Phương pháp đo đại lượng quang & TNo tăng tốc cho sản phẩm LED

Thứ hai - 13/08/2018 15:34
Công ty OLED Việt Nam với thương hiệu OLED là một doanh ngiệp hoạt động trong lĩnh vực chiếu sáng, chuyên sản xuất đèn led công suất lớn với chất lượng cao.
E Wing LED Chips
E Wing LED Chips
Các phương pháp đo các đại lượng quang và thử nghiệm tăng tốc cho các sản phẩm LED
Nội dung
Đo quang thông
Đo phân bố cường độ sáng
Thử nghiệm tăng tốc







Đo quang thông
• Để đo các đại lượng quang của đèn người ta sử dụng quả cầu tích phân (hình 1), là một quả cầu rỗng bán kính R. Kích thước của quả cầu phụ thuộc vào kích thước và dải quang thông của đèn. Thông thường, để đo quang thông của chip LED SMD, người ta dùng quả cầu bán kính từ 15 đến 30 cm. Trong trường hợp phải xác định quang thông của các chip COB công suất lớn hoặc bộ đèn LED tube, bán kính của quả cầu có thể đến 100 cm.
• Phía trong thành quả cầu, người ta phủ một lớp vật liệu màu trắng, thường là BaSO4 tán xạ khuếch tán toàn phần. Ngoài ra lớp phủ này phải có hệ số hấp thụ không đổi đối với toàn bộ vùng sáng ánh sáng nhìn thấy. Yêu cầu này cho phép người ta xác định đúng quang thông của các chip LED hoặc bộ đèn có phổ màu sắc khác nhau.













• Trên thành quả cầu được gắn cảm biến quang điện có chức năng đo quang thông của nguồn sáng. Ngoài ra, người ta gắn một sợi quang dẫn để truyền dẫn ánh sáng của bộ đèn vào khe của một máy quang phổ. Máy quang phổ sẽ cho các thông tin về màu sắc như quang phổ, phổ màu, nhiệt độ màu và chỉ số CRI… của chip LED hay bộ đèn. Để chắn các tia sáng phát trực tiếp từ đèn vào cảm biến quang điện, người ta đặt giữa nguồn sáng cần đo và cảm biến một màn chắn có kích thước phù hợp. 
• Người ta thường chọn phép so sánh quang thông của nguồn sáng cần đo với một nguồn sáng chuẩn. Theo quy định của cơ quan đo lường quốc tế, nguồn sáng chuẩn phải là nguồn sáng A (là đèn sợi đốt), có nhiệt độ màu 2856K. Hình 2 trình bày bộ đèn chuẩn quang thông.












• Phép so sánh được tiến hành theo các bước sau:
• Bước 1. Mắc đèn chuẩn (Tc = 2856K) có quang thông Фs vào cầu tích phân, ta thu được dòng quang điện Ys.
• Bước 2. Thay đèn chuẩn bằng đèn có quang thông Фs cần đo, giả sử thu được dòng quang điện Y, ta có:  
                                        
Đo phân bố cường độ sáng và góc kế quang học
• Hệ tọa độ cực C-γ 
• Hệ tọa độ cực là hệ tọa độ phổ biến và thuận lợi để biểu diễn sự phân bố cường độ sáng của các loại bộ đèn. Trong hệ tọa độ cực (hình 3a), bộ đèn được đặt sao cho tâm phát sáng trùng với tâm của hình cầu. Tia sáng trung tâm trùng với trục Z của hình cầu đồng thời là giao tuyến của các mặt phẳng kinh tuyến của hình cầu (ký hiệu là C). 
• Trong các mặt C, người ta vẽ các góc  mà một cạnh của nó chính là tia trung tâm hay trục Z của hình cầu (hình 3 b, c). Trong thực tế, người ta thường coi các mặt phẳng C0 – C180, C90 – C270 là các mặt phẳng chính vì, ví dụ trong trường hợp bộ đèn chiếu sáng đường, đây là các mặt phẳng mô tả phân bố cường độ sáng dọc đường và cắt ngang đường.










Đo phân bố cường độ sáng và góc kế quang họ














Hệ tọa độ Đề Các
• Tọa độ Đề các thường được dùng để biểu diễn cường độ sáng của các loại đèn pha. Trong hệ này, người ta thường chọn hai mặt phẳng chính vuông góc với nhau giống như cặp các mặt C0 – C180, C90 – C270 trong tọa độ cực. Giá trị các góc trong một mặt phẳng được biểu diễn bằng trục hoành, giá trị cường độ sáng được biểu thị trên trục tung. Hình mô tả một bộ đèn pha và biểu đồ phân bố cường độ sáng của nó trong hệ tọa độ Đề các.








• Góc kế quang học là dụng cụ dùng để đo cường độ sáng và phân bố cường độ sáng trong không gian của các bộ đèn. 
• Nguyên lý hoạt động của một loại góc kế quang học có gương quay, một loại góc kế hiện đại nhất hiện nay để biểu diễn phân bố cường độ sáng trên tọa độ cực. Tia sáng từ đèn đi tới gương rồi phản xạ tới hộp cảm biến quang điện. Bộ cảm biến sẽ cho một dòng điện (hoặc điện áp) tỷ lệ với cường độ sáng.












Ví dụ: Tính quang thông của đèn LED panel 36W, kích thước 600mm  600mm.
• Bước 1: Xác định tập số liệu vẽ đường cong trắc quang theo mặt phẳng C0 và C45 vì đây là hai mặt phẳng khác nhau nhất của bộ đèn trong tọa độ cực






Căn cứ vào các số đo trên góc kế quang học, ta lập được bảng phân bố cường độ sáng theo góc trong các mặt phẳng C0 và C45
















Ví dụ: Tính quang thông của một bộ đèn
Bước 2: Chọn ∆α = 2,50 = 0,08722 rad, ta lập bảng tính toán Cuối cùng ta tính được quang thông của bộ đèn là:
 Nhận xét: Kết quả này khá trùng với công bố của nhà sản xuất: 1900 lm.









Thử nghiệm tăng tốc
• Mục đích và lợi ích thử nghiệm tăng tốc: 
• Đèn LED có tuổi thọ rất cao (>50.000h tương ứng trên 10 năm sử dụng), do đó các thử nghiệm thông thường không thể sử dụng để đánh giá tuổi thọ, độ tin cậy của các hệ thống chiếu sáng LED. Có thể sử dụng thử nghiệm tăng tốc với các ứng suất điện, nhiệt, cơ, độ ẩm nâng cao theo những quy luật vật lý... trong một thời gian thích hợp. Thường sử dụng hai loại thử nghiệm:
• 1) Thử nghiệm tuổi thọ gia tốc cao (Hight Accelerated Lifetime Testing HALT)  
• 2) Thử nghiệm quá ứng suất đa môi trường (Multi-Environment Overstress Testing MEOST)
• HALT được ứng dụng trong công nghiệp điện tử lần đầu tiên một cách có hệ thống khoảng 20 năm trước. HALT là phương pháp thử nghiệm ứng suất độ tin cậy tăng tốc trong quá trình phát triển công nghệ. Nó được áp dụng chung cho thiết bị điện tử và được thực hiện để nhận dạng và trợ giúp giải quyết các điểm yếu trong chế tạo phát triển thiết bị mới với thiết bị khi đưa vào sử dụng. Bằng phương pháp này các điểm yếu có thể được nhận dạng khi sử dụng số lượng mẫu nhỏ (đôi khi một, hoặc  hai, nhưng tốt nhất là 5 mẫu). trong thời gian ngắn nhất có thể và chi phí ít nhất. 
• Chức năng thứ hai của thử nghiệm HALT là nó đặc trưng thiết bị được thử nghiệm và nhận dạng giới hạn vận hành an toàn và các ngưỡng thiết kế được sử dụng để xem xét từng chi tiết của thiết bị sản phẩm đối với các khuyết tật sản xuất và các linh kiện hư hỏng tiềm ẩn. Các linh kiện riêng trên bo mạch in, và toàn bộ hệ thống điện tử có thể là mục tiêu cho thử nghiệm HALT. Kích cỡ của mẫu thử nghiệm được quyết định bởi nhiều yếu tố bao gồm số lượng mẫu cho phép, chi phí, kiểu áp dụng ứng suất và kích thước vật lý.
• Ví dụ các nhà sản xuất linh kiện có thể thử nghiệm điển hình đồng thời hàng ngàn linh kiện riêng. Nguyên tắc thử nghiệm HALT có thể được tiến hành ở mức từng đơn vị, rất mong muốn được tiến hành ở mức từng chi tiết. Chu trình nhiệt và dao động ngẫu nhiên, ngưỡng công suất và chu trình công suất là các dạng chung cho tăng tốc hư hỏng đối với thiết bị điện tử. HALT không đo hoặc xác định độ tin cậy của thiết bị nhưng dùng để cải thiện độ tin cậy của sản phẩm. Nó là phương pháp tiên nghiệm được sử dụng qua công nghiệp để nhận dạng các chế độ hư hỏng giới hạn của sản phẩm và các ứng suất ở đó xảy ra các hư hỏng này. Ưu điểm quan rọng của thử nghiệm tuổi thọ tăng tốc là nó được tiến hành trong giai đoạn phát triển sản phẩm để phát hiện các vấn đề thiết kế và giới hạn các linh kiện. Như vậy công ty chế tạo sản phẩm có thể thỏa mãn khách hàng tốt hơn bởi vì số sản phẩm bị thu hồi để sửa chữa ít hơn và tiết kiệm tiền của cho bảo hành. Một ưu điểm khác là đội ngũ thiết kế có thể thay đổi để thiết kế sản phẩm mới hơn là quan tâm đến sản phẩm cũ. Bằng cách làm  này có thể tiết kiệm chi phí đáng kể bởi vì chất lượng của thiết bị và sự chấp nhận của khách hàng sẽ đẩy nhanh sản xuất, giảm chi phí và yêu cầu thiết kế lại và thử nghiệm lặp lại sẽ được giảm thiểu và loại bỏ. Một đặc điểm của HALT là tập trung chủ yếu vào nhiệt độ và các ứng suất cơ.
• Công ty Chiếu sáng Philips thử nghiệm đã bắt đầu thử nghiệm từ 6 năm trước để cải thiện độ tin cậy của các driver điện tử cho các đèn phóng điện chất khí trong công nghiệp ô tô. Phương pháp này đã được chuyển giao để tối ưu hóa các driver cho nhiều kiểu đèn phóng điện chất khí. Điều này giúp cho việc cải tiến độ tin cậy trong nhiều trường hợp các hư hỏng tại hiện trường khó được mô tả vì không xảy ra tại hiện trường. Lý do chủ yếu là đã áp dụng thử nghiệm HALT các ứng suất được tăng nhanh, tạo nên trong các linh kiện vận hành ngoài các quy chuẩn. Ví dụ trên hình 1 ứng suất nhiệt được thay đổi đột ngột, từ +1200C xuống -800C và duy trì trong chu kỳ 20 phút còn dao động tăng 10g sau 20 phút.












• Các cải tiến của phương pháp thử nghiệm HALT là phương pháp thử nghiệm quá ứng suất đa môi trường (MEOST). Bước đầu tiên là sau khi đã xác định giới hạn phá hủy HALT của các ứng suất riêng, thử nghiệm ứng suất phối hợp được tiến hành với các giới hạn phá hủy của sản phẩm thử nghiệm, trong khi đồng thời thời gian thử nghiệm dài hơn. Như vậy điều quan trọng là sản phẩm được thử nghiệm nhiều ứng suất đại diện như được xảy ra tại hiện trường. Sự mở rộng cuối cùng để tối ưu hóa MEOST là đặt kích cỡ cho biên dạng thử nghiệm bằng cách tái tạo hư hỏng tại hiện trường. 















• Để thử nghiệm hiệu quả đã đưa thêm ứng suất thực và các biến thiên tải. Biên dạng dồ thị thể hiện thử nghiệm 2h. Để thử nghiệm MEOST đầy đủ biên dạng này được lặp lại trong 2 ngày. Các driver và hệ thống LED được xây dựng từ các linh kiện điện tử, điều quan trọng là cần biết các giới hạn công nghệ để sử dụng các linh kiện, mô đun, phân đoạn, sản phẩm và hệ thống. Trong lưu trữ từ linh kiện đến mức hệ thống điều không tránh khỏi là giới hạn công nghệ cao nhất ở mức thấp nhất để mức linh kiện trong khi ở mức hệ thống nằm ở ranh giới giữa giới hạn công nghệ và điều kiện sử dụng là nhỏ nhất. Một số dữ liệu của các linh kiện sử dụng thực tế, các sản phẩm và hệ thống được trình bày trong bảng dưới đây.














HALT/MOEST cho các mô đun LED
 
• Thử nghiệm được tiến hành trên một loạt 3 mô đun LED khác nhau, được ký hiệu bằng mô đun LED A, B và C. Các biên dạng tải và các kết quả được trình bày ở bảng 1,2 và 3. Mô đun A là mô đun mới, mô đun B là mô đun ngoài trời, mô đun C là mô đun cho ứng dụng văn phòng. Để thảo luận kết quả thử nghiệm xin xem mục tiếp theo.















HALT/MOEST cho các mô đun LED














HALT/MOEST đối với các hệ thống LED
 
• Thử nghiệm được tiến hành trên một loạt 3 hệ thống LED khác nhau, được ký hiệu bằng hệ thống LED D, E và F. Các biên dạng và kết quả được trình bày trong bảng 4, 5, 6, 7. Hệ thống D là hệ thống trong nhà, Các mô dun E và F là hệ thống ngoài trời.
• Kết quả thử nghiệm cho thấy các ứng suất cao có thể được áp dụng cho các mô đun LED. Các mô đun thiết kế tốt có thể được thử nghiệm cách xa giới hạn tốc độ quy định của các linh kiện tích cực 1500C.
• Đa số mô đun được thử nghiệm dao động ở mức ngoài 50 Grm trong ngắn hạn của HALT. Chỉ có cấu trúc LED với phụ tải nhiệt cao nhất đã chứng tỏ các vấn đề nhiệt và cơ trên HALT và MEOST (mô đun LED A).
• HALT thử nghiệm driver đôi khi với các dữ liệu điện ở nhiệt độ thấp, ví dụ trong hệ thống LED F. Điều này không phải là kết quả thử nghiệm điển hình. Các hư hỏng này cũng được thây trong thử nghiệm phòng thí nghiệm trên băng thử. Nói ching đối vowis các driver điện tử được thiết kế chắc chắn HALT- các hư hỏng bắt đầu xuất hiện trên 1300C. Trên nhiệt độ này các tụ điện màng bắt đầu xuống cấp một cách nhanh chóng và các lõi từ của cuộn cảm bão hòa. Đối với các nguồn chuyển mạch thương phẩm  nhiệt độ linh kiện 1200-1300C là giới hạn công nghệ. Các mối hàn là điểm yếu về cơ, linh kiện yếu về cấu trúc hoặc kết nối yếu có thể được tìm thấy trong thủ nghiệm MEOST ở dải nhiệt độ dưới 1200C. So sánh các mô đun hệ thống rõ ràng rằng ở hệ thống các hư hỏng bổ sung ở mức ứng suất tương đối thấp có thể xảy ra do:
• Nhiệt độ quy định của vật liệu thấp (plastic với nhiệt độ nóng chảy thấp).
• Liên kết yếu, ví dụ mặt kính plastic của hệ thống A.
HALT/MOEST đối với các hệ thống LED















HALT/MOEST đối với các hệ thống LED
Đối với đa số chế độ hư hỏng được tìm thấy dữ liệu nếu chúng trở thành nguyên nhân quan trọng đối với hư hỏng tại hiện trường. Đầu tiên các ứng suất hiện trường thấp hơn nhiều trong khi đó như đã giải thích không có thể dự báo từ kết quả thử nghiệm. Số hư hỏng xa ngoài giới hạn công nghệ. Tuy nhiên đối với một số chế độ hư hỏng khác có thể chỉ ra rằng chế độ hư hỏng có nguyên nhân do sự chênh lệch của quy trình quy định hay quy trình thiết kế đối với linh kiện hoặc cấu trúc. Trong đa số trường hợp sựu chênh lệch này có hể được giải quyết dễn dàng và không tốn kém thêm, ít ra khi kết quả được tìm thấy sớm trong thiết kế. Điều kiện cho thử nghiệm HALT và MOEST hiệu quả là chúng được thực hiện sớm trong dự án và các mẫu đại diện sớm nhất có thể.













Các kết quả và nhận xét
• Dựa trên kinh nghiệm thử nghiệm HALT để cải thiện độ tin cậy của các driver điện tử, chúng tôi đã nghiên cứu áp dụng cách tiếp cận về hệ thống LED. Chúng tôi đã trình bày một loạt kết quả thử nghiệm và đi đến kết luận sau đây:
• HALT và MOEST là công cụ thử nghiệm bổ sung có giá trị để phát hiện các chỗ yếu thiết kế của các mô đun, driver và các hệ thống LED.
• HALT và MOEST tập trung chủ yếu vào các ứng suất điện, nhiệt và cơ.
• Thử nghiệm ở mức hệ thống sẽ tiến hành đầu tiên ở mức hệ thống xảy ra ở ứng suất thấp hơn thử nghiệm ở mức mô đun.
• HALT và MOEST nói chung không bao gồm các ứng suất như ẩm, tính điện (ESD), hóa, UV hay các ứng suất bổ sung không phổ biến.
• Từ các kết quả thử nghiệm HALT và MOEST tuổi thọ của các mô đun, driver hoặc hệ thống chưa thể dự đoán chính xác được.
Quá trình sản xuất và thử nghiệm các sản phẩm LED

Tác giả bài viết: OLED VN

Tổng số điểm của bài viết là: 0 trong 0 đánh giá

Click để đánh giá bài viết

  Ý kiến bạn đọc

Mã bảo mật   

Những tin cũ hơn

Đèn đường OLED
Thăm dò ý kiến

Lợi ích của phần mềm nguồn mở là gì?

Bạn đã không sử dụng Site, Bấm vào đây để duy trì trạng thái đăng nhập. Thời gian chờ: 60 giây