測試固態照明的可靠性

作者 : Yoelit Hiebert,EDN

美國能源部發佈了正在進行的固態照明驅動器、LED封裝和OLED的可靠性測試結果和結論。結果顯示,LED光源的可靠性和整體性能不斷提高,但在對LED和SSL系統故障機制的理解上,仍然存在很大的差距,需要在產業內進行更多的研究和訊息共享。

美國能源部(DOE)發佈了正在進行的固態照明(SSL)驅動器、LED封裝和OLED的可靠性測試結果和結論。

SSL驅動器

SSL驅動器長期以來一直被視為照明系統中「最弱的一環」。 為此,美國能源部於2017年啟動了一項長期的LED驅動器評估,其中包括對單通道和多通道LED驅動器的評估。

整體測試策略包含評估兩階段的驅動器,驅動器在持續保持75℃和75%濕度的環境(稱為7575環境,輸出功率為100%的加速應力條件下進行,並選擇的功率循環協議以加速潛在的故障機制。LED模組用於負載,但在25℃加速試驗箱外操作。從100%(無調光)到1%(全調光)共五個調光等級範圍內,監控驅動器的電氣特性(電壓、電流、功率因數、輸出波形與總諧波失真),還在相同的調光水準下監控LED閃爍狀況。

這是兩階段單通道驅動器的示意圖。(資料來源:Accelerated Stress Testing Results on Single-Channel and Multichannel Drivers: Final Report, U.S. Department of Energy)

測試結果顯示,驅動器電路第一階段的電磁干擾(EMI)濾波器中的電容和電感的性能下降(相對於完全故障),可能會導致驅動器發生進一步的故障。第一級電路中的元件承受較高的電壓電平,使其更容易老化。此外,第二階段元件的退化似乎導致可觀察到的閃爍變化。

該報告得出的結論是,對輸入電源濾波和EMI抑制的設計應加倍注意,應可進一步提高SSL驅動器的長期性能。

LED封裝

光通量(luminous flux)維持和色度偏移(chromaticity)是評估長期LED封裝性能的兩個最重要的參數,美國照明工程協會(IES)發佈了控制投射這些參數的方法的標準。IES LM-80-15,IES Approved Method:測量LED封裝、陣列和模組的光通量和顏色維持率(Color Maintenance),於2008年首次發佈,它提供了建立和收集光通量和色度數據的方法。IES TM-21-19,Technical Memorandum:預測LED光源的長期流明、光子和輻射通量維護,於2011年首次發佈,它提供了一種用於外推收集到的數據以達到光通量維持投影的數學方法。自2012年成立以來,美國能源部評估計劃就一直使用這些標準中指定的方法。

從2012~2015年收集的LED封裝數據顯示,陶瓷封裝和板上晶片(COB)封裝均能提供最佳的光通量維護,而聚合物封裝的平均性能較差。從2018年開始收集的數據指出,陶瓷和COB封裝的流明維持率(luminous maintenance)繼續提高,但是聚合物封裝的光通量維持率在其他類型上有所提高,尤其是在低電流下,主要歸功於使用了改良的聚合物材料。此外,更新的晶片級封裝數據表示性能與其他封裝類型一致。

OLED

OLED面板的光通量和色度維持數據收集已持續四年,涵蓋了每種產品的幾代產品。該測試協議包括IES LM-84-14中使用指定的方法在稍微升高的溫度(25~45℃)下操作,測量LED燈、光引擎和燈具的光通量和顏色維持,並在IES TM-28-14中預測LED燈和燈具的長期光通量維持。

迄今為止的結果顯示,OLED面板的光通量維持率有了顯著提高。暖白OLED面板的長期性能通常低於色溫較高的面板,並且通常隨著工作溫度的升高而降低。此外,OLED產品的色度維持在過去5年中似乎有所改善,暖白面板的色度保持性比中性白更好。

RTI International位於北卡羅萊納州Research Triangle Park,該單位已成為合作機構,並全面進行美國能源部的專案計劃。RTI工程研究研究員Lynn Davis博士總結該單位的發現:「LED光源的可靠性和整體性能不斷提高,但是與傳統照明技術不同,我們沒有30~45年累積的知識基礎。 在對LED和SSL系統故障機制的理解上,仍然存在很大的差距,需要在產業內進行更多的研究和訊息共享。」

若要獲得更多訊息,請參見完整的測試報告:

1.Accelerated Stress Testing Results on Single-Channel and Multichannel Drivers

2.Stress Testing of Organic Light-Emitting Diode Panels and Luminaires

3.Accelerated Stress Testing of Multi-Source LED Products

(參考原文:Testing solid-state lighting reliability,by Yoelit Hiebert,EDN Taiwan Anthea Chuang編譯)

 

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