Með stöðugum framförum á framleiðslutækni LED-tækja hefur birtuskilvirkni þess, birtustig og kraftur verið bætt verulega. Hins vegar er ljósumbreytingarnýting ljósdíóða enn aðeins um 20%, þar sem eftirstandandi raforka er breytt í hitaorku, sem veldur því að hitastig íhluta hækkar og birtuvirkni minnkar. Sem óaðskiljanlegur hluti af íhlutnum er hjúpunarefnið enn viðkvæmara fyrir háum hita. Þess vegna er bilun af völdum hjúpunarefnisins ein helsta ástæðan sem hefur áhrif á líftíma alls LED einingarinnar.
Þessi grein fjallar um LED einingar sem nota algeng kísill og fosfórhlífarefni. Valin voru dæmigerð sýni og öldrunarprófanir við háan-hitaskilyrði. Markmiðið er að greina bilunarhegðun hjúpunarefnanna og finna bilunarkerfi þeirra. Með því að mæla birtustig sýnanna á netinu fengust áhrif bilunarlögmáls hjúpunarefnisins á áreiðanleika LED sýnanna við háan-hita.
1. Tilraun Sem dæmigerð rafeindavara með mikilli-áreiðanleika geta LED-ljós endað í nokkur ár við stofuhita. Prófun við hefðbundnar aðstæður væri of tíma-frek og kostnaðarsöm. Samkvæmt Arrhenius líkaninu minnkar líftími LED eininga með hækkandi hitastigi. Þess vegna getur aukning umhverfishita flýtt fyrir bilun í LED einingum. Byggt á viðeigandi frammistöðubreytum LED-sýnanna sem valin voru í þessari tilraun og niðurstöðum fyrri prófana, var öldrunarpróf með stöðugum-hita og háum-hita gerð við 125 gráður. Helstu birtingarmyndir LED bilunar eru: 30% minnkun á birtustigi, flökt og algjör bilun í LED (þ.e. algert slökkviefni). Þess vegna, til að kanna bilunarhegðun LED-eininga við háan-hitaskilyrði, er nauðsynlegt að skilja mynstur LED-ljósabreytinga með tímanum. Hefðbundnar prófunaraðferðir án nettengingar krefjast þess að sýnishornið sé fjarlægt til prófunar, sem truflar tilraunina og hefur veruleg áhrif á nákvæmni gagnanna. Þess vegna notar þessi grein netmælingaraðferð til að fylgjast með breytingum á birtustigi með tímanum í rauntíma.
1.1 Tilraunaaðferð
Tilraunaaðferðin er sýnd á mynd 1. Sýnið er sett í prófunarhólfið til að afla-við prófun. Ljósamerki þess er sent til ljósamælis um ljósleiðara. Ljósamælirinn breytir ljósmerkinu í rafmagnsmerki og sendir það til tökubúnaðarins. Gögnum sem aflað er er safnað í tölvu með sýnatökuhugbúnaði. Þetta kerfi getur greint breytingar á lýsingu einingarinnar í rauntíma án þess að trufla tilraunina; þess vegna er nákvæmni tilraunagagnanna meiri en trufluðra prófunaraðferða.
Mynd 1 - Rannsókn á bilun í LED-einingum umbúðaefni við há-öldrunarskilyrði
Gagnaöflunarbúnaðurinn innihélt fullkomlega stafrænan fjöl-rása ljósamæli og stuðningshugbúnað, ljósleiðara og ljósleiðaraklemma. Aflgjafinn var stöðugur straumgjafi, sem gaf 350mA af straumi til LED sýnanna. Öldrunarprófunarhólfið fyrir háan-hita sem notað var var Ruikai Instruments RK-TH-408UF prófunarhólfið fyrir háan og lágan hita, með hitastigi stjórnað við 125 gráður.
1.2 Prófsýni
Það voru fjórar gerðir af prófunarsýnum, eins og sýnt er á mynd 2. Frá vinstri til hægri eru þau: blátt LED hreint flíssýni (hér eftir nefnt hreint flíssýni), blátt LED flís með kísill (hér eftir nefnt kísillsýni), hvítt LED sýni með fosfór og kísill (hér eftir nefnt kísilflögu með sýnishorni með kísilfosfóri), og hér eftir nefnt kísilfosfórsýni), nefnt fosfórsýni). Þessi sýni eru öll LED einingar með safír sem undirlag, hjúpað á leiðandi undirlag með því að nota sílikon eða fosfór.
Mynd 1 - Rannsókn á bilun í LED-einingum umbúðaefni við háhitaöldrun
2. Niðurstöður og umræður
2.1 Vöktun lýsingarstyrks
Engin flöktandi eða dauð ljósdíóða sást meðan á tilrauninni stóð. Þess vegna var meira en 30% lækkun á lýsingu í LED sýni talin bilun. Fjórar tegundir sýna voru prófaðar samtímis við 125 gráður, með fimm sýni valin fyrir hverja gerð. Birtustig sýnanna fimm fyrir hverja tegund var meðaltal og síðan staðlað, eins og sýnt er á mynd 3. Myndin sýnir að eftir um það bil 120 klukkustunda prófun minnkaði birtustig hreina flíssýnisins um um 8%, en birtustig hinna þriggja sýnanna fór yfir 30%. Samkvæmt viðmiðunum til að dæma LED bilun mistókust kísillsýni, fosfórkísillsýni og fosfórsýni.
Mynd 1 - lýsingarferill
2.2 Útlitsbreytingar
Útlit sýnanna sást eftir tilraunina. Útlit sýnanna eftir tilraunina er sýnt á mynd 4.
Mynd 1 (með meðfylgjandi mynd)
Post-tilraun
Myndin sýnir mismunandi útlitsbreytingar í sýnunum fjórum: Hið hreina flíssýni sýndi litlar breytingar, með aðeins lítilsháttar aflögun á ystu epoxý plastefni linsunni; kísillsýnin sýndi augljósa kolsýringu og loftbólur í miðjunni; fosfórkísillsýnin sýndi augljósar loftbólur og minni kolefnismyndun í miðjunni; og epoxý plastefni linsa fosfórsýnisins sýndi augljósa aflögun.
2.3 Niðurstöðugreining
Fyrir tilraunina voru prófunarsýnin skoðuð og reyndust þau vera laus við kolsýringu og loftbólur og flísin og linsan voru hrein og laus við aðskotaefni. Eftir öldrunarpróf með háum-hita við 125 gráður komu fram kolsýring og loftbólur í kísillsýninu og epoxýplastefnislinsa sýnisins án kísils aflöguð. Hið hreina flíssýni, sem notaði ekki sílikon eða fosfór, sýndi minnstu breytingar og minnstu ljósdeyfingu. Eftir 120 klst. öldrun var ljósdeyfingin minni en 10%. Samkvæmt forsendum um bilunardóm hefur þessi tegund úrtaks ekki enn fallið. Kísillsýni sem notuðu aðeins sílikon og fosfórsýni sem notuðu eingöngu fosfór mistókust eftir um það bil 36 klukkustunda prófun. Munurinn lá í eftirfarandi: fyrir bilun var hrörnunarhraði birtustyrks kísilsýnisins lægri en fosfórsýnisins; Hins vegar, eftir bilun, hraðaði hrörnunarhraði birtustyrks kísilsýnisins verulega, sem leiddi til mun meiri lýsingarhvarfs eftir 120 klukkustundir samanborið við fosfórsýnið. Fosfór-kísillsýni sem notuðu bæði kísill og fosfór mistókust eftir um það bil 12 klukkustundir, þar sem birtustigsrýrnun náði 90% eftir 120 klukkustundir. Í stuttu máli má draga eftirfarandi ályktanir:
① Hrein flíssýni höfðu lengsta líftímann. Hugsanleg ástæða er sú að flíssýnin notuðu safír undirlag án sílikon- eða fosfórfyllingar, sem þýðir að þau innihéldu ekkert hjúpunarefni annað en epoxýplastefnislinsur. Þess vegna, við sama prófunartíma og hitastig, mistókust kísilsýni fyllt með hjúpunarefni, fosfórsýni og fosfór-kísillsýni öll, en birtustig flíssýnanna, þó að það hafi minnkað, náði ekki 30%.
② Kísill og fosfór stuðla að hraðari lýsisrofi í einingunni. Kísill kolefnis við háan hita og myndar gas, þess vegna sjást áberandi loftbólur í prófuðu sýnunum. Í bláu ljóssýnunum sést áberandi kolsýring vegna þess að safírundirlagið afhjúpar alla flísina, sem gerir kolsýringuna beint áberandi. Hins vegar, í hvítu ljóssýnunum, hylur fosfórhúð á ytra lagi flísarinnar kolsýringarferlið, sem leiðir til áberandi loftbóla og minna augljósrar kolsýringar. Ennfremur getur fosfórhúðin hindrað hitaleiðni frá LED sýninu, sem leiðir til aukins hitastigs og minnkaðrar birtu. Þess vegna er lækkun ljósstyrks í fosfórsýninu marktækt meiri en í flíssýninu.
③ Við 125 gráður þenst epoxýplastefni út vegna hita. Þegar prófunin er stöðvuð og sýnin eru kæld niður í stofuhita, dregst epoxýplastefnið saman vegna hitafallsins, sem veldur aflögun linsu á sýnunum sem fjarlægð voru. Aflögun linsu dregur úr ljóssendingu, en það veldur ekki banvænum ljósdeyfingu.
3. Ályktun Algeng hjúpunarefni (eins og sílikon og fosfór) hafa veruleg áhrif á áreiðanleika LED eininga. Til að kanna áhrif hjúpunarefna var 125 gráður valin sem umhverfishiti. Mælingaraðferð á netinu var notuð til að framkvæma stöðuga-öldrunarprófanir á fjórum mismunandi sýnum samtímis í prófunarhólfi fyrir háan-hita. Niðurstöðurnar sýna að við 125 gráður hefur LED einingin án sílikons og fosfórs lengsta líftíma og mikla áreiðanleika. Hins vegar, kolsýring kísils og lofttegunda sem myndast, auk fosfórsins sem hindrar hitaleiðni, flýta fyrir hrörnun lýsingarstyrksins. Notkun bæði kísils og fosfórs samtímis mun valda hraðri birtuskerðingu, sem leiðir til bilunar á einingunni.
