大功率LED具有效率高、壽命長、環(huán)保和體積緊湊等優(yōu)點(diǎn)，在背光燈、路燈、景觀照明、汽車大燈等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，被譽(yù)為取代傳統(tǒng)光源的新一代綠色光源[1-3]。在這些優(yōu)點(diǎn)中，值得一提的是，LED的理論壽命可以達(dá)到50000 h.但是，由于受生產(chǎn)廠家的技術(shù)、生產(chǎn)工藝、使用的材料不同等各種因素的影響，各廠的大功率LED產(chǎn)品的壽命不盡相同。生產(chǎn)商在推出新的產(chǎn)品時(shí)，往往會(huì)公布一系列產(chǎn)品參數(shù)，其中包括產(chǎn)品壽命。目前國內(nèi)的廠家公布的LED產(chǎn)品壽命數(shù)據(jù)大多還是50000 h的理論壽命，缺乏實(shí)際的預(yù)測(cè)。

由于LED產(chǎn)品的壽命較長，采用傳統(tǒng)的方法測(cè)定其使用壽命需耗費(fèi)大量的時(shí)間和精力，一般采用高加速可靠性實(shí)驗(yàn)來對(duì)LED產(chǎn)品的壽命進(jìn)行測(cè)試推斷

3實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

。目前的加速測(cè)試大多數(shù)采用的是離線方法，即在測(cè)試樣品初始參數(shù)后將樣品置于實(shí)驗(yàn)環(huán)境下，一段時(shí)間后拿出來測(cè)量相應(yīng)的參數(shù)，隨后再放回到實(shí)驗(yàn)環(huán)境，如此反復(fù)得到一系列離散的數(shù)據(jù)點(diǎn)。這種方法的特點(diǎn)在于，為了減小測(cè)試時(shí)取出LED樣品對(duì)實(shí)驗(yàn)條件的影響，通常兩次測(cè)量的間隔時(shí)間很長，導(dǎo)致整個(gè)測(cè)試周期很長。換言之，離線測(cè)試方法在短期內(nèi)獲得的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)很少。因此，如何快速評(píng)估加速可靠性實(shí)驗(yàn)中LED的壽命成為了人們關(guān)注的熱點(diǎn)。

本文通過采用一種在線測(cè)試的方法，實(shí)時(shí)地采集高溫加速實(shí)驗(yàn)條件下LED模塊的出光數(shù)據(jù)，在較短的時(shí)間內(nèi)獲得大量的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。在這些數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，對(duì)高溫加速可靠性實(shí)驗(yàn)中LED的壽命進(jìn)行了推斷評(píng)估。

1在線測(cè)試方法

傳統(tǒng)的高加速實(shí)驗(yàn)之所以采用離線的測(cè)試方法，是因?yàn)闇y(cè)試設(shè)備不能夠耐住嚴(yán)苛的實(shí)驗(yàn)條件，如高溫、高低溫循環(huán)、熱沖擊等。對(duì)于大功率LED而言，高加速老化實(shí)驗(yàn)中所關(guān)心的參數(shù)主要是出光的相對(duì)衰減。因此，通過將LED的出光傳導(dǎo)出來，可以在室溫條件下對(duì)出光數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和采集，達(dá)到在線測(cè)試的目的。

本文采用的在線測(cè)試方法的原理如圖1所示。通過特制的耐高溫光纜將LED模塊發(fā)出的光傳導(dǎo)出來，在室溫下利用照度計(jì)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，并將出光數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到電腦上。利用手工設(shè)計(jì)的夾具保證了 LED模塊、光纜入口和出口以及照度計(jì)探頭的同軸性，并利用內(nèi)壁開有小孔的手工設(shè)計(jì)的盒子來保證，在不影響盒子內(nèi)外環(huán)境一致的情況下，盡可能地減少外界光對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的影Ⅱ向。

通過在不同注入電流條件下的在線測(cè)試結(jié)果與積分球測(cè)試結(jié)果的比較，驗(yàn)證了在線測(cè)試結(jié)果的相對(duì)變化可以如實(shí)地反映實(shí)際出光的相對(duì)變化。在 0～360 mA之間選取13個(gè)數(shù)值作為注入電流，依次測(cè)得在相應(yīng)注入電流下，分別利用在線測(cè)試設(shè)備和積分球采集相應(yīng)光參數(shù)，所得結(jié)果如圖2所示。由圖2可知，當(dāng)電流為350 mA時(shí)，在線測(cè)試采集的光照度為1385.22 lx，積分球采集的總光通量為15.39 Im，二者的關(guān)系可以用下式表示

其中，F(xiàn)V為總光通量，Ev為在線測(cè)試的光照度，F(xiàn)v' 為相對(duì)光通量，S為探頭的面積，K是常數(shù)，K= 1.11%。計(jì)算在330lnA下的最大偏差，可知相對(duì)誤差為1.4%，標(biāo)準(zhǔn)差為0.93%。由此可見，在線測(cè)試的光照度和總光通量之間的線性擬合關(guān)系很好，可以很好地反映實(shí)際出光的相對(duì)變化。

2實(shí)驗(yàn)過程

本次實(shí)驗(yàn)的設(shè)備為在線測(cè)試設(shè)備，包括穩(wěn)流電源、夾具、恒溫箱、特指光纜、照度計(jì)、電腦以及若干導(dǎo)線，實(shí)驗(yàn)樣品為l W藍(lán)光LED模塊。參照?qǐng)D 1.1連接實(shí)驗(yàn)設(shè)備，將實(shí)驗(yàn)溫度設(shè)定在1250C恒溫，注入電流設(shè)定為350 mnA，電腦軟件設(shè)定為每隔30 s 采集一次實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，采集時(shí)間設(shè)為500h。

2實(shí)驗(yàn)過程

在經(jīng)過400 h后，對(duì)在線測(cè)試采集到的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行了分析。由圖3可知，利用在線測(cè)試的方法可以采集到的數(shù)據(jù)樣本非常大，在1250C的實(shí)驗(yàn)條件下經(jīng)過424 h的老化，LED模塊的相對(duì)出光衰減了約90%，采樣數(shù)據(jù)的誤差主要來源于照度計(jì)探頭的不穩(wěn)定性。

由 TM-21標(biāo)準(zhǔn)可知，溫度對(duì)LED壽命的影響可以用指數(shù)衰減的模型進(jìn)行推斷，即

其中，t是實(shí)驗(yàn)時(shí)間，φ(t)是相對(duì)出光，B是初始常數(shù)，α是衰減率。對(duì)于如LED的半導(dǎo)體器件而言，退火的影響會(huì)導(dǎo)致其在開始階段的出光發(fā)生波動(dòng)，不能真實(shí)反應(yīng)溫度對(duì)樣品的實(shí)際影響。因此，舍棄掉開始階段的數(shù)據(jù)，利用12～424 h的數(shù)據(jù)對(duì)LED模塊的壽命衰減進(jìn)行推斷。如圖4所示，推斷結(jié)果顯示，B= 0.98926，α=1.74404x10-4，LED樣品推斷的中位壽命(相對(duì)出光衰減到一半所需的時(shí)間)為 Lso=3912 h，相關(guān)度r2= 0.95354。

定義快速測(cè)試方法與常規(guī)離線測(cè)試方法相比的加速程度為，推斷出的樣品中位壽命與推斷所用數(shù)據(jù)的測(cè)試時(shí)間的比值，即

對(duì)于本實(shí)驗(yàn)，加速程度A= 9.2。由此可知，采用這種方法可以大幅縮短高溫加速實(shí)驗(yàn)的時(shí)間，達(dá)到快速評(píng)估高溫加速實(shí)驗(yàn)中LED壽命的目的。

4結(jié) 論

本文提出了一種在線測(cè)試的方法，開展了不同電流下的對(duì)比試驗(yàn)對(duì)其可行性進(jìn)行了驗(yàn)證，并利用此方法對(duì)高溫加速可靠性實(shí)驗(yàn)中LED的壽命進(jìn)行了推斷。結(jié)果表明，與傳統(tǒng)的離線測(cè)試方法相比，采用在線測(cè)試方法對(duì)高加速可靠性實(shí)驗(yàn)中LED壽命進(jìn)行推斷，可以有效地減少實(shí)驗(yàn)時(shí)間，達(dá)到快速評(píng)估高溫加速可靠性試驗(yàn)中LED壽命的目的。