LED照明產(chǎn)品壽命測試評價方法研究進(jìn)展

摘要： 本文在調(diào)研LED 照明產(chǎn)品國際和國家標(biāo)準(zhǔn)有關(guān)壽命評價考慮的基礎(chǔ)上，介紹了目前針對LED 壽命測試的相關(guān)研究工作，對LED 照明產(chǎn)品的壽命評估方法做了探索性研究。經(jīng)分析可知，采用壽命測試推算方法，IESTM21 和邊界函數(shù)法均存在一定的問題。研究表明，采用試驗條件加速的方法來測試推算LED 照明產(chǎn)品的壽命存在較高的可行性，且此評價方法可顯著縮短產(chǎn)品的壽命評價周期。

1 引言

發(fā)光二極管( Light Emitting Diode,LED) 作為一種光電子器件，本身具有長壽命的優(yōu)勢。隨著藍(lán)光LED 芯片的發(fā)明和LED 照明技術(shù)的提高，LED 逐步進(jìn)入普通照明領(lǐng)域，其技術(shù)水平也在近年呈現(xiàn)出快速的發(fā)展趨勢。LED 照明產(chǎn)品包括LED 光源和LED 燈具。針對普通照明領(lǐng)域，受LED 照明產(chǎn)品價格因素的影響，綜合考慮市場應(yīng)用的性價比和成本收回效果，LED 照明產(chǎn)品的壽命及其評估方法在全行業(yè)內(nèi)引起了廣泛的關(guān)注，也成為近來討論和研究的熱點。

LED 照明產(chǎn)品的壽命及其評估方法研究主要基于三個方面的考慮： ( 1) 產(chǎn)品的壽命評估方法研究及實施，將完善LED 照明產(chǎn)品的性能評價體系，縮短產(chǎn)品全面性能評價的測試周期，促進(jìn)產(chǎn)品技術(shù)水平的提升; ( 2) LED 照明產(chǎn)品全面性能評價的實施，將對政府的相關(guān)決策和引導(dǎo)提供強(qiáng)有力的保障，從政府引導(dǎo)的角度，推動LED 照明行業(yè)的發(fā)展; ( 3) 這項工作將進(jìn)一步增強(qiáng)市場的規(guī)范發(fā)展，從消費者認(rèn)知和應(yīng)用選擇的角度，對LED 照明行業(yè)的健康發(fā)展提供保障。

目前國際領(lǐng)域內(nèi)對LED 的壽命評估也愈加關(guān)注，本文在分析國際領(lǐng)域內(nèi)LED 壽命評估方法的基礎(chǔ)上，對LED 照明產(chǎn)品壽命評價方法與實驗環(huán)境條件間的對應(yīng)關(guān)系做了初步研究。

2 LED 照明產(chǎn)品壽命及相關(guān)研究現(xiàn)狀

2. 1 LED 照明產(chǎn)品的壽命

根據(jù)照明術(shù)語國家標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定， ( 燈的) 壽命是指燈工作到失效時，或根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定認(rèn)為其已失效時的總時間。根據(jù)這一術(shù)語規(guī)定，照明產(chǎn)品的壽命取決于產(chǎn)品的失效方式的相關(guān)規(guī)定和判斷?；诖耍▏H照明標(biāo)準(zhǔn)、美國照明技術(shù)規(guī)范、中國相關(guān)的國家標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)規(guī)范等均對LED 照明產(chǎn)品的壽命及相對應(yīng)的失效判定做了相關(guān)的考慮和說明。

國際電工委員會( International ElectrotechnicalCommission,IEC) 正在展開針對原IEC /TS 62504LED Terms and Definitions 技術(shù)文件的修訂換版工作，修訂后標(biāo)準(zhǔn)將對LED 照明相關(guān)各項IEC 標(biāo)準(zhǔn)所涉及術(shù)語定義做協(xié)調(diào)統(tǒng)一，因此，改版后的IEC62504 標(biāo)準(zhǔn)將與原TS 版文件有較大不同。IEC62504 標(biāo)準(zhǔn)將從LED 照明產(chǎn)品光通維持率的角度給出產(chǎn)品的壽命定義。根據(jù)這一壽命定義，LED 照明產(chǎn)品的壽命由產(chǎn)品隨燃點時間的延長其光通維持率的變化所決定，產(chǎn)品的光通維持率衰減到指定值時( 根據(jù)應(yīng)用場所不同，通常設(shè)定為70%或50%) 的累積燃點時間即為產(chǎn)品的壽命。

產(chǎn)品的出光及光的維持性是LED 照明產(chǎn)品壽命指標(biāo)的重要關(guān)注因素。此外，從LED 照明產(chǎn)品特性和應(yīng)用場所的考慮出發(fā)，產(chǎn)品的壽命評價指標(biāo)也存在一定差異，比如，除光通維持率之外，LED 照明產(chǎn)品的色品質(zhì)及其維持性等，本課題組也在開展此方面研究工作，以期對LED 照明產(chǎn)品性能和壽命做更合理評估。表1 也給出了相關(guān)國家或地區(qū)在LED 照明產(chǎn)品壽命相關(guān)指標(biāo)上的考慮。

針對LED 照明產(chǎn)品壽命相關(guān)指標(biāo)的考慮，表1中標(biāo)準(zhǔn)或技術(shù)文件分別從產(chǎn)品的光通維持率LM、顏色坐標(biāo)漂移、壽命時間規(guī)定和失效率等參數(shù)上做了考慮。以上各項標(biāo)準(zhǔn)或技術(shù)文件中關(guān)于LED 照明產(chǎn)品的光通維持率、顏色漂移等參數(shù)均以kh ( 千小時) 為單位進(jìn)行指標(biāo)規(guī)定，目前尚無經(jīng)驗證的切實可操作的加速測試或評價方法。我國所啟動LED 照明產(chǎn)品節(jié)能認(rèn)證，在產(chǎn)品光通維持率等測試項目上也存在類似問題。

2. 2 LED 壽命測試推算方法概要

2. 2. 1 美國IES TM21標(biāo)準(zhǔn)關(guān)于LED 光通維持率的推算方法

美國于2011 年發(fā)布了IES TM21 《ProjectingLong Term Lumen Maintenance of LED Light Sources》

標(biāo)準(zhǔn)，應(yīng)用于LED 封裝、LED 陣列、外接驅(qū)動控制的LED 模塊。該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了一種利用IES LM80 測試數(shù)據(jù)，以指數(shù)衰減為光通量衰減模型推算LED 光源光通維持率的方法，如圖1 所示。

具體操作方式如下。

① 以不超過1000h 為時間間隔測試光通量，測試時間不低于6000h;

② 以0h 光通量為基準(zhǔn)，計算各時間點的光通維持率;

③ 以指數(shù)衰減模型φ ( t) = β·exp ( – αt) 擬合光通維持率趨勢曲線，若測試總時間不超過10000h,取最后5000h 數(shù)據(jù)點為擬合曲線原始數(shù)據(jù);若測試總時間超過10000h,則取總測試時間的后50%測試點為擬合曲線原始數(shù)據(jù);

④ 根據(jù)曲線擬合結(jié)果計算α 和β 值，在此基礎(chǔ)上根據(jù)L70 = ln ( β /0. 7 ) /α 計算光源的L70壽命( 若推算所得壽命時間大于總測試時間的5. 5 倍( 或6 倍) ,則取總測試時間的5. 5 倍( 或6 倍) 為推算壽命時間)

2. 2. 2 基于邊界函數(shù)的LED 壽命推算方法

基于IES TM21 關(guān)于LED 壽命推算方法在IEC標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)討論會上的討論，有專家提出了TM21 在LED 普適性上的疑問，并提出了基于邊界函數(shù)的LED 壽命推算方法。該方法將LED 封裝的光通維持率測試曲線與指數(shù)衰減邊界函數(shù)對比，將適用的邊界函數(shù)所對應(yīng)的壽命時間定義為該LED 封裝的壽命，如圖2 所示。

具體操作方式如下。

① 以0h,500h,1000h,2000h,3000h,……為時間間隔測試LED 封裝的光通量，測試總時間應(yīng)不低于6000h;

② 以0h 光通量為基準(zhǔn)，計算各時間點的光通維持率并繪制光通維持率曲線;

③ 在以上光通維持率曲線圖上，繪制B ( t) =e – αt 指數(shù)衰減邊界函數(shù)曲線，曲線中參數(shù)按照B ( L70) =0. 7 計算得出;