專利名稱：測試高亮度發(fā)光二極管(hbled)的系統(tǒng)和方法
技術領域：
本發(fā)明總的有關ー種測試固體光器件例如高亮度發(fā)光二極管(HBLED)的系統(tǒng)和 方法，具體說是有關ー種具有改進的測量的精確度和可重復性的對HBLED進行控制能量測試的系統(tǒng)和方法。
背景技術：
發(fā)光二極管(LED)的歷史隨著LED的發(fā)現(xiàn)，正向偏壓的ニ極管的發(fā)光的科學觀察報告的最早記錄開始于1907年。這個發(fā)明給予俄羅斯技術專家Oleg Vladimirovich Losev廣泛的聲譽,是他觀察到氧化鋅ニ極管和碳化硅ニ極管被用于無線電裝置的接收電路，當被正向偏壓時他是以被發(fā)射的少量光進行工作。Losev對ニ極管發(fā)光的原因和性質(zhì)的研究成為1924年至1930年發(fā)表的一系列的16篇論文的基礎，這些論文說明了其對發(fā)光二極管(LED)研究的結(jié)果?？杀氖?，Losev在希特勒圍攻列寧格勒其間被誘捕并餓死于1942年。由于他的過早死亡和第二次世界大戰(zhàn)劫后余生的混亂，他的工作被世人忘棹。于1962年當美國研究人員論證了一種基于LED作用的激光吋，LED的歷史再重新展現(xiàn)。在1962年至1990年代中期，LED成為ー種常用的電子元件并被用在種種標識和發(fā)信號的應用中。在LED方面的下ー個突破性進展發(fā)生在1995年,此時IsamuAkasaki和H. Amano論證了一種基于氮化鎵(GaN)工作的高亮度發(fā)光二極管(HBLED)。HBLED比傳統(tǒng)的LED具有大得多的亮度、更高的效率并可以構(gòu)造成產(chǎn)生更多的顏色。HBLED的電氣效率和緊湊的尺寸已展現(xiàn)了適合于這些固體光器件的一大批的新應用。在近來的這些年中，人們已發(fā)現(xiàn)多種HBLED它們進入種種科學的和照明的應用的途徑，從而推動多種HBLED的市場在2006年擴展到超過110億美元。雖然從物理學家的觀點看，“發(fā)光二極管”這名稱已準確地描述了該器件，但該名稱并未精確地說明該器件如何被使用。從應用觀點看，該HBLED通常并不作為ー種ニ極管被使用。ニ極管當被正向偏壓時是被用作通過電流，而在被反向偏壓時阻止電流。如果借助水來類比，則ニ極管是起到單向流動閥的作用。ー種HBLED的主要功能是發(fā)光。該HBLED是將電功率轉(zhuǎn)變成光功率。在水的類比模式中，該ニ極管是ー個單向流動閥而該HBLED是一個發(fā)生器。LED 測試在制造過程中用于評價HBLED器件的測試方法是基于傳統(tǒng)的ニ極管測試，這些傳統(tǒng)的ニ極管測試被擴大到包括測量HBLED光學輸出的功率和顏色(即波長)。典型的HBLED測試是用簡化了的ニ極管測試順序開始進行，在該測試順序中二極管被反向偏壓以確定泄漏電流的數(shù)量，然后在測量正向電壓時用一個強制電流被正向偏壓。為了測量HBLED的光學性能，在用光電探測器(photodetector)和/或分光儀(spectrometer)測量由該處于測試狀態(tài)的HBLED(HBLED DUT)器件發(fā)出光的功率和顏色時施加一個強制電流。
當這些測試必須在最短的時間可能經(jīng)常是50毫秒或更短的時間內(nèi)完成在多數(shù)情況下，生產(chǎn)HBLED測試順序是在該正被測試的器件已到達熱平衡之前完成，這就顯著地降低了正向電壓測量及光學功率測量和顏色測量的精確度和可重復性。從測試和測量觀點看，由于該HBLED根本上是一種能量轉(zhuǎn)換器件，人們必然會想到用于評估HBLED的測試方法或策略勢必完全不同于二極管的測試方法或者策略。

發(fā)明內(nèi)容
對HBLED測試的傳統(tǒng)方法是源于HBLED是一種發(fā)光的二極管這樣的想法。而控制能量測試方法是將HBLED看作一種能量變換器并假設HBLED將電功率轉(zhuǎn)變成光功率。該測試的目標就是通過測量由HBLED所產(chǎn)生的作為時間的函數(shù)的光功率按照輸入能量相對輸出能量來評價其轉(zhuǎn)變的效率，同時控制輸入到處于測試狀態(tài)的HBLED器件(HBLED DUT)的電功率。雖然傳統(tǒng)的測試方法或策略和控制能量測試方法或策略兩種都可進行這些器件的相同性能的測量，但控制能量測試方法或策略能更好的一致性地符合這些器件的真實性及器件使用的應用類型。該控制能量測試方法或策略提高了測量的精確度，更重要的是，還改善了測試的可重復性，而不會犧牲測試的速度?？刂颇芰繙y試方法或策略克服了與傳統(tǒng)的HBLED測試的方法和測試系統(tǒng)相關聯(lián)的根本的弱點。首先，由于傳統(tǒng)的HBLED測試系統(tǒng)被優(yōu)化適合于施加電流和測量電壓，被發(fā)送到HBLED DUT的功率的實際數(shù)量并未被監(jiān)控，因而是不知道的。而且，由于傳統(tǒng)的HBLED測試系統(tǒng)的實施并未提供對一個測試順序的各方面定時精確的控制，被傳遞給該處于測試狀態(tài)的器件(DUT)的能量的精確的數(shù)量(功率X時間)也并不能被確定。由于在被傳送給DUT的功率的數(shù)量方面的不確定性和在測試的定時和測量順序方面的不確定性，測量結(jié)果的精確度和可重復性受到影響而變差，并且被測量的數(shù)據(jù)將在各次測試中不同。該控制能量測試策略是通過以下步驟來解決上述這些問題1.在正向偏壓和光測試時施加一個可編程的(給定的或者預先確定的)數(shù)量的功率(不只是電壓或者電流而是它們兩者的乘積)；2.精確地控制一個DUT的結(jié)點溫度；以及3.精確地協(xié)調(diào)所有的測試和測量順序包括反向電壓、正向電壓和輸出光功率指配的定時。一個控制能量測試順序?qū)⒁粋€給定數(shù)量的功率(時間變化或不變化)施加到該DUT，以促使該DUT的結(jié)點溫度到達熱平衡。在一個預定數(shù)量的能量已發(fā)送到DUT并且該DUT的結(jié)點溫度處于穩(wěn)定之后，測量該HBLED的光輸出的顏色和功率。


圖I顯示根據(jù)本發(fā)明的原理的一個實施例的控制能量測試系統(tǒng)的方塊圖。圖2顯不一種控制能量測試方法,該方法具有對一個DUT輸入能量的精確定時和在該DUT達到熱平衡之后經(jīng)協(xié)調(diào)的輸出能量測量及光功率指配。圖3顯示根據(jù)本發(fā)明的原理的一個實施例的控制能量系統(tǒng)。
具體實施方式
在本發(fā)明的一個實施例中，控制能量測試被實施，本發(fā)明的該控制能量測試是一種用于提高在對電子的或者光電子的器件進行參數(shù)的和/或功能的測試過程中所獲得的測量的精確度和可重復性的方法。該控制能量測試技術使用一個結(jié)合有精確的定時電路的可編程的恒定的功率源以在一個預定數(shù)量的時間內(nèi)將一個給定的或者預先確定的數(shù)量的功率傳送給一個器件處于測試狀態(tài)的器件(DUT)。圖I和圖2圖示一種系統(tǒng)和方法，即適用于一個處于測試狀態(tài)的高亮度發(fā)光二極管器件(HBLED DUT)的控制能量測試系統(tǒng)100和方法200。該控制能量測試系統(tǒng)和方法，例如一種控制能量測試的參數(shù)測量單元(PMU) 300 (如圖3所示)的實施是基于一種由一個多個處理器的網(wǎng)絡控制的模擬的參數(shù)測量單元。該處理器網(wǎng)絡的設計被優(yōu)化以實施一個所要求的控制系統(tǒng)以提供給DUT —個預先確定數(shù)量的功率，這樣就可在HBLED測試順序的整個定時中給予精確的控制。該控制能量測試的PMU300的‘施加功率’或者‘恒定的功率源’的功能是類似于一種恒定的電壓源或者一種恒定的電流源。術語‘恒定的功率源’是指該功率源調(diào)整輸出的電壓和電流兩者，以確保一個給定數(shù)量的功率被提供給HBLED DUT。被發(fā)送的該數(shù)量的功率可以是隨時間變化或者在整個時間內(nèi)是恒定的。在圖I中，控制能量測試系統(tǒng)100將控制能量測試順序(即控制電功率)提供給和輸入到一個DUT 102 (例如LED或者HBLED，等等)，該DUT將電功率轉(zhuǎn)變成光功率，然后該光功率被一個測試數(shù)據(jù)獲取系統(tǒng)104獲取。該測試數(shù)據(jù)獲取系統(tǒng)104，在一個實施例中，可以包括一個用于獲取與功率和顏色輸出兩者相關的測試數(shù)據(jù)的分光儀106，而在另一個實施例中，可以包括一個分光儀106和一個光電探測器108兩者，借此該分光儀106獲取與功率和顏色相關的測試數(shù)據(jù)，而該光電探測器108獲取與功率輸出相關的測試數(shù)據(jù)。應認識到該測試數(shù)據(jù)獲取系統(tǒng)104可以包括其它使用于從DUT102獲取其它的測試數(shù)據(jù)的合適的器件或配置，而這并不背離本發(fā)明的范圍或者精神。圖2顯示一種控制能量測試方法200，該方法具有對一個DUT (在一個示范性的實例中，為一個HBLED)輸入能量的精確的定時和在該DUT HBLED達到熱平衡之后經(jīng)協(xié)調(diào)的輸出能量測量及光功率分配。首先，該DUT HBLED是在一種所謂的“冷結(jié)點”狀態(tài)，即在環(huán)境溫度，通常為250C時平衡的未加熱的狀態(tài)。該方法200開始于步驟202 :將一系列的短強制電流脈沖施加到一個DUT HBLED0然后，在步驟204中測量一個正向電壓以監(jiān)控該DUT HBLED的結(jié)點溫度。接著，在步驟205中施加控制能量。如果在步驟206中DUT HBLED的結(jié)點溫度已達到熱平衡，則在步驟208中執(zhí)行DUT HBLED的功能測試；否則，如果在步驟206中DUT HBLED的結(jié)點溫度未達到熱平衡，該方法200就返回到步驟205，連續(xù)地施加控制能量并在步驟206中連續(xù)監(jiān)控DUT HBLED的結(jié)點溫度，直到該結(jié)點溫度達到平衡。最后，在步驟210中獲取該DUT HBLED的功能測試數(shù)據(jù)，例如輸出能量的功率、顏色，等等。圖3顯示根據(jù)本發(fā)明的原理的一個實施例的一個控制能量測試系統(tǒng)300。該控制能量測試系統(tǒng)300包括多個處理器。在本實施例中的這些處理器使用一個共享的系統(tǒng)時鐘以便保持一個共享的時間參照、數(shù)個平面存儲器映像(flat memory maps)和一個精簡的指令集構(gòu)架。所有這些功能使該處理器組可以被獨立地編程序但彼此保持緊密協(xié)調(diào)。這些處理器的每一個在該電路內(nèi)被指配一個特定的功能以確保在各任務的執(zhí)行定時方面的完整性。由于使用該共享的系統(tǒng)時鐘，這些任務是同步化的。
與電路的恒定功率輸出關聯(lián)的有兩個控制環(huán)301、302。該內(nèi)控制環(huán)301是一個用作執(zhí)行一個恒定電壓或者恒定電流模式放大器(可選擇的)304的模擬反饋環(huán)。內(nèi)控制環(huán)301包括一個電壓檢測處理器306、一個電流檢測處理器308、一個模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器(A/D) 320、一個電流傳感器321和一個模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器318。該外控制環(huán)302是一個數(shù)字反饋環(huán)，該數(shù)字反饋環(huán)實現(xiàn)恒定的功率輸出并包括電壓檢測處理器306和電流檢測處理器308 (和相關聯(lián)的數(shù)個模擬電路)、一個數(shù)學處理器310、一個控制處理器312和一個力處理器314 (force processor)。這些處理器306、308、310、312不斷地監(jiān)控DUT的電壓和電流、檢測任何不規(guī)則的功率情況，以及必要的話，用信號通知力處理器314以酌情增大或減小輸出的電流或者電壓，從而確保一個恒定數(shù)量的功率被傳送給DUT HBLED 102。該控制處理器312控制HBLED測試順序的執(zhí)行。這個處理器312專用于控制一個測試順序執(zhí)行的任務。對恒定功率電路的控制是通過對數(shù)學處理器和力處理器310、314的通信連接被控制的。控制處理器312還通過發(fā)送一個被精確定時的信號給分光儀106，如果配置的話，和光電探測器108使DUT HBLED的輸出能量獲取的開始和結(jié)束同步化。通信處理器316專用于控制與一個主機系統(tǒng)317的通信，該主機系統(tǒng)317包括有測試順序和獲取定時的配置。通信處理器316的功能是確保主機通信可以被操作和被執(zhí)行，而不會使可能正在進行中的任何測試順序的定時的精確度下降。電壓檢測處理器306監(jiān)控跨接DUT HBLED102的電壓。一個模擬緩沖電路對下側(cè)的DUT的電壓采樣并將一個經(jīng)標定的DUT電壓送給該高速的、高精確度的模擬/數(shù)字(A/D)轉(zhuǎn)換器318。電壓檢測處理器306監(jiān)控并記錄電壓檢測模擬/數(shù)字(A/D)轉(zhuǎn)換器318的輸出。 電流檢測處理器308監(jiān)控流入DUT HBLED 102的電流量。一個模擬緩沖電路對跨接電流傳感器321的電壓采樣并將一個經(jīng)測量的DUT電流送給該高速的、高精確度的模擬/數(shù)字(A/D)轉(zhuǎn)換器320。電流檢測處理器308監(jiān)控和記錄電流檢測模擬/數(shù)字(A/D)轉(zhuǎn)換器320的輸出。數(shù)學處理器310取得由電流檢測處理器和電壓檢測處理器308、306提供的DUTHBLED的電壓和電流的信息并計算來源于DUT HBLED 102的集成功率。數(shù)學處理器310然后比較依靠所要求的功率電平計算的結(jié)果并，如果必要的話，命令力處理器314修正傳送給DUT HBLED 102的功率數(shù)量。力處理器314控制與施加電流或者電壓給DUT HBLED 102相關聯(lián)的一個模擬電路。該模擬電路的特點是有一個由高速的和高精確度的數(shù)字/模擬(D/A)轉(zhuǎn)換器322驅(qū)動的電流和/或電壓模式力放大器304。力處理器314執(zhí)行來自數(shù)學處理器310的命令以調(diào)整正在被提供給DUT HBLED 102的電壓或者電流的數(shù)量。熟悉本領域技術的人員應認識到上述的控制能量測試系統(tǒng)100和方法200可以被用于測試其它合適的器件和/或配置，包括但并不限于，任何其它的將電功率轉(zhuǎn)變?yōu)楣夤β实暮线m的能量轉(zhuǎn)換器件。應認識到附圖和結(jié)合附圖的詳細說明應是被看作例示性的而并不是限制性的。
熟悉本領域技術的人員由上述的說明將可清楚理解本發(fā)明的這些和其它的特點。同樣應認識到發(fā)明可以在各個顯而易見的方面作出變型，所有這些變型并未背離本發(fā)明的精神和范圍。而且還應認識到上述的處理器、轉(zhuǎn)換器、傳感器、分光儀，等等，可以各種各樣的方式實現(xiàn)，而并不背離 本發(fā)明的范圍。
權利要求
1.一種控制能量測試處于測試狀態(tài)的器件的系統(tǒng)，包括一個可編程的恒定功率源，用于提供恒定的功率給該處于測試狀態(tài)的器件，其中所述的可編程的恒定的功率源調(diào)整輸出電壓和輸出電流兩者以確保在一個預定數(shù)量的時間內(nèi)將一個給定數(shù)量的功率供給到所述的處于測試狀態(tài)的器件并提供所述的處于測試狀態(tài)的器件的結(jié)點溫度的精確的控制；一個執(zhí)行多個測試順序的處理器；一個測試數(shù)據(jù)獲取系統(tǒng)，用于測量一組參數(shù)包括所述的處于測試狀態(tài)的器件的光輸出的顏色和功率；以及一個控制器，用于協(xié)調(diào)獲取所述的一組的被測量參數(shù)的定時。
2.根據(jù)權利要求I所述的系統(tǒng)，其特征在于所述的控制器進一步包括一組定時電路以提供對所述的測試順序的定時控制。
3.根據(jù)權利要求I所述的系統(tǒng)，其特征在于所述的可編程的恒定功率源包括一個數(shù)個處理器的網(wǎng)絡，該處理器的網(wǎng)絡控制所述的可編程的恒定功率源的模擬參數(shù)的測量。
4.根據(jù)權利要求3所述的系統(tǒng)，其特征在于所述的數(shù)個處理器共享一個系統(tǒng)時鐘以保持一個共享的時間參照、數(shù)個平面存儲器映像和一個精簡的指令集構(gòu)架，該精簡的指令集構(gòu)架可使所述的處理器被獨立地編程和在由各個處理器執(zhí)行的功能間被協(xié)調(diào)。
5.根據(jù)權利要求3所述的系統(tǒng)，其特征在于所述數(shù)個處理器的每一個被指配一個特定的功能以確保定時執(zhí)行所述的測試順序的完整性。
6.根據(jù)權利要求I所述的系統(tǒng)，其特征在于所述的可編程的恒定功率源包括一個用于實施恒定電壓或者恒定電流模式的內(nèi)反饋環(huán)和一個用于實施恒定功率輸出的外反饋環(huán)。
7.根據(jù)權利要求6所述的系統(tǒng)，其特征在于所述的外反饋環(huán)包括一個電壓檢測處理器、一個電流檢測處理器、一個數(shù)學處理器、一個控制處理器和一個力處理器。
8.根據(jù)權利要求7所述的系統(tǒng)，其特征在于進一步包括一個用于配置所述的測試順序的定時的通信處理器。
9.根據(jù)權利要求I所述的系統(tǒng)，其特征在于所述的測試數(shù)據(jù)獲取系統(tǒng)包括一個分光儀，用于測量所述的處于測試狀態(tài)的器件的光輸出的功率和顏色兩者。
10.根據(jù)權利要求9所述的系統(tǒng)，其特征在于進一步包括一個光電探測器，用于測量所述的處于測試狀態(tài)的器件的光輸出的集成功率。
11.根據(jù)權利要求I所述的系統(tǒng)，其特征在于所述的處于測試狀態(tài)的器件是高亮度發(fā)光二極管。
12.—種控制能量測試處于測試狀態(tài)的器件的方法，包括以下步驟提供一個可編程的恒定功率源，所述的可編程的恒定功率源將一個恒定的功率傳送給所述的處于測試狀態(tài)的器件；提供一個處理器，所述的處理器執(zhí)行多個測試順序；提供一個測試數(shù)據(jù)獲取系統(tǒng)，所述的測試數(shù)據(jù)獲取系統(tǒng)測量一組參數(shù)，包括所述的處于測試狀態(tài)的器件的光輸出的顏色和功率；提供一個控制器，所述的控制器協(xié)調(diào)定時獲取所述的一組被測量參數(shù)。通過所述的處理器執(zhí)行所述的測試順序；將一個特定數(shù)量的功率施加到所述的處于測試狀態(tài)的器件以在所述的測試順序的持續(xù)時間內(nèi)控制所述的處于測試狀態(tài)的器件的結(jié)點溫度；測量所述的一組參數(shù)，包括所述的處于測試狀態(tài)的器件的光輸出的顏色和功率；通過所述的控制器協(xié)調(diào)定時加到所述的處于測試狀態(tài)的器件上的所述的恒定功率和定時獲取所述的一組被測量參數(shù)；以及調(diào)整所述的可編程的恒定功率源以確保在一個預定數(shù)量的時間內(nèi)將一個給定數(shù)量的功率供給所述的處于測試狀態(tài)的器件。
13.根據(jù)權利要求12的方法，其特征在于所述的處于測試狀態(tài)的器件是高亮度發(fā)光二極管。
全文摘要
提供一種測試高亮度LED(HBLED)的系統(tǒng)和方法，具體說提供一種具有改善的精確度和可重復性的HBLED的控制能量測試的系統(tǒng)和方法。在一個實施例中，所述的系統(tǒng)包括一個用于提供一個恒定的功率給一個處于測試狀態(tài)的器件(DUT)的可編程的恒定功率源；及在本案中，一個HBLED；其中所述的可編程的恒定功率源調(diào)整輸出電壓或輸出電流以確保在一個確定數(shù)量的時間內(nèi)將給定數(shù)量的功率供給所述的HBLED，并在所述的測試順序的持續(xù)時間內(nèi)提供對所述的HBLED的結(jié)點溫度的精確的控制；一個參數(shù)測量單元(PMU)，包括一個用于執(zhí)行多個HBLED測試順序的處理器，和一個用于測量一組HBLED參數(shù)包括所述的HBLED的光輸出的功率和顏色(波長)的分光儀；以及一個用于協(xié)調(diào)獲取所述的一組被測量的HBLED參數(shù)的定時的控制器。在另一個實施例中，一個光電探測器被用來測量所述的HBLED的光輸出的集成功率。
文檔編號G01R31/26GK102625917SQ201080044680
公開日2012年8月1日 申請日期2010年7月29日 優(yōu)先權日2009年8月3日
發(fā)明者D·C·莫羅, J·L·達默 申請人:以操作-試驗名義經(jīng)營的索夫泰克系統(tǒng)配套公司