LED照明產(chǎn)品壽命測(cè)試評(píng)價(jià)方法研究進(jìn)展

摘要： 本文在調(diào)研LED 照明產(chǎn)品國(guó)際和國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)有關(guān)壽命評(píng)價(jià)考慮的基礎(chǔ)上，介紹了目前針對(duì)LED 壽命測(cè)試的相關(guān)研究工作，對(duì)LED 照明產(chǎn)品的壽命評(píng)估方法做了探索性研究。經(jīng)分析可知，采用壽命測(cè)試推算方法，IESTM21 和邊界函數(shù)法均存在一定的問(wèn)題。研究表明，采用試驗(yàn)條件加速的方法來(lái)測(cè)試推算LED 照明產(chǎn)品的壽命存在較高的可行性，且此評(píng)價(jià)方法可顯著縮短產(chǎn)品的壽命評(píng)價(jià)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(zhǎng)壽命的優(yōu)勢(shì)。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(shì)。LED 照明產(chǎn)品包括LED 光源和LED 燈具。針對(duì)普通照明領(lǐng)域，受LED 照明產(chǎn)品價(jià)格因素的影響，綜合考慮市場(chǎng)應(yīng)用的性價(jià)比和成本收回效果，LED 照明產(chǎn)品的壽命及其評(píng)估方法在全行業(yè)內(nèi)引起了廣泛的關(guān)注，也成為近來(lái)討論和研究的熱點(diǎn)。

LED 照明產(chǎn)品的壽命及其評(píng)估方法研究主要基于三個(gè)方面的考慮： ( 1) 產(chǎn)品的壽命評(píng)估方法研究及實(shí)施，將完善LED 照明產(chǎn)品的性能評(píng)價(jià)體系，縮短產(chǎn)品全面性能評(píng)價(jià)的測(cè)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(píng)價(jià)的實(shí)施，將對(duì)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(dòng)LED 照明行業(yè)的發(fā)展; ( 3) 這項(xiàng)工作將進(jìn)一步增強(qiáng)市場(chǎng)的規(guī)范發(fā)展，從消費(fèi)者認(rèn)知和應(yīng)用選擇的角度，對(duì)LED 照明行業(yè)的健康發(fā)展提供保障。

目前國(guó)際領(lǐng)域內(nèi)對(duì)LED 的壽命評(píng)估也愈加關(guān)注，本文在分析國(guó)際領(lǐng)域內(nèi)LED 壽命評(píng)估方法的基礎(chǔ)上，對(duì)LED 照明產(chǎn)品壽命評(píng)價(jià)方法與實(shí)驗(yàn)環(huán)境條件間的對(duì)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(yǔ)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定， ( 燈的) 壽命是指燈工作到失效時(shí)，或根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定認(rèn)為其已失效時(shí)的總時(shí)間。根據(jù)這一術(shù)語(yǔ)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。基于此，包括國(guó)際照明標(biāo)準(zhǔn)、美國(guó)照明技術(shù)規(guī)范、中國(guó)相關(guān)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)規(guī)范等均對(duì)LED 照明產(chǎn)品的壽命及相對(duì)應(yīng)的失效判定做了相關(guān)的考慮和說(shuō)明。

國(guó)際電工委員會(huì)( International ElectrotechnicalCommission,IEC) 正在展開(kāi)針對(duì)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(duì)LED 照明相關(guān)各項(xiàng)IEC 標(biāo)準(zhǔn)所涉及術(shù)語(yǔ)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(diǎn)時(shí)間的延長(zhǎng)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(shí)( 根據(jù)應(yīng)用場(chǎng)所不同，通常設(shè)定為70%或50%) 的累積燃點(diǎn)時(shí)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(chǎng)所的考慮出發(fā)，產(chǎn)品的壽命評(píng)價(jià)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(kāi)展此方面研究工作，以期對(duì)LED 照明產(chǎn)品性能和壽命做更合理評(píng)估。表1 也給出了相關(guān)國(guó)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(duì)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(shí)間規(guī)定和失效率等參數(shù)上做了考慮。以上各項(xiàng)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(shí)) 為單位進(jìn)行指標(biāo)規(guī)定，目前尚無(wú)經(jīng)驗(yàn)證的切實(shí)可操作的加速測(cè)試或評(píng)價(jià)方法。我國(guó)所啟動(dòng)LED 照明產(chǎn)品節(jié)能認(rèn)證，在產(chǎn)品光通維持率等測(cè)試項(xiàng)目上也存在類似問(wèn)題。

2. 2 LED 壽命測(cè)試推算方法概要

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

美國(guó)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(dòng)控制的LED 模塊。該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了一種利用IES LM80 測(cè)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(guò)1000h 為時(shí)間間隔測(cè)試光通量，測(cè)試時(shí)間不低于6000h;

② 以0h 光通量為基準(zhǔn)，計(jì)算各時(shí)間點(diǎn)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(shì)曲線，若測(cè)試總時(shí)間不超過(guò)10000h,取最后5000h 數(shù)據(jù)點(diǎn)為擬合曲線原始數(shù)據(jù);若測(cè)試總時(shí)間超過(guò)10000h,則取總測(cè)試時(shí)間的后50%測(cè)試點(diǎn)為擬合曲線原始數(shù)據(jù);

④ 根據(jù)曲線擬合結(jié)果計(jì)算α 和β 值，在此基礎(chǔ)上根據(jù)L70 = ln ( β /0. 7 ) /α 計(jì)算光源的L70壽命( 若推算所得壽命時(shí)間大于總測(cè)試時(shí)間的5. 5 倍( 或6 倍) ,則取總測(cè)試時(shí)間的5. 5 倍( 或6 倍) 為推算壽命時(shí)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(huì)上的討論，有專家提出了TM21 在LED 普適性上的疑問(wèn)，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(cè)試曲線與指數(shù)衰減邊界函數(shù)對(duì)比，將適用的邊界函數(shù)所對(duì)應(yīng)的壽命時(shí)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(shí)間間隔測(cè)試LED 封裝的光通量，測(cè)試總時(shí)間應(yīng)不低于6000h;

② 以0h 光通量為基準(zhǔn)，計(jì)算各時(shí)間點(diǎn)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(jì)算得出;