定器３００が測定する受光電流値（ＰＤ値）１０００は、時間経過によって次第に低下し、これは、ＬＥＤの輝度が次第に劣化していることを示す。また、ＬＥＤ電圧／電流測定器２００で測定されているＬＥＤ電流値３０００は、変化しないが、ＬＥＤ電圧値（Ｖｆ値）２０００は、時間の経過とともに次第に高くなり、ＬＥＤが次第に劣化していることを示す。

本発明の装置によって実施される第２のＬＥＤ寿命試験方法では、制御装置４００は、一定時間単位毎に、被試験ＬＥＤ７００の定電流を変化させる定電流供給指令信号１１を被試験ＬＥＤ７００に供給してその電流電圧特性を変化させる。この電圧電流特性は、制御装置４００内で表示及び／又は記録される。

図３は、第２のＬＥＤ寿命試験方法によるＬＥＤの電流電圧特性を示す。図３において、横軸は、電圧（Ｖ）、縦軸は、電流（μＡ）を示す。ＬＥＤ７００の初期電流電圧特性は，特性曲線４０００に示す通利であるが、時間の経過とともに、特性曲線５０００、６０００、７０００に示すように順次変化する。

図３から解るように、ＬＥＤの電流電圧特性は、初期の正しい特性である曲線４０００から曲線５０００、６０００と変化し、遂には、抵抗特性に似た直線７０００の特性となり、これは、時間の経過とともにＬＥＤが劣化していることを示す。

本発明は、ＬＥＤ寿命試験における試験時間の短縮と、試験対象であるＬＥＤの劣化傾向を電流電圧特性で観測することができ、ＬＥＤ寿命試験に産業上有利に利用することができる。

１１ 定電流供給指令信号
１２、１３、１４、１５、１６、１７、１８、１９ 導線
１００ ＬＥＤ定電流発生器
２００ ＬＥＤ電圧／電流測定器
３００ 受光電流測定器
４００ 制御装置
５００ ＨＡＳＴ装置
６００ ＬＥＤ受光器
６１０ 密閉容器
７００ 被試験ＬＥＤ
９００ 導光デバイス
９１０ フォトダイオードの如き光電素子
１０００ 受光電流値
２０００ ＬＥＤ電圧値
３０００ ＬＥＤ電流値、
４０００ 初期値のＬＥＤ電流電圧特性曲線
５０００、６０００ 途中経過のＬＥＤ電流電圧特性曲線
７０００ 最終のＬＥＤ電流電圧曲線

Claims (5)

1. 被試験ＬＥＤを高度加速寿命試験装置の容器内に配置し、前記被試験ＬＥＤに定電流を供給して発光し、前記被試験ＬＥＤを流れるＬＥＤ電流とＬＥＤ電圧とを検出して測定するするとともに、前記被試験ＬＥＤからの光を受光する光電素子からの受光電流を検出して測定し、前記ＬＥＤ電流とＬＥＤ電圧との測定値と前記受光電流の測定値とから前記被試験ＬＥＤの劣化と輝度低下とから前記被試験ＬＥＤの寿命を確認することを特徴とするＬＥＤ寿命試験方法。
2. 被試験ＬＥＤを高度加速寿命試験装置の容器内に配置し、前記被試験ＬＥＤに一定時間単位毎に異なる定電流を供給して前記被試験ＬＥＤを発光し、前記被試験ＬＥＤを流れるＬＥＤ電流とＬＥＤ電圧とを検出して測定し、前記ＬＥＤ電流とＬＥＤ電圧との測定値から得られる時系列的な電流電圧特性に基づく前記被試験ＬＥＤの劣化と、前記被試験ＬＥＤからの光を受光する光電素子からの受光電流を検出して得られる前記被試験ＬＥＤの輝度低下とから前記被試験ＬＥＤの寿命を確認することを特徴とするＬＥＤ寿命試験方法。
3. 被試験ＬＥＤを高度加速寿命試験装置の容器内に配置される被試験ＬＥＤに定電流を供給して前記被試験ＬＥＤを発光するＬＥＤ定電流器と、前記被試験ＬＥＤを流れるＬＥＤ電流とＬＥＤ電圧とを検出して測定するＬＥＤ電圧／電流測定器と、前記高度加速寿命試験装置の容器内に配置され前記被試験ＬＥＤからの光を受光してその受光量に相応する電流を発生する光電素子を含む受光器と、前記受光器からの受光電流を検出し測定する受光電流測定器と、前記ＬＥＤ定電流器に定電流を供給するように前記ＬＥＤ定電流器に指令する定電流供給指令信号を発生し、前記ＬＥＤ電圧／電流測定器と前記受光電流測定器とからの測定データを受けて前記被試験ＬＥＤの寿命を表示／又は記録する制御装置とを備えたことを特徴とするＬＥＤ寿命試験装置。
4. 請求項３に記載のＬＥＤ寿命試験装置であって、前記定電流供給指令信号は、前記被試験ＬＥＤに所定時間単位毎に異なる定電流を供給するように前記ＬＥＤ定電流器に供給されるものであり、前記ＬＥＤ電圧／電流測定器は、前記被試験ＬＥＤの電圧電流特性を測定するものであることを特徴とするＬＥＤ寿命試験装置。
5. 請求項３又は４に記載のＬＥＤ寿命試験装置であって、前記ＬＥＤ定電流発生器と前記ＬＥＤ電圧／電流測定器と前記受光電流測定器と前記制御装置とは、前記高度加速寿命試験装置の容器の外部にあり、前記ＬＥＤ定電流発生器と前記ＬＥＤ電圧／電流測定器と前記受光電流測定器とは、前記高度加速寿命試験装置の容器の装置口を介して前被試験ＬＥＤ、受光器に接続されるようにしたことを特徴とするＬＥＤ寿命試験装置。

Images