利用實驗數(shù)據(jù)有效推估LED壽命

美國環(huán)保署(Environmental Protection Agency, EPA)與能源部(Department of Energy, DOE)，自2010年起陸續(xù)對LED光源燈具/燈泡發(fā)布能源之星(Energy Star® )及Lighting Facts標準，讓相關(guān)業(yè)者的LED照明產(chǎn)品規(guī)格有所依循，目前國際LED大廠針對LED產(chǎn)品的壽命評估與產(chǎn)品規(guī)格，也以此為依據(jù)。也就是說，LED廠商若想打入國際LED照明市場，勢必取得LED能源之星認證這張門票。

在能源之星部份，2011年7月6日，EPA為了簡化資格審查程序，特別將住宅照明(RLF)及固態(tài)照明(SSL Luminaires)兩大型態(tài)的燈具規(guī)范整合成【ENERGY STAR® Luminaires Program Requirement V1.1】，并訂定2012年4月1日正式開始實施，此外燈泡的部分也整合成【ENERGY STAR® Program Requirements for Integral LED Lamps V1.4】，兩份規(guī)范中除了審核的數(shù)據(jù)項增加外，引起較多討論的應該是【LM-82光電特性規(guī)范】與【TM-21壽命預估規(guī)范】的要求已納入其中。

LM-82目前在北美照明協(xié)會(IESNA)尚未正式出版，其內(nèi)容主要為LED Light Engines及Integrated LED Lamps的電性與光學特性在不同溫度下的特征驗證方式，其量測方式相似于LM-79-08計劃，但重點為溫度對電/光參數(shù)的特征影響性評估。

另一部分則為IESNA于2011年7月25日出版的TM-21-11 (Projecting Long Term Lumen Maintenance of LED Light Sources)，此規(guī)范主要是針對LED光源表現(xiàn)與壽命進行預測，并與日前所公告的LM-80-08 LED流明維持率實驗進行連結(jié)，應用LM-80-08的實驗數(shù)據(jù)來推估LED組件及燈具/燈泡的長期壽命表現(xiàn)。

一、使用TM-21推估LED燈具壽命步驟

為使LED業(yè)者對TM-21有較清晰的概念，并了解如何善用TM-21推估LED產(chǎn)品，筆者將以四個程序說明LM-80-08與TM-21-11的應用及推估方式：

步驟一 : LED組件供貨商對其LED Source(Package/Array/Module)進行3個溫度(55℃/85℃/自選溫度)至少6,000小時的LM-80-08實驗。

★ 樣品數(shù)要求 : (與可推估時間其有關(guān)連性)

★ 測試時間要求 : (與推估精準度有連結(jié)性)

至少6,000小時，建議為10,000小時，每隔1,000小時需要取得測試之LED光衰數(shù)據(jù)，間隔時間越短(如:500小時)可提升推估時的準確度。

步驟二 : 依TM-21-11公式推估3個測試溫度(55℃/85℃/自選溫度)的長期壽命數(shù)據(jù)。

★ 取得各溫度實驗數(shù)據(jù)平均值，測試數(shù)據(jù)取出時間規(guī)則為:

★ 以Exponential Least Squares Curve-Fit(最小平方曲線擬合)取得斜率

m(Slope)與截距b(Intercept)，計算m與b時若測試時間越長間隔越密集，其精準度將提升，接著計算出B與α數(shù)值。

★ 依下列公式計算出各溫度實驗之LED在ENERGY STAR規(guī)定之流明維持率70%時的壽命時間數(shù)值。

L70 : 當LED流明維持率為70%時的使用時間

★ 以步驟一中樣品數(shù)量進行可推估倍數(shù)時間之標準判斷:

表示方式為 :

(6K) : LM-80測試時間，(6K)=6,000小時;(10K)=10,000小時

XX,XXX Hours : 樣品R20ea，測試時間=6,000，可推估6倍為36,000小時

★ 使用Exponential公式計算出各時間之流明維持率，則可以計算出之數(shù)據(jù)繪出各測試溫度的推估壽命曲線圖:

步驟三 : 取得該LED組件置于LED燈具的實地量測溫度(In Situ Temperature)。

★ 請參照ISTMT(In Situ Temperature Measurement Test)測試程序取得LED組件置于LED燈具中的溫度，該測試溫度位置須與LM-80-08的Ts設定位置相同，取出之溫度數(shù)據(jù)稱為TMPLED(LED Temperature Measurement Point)。

步驟四 : 以測量之TMPLED與TM-21計算之結(jié)果進行內(nèi)插計算，取得TMPLED的推估壽命數(shù)值。

★ 從三個測試溫度點中選出包覆TMPLED最近的兩個溫度點作為計算基準點。

★ 計算Arrhenius Model溫度加速參數(shù)A并得出Decay Rate:α與定值參數(shù)B0。

★ 以上述之公式計算出TMPLED的L70數(shù)值，相同程序表示TMPLED之結(jié)果。

★ 套入相關(guān)時間數(shù)值并繪制出TMPLED與三個Ts的壽命推估圖。

二、ENERGY STAR / Lighting Facts對于LED燈具/燈泡的壽命要求

ENERGY STAR在燈具只有兩種規(guī)格，燈具廠商可使用整燈點亮6,000Hrs.，或提交組件廠商的6,000Hrs LM-80報告與TM-21推估結(jié)果來證實燈具成品的流明維持率，在燈泡部分標準就較為彈性，用途不同則標準會進行微調(diào)，如下表:

三、LED照明高度競爭的決勝關(guān)鍵：LED品質(zhì)

照明產(chǎn)品被視為LED的最大商機，然而過去LED價格過高，雖擁有省電環(huán)保等優(yōu)點，但價格仍無法與白熾、省電燈泡競爭。外加前幾年由于未有相關(guān)質(zhì)量驗證標準可循，LED質(zhì)量良莠不齊(光衰問題、變色問題等)，也導致許多負面的使用經(jīng)驗，也造成LED照明使用量遲遲無法有爆炸性的成長。

不過2012年，LED照明價格的甜蜜點已提前來到，預期接下來兩年，LED需求將大幅翻揚。當LED產(chǎn)品價達消費者可接受之價位，LED廠商能否在這波需求翻揚時刻，在眾廠商中脫穎而出，受消費者親睞，決勝負的關(guān)鍵就在于LED的質(zhì)量與壽命。

因此，尋找專業(yè)的實驗室給予協(xié)助，絕對是提升質(zhì)量與市場競爭力最快速的方法之一。

宜特科技近三年來，針對LED磊晶(EPI)、封裝至成品，均投入了大量的資源在光學、可靠度與故障分析等工程能力建置上，藉以協(xié)助客戶判別LED產(chǎn)品在可靠度試驗前、中、后之光特性參數(shù)變化、壽命估算、質(zhì)量改善等整合型解決方案。2011年，更進一步取得美國國家環(huán)境保護局(US Environmental Protection Agency;EPA)在LED LM-80的實驗室認可資格，并提供LED LM-80驗證服務。