程曄

(依古姿妮照明 (中國(guó))有限公司，上海 201401)

1 LED發(fā)展背景

隨著半導(dǎo)體技術(shù)的突飛猛進(jìn)，當(dāng)日本日亞NICHIA將GaN配合熒光粉專利帶給人類，當(dāng)LED開(kāi)始照亮這個(gè)世界時(shí)，預(yù)示著照明行業(yè)的又一次技術(shù)浪潮。LED的新技術(shù)的誕生，極大地推動(dòng)了傳統(tǒng)照明行業(yè)，玲瑯滿目的專業(yè)詞匯、技術(shù)特性層出不窮，以前可能只有照明行業(yè)專業(yè)人員才知道的術(shù)語(yǔ)，現(xiàn)在各行各業(yè)都在研究與關(guān)注。市場(chǎng)的推廣更是離不開(kāi)這些專業(yè)數(shù)據(jù)的宣傳，諸如壽命、顯色指數(shù)、發(fā)光效率、結(jié)溫、光通量等新鮮詞匯紛紛專業(yè)化的映入人們眼簾。其中，尤以LED的超長(zhǎng)壽命，從一開(kāi)始就最為人們所推崇。

傳統(tǒng)光源的壽命主要由燈絲壽命所決定。LED本身的半導(dǎo)體發(fā)光原理，沒(méi)有燈絲，決定了其壽命能超長(zhǎng)。相比較其他傳統(tǒng)光源幾倍甚至幾十倍的壽命，LED技術(shù)成熟后一上來(lái)就直指替換傳統(tǒng)照明。加上其本身的低功率，令能源及溫室效應(yīng)日益緊張的世界找到了節(jié)能減排的又一突破口。在商務(wù)宣傳上，我們常?？吹絃ED的投資回報(bào)率和替換傳統(tǒng)照明的節(jié)能效果，讓我們的照明行業(yè)又添上了專業(yè)化的市場(chǎng)色彩。

圖1 LED已深入我們生活各個(gè)層面

2 LED壽命的困惑

LED的壽命是一切其他優(yōu)勢(shì)的保證。最早就有LED壽命是50000小時(shí)甚至更高的宣傳。當(dāng)我們的制造商在大肆宣傳自己的產(chǎn)品有多好、壽命有多長(zhǎng)時(shí)，我們的終端用戶可能根本感覺(jué)不到這方面的對(duì)其帶來(lái)的優(yōu)勢(shì)。究其原因，其一對(duì)于這樣的創(chuàng)新產(chǎn)品客戶沒(méi)有直觀的使用感受，其二以價(jià)格換市場(chǎng)的低劣產(chǎn)品使客戶使用時(shí)用不了多久就無(wú)法繼續(xù)使用，其三夸大的沒(méi)有充分試驗(yàn)依據(jù)的數(shù)據(jù)讓消費(fèi)者不敢輕易相信，其四由于其超長(zhǎng)壽命是否真的不用替換了嗎?此外，LED原本屬于半導(dǎo)體行業(yè)，加上半導(dǎo)體產(chǎn)品本身特點(diǎn)的對(duì)壽命的定義、受各種不同因素的制約以及不斷進(jìn)步的快速認(rèn)識(shí)，一個(gè)全新的領(lǐng)域還沒(méi)有標(biāo)準(zhǔn)的統(tǒng)一的認(rèn)識(shí)，讓不僅是普通客戶還是傳統(tǒng)照明行業(yè)的專業(yè)人員都有點(diǎn)云里霧里的感覺(jué)。我們的傳統(tǒng)照明制造商選擇什么樣的LED來(lái)保證系統(tǒng) (光源、燈具)的壽命呢?如何進(jìn)行選擇呢?

綜上所述，LED的壽命不再像以前傳統(tǒng)光源那樣簡(jiǎn)單的理解，全新的領(lǐng)域還在不斷的探索，概念繁多又缺乏實(shí)際感受。本文的目的就是旨在用標(biāo)準(zhǔn)化的視野來(lái)解釋LED的壽命，跟蹤國(guó)際最新前沿，理清各種關(guān)系，不僅幫助使用LED的下游照明企業(yè)懂得如何選擇可靠的LED，制作可靠的系統(tǒng)，也幫助終端消費(fèi)者在挑選LED產(chǎn)品時(shí)不再不知所措。

圖2 LED面臨的困惑

3 傳統(tǒng)光源的壽命及LED光通維持率的有效壽命

在理解與眾不同的LED壽命前，我們先了解一下傳統(tǒng)光源的壽命。傳統(tǒng)光源我們使用已被廣泛接受的方法來(lái)測(cè)定其額定光源壽命。這些方法已經(jīng)在表1各種標(biāo)準(zhǔn)中予以給出。

表1 各種光源壽命標(biāo)準(zhǔn)

標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定了測(cè)試環(huán)境、樣品選擇及測(cè)試方法。例如，對(duì)于緊湊型熒光燈，標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了樣品須在25℃的環(huán)境中進(jìn)行測(cè)試。一個(gè)試驗(yàn)周期為開(kāi)燈3小時(shí)，關(guān)燈20分鐘。當(dāng)一半光源失效時(shí)的時(shí)間即為光源的額定平均壽命。

圖3 歐美及我國(guó)的標(biāo)準(zhǔn)體系

與LED不同，傳統(tǒng)光源并沒(méi)有使用光通維持率來(lái)衡量壽命 (下文中會(huì)提及LED壽命衡量的方法)。那是什么原因呢?對(duì)于鎢絲燈光源，光通損失主要是因?yàn)闊艚z損耗。一般來(lái)說(shuō)，鎢絲燈在平均額定壽命1000小時(shí)內(nèi)，光通損失僅為初始光通量的10%～15%。對(duì)于熒光燈，光通損失主要是因?yàn)闊晒夥弁繉蛹安ＡЧ艿墓饣瘜W(xué)衰減。對(duì)于緊湊型熒光燈CFLs在其平均額定壽命10000小時(shí)內(nèi)，光通損失不超過(guò)初始光通量的20%。對(duì)于使用稀土熒光粉的高品質(zhì)燈光T8和T5，在其20000小時(shí)的壽命內(nèi)光通量損失不超過(guò)5%。

圖4 各種光源的典型光通維持值

而對(duì)于LED而言，光衰的可能性根據(jù)制作原理有著各種各樣的原因。例如:驅(qū)動(dòng)電流、結(jié)溫、熒光粉，透鏡等。由于LED的理論壽命很長(zhǎng)，可能需要很多年的測(cè)試才能使其“點(diǎn)壞”。而且不像其他傳統(tǒng)光源，即使光衰到50%，它依舊能持續(xù)點(diǎn)亮。但是這時(shí)候的光是否還能滿足照明設(shè)計(jì)的要求呢?因此，照明設(shè)計(jì)師需要確切的了解其能發(fā)出不低于有效光通的、能滿足他們?cè)O(shè)計(jì)的壽命，而不是其“點(diǎn)壞”的壽命，以精確計(jì)算安裝、維護(hù)、更換成本和傳統(tǒng)光源做比對(duì)?；谝陨显颍琇ED的壽命往往采用光通維持率來(lái)計(jì)算的有效壽命。

4 LED元件的壽命

4.1 LED的范圍

在給出LED的壽命前，我們要首先把LED的范疇確定下來(lái)。我們常聽(tīng)說(shuō)的LED實(shí)際即包括LED元件component，還包括LED系統(tǒng)system。LED元件就是通常的LED芯片，系統(tǒng)是用戶所用到的LED的終端產(chǎn)品，包括光源、模組、燈具等。下文中請(qǐng)留意其不同區(qū)分。

4.2 LED元件的壽命，L70，L50

壽命的定義:到底什么是壽命?我們需要明確的定義把它規(guī)定下來(lái)。由于新技術(shù)正處于一個(gè)探索的階段，大家都在根據(jù)自己的理解和研究來(lái)制定相應(yīng)的定義?，F(xiàn)對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)基礎(chǔ)研究的主要有兩大陣營(yíng)，即歐洲和美國(guó)。歐洲標(biāo)準(zhǔn)體系主要以IEC標(biāo)準(zhǔn)為基礎(chǔ)，由國(guó)際電工委員會(huì)IEC頒發(fā)。美國(guó)LED標(biāo)準(zhǔn)體系相對(duì)比較復(fù)雜。分別由北美照明學(xué)會(huì)IES、美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)局NEMA以及美國(guó)保險(xiǎn)商實(shí)驗(yàn)室UL掌管不同的標(biāo)準(zhǔn)。具體區(qū)別見(jiàn)下圖。我國(guó)GB標(biāo)準(zhǔn)則一直沿用歐洲標(biāo)準(zhǔn)體系。

根據(jù)IEC62504(GB/T24826) 《普通照明用LED和LED模塊術(shù)語(yǔ)和定義》中的規(guī)定，

2.37

壽命 life

一只成品LED燈 (模塊)從燃點(diǎn)至“燒毀”或LED燈 (模塊)工作至低于本標(biāo)準(zhǔn)中所規(guī)定的壽命性能的任一要求時(shí)的累計(jì)時(shí)間。

2.38

平均壽命 (50%的燈失效時(shí)的壽命)average life(life to 50%failures)

LED燈 (模塊)的光通維持率達(dá)到本標(biāo)準(zhǔn)的要求并能繼續(xù)燃點(diǎn)至50%的LED燈 (模塊)達(dá)到單只LED燈 (模塊)壽命時(shí)的累計(jì)時(shí)間。

根據(jù)IESLM－80《MeasuringLumen Maintenance of LED Light Sources》中的規(guī)定，

3.6 Rated Lumen Maintenance Life，(Lp)

The elapsed operating time over which the LED light source will maintain the percentage，p，of its initial light output e.g.

IEC標(biāo)準(zhǔn)給出了從傳統(tǒng)意義上講的壽命的概念，與傳統(tǒng)光源壽命標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一，但是由于LED的長(zhǎng)壽命和新技術(shù)，加上LED技術(shù)的日新月異，從操作性上很難來(lái)實(shí)現(xiàn)。

IES標(biāo)準(zhǔn)將壽命與光通維持率聯(lián)系起來(lái)，給出了一個(gè)新的對(duì)于壽命的理解。在之后我們會(huì)看到，利用這個(gè)數(shù)據(jù)我們能根據(jù)現(xiàn)有一段時(shí)間的數(shù)據(jù)來(lái)推測(cè)出LED的真正壽命。所以從某種程度上說(shuō)，這里給出的額定光通維持壽命可以理解為L(zhǎng)ED的有效壽命(Useful life)。

表2 兩種標(biāo)準(zhǔn)體系對(duì)壽命理解的異同點(diǎn)

但這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)只規(guī)定了LED元件的壽命，并不是LED系統(tǒng)壽命的規(guī)定。從此標(biāo)準(zhǔn)的出處可以看出，此標(biāo)準(zhǔn)是參考了ASSIST推薦的《LED Life for General Lighting:Definition of Life》一文。ASSIST=the Alliance for Solid-State Illumination Systems and Technologies，a group LED by the Lighting Research Center at Rensselaer Polytechnic Institute in Troy，New York.即半導(dǎo)體照明系統(tǒng)和技術(shù)聯(lián)盟，是由Rensselaer大學(xué)的照明研究中心發(fā)起的一個(gè)LED組織。

圖5 ASSIST組織

根據(jù)ASSIST，它就把流明維持壽命定義為壽命。而且此壽命定義適用于LED元件及系統(tǒng)。此外，它還規(guī)定了壽命期間的光色漂移特性，不能超過(guò)4 MacAdam橢圓。

從美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)來(lái)看，它將壽命與光通維持率聯(lián)系起來(lái)。通過(guò)光衰到70%或50%的壽命來(lái)判定LED本身的壽命。這段時(shí)間相對(duì)于至失效時(shí)的時(shí)間來(lái)說(shuō)較短，比較好操作，在LED更新?lián)Q代時(shí)也縮短了研發(fā)試驗(yàn)的時(shí)間。越來(lái)越多的LED制造企業(yè)也開(kāi)始采用L70，L50來(lái)標(biāo)稱LED的壽命。

根據(jù)ASSIST的研究成果，在普通辦公室照明中，只要照明水平不低于初始值的70%，其變化是不會(huì)被察覺(jué)出來(lái)的，特別是這種變化是逐漸的。所以使用L70來(lái)作為普通辦公室照明的有效壽命。對(duì)于裝飾和重點(diǎn)照明，ASSIST推薦使用L50來(lái)作為有效壽命。所以L70和L50數(shù)據(jù)是兩個(gè)重要的數(shù)據(jù)，涵蓋了大部分照明應(yīng)用。

4.3 B50，B10

在實(shí)際操作過(guò)程中，我們發(fā)現(xiàn)在批量樣品進(jìn)行L70，L50測(cè)試時(shí)，由于工藝、材料等一系列因素造成LED個(gè)別個(gè)體之間存在差異性及不同的可靠性，例如光通維持率極低或損壞?？紤]到實(shí)際可能的次品率，ASSIST又引入了B50，B10的概念。

表3 各種光源的壽命

B后面跟的數(shù)值表示為經(jīng)過(guò)計(jì)算LED光通量低于“L”表示的百分比或者損壞的比率。通過(guò)Bxx Lxx的組合來(lái)表示LED的壽命。

B50 L70表示為此壽命下的LED的光通維持率不低于70%，且經(jīng)過(guò)計(jì)算有50%的LED的光通量低于70%或者損壞。

圖6 B50L70和B10L70示意圖

B10 L70表示為此壽命下的LED的光通維持率不低于70%，且經(jīng)過(guò)計(jì)算有10%的LED的光通量低于70%或者損壞。

4.4 TM－21

以上Bxx Lxx的壽命表示法都是基于一定的試驗(yàn)數(shù)據(jù)和公式推導(dǎo)。但都不是實(shí)際測(cè)試的壽命?，F(xiàn)在的問(wèn)題是，在根據(jù)LM－80的測(cè)試數(shù)據(jù)和L70、L50數(shù)據(jù)之間有一個(gè)障礙。如何根據(jù)已有的光通維持率和測(cè)試時(shí)間的關(guān)系來(lái)預(yù)測(cè)LED的有效壽命呢?因?yàn)樵趯?shí)際的項(xiàng)目中，照明設(shè)計(jì)師、建筑師、業(yè)主和承包商在評(píng)估和使用LED照明產(chǎn)品時(shí)，就和其他傳統(tǒng)照明產(chǎn)品一樣，他們想要知道這些LED照明產(chǎn)品能使用多久。也就是說(shuō)，他們想要知道需要多久這個(gè)產(chǎn)品的光輸出會(huì)低到需要更換的程度，已滿足照明設(shè)計(jì)的需求，因?yàn)長(zhǎng)ED的光通維持及長(zhǎng)壽命的特殊性，已不再是燈壞了才需要更換。LED光衰到一定程度，它依然能持續(xù)發(fā)光，而不是我們通常理解的立即損壞?？赡艽藭r(shí)LED并不像傳統(tǒng)光源已經(jīng)損壞，但是它的光通量已不能滿足照明設(shè)計(jì)的要求。設(shè)計(jì)師們需要了解這樣的壽命。這樣就需要想出一種可操作的方法來(lái)推測(cè)出LED的壽命。由于已有了根據(jù)LM－80規(guī)定的光通維持率的數(shù)據(jù)，順著思路就想根據(jù)LM－80數(shù)據(jù)能否推導(dǎo)出LED的最終壽命，也就是說(shuō)新方法是已有LM－80的延伸，從而很好的配合了已有的標(biāo)準(zhǔn)?；谝陨显颍琁ES Techincal Memorandum各專家們正在積極尋找方法以發(fā)布在TM－21標(biāo)準(zhǔn)上。但在TM－21公布之前，LED制造廠商如果宣稱他們L70、L50數(shù)據(jù)是符合LM－80的話，唯一的辦法只能通過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的試驗(yàn)。如果以典型的LED的L70的數(shù)據(jù)50000小時(shí)來(lái)衡量，此試驗(yàn)也至少需要5年。但這LED技術(shù)更新?lián)Q代如此之快以至于一切都是不切合實(shí)際的。雖然專家們?yōu)榇艘压ぷ髁?年多，但文件還未正式完成。究其原因，由于LED技術(shù)不同、光衰原理不同，用短時(shí)間的測(cè)試 (如根據(jù)LM－80規(guī)定的6000h測(cè)試數(shù)據(jù))來(lái)預(yù)測(cè)其設(shè)計(jì)壽命是不可靠的，所以尋找一種標(biāo)準(zhǔn)化方法來(lái)預(yù)測(cè)LED流明維持不是一件簡(jiǎn)單的任務(wù)。

為了搞清楚TM－21，首先要搞清楚TM－21的范圍。首先，同LM－80所約束的范圍一樣，TM－21的范圍也是針對(duì)LED元件產(chǎn)品。其次，TM－21是根據(jù)IES LM－80測(cè)試所得的數(shù)據(jù)來(lái)推測(cè)長(zhǎng)期的光通維持率。

一般來(lái)說(shuō)，通過(guò)應(yīng)用測(cè)試數(shù)據(jù)可以有兩種方法來(lái)預(yù)測(cè)LED光通維持率。一種是工程方法，一種是數(shù)學(xué)方法。

對(duì)于工程方法，起初應(yīng)確定光衰原因，例如是LED芯片老化、透鏡或熒光粉層的衰退或者是結(jié)構(gòu)變化。一般可以通過(guò)LED加速壽命試驗(yàn)，如在高溫、高濕或更大電流的情況下，來(lái)判定這些衰退原因。然后要依據(jù)專家的專業(yè)經(jīng)驗(yàn)及測(cè)試數(shù)據(jù)來(lái)建立相對(duì)應(yīng)的數(shù)學(xué)模型。

圖7 某LED制造商根據(jù)TM－21推導(dǎo)的壽命

對(duì)于數(shù)學(xué)方法，其實(shí)是一種統(tǒng)計(jì)方法，完全基于已有數(shù)據(jù)的本身，根據(jù)已有一系列數(shù)據(jù)來(lái)形成數(shù)學(xué)公式來(lái)外推預(yù)測(cè)趨勢(shì)。兩種方法各有利弊，TM－21標(biāo)準(zhǔn)的制作者們也處在十字路口。

但從已有的資料上看，有一點(diǎn)可以確定的是，TM－21規(guī)定了LED推導(dǎo)出來(lái)的壽命不得長(zhǎng)于6倍的LM－80測(cè)試時(shí)間。推導(dǎo)的時(shí)間用Lp(Yk)的形式來(lái)表示。P為流明維持率，Y為L(zhǎng)M－80數(shù)據(jù)獲得時(shí)間 (單位kh)。例如:L70(10k)

前面我們提到的無(wú)論是LM－80還TM－21都是關(guān)于LED元件壽命的標(biāo)準(zhǔn)。但是對(duì)于最終產(chǎn)品的LED系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，還是有待于進(jìn)一步的工作來(lái)解答。

圖8 美國(guó)與歐洲關(guān)于LED壽命的標(biāo)準(zhǔn)體系

4.5 LED的壽命與溫度

正如我們所知，LED的壽命跟溫度也有著密切關(guān)系。LED的結(jié)溫是其性能的重要指標(biāo)。根據(jù)LM－80，制造商的測(cè)試溫度為同一驅(qū)動(dòng)電流下3種Ts溫度 (Ts是指制造商規(guī)定的在LED封轉(zhuǎn)上能用熱電偶來(lái)測(cè)試的溫度)，即55℃，85℃，以及制造商根據(jù)可能的應(yīng)用情況自己確定的溫度。然后根據(jù)TM－21來(lái)推出各種Ts溫度下的壽命。

圖9 某LED制造商產(chǎn)品溫度與光通量的關(guān)系

圖10 某LED制造商不同溫度下根據(jù)TM－21推導(dǎo)出的壽命

5 LED系統(tǒng)的可靠性和壽命

LED照明系統(tǒng)真正的可靠性和壽命還不是通常為人們所知的。更糟糕的是，我們常常把LED元件的光通維持率作為L(zhǎng)ED系統(tǒng)的壽命。LED元件的光通維持率只是LED系統(tǒng)可靠的部件之一。事實(shí)上，好的設(shè)計(jì)和制造的LED照明系統(tǒng)的壽命并不是由LED的光衰所決定的。制造商需要記錄失敗的案例并開(kāi)發(fā)好的產(chǎn)品以評(píng)估失敗的原理。

關(guān)于LED燈具的壽命，美國(guó)能源部DOE及下一代照明產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟于2011年6月發(fā)布了最新的《LED燈具壽命:測(cè)試及報(bào)告推薦》。LED照明系統(tǒng)，例如燈具或光源，通常包含許多相互關(guān)聯(lián)的零部件和子系統(tǒng)，每一個(gè)都有其不同的壽命和可靠性。一般不可能直接用它們最差的或者最好的值，而需要把它們當(dāng)作整體來(lái)進(jìn)行評(píng)估以考慮他們之間的相互影響。

對(duì)于LED系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，光輸出不足不再是唯一的系統(tǒng)需要被更換的原因。還需要考慮光色漂移和一些LED損壞時(shí)光分布的變化。根據(jù)LM－80，它指出了顏色的重要性，并且要求在測(cè)試報(bào)告應(yīng)給出在測(cè)試時(shí)間時(shí)的色漂移。但可惜的是，目前為止還不能提出一個(gè)有效的方法來(lái)推測(cè)壽命期間的色漂移。

圖11 LED在壽命期間的色漂移

你可以在設(shè)計(jì)時(shí)選用的零部件有著和LED一樣的長(zhǎng)壽命，但這往往不是最經(jīng)濟(jì)有效的。一個(gè)系統(tǒng)長(zhǎng)壽命設(shè)計(jì)的可行性目標(biāo)是要在數(shù)據(jù)可能性及成本之間找到一種平衡。也就是在合理的成本下，設(shè)計(jì)的系統(tǒng)在預(yù)期壽命中有可接受范圍內(nèi)的失效率?？煽啃院蛪勖荓ED系統(tǒng)有效壽命的兩個(gè)重要衡量標(biāo)準(zhǔn)。

根據(jù)IEEE國(guó)際電工委員會(huì)的定義，可靠性是指在所述環(huán)境及標(biāo)稱的時(shí)間下，系統(tǒng)或零部件能夠完成所要求功能的一種能力?？煽啃允桥c額定使用壽命期內(nèi)在其額定條件下運(yùn)行的產(chǎn)品故障率相關(guān)的一個(gè)概念。通常表達(dá)可靠性的方法是MTBF(Mean Time Between Failures)，即產(chǎn)品的平均無(wú)故障時(shí)間。是衡量一個(gè)產(chǎn)品 (尤其是電器產(chǎn)品)的可靠性指標(biāo)。單位為“小時(shí)”。它反映了產(chǎn)品的時(shí)間質(zhì)量，是體現(xiàn)產(chǎn)品在規(guī)定時(shí)間內(nèi)保持功能的一種能力。具體來(lái)說(shuō)，是指相鄰兩次故障之間的平均工作時(shí)間，也稱為平均故障間隔。

對(duì)于電子產(chǎn)品，系統(tǒng)的性能表現(xiàn)在初始階段會(huì)有一個(gè)較高失效率 (即infant mortality)，接著進(jìn)入長(zhǎng)時(shí)間低隨機(jī)失效率的使用階段，最后達(dá)到耗損期，失效率急劇上升。下圖顯示了眾所周知的“浴盆曲線 bathtub curve”。

圖12 浴盆曲線

對(duì)于LED照明系統(tǒng)，主要有以下3個(gè)方面影響可靠性:

設(shè)計(jì)缺陷:主要包括差的熱管理、使用了會(huì)使透鏡或芯片光衰的不匹配的化學(xué)物質(zhì)、差的LED驅(qū)動(dòng)、芯片過(guò)載、會(huì)使水汽滲入的不良封裝等。

制造缺陷:這種缺陷是無(wú)法消除的，并主要在早期失效發(fā)生，特別是隨著產(chǎn)量加大時(shí)容易發(fā)生。制造商可以通過(guò)工廠測(cè)試及老化等方法來(lái)減少這種缺陷。

壽終:系統(tǒng)中一些關(guān)鍵元器件的失效會(huì)導(dǎo)致其無(wú)法再使用。我們需要選擇合適的零部件并且來(lái)合理預(yù)估系統(tǒng)的壽命。

圖13 LED的可靠性管理

基于以上原因，此文件推薦對(duì)LED燈具產(chǎn)品根據(jù)LM－79做全項(xiàng)目使用用于確認(rèn)LED燈具的壽命。

對(duì)于設(shè)計(jì)缺陷，推薦使用壓力測(cè)試方法作為有效的方法來(lái)確定設(shè)計(jì)缺陷和制造缺陷。基于美國(guó)CALiPER項(xiàng)目的經(jīng)驗(yàn)，推薦至少燃點(diǎn)1000h用以驗(yàn)證新開(kāi)發(fā)產(chǎn)品無(wú)嚴(yán)重的、立刻顯而易見(jiàn)的缺陷。

CALiPER:

如果通過(guò)觀察長(zhǎng)時(shí)間光衰的方法來(lái)確定和評(píng)估LED燈具的壽命是非常復(fù)雜。與此同時(shí)，當(dāng)人們?cè)絹?lái)越意識(shí)到LED系統(tǒng)壽命的短板在于LED的控制裝置。影響控制裝置壽命的主要是其使用的電解電容的壽命。電容中的電解液會(huì)隨著工作溫度及工作時(shí)間不同程度的揮發(fā)，而電容紋波電流也會(huì)影響壽命。雖然電解電容可能各有不同，不同廠家或不同的元件型號(hào)，但一個(gè)典型的電解電容器的壽命一般可以采用以下公式來(lái)表示 ［1］:

式中 Lx——壽命計(jì)算的結(jié)果;

k——由電容的RMS紋波電流和工作電壓決定的系數(shù)，可以是一個(gè)值或一個(gè)函數(shù);

L0——電容生產(chǎn)廠家提供的在規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)條件的壽命數(shù)據(jù);

Ts——電容生產(chǎn)廠家提供的在規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)條件的電容器表面溫度;

Ta——目標(biāo)工作情況下電容器表面溫度。

可見(jiàn)，電容溫度升高10度，壽命降低一半。

從圖9中可以看出該照明系統(tǒng)，光輸出減少到原先80%之前是因?yàn)長(zhǎng)ED，接著由于LED驅(qū)動(dòng)的快速失效導(dǎo)致光衰加劇。

圖14 LED燈具失效可能性與LED及驅(qū)動(dòng)的關(guān)系

為了考察這部分，2010年6月在芬蘭赫爾辛基召開(kāi)的IEC TC34工作組會(huì)議上，美國(guó)代表對(duì)LED照明燈具的壽命提出了L70加F5的方案，即在LED照明燈具光衰達(dá)到70%的有效使用壽命期間，失效率應(yīng)該不高于5%。

基于多方面的原因，要給出LED燈具產(chǎn)品的壽命是很難的。然而，與此同時(shí)，消費(fèi)者需要了解其壽命，對(duì)影響交易的能效、維護(hù)成本、初始投資等因素做出一個(gè)計(jì)算，然后在考慮是否購(gòu)買LED產(chǎn)品要給出一個(gè)明智的決定。為了兼顧現(xiàn)實(shí)的需求及困難，DOE及NGLIA推薦LED系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)壽命只考慮光通量，定義其半數(shù)產(chǎn)品的光輸出低于70%初始光輸出的時(shí)間為其壽命即L70 B50，若考慮到LED電器驅(qū)動(dòng)的損壞還需增加Fxx的概念。同時(shí)還指出所提供的壽命必須有足夠的測(cè)試精度與樣品已至少提供50%的可信程度。但鑒于測(cè)試的昂貴及費(fèi)時(shí)，企業(yè)可以提出“擔(dān)保時(shí)間”來(lái)代替“壽命”。

綜上所述，本文根據(jù)現(xiàn)在人們對(duì)LED的理解和標(biāo)準(zhǔn)發(fā)展情況，討論了LED元件及LED系統(tǒng)的壽命，希望對(duì)廣大傳統(tǒng)照明行業(yè)的制造商有所啟示與幫助。

［1］ASSIST.LED Life for General Lighting:Definition of Life.Volume1，Issue 1 February 2005

［2］DOE，NGLIA，Led Luminaire Lifetime:Recommendations for Testing and Reporting，second edition，June 2011

［3］Jianzhong Jiao.TM － 21 seeks methods for lumenmaintenance prediction.LEDs magazine，F(xiàn)ebruary 2011

［4］Philips Color Kinetics.Useful Life，Technical Brief

［5］IES LM －80－08.Approved Method: Measuring LumenMaintenance of LED Light Sources.IESNA