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LED 球泡灯高温高湿老化试验研究

热度0票浏览93次时间：2020年4月09日 15:49

韦军兰 1 赵宇飞 1 张朝华 1 杨凯 2

（ 1 横店集团得邦照明股份有限公司浙江东阳 322118 ；2 中国计量大学光学与电子科技学院杭州

310018 ）

摘要：室内 LED 灯具往往会面对高温高湿的恶劣使用环境，从而使得灯具内部缺陷被加速放大，可靠性下降并导致失效。本文针对 LED 球泡灯进行了高温高湿老化实验，通过威布尔分布计算，白光 LED 灯具伪失效时间为 1186.51h ，暖光 LED 灯具伪失效时间为1318.44h 。在高温高湿的加速应力下，荧光粉转换效率降低导致色温上升。

关键词： LED ；加速寿命试验；光通量

1.引言

近十几年 LED 的照明技术已经取得显著进步，是公认的下一代绿色照明光源。但目前 LED 照明仍存在可靠性问题，表现为稳定性和寿命与理论数值相差较大。 LED 的理论寿命超过 10 万小时，在正常工作条件下进行可靠性测试并预测寿命需要花费大量的时间，因此一般是通过加速寿命试验进行相关的分析。本文针对 LED球泡灯进行热湿双应力加速试验，制定加速应力和应力水平设计，分析两种应力加速下对 LED 寿命的影响，对试验数据进行分析和数值拟合，并建立相关的寿命预测模型。

2. LED加速应力试验理论分析

威布尔分布失效分布函数为

（ 1 ）

其中， β

i 为形状参数， η i 为尺度参数， Fi(t) 为累积失效概率密度， t 为失效时间（小时），为不同的加速应力水平。失效时间的平均值用威布尔分布的期望表示，形状参数反应失效机理，失效分布的特征寿命为尺寸参数。二参数威布尔分布的期望为

(2)

式中为伽马函数，查表可得。

3. 高温高湿加速应力试验

3.1 试验方案

选取某型 LED 球泡灯（ 3W ，正白 a1-a4 和暖白 b1-b4 ）作为样品，用高温高湿（ 85℃/85%RH ）作为加速应力，测试其可靠性。本试验的失效判据为：光通量衰减至初值的 90% 作为伪失效标准。用积分球和光谱测试仪一起使用测出试验样品的初始光通量，高低温湿热试验箱设置温度和湿度，让 LED 灯具进行老化试验，加速老化时间 1200h ，每隔约 72h 测量产品的光源参数。

3.2 试验结果分析

图 1 是做试验后 LED 灯具的封装在高倍显微镜下所看到的，图中能够看到一条很明显的裂缝，可能是在高温高湿环境下不同材料的热膨胀系数不同导致热应力的产生，这才导致有裂纹的产生，能说明高温高湿对 LED 灯泡内部有损害。

图 1 LED 做试验后内部示意图

图 2 是正白 LED 样品和暖光 LED 样品的光谱功率比的变化。在高温高湿条件下，蓝光的峰值波长变化不明显，黄光的衰减相对较大，说明温度应力对于蓝光芯片的影响较小，对荧光粉的影响较大。大功率 LED 输出的光变少和颜色的偏移 [1] 是因为黄光成分的下降，黄光成分是由荧光粉转换得到的，说明在芯片上的荧光粉的效率降低，这是由温度导致的。在老化过程中， YAG 荧光粉中的硅胶透光率也在随之减少，但是下降幅度不大。所以光谱中黄蓝比变小，光色偏向蓝光。

图 2 样品光谱功率比变化（左：正白；右，暖白）利用光功率衰减模型对测试数据进行处理，用 MATLAB 做数据拟合后是条线性直线，能够说明威布尔分布是适用于温度湿度加速老化试验，伪失效时间如表 1 所示。

表 1 LED 灯泡的失效时间（衰减 90%)

4 结论

本文对高温高湿下 LED 球泡灯进行了加速应力试验，通过分析整理数据，比较正白样品和暖光样品的外观、光谱变化等光源参数，发现蓝光波长的光强度不是始终随老化时间减小，暖光 LED 在黄光波长内的光强度随老化时间始终下降，不过下降幅度大于正白 LED 。暖光 LED 发出的光的色度变化比较大，亮度变化比较小，白光 LED 发出的光的色度和亮度变化都不大。 ■

参考文献

[1] 赵阿玲，尚守锦，陈建新 . 大功率白光 LED 寿命试验及失效分析[J]. 照明工程学报， 2010 ， 1:48-52.