一种led寿命加速在线测试系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及LED测试系统，尤其涉及基于温度和电流作为加速应力的一种LED寿 命加速在线测试系统。
【背景技术】
[0002] LED作为第四代照明光源，具有节能、环保、长寿命、高可靠性等诸多优点，已广泛 应用于显示屏背光、夜景照明等领域。但LED的长寿命（可到10万小时）导致在LED寿命及 其可靠性测试中需要耗费大量的时间、人力和物力。目前，LED寿命试验常采用寿命加速试 验的方法，通过施加大电流、高温等应力，加速LED老化。（J.Zhang,C.Liu,X.Chen,G.Cheng andA.X.Zhou，"Studyonconstant-stepstressacceleratedlifetestsinwhite organiclight-emittingdiodes"，LUMINESCENCE,VOL. 29,NO. 7, 933-937 (2014);赵敏，张 万生，徐立生，LED加速寿命试验方法，信息技术与标准化，VOL. 5 (2009))。寿命加速试验可 以在短时间内预测LED的寿命，并进行可靠性和失效机理分析，从而对LED的设计、工艺及 使用方法进行改进。
[0003] 传统寿命加速测试方法大多采用离线测试，即将LED样品放入高温箱中，通过高 温箱对LED进行控温，并通过恒流源提供电流进行寿命加速试验。老化点亮一段时间后， 将LED样品冷却到室温后，取下样品，分别通过光谱仪、热阻仪、恒流源等仪器分别对每个 样品的光电色热参数进行测试，并分别记录数据。离线测试的方法不方便，频繁地拆卸和 升降温会导致LED样品出现异常，且会引入人为误差影响（一种LED寿命测试系统及其 测试方法，中国专利ZL201210055631.4)。目前，国内外的仪器公司和科研机构也推出了 一些在线寿命加速测试系统，但都不够成熟。现有市面上的LED寿命加速在线测试仪，均 采用恒温箱施加温度应力进行LED寿命加速，再通过光度探头将光信号转换为电信号，但 是缺乏采集过程中LED的光学、电学、色度学及热学等关键特性的变化数据。进而，出现 一些新的改进方案，大多是针对光色参数测试的改进。为了实时地观测LED样品的光色 参数变化，将耐高温的探测器（光纤或积分球）放置到高温箱中，并通过光谱仪或光度计 进行测试。(Q.Chen,Q.Chen,S.Liu,andX.Luo,"ADesignforIn-SituMeasurement ofOpticalDegradationofHighPowerLight-EmittingDiodesUnderAccelerated LifeTest"，IEEETRANSACTIONSONDEVICEANDMATERIALSRELIABILITY,VOL.14， NO. 2, 645-650(2014) ;LED寿命实时检测装置，中国专利CN201120418147. 4)。但高温对积 分球等其它设备也有不利影响，该方法会引入了新的损耗误差，且采用光纤或积分球进行 在线测试时往往只能针对单个LED进行测试，其它待测LED需要暂停供电，造成老化状态的 改变。
[0004] 上述方法存在一些不足，主要表现在：
[0005] 1、老化装置和测试系统分立，参数测试需要离线进行，测试不仅麻烦还会引入额 外误差，且测试数据量往往偏少，结果不连续。少数采用在线测试方式的设备由于老化和测 试的状态不一致造成测试结果偏差。
[0006] 2、高温箱、恒流源、光谱仪、热阻仪等仪器需要单独操作，不便于同时控制。
[0007] 3、高温箱体积大、功率大、成本高，造成了空间和能源上的极大浪费，且高温箱不 是专门针对LED的老化系统，没有考虑到LED本身的特殊性，难以对LED进行精确的温度控 制。同时高温环境对探头等测试设备也存在不利的影响，不利于系统推广应用。
[0008] 4、LED的结温是反映LED寿命的重要参量，当前寿命加速测试系统普遍缺乏结温 测算。
[0009] 5、颜色漂移也是衡量发光质量的重要指标，CIE(国际照明委员会）已把颜色漂移 作为一个衡量LED寿命的指标之一，而现有系统都只考虑了光通维持寿命预测，一个结合 光衰和颜色变化的寿命才能真正反映LED的寿命。
【发明内容】
[0010] 针对上述不足，为了更好地进行LED加速寿命试验，本发明提供新的轻便型自动 化的一种LED寿命加速在线测试系统。
[0011] 本发明设有：
[0012] 老化装置，老化装置设有2~4组恒温控制器和老化恒流源；所述恒温控制器设有 加热器和散热器；散热器设于加热器下方，加热器上固定至少一组LED样品夹具；
[0013] 光谱采集装置，光谱采集装置设有至少1路光纤、余弦收集器、测试采样夹具、 十六路光复用器和光谱仪；余弦收集器用于光谱辐射取样，收集180°立体角内的光，从 而消除光纤几何结构中对于光线方向的问题；光纤套上余弦收集器，作为入光口并固定在 测试采样夹具上，所述测试采样夹具设有套筒、光纤_余弦收集器固定支架、光纤支架，光 纤-余弦收集器固定支架设于套筒上部，使余弦收集器的受光面与入射光线方向垂直，套 筒用于隔开各个LED，避免光相互干扰；光纤支架设于固定支架上方，用于避免光纤过分弯 曲；光复用器是通过电机转动切换光通道的装置，16个入光口通过电脑控制，选择其中1个 通道与输出口相连实现光输出，16个LED样品的光通过16条光纤分别传输到光复用器中， 十六路光复用器轮流切换输出的光通道，并通过光纤将输出光从出光口传输到光谱仪中， 光谱仪将光通过光栅进行分光，并通过CCD采集光信号；
[0014] 电测试装置，电测试装置设有电矩阵开关和测试源表；电矩阵开关的每一个结点 都是一个开关，用于将多台测试仪器连接到多个被测器件上，将测试源表连接在电矩阵开 关的一个行端口上，将16路LED两端分别接在电矩阵开关的16个列端口上；
[0015] 计算机控制处理模块，计算机控制处理模块包括计算机控制部分和计算机处理部 分，用于通过自编的软件进行控制处理；计算机控制部分包含老化恒流源控制部分、PID加 热恒温控制部分、光谱仪采集控制部分和光复用器通道切换控制部分、电矩阵开关控制部 分、测试源表控制部分，计算机控制老化恒流源和PID加热恒温器对LED老化试验条件进行 设置并点亮，待电流及温度稳定后开始测试，光学测试是计算机通过控制光复用器和光谱 仪结合进行光谱采集，首先设定采样间隔和积分时间，然后计算机自动的控制光复用器选 择通道，通过光谱仪进行光谱采集，用这种方法对十六路的光谱逐一采集，电学测试阶段， 首先暂停老化恒流源，然后通过计算机控制电矩阵开关和测试源表进行测试，对LED样品 的电特性进行测试；计算机数据处理部分分为参数计算、寿命预测这两个部分，参数计算包 括光、电、色、热四个部分，光学和色度学部分，通过将光谱仪采集到的光谱进行光色参数计 算，如辐照度、光照度、色坐标、色温、显色指数、峰值波长、主波长等；热学部分，本发明采用 光谱法测试结温，即实验前先测算一组结温与光谱峰值波长或光谱半高宽漂移的系数，通 过采集光谱分析峰值波长漂移或光谱半高宽去推算结温；电学部分，通过测试源表和电矩 阵开关相结合，测试LED的I-V特性。
[0016] 对于寿命预测部分，采用物理模型与数学模型相结合的方法，分别建立光衰寿命 模型和颜色寿命模型，取光通维持寿命和颜色寿命中的较小值作为LED实际使用条件下的 寿命。光衰寿命模型，首先通过数学统计上的粒子滤波法对LED的寿命进行预测外推，得 到应力下1^〇样品光功率衰减模型？1=?。 6邓(-0〇，并可以计算到光衰至7〇%或5〇% 的寿命
再通过阿伦尼斯模型推导常规使用条件下的光通维持寿命，P= IpfVxpGEykT,)，其中0为衰减系数，Ea为活化能，T,为结温，通过该模型即可以推导出 活化能
即可通过结温和应力下的寿命推算出样品的激活能， 从而推算出常规使用条件下的光通维持寿命
，此外，由于颜色漂 移也是影响LED寿命的重要指标，本发明还建立颜色寿命模型。根据色坐标变化建立模型， 将色坐标变化不超过初始色坐标的四步马克亚当椭圆的范围作为有效寿命的判据。通过 非线性内插法计算其初始值的四步麦克亚当椭圆的范围，通过老化过程中的色坐标变化趋 势，建立颜色寿命模型，推算颜色寿命。
[0017] 所述电矩阵开关可采用4X16 (或更大）的矩阵组成，每一个结点都是一个开关， 可以将多台测试仪器连接到多个被测器件上。
[0018] 测试过程中，先暂停老化恒流源，通过控制这16个结点的通断，用测试源表供电 并分别测试这16路LED的I-V或其它电特性。
[0019] 与现有寿命加速测试系统比较，本发明具有以下优点：
[0020] 1、采用PID加热器对LED热沉进行直接控温，不仅使系统实现小型化，控温更加准 确稳定，并且节约了大量能源，且加热器具有绝热装置，避免了高温对测试设备的影响；
[0021] 2、在线测试的方法，老化和测试在相同条件下进行，测试结果更加连续，且避免了 因为测试条件不一致引入的误差；
[0022] 3、测试系统测试参数完整，涵盖光电色热这几种LED关键特性。采用光谱法计算 结温，无须离线测试，实现实时监测老化过程中结温变化；
[0023] 4、在传统光通维持寿命计算的基础上，加入了颜色寿命，并且通过将物理模型和 数学模型相结合，在短时间内更加准确地预测寿命。
【附图说明】
[0024] 图1为本发明实施例结构组成示意图。
【具体实施方式】
[0025] 参见图1，本发明实施例设有：
[0026] 老化装置，老化装置设有2~4组恒温控制器2和老化恒流源3 ;所述恒温控制器 2设有加热器和散热器；散热器设于加热器下方，加热器上固定至少一组LED样品夹具1 ;
[0027] 光谱采集装置，光谱采集装置设有至少1路光纤6、余弦收集器7、测试采样夹具 8、十六路光复用器9和光谱仪10 ;余弦收集器7用于光谱辐射取样，收集180°立体角内 的光，从而消除光纤几何结构中对于