LED车灯模组的光色一致性快速检测技术

郭志军，秦晓霞，凌 君，陈 斌

(杭州远方光电信息股份有限公司，浙江 杭州 310053)

LED车灯模组的光色一致性快速检测技术

郭志军，秦晓霞，凌 君，陈 斌

(杭州远方光电信息股份有限公司，浙江 杭州 310053)

本文在大量研究基础上，提出一种专门针对LED模组的在线检测方案和设备，一方面可对LED模组光色电参数100%全检和自动分级；另一方面该还可对LED模组中的每颗LED芯片发光面积做出检测和合格判定，保证了车灯模组之间的光色一致性，而且本方案特有的机器视觉定位系统可实现模组的自动定位，大大提高了检测效率。

LED汽车照明；LED车灯模组；光色一致性；在线检测

引言

近年来，随着半导体照明技术的快速发展，LED以其颜色丰富、寿命长、效率高、响应速度快等优势符合了汽车照明对美观、安全以及节能的需求，逐渐成为汽车照明的新宠，LED在汽车车灯中的应用主要集中在前照灯、尾灯、方向灯、昼行灯以及内饰灯等方面。

而LED通常以模组的形式应用在LED车灯系统中，包括COB LED、LED发光灯条、LED联排灯以及LED光源板等。图1所示为LED车灯产业链的六大环节，从LED芯片到车灯系统的形成中，LED模组在中间起到了关键的桥梁作用，而LED模组作为车灯系统的主要发光元件，其光色性能不仅影响到汽车车灯的整体照明效果和安全性能，而且对于保证汽车的整体外观有着重要意义。

图1 LED车灯产业链
Fig.1 LED auto-light industry chain

1 车灯相关标准中对LED模组的性能要求

LED模组的光色性能直接关系到车灯系统的发光性能。国内外已经出台了不少标准和规范来规范汽车车灯的性能，主要集中于欧洲的ECE体系和美国的SAE体系，我国的汽车车灯标准多采用欧洲的ECE体系。车灯标准中通常会对车灯的光色性能以及一致性给出规范。

以前照灯为例，在GB 25991—2010《汽车用LED前照灯》中规定，对于采用LED模块的LED前照灯，要求LED模块为发出可见光的LED光源，且LED模块的显色性应满足光谱中最低红光成分不低于0.05；还要求前照灯近光所采用的LED模块目标光通量应不小于1 000 lm。而为了避免引起安全隐患，如 SAE J578—2012等标准也对汽车外部光源颜色提出了明确的规定。因此为保证最终车灯系统的光色性能满足要求，LED车灯模组的光色性能必须满足相应标准的要求与规范。

2 LED模组的光色参数的一致性

在实际生产应用中，LED模组产品的光色性能以及光色一致性往往难以保证，主要是因为从LED芯片到LED模组形成的过程中，芯片设计、制造工艺以及封装过程等各都可能导致LED模组产品的初始光色或者光通维持率不符合目标要求，同时产品之间的光色性能也会出现严重不一致；如果冒然将LED模组用于车灯系统设计，不仅会影响车灯整体的发光性能，也对汽车的整体外观造成不良影响。

而且，即使LED模组产品初始光色电参数均满足要求，点燃一段时期后也会出现光衰和严重颜色漂移，导致光通维持率和寿命不达标，从而产生严重的质量问题。研究发现导致LED模组出现严重光衰的一个主因是组成LED模组的LED芯片之间的发光特性不一致。为了保证车灯的整体光输出，LED模组产品通常是集成了多个LED芯片，并与相应的电子元件、散热元件等连接而成，如果组成LED模组的LED芯片之间的光学性能不一致(如一些LED芯片发光较强，而另一些LED芯片发光较弱甚至不发光)，虽然总体发光仍能保证输出光通量要求，但是长期使用将会对LED模组产品整体的散热能力造成影响。LED产品对温度非常敏感，温度的升高将导致LED模组光输出快速下降(图2)，降低产品的使用寿命，此外温度升高也将导致LED模组的发光光谱发生漂移。

图2 LED光输出与温度的关系Fig.2 Relationship between temperature and light output of LED

3 LED模组质量控制方案

LED车灯模组产品的光色特性以及光色一致性一直以来便是困扰产业发展的难题，而且在工艺上也难以控制。为了提高产品质量，快速检测筛选成为突破口。一方面，通过对LED模组产品实现精确光学检测可以保证产品质量；另一方面，根据光色测试结果科学分BIN，可以将光色特性一致的模组结合使用从而提高产品的利用率，降低企业成本。

传统上对LED车灯模组产品的检测主要集中在实验室内，实验室检测方案(见图3)具有测试参数全面、测量精度高的特点，并可以测试在不同温度下的被测模组的光学性能(见图4)。但是对于庞大的LED车灯模组产线而言，显然在速度和效率上远远不能满足产业需求，而且整个行业对LED模组的在线检测设备提出了急迫的要求。

图3 ATA-1000自动温控光电分析测量系统Fig.3 ATA-1000 automatic temperature control photoelectric analysis and measurement

图4 某LED模组样品在20℃～80℃内不同温度下的光谱变化曲线Fig.4 The spectral change curve of LED module samples at different temperatures (20 ℃～80 ℃)

为了更好地实现LED车灯模组质量控制，保证LED车灯模组的光色特性以及光色一致性，LED车灯模组在线检测设备需要从以下几个技术点进行突破：

1)保证测试速度：对于产量庞大的LED车灯模组产业链，测试速度是保证产业效率的关键；

2)测试参数全面、精确：相关标准中对LED车灯模组的光度、色度以及一致性等都具有明确的规定，因此实现产品的光色性能测试是测试的基本需求；

3)LED车灯模组100%测试：由于LED产品的固有问题，LED车灯模组产品之间的光色一致性很差，个别样品的特性并不能代表所有产品的性能，因此，在形成车灯灯具之前，对LED模组的100%可以充分保证LED模组的质量。

4 LED车灯模组在线检测方案

结合车灯模组产线检测需求，本文提出一种专门针对LED车灯模组的在线检测方案，该方案主要从以下两个方面进行技术突破：①充分考虑到现有LED车灯产业链特点进行方案设计，目的在于使LED车灯模组在封装完毕后可以直接进入在线检测环节，克服传统封装与测试两个环节之间的脱节，并且节省人工转移时间，提高产业效率；②针对市场以及标准对于LED车灯系统的光色电性能以及产品一致性需求， 提供一种功能全面的在线检测方案。本方案中，在线检测环节主要由缺陷检测环节、机器视觉定位、光色电参数检测以及产品合格判定四个过程构成(如图5所示)。

图5 LED车灯模组快速检测筛选方案Fig.5 Rapid detection and screening solution of LED auto-light module

该LED车灯模组在线检测方案，将LED模组缺陷检测装置和光电测量装置集合在一起，不仅可以实现LED模组中所有芯片的发光缺陷以及外观缺陷检测，而且可以对LED模组的光色一致性进行100%在线检测；在测试中，被测对象首先安装于入料口处，进而通过传送装置分别驱动至缺陷检测设备和光电测量装置处进而实现缺陷检测和光色电性能检测，具有测试速度快，测试功能全面的特点，为LED模组的质量控制提供了有效的手段。

4.1 缺陷检测环节

LED产品封装完毕后即进入缺陷检测环节，被测对象通过供电装置实现点亮，通过工业相机或成像亮度计对组成LED模组的LED芯片外观以及表面发光情况进行图像采集，从而对LED模组的外观缺陷和发光缺陷进行分析判断。由于发光面积与发光晶元比例是LED模组光、色、电性能重要的影响因素，因此在本环节中，LED车灯模组上的每颗LED发光芯片的发光面积以及发光晶元比例都将被检测，以保证LED模组的光效、色温等性能的合格率与一致性。此外，根据测试结果和制造商的既定目标，可对每颗LED芯片的发光情况作出合格判定。

4.2 机器视觉定位

由于LED车灯模组的形状以及尺寸十分多样化，因此对各种各样LED模组产品实现检测是在线检测环节的一个重要考虑方面。针对于此，本方案中特别加入了机器视觉自动定位装置，采用机器视觉与机械手相结合的技术，可根据被测LED 车灯模组产品的形状以及尺寸实现自动定位，并准确将被测模组产品实现自动调整并移动至待测位置实现检测，极大实现了在线检测设备的智能化，并提高检测效率。

图6 LED模组中芯片的发光缺陷检测界面Fig.6 Defect detection interface of LED chip

4.3 光、色、电性能检测

被测车灯模组到达待测位置之后便可开始对每一个车灯用LED模组进行光色电性能检测，其中，光性能测试包含光谱、光通量、辐射通量、光效等，电性能测试包含电压、功率、频率、电流等；色性能测试包含色温、色坐标、显色指数等；数据分析显示包含相对光谱曲线、色坐标区域、色品图等，显示界面如图7所示。

本方案中采用积分球光谱辐射计和程控电源，准确实现被测模组的光色性能检测，待测LED模组被传送至积分球球壁上的采样测量窗口，并通过对应的供电装置实现点亮，因此积分球上的光谱仪可实现对LED模组的光、色、电参数的实现测量，提高测试效率。

图7 光色电性能测试界面Fig.7 Test interface of optical and electrical property

4.4 产品合格判定

通过快速光、色、电分析系统软件可准确实现光色电性能参数分析，并根据实际测试结果，针对不同产品相应的合格标准，在装置的出料口处设有对产品合格或不合格进行标记显示，对产品作出科学分BIN和合格判定，保证产品的一致性，界面显示如图8所示。

图8 产品合格判定界面Fig.8 Interface of conformity assessment

实现上述方案的LED车灯模组在线检测系统适用于LED模组、联排灯、光源板等各种车灯模组产品的在线检测，实际应用中该系统与封装线无缝接驳，在封装结束后即可进入上述方案所述的在线检测环节，极大地提高了检测速度和效率。

5 总结

本文从检测出发，在对LED车灯模组的光色一致特性深入研究的基础上，结合当前产业特点，提出一种专门针对于LED车灯模组的在线检测方案和设备，不仅可以实现被测模组的100%检测，而且其独特的视觉定位装置可以根据不同尺寸模组进行线体调整，在不停机的情况下实现模组测试位置可视化校正与探针自动调节，大大提高测试效率，此外，本方案还集成了缺陷检测功能，可以对LED车灯模组上每颗LED芯片的发光情况进行检测，充分保证了LED芯片之间的一致性。

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[4] 黄艳, 李晟, 郭志军，等.LED车灯的光色不均匀性标准和测量技术探讨[C]//汽车照明技术与应用论文集.2014.

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Fast Optical Consistency Test Technology of LED Modules in Automotive Lighting

GUO Zhijun，QIN Xiaoxia， LIN Jung，CHEN Bin

(EVERFINECorporation，Hangzhou301153,China)

In this paper, an on-line test solution and equipment for automotive LED modules are proposed, which can not only obtain the photometric, colorimetric and electric quantities for all LED modules and classify them according to the measurement results, but also, the lighting situation of every single chip in a module can be assessed, ensuring the optical consistency of the LED modules. Besides, the solution also adopts particular machine vision to realize the automatic positioning of the measured modules, greatly improving the test speed and efficiency.

LED automotive lights; LED automotive module; Optical consistency; on-line test technology

O432

A

10.3969/j.issn.1004-440X.2017.02.008