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蓝光LED投光灯具高温老化光电性能研究[1]

2013-9-2  来源:(1.上海大学机电工程与自动化学院,上海200072;2.上海半导体照明工程技术研究中心工程部,上海201203)  作者:王爽 熊峰 杨洁翔 俞涛   有3959人阅读

为了实际工程对灯具进行快速筛选和评价的需要,研究大功率LED投光灯具的老化光电特性,应用高温老化和光电性能测试的方法,对大功率蓝光LED投光灯具进行了高温老化试验并做了光电性能测试,分析其光电参数在老化过程中的变化情况。

  0 引言

  近年来,大功率LED因其节能环保等优点,已逐渐成为领域内的一个研究热点。随着LED技术的迅速发展,如何提高LED灯具的性能已成为研究重点。对LED灯具的性能评估有助于提高灯具性能。比如增加灯具的光输出、增加过热保护功能以提高可靠性、简化热机械设计等。为此,对大功率LED灯具的性能评估必不可少,而传统老化试验因其耗时较长、评估环境较高,相应的试验研究较少。高温老化作为一种常用的老化测试手段,模拟灯具在现实使用条件中涉及到的各种因素,对灯具产生老化的情况进行相应条件加强实验的过程,模拟灯具的工作过程,考察其性能随时间的变化。高温老化通过提高工作温度来增加实验强度,从而大大缩短测试时间,可以通过短时间的测试了解产品灯具长时间的老化情况。

  现今的大功率白光LED主要由大功率蓝光LED加荧光粉组成,因此,对大功率蓝光LED灯具的研究可以作为对大功率白光LED灯具研究的一个重要参考。对蓝光LED投光灯具进行高温老化可以综合评估灯具的性能,是考察灯具的平均无故障工作时间和故障率的一个重要手段。为了评估大功率蓝光LED灯具的性能,本文对两种蓝光LED投光灯具进行了高温老化试验,测量灯具的光电参数,并分析其光电性能变化,研究其光衰情况。

  1 试验原理及过程

  随着LED技术的发展,LED灯具的集成化程度越来越高,LED灯具的结构越来越细微,制造工艺越来越复杂,因此在制造过程中会产生潜伏缺陷。对一个好的LED灯具产品来说,不但要求有较高的性能指标,而且还要有较高的稳定性。LED灯具产品的稳定性取决于设计的合理性、所选取的光源器件性能、灯具的整灯制造工艺等因素。目前,国内外普遍采用高温老化工艺对LED灯具进行筛选,以提高其稳定性和可靠性。功率LED的使用寿命可达50 000 h,采用常规的寿命试验方法需要6年才能评价其寿命,对于快速发展的LED技术来说,这种方法并不能满足LED的发展速度。现在国外厂家一般采用10 000 h的寿命实验数据作为评估依据,推测LED的实际寿命,这个时间显然也有些过长。根据多种功率LED在不同应力下的寿命实验结果对比,采用一种实用的加速寿命试验方法,可以用较少的样品在较短的时间内评估功率LED的长期使用寿命。

  1.1 高温老化原理及设备

  为了提高灯具可靠性并延长灯具的无故障工作时间,对其稳定性进行必要的考核,确保灯具的优秀品质和期望工作时间的工艺就是高温老化的原理。“通电加温老化”的目的是将电气控制组件PCB板上元器件的缺陷、焊接和装配等生产过程中存在的隐患尽早暴露,保证灯具能经得起时间的考验。老化后进行电气参数测量,筛选剔除失效或变值的元器件,尽可能把灯具的早期故障消灭在正常使用之前。

  高温老化设备(老化房)仿真出一种高温环境测试的设备,是提高灯具稳定性、可靠性的重要实验设备,是各生产企业提高灯具质量和竞争性的重要生产流程。老化房是专业设备,在规格与性能的设计必须满足灯具试验的需求,也必须保证自身工作的稳定性,因此它必须是高质量、安全可靠的。采用先进成熟的技术和设备,最稳定、最实用的组件和材料,以较高的性能价格比设计老化房。能以较低的成本、较少的人员投入维持系统运转。

  1.2蓝光LED投光灯的结构与性能研究

  大功率LED灯具主要由以下几个部分组成:半导体光源器件、封装基板、驱动电源和灯具散热结构。

  1.2.1 光源器件分析

  两种LED灯具芯片采用美国某公司生产的大功率发光二极管做光源,根据在环境温度100℃下、工作1000 h进行加速寿命试验的结果,1 w蓝光LED加速寿命试验500 h光衰减为9%。

  1.2.2封装基板分析

  功率型LED封装基板作为热与空气对流的载体,其热导率对LED的散热起着决定性作用。选择合适的基板,对LED的散热性和可靠性具有莺要影响。功率型LED封装基板材料要求具有高电绝缘性、高稳定性、高导热性及与芯片匹配的热膨胀系数、平整性和较高的强度。

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