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白光LED阵列结温检测以及寿命预测分析

【摘要】:LED照明产品因其绿色、节能、寿命长等优势正逐步取代传统照明产品。虽然人们对其节能、环保等优势已普遍认可,但对其长寿命和高可靠性方面一直存在质疑。在LED可靠性方面很关键的问题之一在于解决LED器件PN结的热学问题。LED结温的升高会直接导致其发光效率和寿命的降低,从而阻碍其在照明领域的发展与推广。针对目前LED产品大功率、大密度的特点,LED产品的结温成为影响LED可靠性以及使用寿命的关键因素,因而LED产品的结温准确测量以及寿命预测具有重要意义。本论文主要完成了以下4个方面的工作。1、研究了白光LED阵列结温检测技术,对传统正向电压法以及基于蓝白比的光学方法分别进行了研究。1)搭建了正向电压法LED结温测试平台,分析了结温测试的不确定度。当LED阵列工作于实际照明系统中时,针对LED驱动电路输出电流的变化提出了结温修正方法。2)针对由单一荧光粉转化的白光LED,采用基于蓝白比W/B的结温测试方法,搭建了实验平台并完成了验证。结果表明W/B随结温变化具有较高线性度,拟合度R-square高于0.99。3)针对由两种荧光粉转化的白光LED,本论文基于光谱分解,提出了一种蓝白比(B+Y+R)/B的计算方法,给出了光谱分解以及计算过程中所产生的不确定度。结果表明采用(B+Y+R)/B计算结温,可将结温误差由5.7℃缩小为2.2℃。2、在LED温度加速老化实验中基于结温的测量,研究了LED在线测试与非在线测试两种方法在寿命预测上的差异。1)首先根据短期阶梯应力老化实验中LED结温的变化,确定温度应力的“突变点”,从而在不改变LED失效机理的前提下合理选择温度应力。2)在LED温度加速老化实验中,根据LED加载不同热沉时结温的变化,提出了LED在线测试与非在线测试的对比实验方法,给出了两种测试条件下LED光衰、色漂移以及寿命的对比分析结果。结果表明在线测试的寿命小于非在线测试,相差8%至13%。3针对LED加速老化过程中结温逐渐上升的现象,提出了结温修正的光衰退化模型,从而将LED的光衰退化归一到其初始结温下的变化,去除了结温变化对于推算寿命的影响。研究中5个LED测试样品,在80℃下老化3000小时,在环境温度25℃下的结温上升6℃至8℃,此结温的上升使得所预测的寿命偏低9%至21%。4提出了一种LED灯具中各组件的退化分析方法,将影响LED灯具光衰的组件分为LED驱动、灯罩和LED光源三部分,分别以输出功率、透过率和光通量作为三个组件的退化参数进行退化分析。对一款白光LED球泡灯进行了实验研究,结果表明,LED光源是影响LED灯具光衰退化最为严重的组件,占LED灯具整体退化量的70%左右;灯罩的退化则占灯具整体退化量的21%左右;LED驱动电路的退化对LED灯具的影响不大。本文对白光LED进行了结温测试、加速老化实验以及寿命预测分析,在相关方面取得了一定进展,对将来LED结温测试以及可靠性分析的标准制定具有一定的参考意义。

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