LED車燈模組的光色一致性快速檢測技術

郭志軍，秦曉霞，凌 君，陳 斌

(杭州遠方光電信息股份有限公司，浙江 杭州 310053)

LED車燈模組的光色一致性快速檢測技術

郭志軍，秦曉霞，凌 君，陳 斌

(杭州遠方光電信息股份有限公司，浙江 杭州 310053)

本文在大量研究基礎上，提出一種專門針對LED模組的在線檢測方案和設備，一方面可對LED模組光色電參數100%全檢和自動分級；另一方面該還可對LED模組中的每顆LED芯片發光面積做出檢測和合格判定，保證了車燈模組之間的光色一致性，而且本方案特有的機器視覺定位系統可實現模組的自動定位，大大提高了檢測效率。

LED汽車照明；LED車燈模組；光色一致性；在線檢測

引言

近年來，隨著半導體照明技術的快速發展，LED以其顏色豐富、壽命長、效率高、響應速度快等優勢符合了汽車照明對美觀、安全以及節能的需求，逐漸成為汽車照明的新寵，LED在汽車車燈中的應用主要集中在前照燈、尾燈、方向燈、晝行燈以及內飾燈等方面。

而LED通常以模組的形式應用在LED車燈系統中，包括COB LED、LED發光燈條、LED聯排燈以及LED光源板等。圖1所示為LED車燈產業鏈的六大環節，從LED芯片到車燈系統的形成中，LED模組在中間起到了關鍵的橋梁作用，而LED模組作為車燈系統的主要發光元件，其光色性能不僅影響到汽車車燈的整體照明效果和安全性能，而且對于保證汽車的整體外觀有著重要意義。

圖1 LED車燈產業鏈
Fig.1 LED auto-light industry chain

1 車燈相關標準中對LED模組的性能要求

LED模組的光色性能直接關系到車燈系統的發光性能。國內外已經出臺了不少標準和規范來規范汽車車燈的性能，主要集中于歐洲的ECE體系和美國的SAE體系，我國的汽車車燈標準多采用歐洲的ECE體系。車燈標準中通常會對車燈的光色性能以及一致性給出規范。

以前照燈為例，在GB 25991—2010《汽車用LED前照燈》中規定，對于采用LED模塊的LED前照燈，要求LED模塊為發出可見光的LED光源，且LED模塊的顯色性應滿足光譜中最低紅光成分不低于0.05；還要求前照燈近光所采用的LED模塊目標光通量應不小于1 000 lm。而為了避免引起安全隱患，如 SAE J578—2012等標準也對汽車外部光源顏色提出了明確的規定。因此為保證最終車燈系統的光色性能滿足要求，LED車燈模組的光色性能必須滿足相應標準的要求與規范。

2 LED模組的光色參數的一致性

在實際生產應用中，LED模組產品的光色性能以及光色一致性往往難以保證，主要是因為從LED芯片到LED模組形成的過程中，芯片設計、制造工藝以及封裝過程等各都可能導致LED模組產品的初始光色或者光通維持率不符合目標要求，同時產品之間的光色性能也會出現嚴重不一致；如果冒然將LED模組用于車燈系統設計，不僅會影響車燈整體的發光性能，也對汽車的整體外觀造成不良影響。

而且，即使LED模組產品初始光色電參數均滿足要求，點燃一段時期后也會出現光衰和嚴重顏色漂移，導致光通維持率和壽命不達標，從而產生嚴重的質量問題。研究發現導致LED模組出現嚴重光衰的一個主因是組成LED模組的LED芯片之間的發光特性不一致。為了保證車燈的整體光輸出，LED模組產品通常是集成了多個LED芯片，并與相應的電子元件、散熱元件等連接而成，如果組成LED模組的LED芯片之間的光學性能不一致(如一些LED芯片發光較強，而另一些LED芯片發光較弱甚至不發光)，雖然總體發光仍能保證輸出光通量要求，但是長期使用將會對LED模組產品整體的散熱能力造成影響。LED產品對溫度非常敏感，溫度的升高將導致LED模組光輸出快速下降(圖2)，降低產品的使用壽命，此外溫度升高也將導致LED模組的發光光譜發生漂移。

圖2 LED光輸出與溫度的關系Fig.2 Relationship between temperature and light output of LED

3 LED模組質量控制方案

LED車燈模組產品的光色特性以及光色一致性一直以來便是困擾產業發展的難題，而且在工藝上也難以控制。為了提高產品質量，快速檢測篩選成為突破口。一方面，通過對LED模組產品實現精確光學檢測可以保證產品質量；另一方面，根據光色測試結果科學分BIN，可以將光色特性一致的模組結合使用從而提高產品的利用率，降低企業成本。

傳統上對LED車燈模組產品的檢測主要集中在實驗室內，實驗室檢測方案(見圖3)具有測試參數全面、測量精度高的特點，并可以測試在不同溫度下的被測模組的光學性能(見圖4)。但是對于龐大的LED車燈模組產線而言，顯然在速度和效率上遠遠不能滿足產業需求，而且整個行業對LED模組的在線檢測設備提出了急迫的要求。

圖3 ATA-1000自動溫控光電分析測量系統Fig.3 ATA-1000 automatic temperature control photoelectric analysis and measurement

圖4 某LED模組樣品在20℃～80℃內不同溫度下的光譜變化曲線Fig.4 The spectral change curve of LED module samples at different temperatures (20 ℃～80 ℃)

為了更好地實現LED車燈模組質量控制，保證LED車燈模組的光色特性以及光色一致性，LED車燈模組在線檢測設備需要從以下幾個技術點進行突破：

1)保證測試速度：對于產量龐大的LED車燈模組產業鏈，測試速度是保證產業效率的關鍵；

2)測試參數全面、精確：相關標準中對LED車燈模組的光度、色度以及一致性等都具有明確的規定，因此實現產品的光色性能測試是測試的基本需求；

3)LED車燈模組100%測試：由于LED產品的固有問題，LED車燈模組產品之間的光色一致性很差，個別樣品的特性并不能代表所有產品的性能，因此，在形成車燈燈具之前，對LED模組的100%可以充分保證LED模組的質量。

4 LED車燈模組在線檢測方案

結合車燈模組產線檢測需求，本文提出一種專門針對LED車燈模組的在線檢測方案，該方案主要從以下兩個方面進行技術突破：①充分考慮到現有LED車燈產業鏈特點進行方案設計，目的在于使LED車燈模組在封裝完畢后可以直接進入在線檢測環節，克服傳統封裝與測試兩個環節之間的脫節，并且節省人工轉移時間，提高產業效率；②針對市場以及標準對于LED車燈系統的光色電性能以及產品一致性需求， 提供一種功能全面的在線檢測方案。本方案中，在線檢測環節主要由缺陷檢測環節、機器視覺定位、光色電參數檢測以及產品合格判定四個過程構成(如圖5所示)。

圖5 LED車燈模組快速檢測篩選方案Fig.5 Rapid detection and screening solution of LED auto-light module

該LED車燈模組在線檢測方案，將LED模組缺陷檢測裝置和光電測量裝置集合在一起，不僅可以實現LED模組中所有芯片的發光缺陷以及外觀缺陷檢測，而且可以對LED模組的光色一致性進行100%在線檢測；在測試中，被測對象首先安裝于入料口處，進而通過傳送裝置分別驅動至缺陷檢測設備和光電測量裝置處進而實現缺陷檢測和光色電性能檢測，具有測試速度快，測試功能全面的特點，為LED模組的質量控制提供了有效的手段。

4.1 缺陷檢測環節

LED產品封裝完畢后即進入缺陷檢測環節，被測對象通過供電裝置實現點亮，通過工業相機或成像亮度計對組成LED模組的LED芯片外觀以及表面發光情況進行圖像采集，從而對LED模組的外觀缺陷和發光缺陷進行分析判斷。由于發光面積與發光晶元比例是LED模組光、色、電性能重要的影響因素，因此在本環節中，LED車燈模組上的每顆LED發光芯片的發光面積以及發光晶元比例都將被檢測，以保證LED模組的光效、色溫等性能的合格率與一致性。此外，根據測試結果和制造商的既定目標，可對每顆LED芯片的發光情況作出合格判定。

4.2 機器視覺定位

由于LED車燈模組的形狀以及尺寸十分多樣化，因此對各種各樣LED模組產品實現檢測是在線檢測環節的一個重要考慮方面。針對于此，本方案中特別加入了機器視覺自動定位裝置，采用機器視覺與機械手相結合的技術，可根據被測LED 車燈模組產品的形狀以及尺寸實現自動定位，并準確將被測模組產品實現自動調整并移動至待測位置實現檢測，極大實現了在線檢測設備的智能化，并提高檢測效率。

圖6 LED模組中芯片的發光缺陷檢測界面Fig.6 Defect detection interface of LED chip

4.3 光、色、電性能檢測

被測車燈模組到達待測位置之后便可開始對每一個車燈用LED模組進行光色電性能檢測，其中，光性能測試包含光譜、光通量、輻射通量、光效等，電性能測試包含電壓、功率、頻率、電流等；色性能測試包含色溫、色坐標、顯色指數等；數據分析顯示包含相對光譜曲線、色坐標區域、色品圖等，顯示界面如圖7所示。

本方案中采用積分球光譜輻射計和程控電源，準確實現被測模組的光色性能檢測，待測LED模組被傳送至積分球球壁上的采樣測量窗口，并通過對應的供電裝置實現點亮，因此積分球上的光譜儀可實現對LED模組的光、色、電參數的實現測量，提高測試效率。

圖7 光色電性能測試界面Fig.7 Test interface of optical and electrical property

4.4 產品合格判定

通過快速光、色、電分析系統軟件可準確實現光色電性能參數分析，并根據實際測試結果，針對不同產品相應的合格標準，在裝置的出料口處設有對產品合格或不合格進行標記顯示，對產品作出科學分BIN和合格判定，保證產品的一致性，界面顯示如圖8所示。

圖8 產品合格判定界面Fig.8 Interface of conformity assessment

實現上述方案的LED車燈模組在線檢測系統適用于LED模組、聯排燈、光源板等各種車燈模組產品的在線檢測，實際應用中該系統與封裝線無縫接駁，在封裝結束后即可進入上述方案所述的在線檢測環節，極大地提高了檢測速度和效率。

5 總結

本文從檢測出發，在對LED車燈模組的光色一致特性深入研究的基礎上，結合當前產業特點，提出一種專門針對于LED車燈模組的在線檢測方案和設備，不僅可以實現被測模組的100%檢測，而且其獨特的視覺定位裝置可以根據不同尺寸模組進行線體調整，在不停機的情況下實現模組測試位置可視化校正與探針自動調節，大大提高測試效率，此外，本方案還集成了缺陷檢測功能，可以對LED車燈模組上每顆LED芯片的發光情況進行檢測，充分保證了LED芯片之間的一致性。

[1] 趙建才, 謝望.基于LED的汽車后霧燈模塊組設計[D]. 上海：上海交通大學, 2012.

[2] 盧軍，黃善月，紀軍. 汽車后尾燈LED模組設計[J]. 企業科技與發展, 2013(10):48-50.

[3] 汽車用LED前照燈：GB 25991—2010.

[4] 黃艷, 李晟, 郭志軍，等.LED車燈的光色不均勻性標準和測量技術探討[C]//汽車照明技術與應用論文集.2014.

[5] 劉騰海, 秦曉霞, 郭志軍，等. 用智能在線檢測技術全面提高產品競爭力[C]//中國照明學會, 海峽兩岸第22屆照明科技與營銷研討會專題報告暨論文集. 2015.

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