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研究生:曾杞良
研究生(外文):Ji-LiangTseng
論文名稱:白光LED老化對色度及輝度影響之研究
論文名稱(外文):A Study of the effect of aging on color and brightness of white LEDs
指導教授:周榮華周榮華引用關係
指導教授(外文):Jung-Hua Chou
學位類別:碩士
校院名稱:國立成功大學
系所名稱:工程科學系專班
學門:工程學門
學類:綜合工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2012
畢業學年度:100
語文別:中文
論文頁數:48
中文關鍵詞:白光LED田口實驗老化實驗
外文關鍵詞:White LEDsTaguchi methodaging
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近年來隨著白光LED的發展,價格的降低及亮度的提升,顯示器的背光源也由傳統的CCFL(冷陰極螢光燈),逐漸替換成白光LED;產品也由行動電話擴大到平板電腦、筆記型電腦及高階的大型顯示器。
本研究主要對象為GnInA藍光LED Chip激發黃光螢光體(YAG)之白光LED, 探討其對色度因Chip本身主波長的些微變化,及黃光螢光體激發時產生的變化,對不同色度座標(BIN CODE)之影響,及白光LED 因熱效應及隨時間劣化產生的色度飄移及輝度衰減現象,並瞭解其色度座標的偏移型態及其輝度的影響程度。
首先,運用田口實驗探討白光LED在封裝過程中,可能對LED輝度的影響因子。設定控制因子以及干擾因子,以A~H 8種控制因子及三種水準進行實驗,找出S/N比反應最大的因子,再經過優化設計來取得較適之生產條件。
其次,本研究運用統計方法,針對不同粉體配方之白光LED進行長時間1000小時高溫劣化實驗,以驗證不同配方的情況下,輝度與色度衰落變化之一致性,以做為LED背光模組採取混BIN 之參考。
本研究結果顯示,螢光粉體依據本實驗所設定的A~H的影響因子中,有以下結果:
一、以A螢光粉體的尺寸、B配方及C螢光粉體散佈等三項影響因子, 其影響輝度變化較為明顯。
二、最佳化條件與原始條件不同
A.螢光體粒徑15µm優於粒徑25µm:此部分可能因螢光粉體中之增感劑(Activator),因粒徑變小後,其表面積增大,使增感劑在進行能量傳導時,更能激發鄰近的螢光主晶格,使能量傳遞更有效率。
B.螢光粉體散佈方式,以沉底方式較佳:沉底方式可能因距離LED Chip 較為接近,激發之能量較大所造成,可印證目前於LED封裝廠,有傾向於沉底的封裝模式。
三、不同的螢光粉體配方,經過1000小時h老化,其輝度經檢定無法拒絕虛無假設,輝度仍可視為一致,可做為顯示器白光LED混Bin方式之參考。
四、在進行白光LED老化實驗時,發現白光LED色度變異不明顯,色度雖有變化,然其變化ΔE仍低於1.5,為第二級別色差,肉眼尚無法分辨,因此做為顯示器白光LED以混Bin方式評估時,如本實驗選用的LED色塊,雖為不同螢光粉體配方製成,但其驗證結果顯示,此兩色塊LED確能進行混BIN。

In recent years with the development of white LEDs, lower prices and enhanced brightness, backlights for displays are gradually shifted from the traditional CCFLs (cold cathode florescent lights) to white LEDs. The products include mobile phones, tablet PCs and Notebook PCs, high-end monitors and high-performance displays.
In This study, major investigations are focused to white LEDs made from yellow phosphor (YAG) and GnInA blue light LED chips. The chromaticity of the chip itself, the slight change of the dominant wavelength, and the yellow phosphor excited light may induce some changes and can result in different chromaticity coordinates (BIN CODE) LED. Thus, this study explores the related impact of thermal aging on the chromaticity drift and brightness attenuation of white LEDs, and to determine the chromaticity coordinate offset direction and brightness change.
Firstly, the Taguchi method is used to determine the significant manufacturing factors affecting the performance of white LEDs. A total of eight control factors designated by A~H with three variation levels is explored to find out S/N ratios to determine the optimum production conditions.
Secondly, the MINI TAB statistical tool is used to determine statistical significance of process variations. White LEDs of different formulations of phosphor powders using 1000-hr high temperature degradation tests are used to verify the consistency of different powder formulations, the brightness decay and chromaticity changes to determine whether the differences are significant or not when taking as an LED backlight module using mixed BIN components.
The key results are as follows:
1. The size, composition and spreading locations of phosphor powders are significant affecting factors.
2. The optimum production conditions are:
(a) Phosphor particle size of 15 µm, probably due to the increased surface area of the sensitizer (activator) to stimulate the adjacent fluorescent host lattice and make energy transfer more efficient.
(b) Fluorescent powders spreading at the bottom is better as they are closer to the LED chip and can stimulate better energy conversions of the activators.
3. The brightness of LEDs with different phosopher powder formulations after 1000-hr aging shows no significant variation, implying that LEDs from mixed bins can be used together as a display light source
In addition, the color variation of white LEDs after 1000-hr aging is not significant. Light chromaticity, despite changes, the change in terms of ΔE is less than 1.5 which can not be distinguished by the naked eyes Therefore, LEDs from different bins can be mixed for the application of backlights in displays.

目 錄
中文摘要 I
英文摘要 III
誌 謝 V
目 錄 VI
表目錄 VIII
圖目錄 IX
第壹章 緒 論 1
1.1 人工照明技術的演進 1
1.2 顯示器的背光源 2
1.3 研究動機與目的 3
1.4 文獻回顧 5
1.5 論文架構 6
第貳章 LED構造及發光原理 色彩學 8
2.1 LED Chip發光原理 8
2.2 螢光粉體發光原理 13
2.3 白光LED發光原理 15
2.4 色彩學 16
第叁章 白光LED 老化實驗 21
3.1 LED 螢光膠影響因子 24
3.2 白光LED 老化實驗 28
3.3實驗數據及Mini Tab分析 33
第肆章 結論與建議 45
4.1 結論 45
4.2研究建議及未來工作方向 45
參考文獻 47


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