led光源光衰機(jī)制與壽命預(yù)測(cè)畢業(yè)論文

1、 LED 光源光衰機(jī)制與壽命預(yù)測(cè) 摘要 摘要:在 LED 可靠性影響參數(shù)中，壽命是最具代表性的參數(shù)。但是影響 LED 壽命的因數(shù)眾多且復(fù)雜，每個(gè)因數(shù)對(duì)其影響程度都各不相同.如果按照傳統(tǒng)光源壽命測(cè)試的方法， 那么周期太長(zhǎng)跟不上 LED 更新的速度。 而目前大多數(shù)采用 LED 加速壽命試驗(yàn)即通過加大應(yīng)力的實(shí)驗(yàn)來估計(jì) LED 光源的壽命， 這類試驗(yàn)通常是升高 LED所在的環(huán)境溫度或者加大通過 LED 自身的電流，最后通過采集的數(shù)據(jù)并分析來預(yù)測(cè)

2、 LED 光源的壽命，但是并沒有直接的理論基礎(chǔ)來證明應(yīng)力大小與 LED 光源壽命的具體等量關(guān)系,因此通過加速應(yīng)力測(cè)出的 LED 光源壽命的準(zhǔn)確性是有待考證的。通過分析 LED 壽命的變化是一種漸變的化學(xué)反應(yīng)，符合阿倫尼烏斯模型，LED壽命的減弱是通過光通量的變化來表現(xiàn)出來的即光衰，為此我們可以在正常工作情況下對(duì) LED 的光衰機(jī)制與規(guī)律分析，通過光衰的原因與變化來預(yù)測(cè) LED 的壽命，從而是實(shí)現(xiàn) LED 的壽命預(yù)測(cè)。 關(guān)鍵字 關(guān)鍵字：L

3、ED;光通量;光衰;壽命測(cè)試 Light fades and life prediction of LED light source Light fades and life prediction of LED light source Abstract: Abstract:The life is the most representative parameter in the parameters of LED

4、reliability. But the impact factor of the LED lifetime are numerous and complicated, each factor of the influence degree of each are not identical. If according to the traditional light source life test method, then the

5、cycle is too long to not led update speed. And the majority of the LED accelerated life test by means of increasing the should force experiments to estimate the life of the LED light source, this kind of test is usually

6、elevated led where the ambient temperature or increasing the current through the LED itself. Finally, through the acquisition of data and analysis to predict the service life of LED light source, but did not direct theor

7、etical foundation to justify force and the service life of LED light source specific equivalent relation. Therefore, the accuracy of accelerated stress measured the service life of LED light source is yet to be verified.

8、 Through the analysis of the change of the life of LED is a gradient of chemical reaction, with the Arrhenius model, led the life of the weakening is through changes in the flux to the lumen, and for that we can under th

9、e normal working condition analysis of LED light attenuation mechanism and rules, the prediction from but realize life led to predict led by degradation of cause and the change of life. Keywords: Keywords:LED;luminous fl

10、ux;light fades; life test 0 引言 LED 具有節(jié)能高效的特點(diǎn)受到人們的廣泛關(guān)注。但是早起的 LED 產(chǎn)品光衰[1]比較嚴(yán)重，導(dǎo)致人們對(duì) LED 的壽命長(zhǎng)的特點(diǎn)產(chǎn)生了質(zhì)疑，從而影響了LED 的推廣。近年，雖然 LED 在發(fā)光強(qiáng)度、發(fā)光效率、壽命等方面都得到了極大的提高，但是 LED 廠家在 LED 壽命方面依然只是給出了一個(gè)模糊的概念，理論上認(rèn)為 LED 的壽命可長(zhǎng)達(dá) h 6 5 10 ~ 10 。如果在正常情

11、況下測(cè)量 LED 的壽命，那么時(shí)間周期太長(zhǎng)， 當(dāng)測(cè)出 LED 壽命時(shí)， 該產(chǎn)品可能早已被淘汰。所以現(xiàn)在急需一種能快速而且能準(zhǔn)確測(cè)量 LED 壽命的方法[2]。 1 LED 壽命的定義與測(cè)試標(biāo)準(zhǔn) 電子產(chǎn)品的“壽命”是指從它的電學(xué)特性形成到消失的時(shí)間。理論上，LED 的壽命是指 LED 形成到徹底不發(fā)光所點(diǎn)亮的時(shí)間。LED 在其電能和熱能的環(huán)境中點(diǎn)亮，LED 內(nèi)部的材料會(huì)最終衰變老化直至失效[3]。但實(shí)際上，當(dāng) LED 工作一段時(shí)間后就不能

12、滿足實(shí)際光照要求，這主要是通過光通量來體現(xiàn)的。光通量是光源在單位時(shí)間內(nèi)發(fā)出的光亮，也即為輻射通量能夠被人眼視覺系統(tǒng)所感受到的那部分有效能量。LED 廠商定義 LED 的壽命是當(dāng)光輸出降 到 70%時(shí)所用的時(shí)間（部分人定義為 50%）即光通量下降到初始光通量的 70%時(shí)所用的時(shí)間[4]。 2 LED 光源光衰機(jī)制 加速壽命試驗(yàn)是目前最廣泛應(yīng)用的預(yù)測(cè) LED 壽命的方法。這主要是通過加大應(yīng)力包括 LED 工作的電流，溫度等來加速 LED 的

13、衰變，從而加速 LED 的壽命。 LED 在大電流高溫度條件下工作會(huì)加速老化，這主要是體現(xiàn)在構(gòu)成 LED 材料的老化。由于材料的老化衰變，會(huì)使 LED 的光通量產(chǎn)生的快速衰減，通1、 ? ? t ? 在? ? ? ? ， 0 是連續(xù)的，即光通量不可能發(fā)生躍變； 2、 ? ? t ， ? <0,即函數(shù)是單調(diào)遞減的，光通量不可能增加即 ? ? ? ? t ? ? ? 0 ； 3、初始光通量為 ? ? 0 ? ，最終光通量為 0，即?

14、 ? ? ? 0 lim- t ? ? ?? ? t ， ? ? 0 t lim t ? ??? ?； 根據(jù)LED 的壽命定義知LED 的壽命T 滿足以下關(guān)系: ? ? ? ? 0 7 . 0 ? ? ? ?（2） 通過上面的分析就可以來構(gòu)建 LED 光衰的數(shù)學(xué)模型， 假設(shè)在時(shí)間點(diǎn) t 時(shí)刻的光通量為 ? ? t ? ,時(shí)間點(diǎn)t+ t ? 時(shí)刻的光通量為 ? ? t t ? ? ? ,根據(jù)阿倫尼烏斯定律，光衰對(duì)時(shí)間的衰減速率為常數(shù)，則有

15、下列關(guān)系成立： ? ? ? ?? ? ? ? ? ? ?? ? ? ? ?t tt t t（3） 式中 K 為一個(gè)負(fù)值。當(dāng) t ? 很小時(shí)，即 t ? 趨于 0時(shí)對(duì)等式兩邊取極限，則有 ? ? ? ?? ? ? ? ? ? ?? ? ? ? ?? ? t tt t t0 t lim（4） 所以有： ? ? ? ? ? ? 0 ? ? ? ? ? ? t t dt d（5） ? ? ? ? dt tt d ? ? ? ??（6）

16、 等式兩邊積分得： ? ? ? ? ? ? ? ? ??? dttt（7） ? ? t e t ? ? ? ? ? 0（8） 式中 0 ? 為初始光通量。 可以驗(yàn)證所求出的光通量表達(dá)式滿足光通量函數(shù)的三條性質(zhì)。 LED的壽命為光通量衰減到初始值的0.7倍時(shí)所經(jīng) 歷 的 時(shí) 間 ， 因 此 壽 命 T 滿 足 以 下 關(guān) 系 ： ? ? 0 0 7 . 0 ? ? ? ? ? ?? ? ? e（9） ? ? ? 7 . 0 ln（10

17、） 所以只要求出 K 即可以算出 LED 的壽命。 4 LED 壽命測(cè)試平臺(tái) 實(shí)驗(yàn)儀器、設(shè)備：光電綜合測(cè)試系統(tǒng)(中為光電 ZWL-100，積分球直徑 0.3m）；1w 白光 LED，PC機(jī)。測(cè)量系統(tǒng)如下圖： 將規(guī)格相同且是統(tǒng)一批次的 30 只 lw 白光 LED 分為3 組，每 10 只為一組，在相同情況（應(yīng)力都為額定應(yīng)力）測(cè)試并記錄 30 只 LED 光通量的變化。并將每組測(cè)試光通量最大最小的兩只 LED 去掉，將剩余的

18、LED 光通量求平均值記錄如下表： 時(shí)間（h） 1 組 LED 光通量 （mlm）2 組 LED 光通量 （mlm）3 組 LED 光通量 （mlm）0 27022 26587 27208 100 26950 26430 27189 200 26898 26412 27153 300 26870 26383 27160 400 26882 26357 27134 500 26824 26258 27094 600 26835 26247