簡析LED燈具可靠性測試方法及成本控制問題

近年來，由于LED的技術(shù)發(fā)展迅速，主要性能指標(biāo)有很大提高，目前LED器件的發(fā)光效超過200lm/W,產(chǎn)業(yè)化水平達(dá)110~120lm/W,可以作為光源在照明領(lǐng)域推廣應(yīng)用，目前已進入室外景觀照明、功能性照明、商用照明。

近年來，由于LED的技術(shù)發(fā)展迅速，主要性能指標(biāo)有很大提高，目前LED器件的發(fā)光效超過200lm/W,產(chǎn)業(yè)化水平達(dá)110~120lm/W,可以作為光源在照明領(lǐng)域推廣應(yīng)用，目前已進入室外景觀照明、功能性照明、商用照明等領(lǐng)域。在應(yīng)用過程中，有幾個主要技術(shù)和成本問題，如LED照明燈具的能效還不高，LED白光的光色在某些照明場合還不合適，LED燈具的可靠性還不高，有些產(chǎn)品壽命很短，另外LED燈具的價格目前普遍偏高等，這些問題有待進一步解決和提高。業(yè)界同行對LED光源的可靠性和成本問題比較重視，均在努力解決之中。本文也將著重對這兩個問題進行較為詳細(xì)的描述及分析。

一、LED燈具可靠性

有關(guān)LED燈具的分類、性能指標(biāo)及可靠性等，美國“能源之星”中已有很具體的規(guī)定[1],可靠性指標(biāo)中，主要規(guī)定LED照明燈具壽命3.5萬小時，在全壽命期內(nèi)色度變化在CIE1976（u,v）中0.007以內(nèi)。美國SSL計劃中規(guī)定白光LED器件壽命在2010-2015年中為5萬小時。國內(nèi)對LED照明燈具的壽命要求一般也提到3~3.5萬小時。

上述提到LED燈具壽命和色保持度的指標(biāo)，從目前來看是很高的，實際上很多LED燈具還達(dá)不到這個要求，因為LED燈具所涉及的技術(shù)問題很多、很復(fù)雜，其中主要是系統(tǒng)可靠性問題，包含LED芯片、封裝器件、驅(qū)動電源模塊、散熱和燈具的可靠性。以下分別對這些問題進行分析：

1、LED燈具可靠性相關(guān)內(nèi)容介紹

在分析LED燈具可靠性之前，先對LED可靠性有關(guān)的基本內(nèi)容作些介紹，將對LED燈具可靠性的深入分析有所幫助。

（1）本質(zhì)失效、從屬失效

LED器件失效一般分為二種：本質(zhì)失效和從屬失效。本質(zhì)失效指的是LED芯片引起的失效，又分為電漂移和離子熱擴散失效。從屬失效一般由封裝結(jié)構(gòu)材料、工藝引起，即封裝結(jié)構(gòu)和用的環(huán)氧、硅膠、導(dǎo)電膠、熒光粉、焊接、引線、工藝、溫度等因素引起的。（2）十度法則

某些電子器件在一定溫度范圍內(nèi)，溫度每升高10℃，其主要技術(shù)指標(biāo)下降一半（或下降1/4）。實踐證明，LED器件熱沉溫度在50℃至80℃時，LED壽命值基本符合十度法則。最近也有媒體報道：LED器件溫度每上升2℃，其壽命下降10%,當(dāng)溫度從63℃上升至74℃時，平均壽命下降3/4.因為器件封裝工藝不同，完全可能出現(xiàn)這種現(xiàn)象。

（3）壽命的含義

LED壽命是指在規(guī)定工作條件下，光輸出功率或光通量衰減到初始值的70%的工作時間，同時色度變化保持在0.007內(nèi)。

LED平均壽命的意義是LED產(chǎn)品失效前的工作時間的平均值，用MTTF來表示，它是電子器件最常用的可靠性參數(shù)。

可靠性試驗內(nèi)容包括可靠性篩選、環(huán)境試驗、壽命試驗（長期或短期）。我們這里所討論的只是壽命試驗，其他項目暫不考慮。

（4）長期壽命試驗

為了確認(rèn)LED燈具壽命是否達(dá)到3.5萬小時，需要進行長期壽命試驗，目前的做法基本上形成如下共識：因GaN基的LED器件開始的輸出光功率不穩(wěn)定，所以按美