利用實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)有效推估LED壽命

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

在能源之星部份，2011年7月6日，EPA為了簡(jiǎn)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(shí)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(xiàng)增加外，引起較多討論的應(yīng)該是【LM-82光電特性規(guī)范】與【TM-21壽命預(yù)估規(guī)范】的要求已納入其中。

LM-82目前在北美照明協(xié)會(huì)(IESNA)尚未正式出版，其內(nèi)容主要為L(zhǎng)ED Light Engines及Integrated LED Lamps的電性與光學(xué)特性在不同溫度下的特征驗(yàn)證方式，其量測(cè)方式相似于LM-79-08計(jì)劃，但重點(diǎn)為溫度對(duì)電/光參數(shù)的特征影響性評(píng)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(duì)LED光源表現(xiàn)與壽命進(jìn)行預(yù)測(cè)，并與日前所公告的LM-80-08 LED流明維持率實(shí)驗(yàn)進(jìn)行連結(jié)，應(yīng)用LM-80-08的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)來(lái)推估LED組件及燈具/燈泡的長(zhǎng)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(duì)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(gè)程序說(shuō)明LM-80-08與TM-21-11的應(yīng)用及推估方式：

步驟一 : LED組件供貨商對(duì)其LED Source(Package/Array/Module)進(jìn)行3個(gè)溫度(55℃/85℃/自選溫度)至少6,000小時(shí)的LM-80-08實(shí)驗(yàn)。

★ 樣品數(shù)要求 : (與可推估時(shí)間其有關(guān)連性)

★ 測(cè)試時(shí)間要求 : (與推估精準(zhǔn)度有連結(jié)性)

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

步驟二 : 依TM-21-11公式推估3個(gè)測(cè)試溫度(55℃/85℃/自選溫度)的長(zhǎng)期壽命數(shù)據(jù)。

★ 取得各溫度實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)平均值，測(cè)試數(shù)據(jù)取出時(shí)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(jì)算m與b時(shí)若測(cè)試時(shí)間越長(zhǎng)間隔越密集，其精準(zhǔn)度將提升，接著計(jì)算出B與α數(shù)值。

★ 依下列公式計(jì)算出各溫度實(shí)驗(yàn)之LED在ENERGY STAR規(guī)定之流明維持率70%時(shí)的壽命時(shí)間數(shù)值。

L70 : 當(dāng)LED流明維持率為70%時(shí)的使用時(shí)間

★ 以步驟一中樣品數(shù)量進(jìn)行可推估倍數(shù)時(shí)間之標(biāo)準(zhǔn)判斷:

表示方式為 :

(6K) : LM-80測(cè)試時(shí)間，(6K)=6,000小時(shí);(10K)=10,000小時(shí)

XX,XXX Hours : 樣品R20ea，測(cè)試時(shí)間=6,000，可推估6倍為36,000小時(shí)

★ 使用Exponential公式計(jì)算出各時(shí)間之流明維持率，則可以計(jì)算出之?dāng)?shù)據(jù)繪出各測(cè)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(shí)地量測(cè)溫度(In Situ Temperature)。

★ 請(qǐng)參照ISTMT(In Situ Temperature Measurement Test)測(cè)試程序取得LED組件置于LED燈具中的溫度，該測(cè)試溫度位置須與LM-80-08的Ts設(shè)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(cè)量之TMPLED與TM-21計(jì)算之結(jié)果進(jìn)行內(nèi)插計(jì)算，取得TMPLED的推估壽命數(shù)值。

★ 從三個(gè)測(cè)試溫度點(diǎn)中選出包覆TMPLED最近的兩個(gè)溫度點(diǎn)作為計(jì)算基準(zhǔn)點(diǎn)。

★ 計(jì)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(jì)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(shí)間數(shù)值并繪制出TMPLED與三個(gè)Ts的壽命推估圖。

二、ENERGY STAR / Lighting Facts對(duì)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(diǎn)亮6,000Hrs.，或提交組件廠商的6,000Hrs LM-80報(bào)告與TM-21推估結(jié)果來(lái)證實(shí)燈具成品的流明維持率，在燈泡部分標(biāo)準(zhǔn)就較為彈性，用途不同則標(biāo)準(zhǔn)會(huì)進(jìn)行微調(diào)，如下表:

三、LED照明高度競(jìng)爭(zhēng)的決勝關(guān)鍵：LED品質(zhì)

照明產(chǎn)品被視為L(zhǎng)ED的最大商機(jī)，然而過去LED價(jià)格過高，雖擁有省電環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)，但價(jià)格仍無(wú)法與白熾、省電燈泡競(jìng)爭(zhēng)。外加前幾年由于未有相關(guān)質(zhì)量驗(yàn)證標(biāo)準(zhǔn)可循，LED質(zhì)量良莠不齊(光衰問題、變色問題等)，也導(dǎo)致許多負(fù)面的使用經(jīng)驗(yàn)，也造成LED照明使用量遲遲無(wú)法有爆炸性的成長(zhǎng)。

不過2012年，LED照明價(jià)格的甜蜜點(diǎn)已提前來(lái)到，預(yù)期接下來(lái)兩年，LED需求將大幅翻揚(yáng)。當(dāng)LED產(chǎn)品價(jià)達(dá)消費(fèi)者可接受之價(jià)位，LED廠商能否在這波需求翻揚(yáng)時(shí)刻，在眾廠商中脫穎而出，受消費(fèi)者親睞，決勝負(fù)的關(guān)鍵就在于LED的質(zhì)量與壽命。

因此，尋找專業(yè)的實(shí)驗(yàn)室給予協(xié)助，絕對(duì)是提升質(zhì)量與市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力最快速的方法之一。

宜特科技近三年來(lái)，針對(duì)LED磊晶(EPI)、封裝至成品，均投入了大量的資源在光學(xué)、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(yàn)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(jìn)一步取得美國(guó)國(guó)家環(huán)境保護(hù)局(US Environmental Protection Agency;EPA)在LED LM-80的實(shí)驗(yàn)室認(rèn)可資格，并提供LED LM-80驗(yàn)證服務(wù)。