LED热特性和寿命的检测技术[3]

　　3 LED寿命测试

　　3.1 LED的加速老练和寿命测试

　　与传统照明产品不同，LED产品的寿命终了主要表现为光衰到一定程度，如衰减到50%或70%流明维持率，即L50或L70。现有的国际标准或国家标准中除了对寿命时间提出要求外，一般还要求燃点3000h时光通维持率应不低于92%，在燃点6000h时其光通维持率应不低于88%;也有标准根据6000h时的光通维持率对LED进行等级分类。美国标准LM-80-08主要针对封装LED及LED模块的光通维持寿命测量，它提出了在三个外壳温度下测量LED的光通维持率，分别为：85ºC ，55ºC 和制造商选择的温度，在高温下老练LED，主要是为了模拟被测LED的实际工作环境。老练测试时间为6000小时，可根据测试的数据进行外推计算获取LED的寿命时间。如图4所示为寿命推算曲线：

　　LED的寿命很长，额定条件下的老练寿命测试极为耗时。除了上述的根据初期光通维持率变化外推出L50或L70寿命时间的外推法之外，还可以使用加速老练寿命试验的解决方案，即在不改变LED失效机理的前提下，加大应力条件来加快LED的衰减速度，从而减少寿命试验的时间[2-3]。目前加速寿命试验可分为增大测试电流和提高环境温度两种加速方法，以电流加速试验为主。加速老练获取的寿命值可根据阿仑尼斯(Arrhenius)模型计算出额定条件下LED的期望寿命。

　　1 检测设备概述

　　4.1 热特性检测设备和热光电综合测试系统

　　根据上述2.1节所讨论的热特性检测方法，其技术难点在于对测试设备性能要求很高：电流切换和采样速率必须足够快、电压测量精度要高且LED的外部温度必须能稳定控制。国际上匈牙利的T3Ster LED热阻测试系统和美国的Phase11热阻分析仪能基本满足要求，但这两款仪器的价格昂贵，给工业检测带来经济障碍。中国远方公司在对相关标准的深入研究基础上，根据LED的特点，开发出满足上述技术要求的检测设备HEO-200热电测试系统，价格较国外设备大幅降低。

　　HEO-200采用MOS(Metal Oxide Semiconductor)技术来实现电流的切换，切换时间小于10μs，能有效避免结温冷却带来的试验误差。在对瞬态数据的采集中，采用循环测试法，即在2.1节所述步骤2)中，通过在极短时间内断开加热电流情况下快速采集数据以得到瞬态变化数据，并配以1MHz/s的采样速度，采集瞬态数据的精度高达1μs，保证了分析结果的准确性。

　　系统实物如图5所示，包括测试主机、静态空气试验箱以及专业测量分析软件等，在系统工作中，为保证测量结果的准确性，系统采用内置的恒流源给LED提供电压，确保LED发光稳定。该套系统可以实现结温、热阻(瞬态热阻、稳态热阻)、加热曲线和冷却曲线的准确测量。

　　为实现LED的光色参数随结温变化曲线的测量以及不计发光功率的热阻测量，在上述系统基础上，配置具有同步触发功能的高精度快速光谱仪和积分球来实现光色参数的测量。

　　4.2 加速老练和寿命检测系统

　　对于加速老练和寿命的测试，无论采用何种寿命推算模型或何种寿命等级划分方式，其硬件测量装置基本相同，一般主要包括恒温试验箱、老练测试主机、多路温度巡检仪、光度计以及专业测控软件。在测试过程中，恒温试验箱能控制LED的环境温度到达指定温度值，老练测试主机用于给被测LED供电及完成各LED电参数的测量，多路温度巡检仪用于测量每颗LED的温度，光度计用于测量LED的光度参数，上述三者将测试的结果反馈到系统软件，软件分析推算得到被测LED的寿命。其实物装置如图6所示。

　　图6 加速老练和寿命检测系统

　　图7为典型的LED老练寿命曲线。

　　根据上述测量装置，在不同的恒温箱的条件下，测量出被测LED的光度，就可以得到LED光度-环境温度--时间变化曲线(温度特性试验)，如配置光谱仪设备，就可以得到被试LED色度-环境温度-时间变化曲线(温度特性试验)。图8为典型的LED 相对光通量随环境温度的变化曲线。

　　5. 小结

　　由于直接测量存在困难，对LED的热学特性和寿命的评价具有挑战。然而这两大性能的精确检测确是评价当前LED水平的重要依据。我国已经对这两大重要性能的测试做了较为深入的研究，并自主开发了相关测试设备，能够满足目前国内外各项标准的要求，使我国工业界能够进行高精度、低成本的热特性和寿命性能检测。