CN109061527B - 一种预测led灯珠光衰的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种预测LED灯珠光衰的方法，该方法通过封装支架上负极的氧化面积随老化时间的变化趋势来预测整个LED灯珠的光衰，可以在较短的老化时间内比较准确的预测出长时间光衰。

Description

一种预测LED灯珠光衰的方法
技术领域
本发明涉及LED照明领域，具体是涉及一种预测LED灯珠光衰的方法。
背景技术
现有评判LED质量的方法多种多样，如“冷热冲击”、“高温高湿”等等，但最主要的还是以北美照明协会(IESNA)推出的IES TM-21-11标准来对灯珠的光衰进行评判，该方法采用最小二乘法将IES LM-80-08测试收集到的数据(即LM-80测试数据)进行e指数曲线拟合，并将拟合出的曲线外延至70％流明维持率处以获得被测产品的光通量维持寿命。该方法还是先要测试出LM-80的数据，由于封装技术和芯片技术的发展，灯珠的光衰达到原有的80％需要非常长的时间(3000～6000小时以上)，因此还是无法快速的对灯珠的光衰进行预测。
随着现在的灯珠质量不断提高，工艺及材料不断提升，如，蓝光芯片工艺的成熟，内部晶格缺陷逐渐减少、荧光粉采用热稳定性更好的材料(例如硅酸盐等)，因此由芯片和荧光粉所带来的光衰几乎可以忽略。现有的SMD灯珠产生光衰的主要因素是由于封装胶与封装支架之间的热膨胀系数不同，由于胶体热胀冷缩，胶体与封装支架容易发生剥离，导致灯珠的气密性变差，碗杯内金属支架的镀银层逐渐被入侵的空气氧化导致的光衰。
发明内容
本发明旨在提供一种预测LED灯珠光衰的方法，以解决现有预测LED灯珠光衰需要长时间老化测试的问题。
具体方案如下：
一种预测LED灯珠光衰的方法，包括以下步骤：
Sa、将待测LED灯珠贴设在导热基板上，LED灯珠为SMD类型的LED灯珠；
Sb、将完成步骤Sa的LED灯珠的导热基板控制在温度T1，用恒流源驱动点亮，进行老化；
Sc、在不超过1000小时的老化时间内选取至少四个时间点t1、t2、t3，……，相邻两个时间点之间的间隔不小于100小时，通过显微镜观测LED灯珠在对应时间点上封装支架的碗杯内电极的氧化面积S1、S2、S3，……；
Sd、根据步骤Sc的电极的氧化面积的占比以及时间点拟合出一元二次函数曲线，其中以时间点为横轴，电极的氧化面积的占比为纵轴，该一元二次函数曲线表示为y＝ax2+bx+c，其中a、b、c均为常数；
Se、根据步骤Sd拟合出的一元二次函数曲线预测LED灯珠在其它时间点上的光衰。
进一步的，上述步骤Sc中碗杯内电极的氧化面积在每个时间点都具有多组数据，步骤Sd中通过最小二乘法将步骤Sc中的多组数据拟合出一元二次函数曲线。
进一步的，在步骤Sc中选取三个时间点，其中t1＝200小时，t2＝500小时，t3＝800小时，t4＝1000小时。
进一步的，所述温度T1为100～120℃。
本发明提供的预测LED灯珠光衰的方法与现有技术相比较具有以下优点：本发明提供的方法通过测量封装支架碗杯内金属电极的氧化面积来预测整个灯珠的光衰，需要老化的时间短，且预测结果准确。
附图说明
图1示出了LED灯珠的示意图。
图2示出了实验1中负极实际氧化面积占比与实际光衰随时间的变化趋势曲线图。
图3示出了实验1中由1000小时内的负极实际氧化面积占比数据拟合出的负极氧化面积占比随时间的变化趋势曲线图。
图4示出了实验1中负极实际氧化面积占比、负极预测氧化面积占比和实际光衰随时间的变化趋势曲线图。
图5示出了实验2中负极实际氧化面积占比与实际光衰随时间的变化趋势曲线图。
图6示出了实验2中由1000小时内的负极实际氧化面积占比数据拟合出的负极氧化面积占比随时间的变化趋势曲线图。
图7示出了实验2中负极实际氧化面积占比、负极预测氧化面积占比和实际光衰随时间的变化趋势曲线图。
具体实施方式
为进一步说明各实施例，本发明提供有附图。这些附图为本发明揭露内容的一部分，其主要用以说明实施例，并可配合说明书的相关描述来解释实施例的运作原理。配合参考这些内容，本领域普通技术人员应能理解其他可能的实施方式以及本发明的优点。图中的组件并未按比例绘制，而类似的组件符号通常用来表示类似的组件。
现结合附图和具体实施方式对本发明进一步说明。
本发明提供了一种预测LED灯珠光衰的方法，该方法适用于SMD类型的LED灯珠，该方法包括以下步骤：
Sa、将待测LED灯珠贴设在导热基板上，LED灯珠为SMD类型的LED灯珠；
Sb、将完成步骤Sa的LED灯珠的导热基板控制在温度T1，用恒流源驱动点亮，进行老化；
Sc、在不超过1000小时的老化时间内选取至少四个时间点t1、t2、t3，……，相邻两个时间点之间的间隔不小于100小时，通过显微镜观测LED灯珠在对应时间点上封装支架的碗杯内电极的氧化面积S1、S2、S3，……；
Sd、根据步骤Sc的电极的氧化面积的占比以及时间点拟合出一元二次函数曲线，其中以时间点为横轴，电极的氧化面积的占比为纵轴，该一元二次函数曲线表示为y＝ax2+bx+c，其中a、b、c均为常数；
Se、根据步骤Sd拟合出的一元二次函数曲线预测LED灯珠在其它时间点上的光衰。
下面以欧司朗公司的GW_JTLPS1em，DURIS E2835型号的LED灯珠为例进行说明，其结构如图1所示，图1中LED芯片10固晶在负极20上，通过金线和正极22实现电连接。LED芯片固晶在负极上且大致位于碗杯的中心位置上，由于LED芯片产生的热量主要是通过负极传导至导热基板上的，因而封装胶体和封装支架之间发生剥离的地方都是位于负极的周边，外界的空气从负极周边入侵到灯珠内壁，导致电极的氧化也是从负极开始的，而正极和其周围的温度相对于负极来说会低，因此不会出现封装胶体从封装支架上剥离的问题，因此正极在正常老化的过程中不会被氧化。申请人在研究中发现，负极上被氧化的面积与老化时间可以用公式(1)来表示：
Figure BDA0001753135300000041
其中S为负极被氧化的面积，S(t)为在t时间点负极被氧化的面积。
在时间操作中是将整个负极分割成多个便于计算的规则形状，然后将其中被氧化的面积统计获得整个负极被氧化的面积。
如图1所示，上述的2835LED灯珠负极的总面积为4.473mm2(保护LED芯片所占用的面积)，将同一批次、同规格的多颗LED灯珠采用上述的方法获得其在不同时间点上数据。
实验1
在实验1中，上述方法中T1的取值为115℃，并导热基板保持在115℃的情况下测量LED灯珠在起始阶段以及各个时间点上的光通量，以便于后续的验证。将导热基板保持在一定的温度下，是为了模拟LED灯珠在实际应用环境中具有相似的结温，使得LED灯珠的老化能够更好的反应在实际应用中的老化情况。
在测算完负极的氧化面积后以及各个时间点的光通量后，各个时间点测试的光通量都是在LED灯珠的导热基板保持在115℃的情况下进行测量的，采用最小二乘法将同一时间点的所有数据进行处理，获得如下表1中的数据。
表1
Figure BDA0001753135300000051
根据表1的数据拟合出一元二次函数曲线，具体曲线如图2所示。
从图2可以得出，负极氧化面积占总面积随时间变化的趋势与整个LED灯珠光衰的趋势是相符合的，因此对于SMD类型的LED灯珠来说，是可以用负极氧化面积占总面积随时间变化的趋势来表示整个LED灯珠的光衰趋势。
现根据t1＝200小时、t2＝500小时、t3＝800小时和t4＝1000小时的数据拟合出一元二次函数曲线，具体曲线如图3所示。
从图3可以得出，所拟合出的曲线可以用公式y＝1.43E-08x2+7.80E-06x+4.36E-04，即S＝1.43E-08t2+7.80E-06t+4.36E-04。
将时间点t5＝2000小时和t6＝3000小时代入上述公式，计算出y5＝0.0732，y6＝0.1525，即在2000小时下预测的负极氧化面积占比为7.32％，实际负极氧化面积占比7.20％，在3000小时下预测的负极氧化面积占比为15.25％，实际负极氧化面积占比15.00％，可以看出，t1＝200小时、t2＝500小时、t3＝800小时和t4＝1000小时四个时间点来所拟合出的负极氧化面积的趋势与实际的氧化趋势是相吻合的。因此可以只用1000小时的老化来预测LED灯珠至少3000小时以上的光衰。
将上述负极氧化面积预测的数据、负极氧化面积实际的数据以及实际光衰数据做趋势曲线图，具体曲线如图4所示。
从图4可以看出，三条趋势曲线所反映出的变化趋势是一致的，因此说明用t1＝200小时、t2＝500小时、t3＝800小时和t4＝1000小时四个时间点预测LED灯珠至少3000小时以上的光衰是可行的。
实验2
实验2和实验1是采用相同型号的LED灯珠，即均为欧司朗公司的GW_JTLPS1em，DURIS E2835型号的LED灯珠。其差别在于，本实验中采用的T1取值为100℃，并在导热基板为100℃的情况下测量LED灯珠在起始阶段以及各个时间点上的光通量，以便于后续的验证。在测算完负极的氧化面积后以及各个时间点的光通量后，采用最小二乘法将同一时间点的所有数据进行处理，获得如下表2中的数据。
表2
Figure BDA0001753135300000071
根据表2的数据拟合出一元二次函数曲线，具体曲线如图5所示。
从图5可以得出，负极氧化面积占总面积随时间变化的趋势与整个LED灯珠光衰的趋势是相符合的，因此对于SMD类型的LED灯珠来说，是可以用负极氧化面积占总面积随时间变化的趋势来表示整个LED灯珠的光衰趋势。
现根据t1＝200小时、t2＝500小时、t3＝800小时和t4＝1000小时的数据拟合出一元二次函数曲线，具体曲线如图6所示。
从图6可以得出，所拟合出的曲线可以用公式＝7.48E-09x2+6.44E-06x-5.30E-04，即S＝7.48E-09t2+6.44E-06t-5.30E-04。
将时间点t5＝2000小时和t6＝3000小时代入上述公式，计算出y5＝0.0423，y6＝0.0861，即在2000小时下预测的负极氧化面积占比为4.23％，实际负极氧化面积占比为4.00％，在3000小时下预测的负极氧化面积占比为8.61％，实际负极氧化面积占比8.10％，可以看出，t1＝200小时、t2＝500小时、t3＝800小时和t4＝1000小时四个时间点来所拟合出的负极氧化面积的趋势与实际的氧化趋势是相吻合的。因此可以只用1000小时的老化来预测LED灯珠至少3000小时以上的光衰。
将上述负极氧化面积预测的数据、负极氧化面积实际的数据以及实际光衰数据做趋势曲线图，具体曲线如图7所示。
从图7可以看出，三条趋势曲线所反映出的变化趋势是一致的，因此说明用t1＝200小时、t2＝500小时、t3＝800小时和t4＝1000小时四个时间点预测LED灯珠至少3000小时以上的光衰是可行的。
对比实验1和实验2，从图4和图7中可得出，LED灯珠的导热基板的温度T1较高的情况下，通过本发明所提供的预测光衰的方法所预测的光衰值与实际的光衰值越接近，这是由于在较高的温度下，由于封装胶体与封装支架剥离导致的光衰所占LED灯珠整体光衰的比例更大，因此能更好的反应出LED灯珠整体的光衰趋势，因此其较优的范围是T1为100～120℃。
尽管结合优选实施方案具体展示和介绍了本发明，但所属领域的技术人员应该明白，在不脱离所附权利要求书所限定的本发明的精神和范围内，在形式上和细节上可以对本发明做出各种变化，均为本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种预测LED灯珠光衰的方法，其特征在于，包括以下步骤：
Sa、将待测LED灯珠贴设在导热基板上，LED灯珠为SMD类型的LED灯珠；
Sb、将完成步骤Sa的LED灯珠的导热基板控制在温度T1，用恒流源驱动LED灯珠，进行老化；
Sc、在不超过1000小时的老化时间内选取至少四个时间点t1、t2、t3，……，相邻两个时间点之间的间隔不小于100小时，通过显微镜观测LED灯珠在对应时间点上封装支架的碗杯内电极的氧化面积S1、S2、S3，……；
Sd、根据步骤Sc的电极的氧化面积的占比以及时间点拟合出一元二次函数曲线，其中以时间点为横轴，电极的氧化面积的占比为纵轴，该一元二次函数曲线表示为y＝ax2+bx+c，其中a、b、c均为常数；
Se、根据步骤Sd拟合出的一元二次函数曲线作为LED灯珠的光衰曲线来预测LED灯珠在其它时间点上的光衰。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：上述步骤Sc中碗杯内电极的氧化面积在每个时间点都具有多组数据，步骤Sd中通过最小二乘法将步骤Sc中的多组数据拟合出一元二次函数曲线。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：在步骤Sc中选取四个时间点，其中t1＝200小时，t2＝500小时，t3＝800小时，t4＝1000小时。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述温度T1为100～120℃。
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