LED的壽命評價方法
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摘要： 這篇文章在調(diào)研LED 照明商品世界和國家規(guī)范有關(guān)壽數(shù)評估思考的基礎(chǔ)上，介紹了當前對于LED 壽數(shù)測驗的關(guān)聯(lián)研討作業(yè)，對LED 照明商品的壽數(shù)評估辦法做了探索性研討。經(jīng)剖析可知，選用壽數(shù)測驗核算辦法，IESTM21 和鴻溝函數(shù)法均存在必定的疑問。研討標明，選用實驗條件加快的辦法來測驗核算LED 照明商品的壽數(shù)存在較高的可行性，且此評估辦法可明顯縮短商品的壽數(shù)評估周期。
1 導言
發(fā)光二極管( Light Emitting Diode,LED) 作為一種光電子器材，自身具有長壽數(shù)的優(yōu)勢。跟著藍光LED 芯片的創(chuàng)造和LED 照明技能的進步，LED 逐漸進入一般照明范疇，其技能水平也在近年呈現(xiàn)出疾速的展開趨勢。LED 照明商品包含LED 光源和LED 燈具。對于一般照明范疇，受LED 照明商品價格要素的影響，歸納思考商場運用的性價比和本錢回收作用，LED 照明商品的壽數(shù)及其評估辦法在全職業(yè)界引起了廣泛的重視，也變成邇來評論和研討的熱門。
LED 照明商品的壽數(shù)及其評估辦法研討首要依據(jù)三個方面的思考： ( 1) 商品的壽數(shù)評估辦法研討及施行，將完善LED 照明商品的功能評估體系，縮短商品全部功能評估的測驗周期，推進商品技能水平的晉升; ( 2) LED 照明商品全部功能評估的施行，將對政府的關(guān)聯(lián)決議計劃和引導供給強有力的保證，從政府引導的視點，推進LED 照明職業(yè)的展開; ( 3) 這項作業(yè)將進一步增強商場的規(guī)范展開，從消費者認知和運用挑選的視點，對LED 照明職業(yè)的健康展開供給保證。
當前世界范疇內(nèi)對LED 的壽數(shù)評估也更加重視，這篇文章在剖析世界范疇內(nèi)LED 壽數(shù)評估辦法的基礎(chǔ)上，對LED 照明商品壽數(shù)評估辦法與實驗環(huán)境條件間的對應聯(lián)系做了開始研討。
2 LED 照明商品壽數(shù)及關(guān)聯(lián)研討現(xiàn)狀
2. 1 LED 照明商品的壽數(shù)
依據(jù)照明術(shù)語國家規(guī)范的規(guī)則， ( 燈的) 壽數(shù)是指燈作業(yè)到失效時，或依據(jù)規(guī)范規(guī)則以為其已失效時的總時辰。依據(jù)這一術(shù)語規(guī)則，照明商品的壽數(shù)取決于商品的失效辦法的關(guān)聯(lián)規(guī)則和判別。依據(jù)此，包含世界照明規(guī)范、美國照明技能規(guī)范、中國關(guān)聯(lián)的國家規(guī)范和技能規(guī)范等均對LED 照明商品的壽數(shù)及相對應的失效斷定做了關(guān)聯(lián)的思考和闡明。
世界電工委員會( International ElectrotechnicalCommission,IEC) 正在打開對于原IEC /TS 62504LED Terms and Definitions 技能文件的修訂換版作業(yè)，修訂后規(guī)范將對LED 照明關(guān)聯(lián)各項IEC 規(guī)范所觸及術(shù)語界說做和諧共同，因而，改版后的IEC62504 規(guī)范將與原TS 版文件有較大不一樣。IEC62504 規(guī)范將從LED 照明商品光通保持率的視點給出商品的壽數(shù)界說。依據(jù)這一壽數(shù)界說，LED 照明商品的壽數(shù)由商品隨燃點時辰的延伸其光通保持率的改動所決議，商品的光通保持率衰減到指定值時( 依據(jù)運用場所不一樣，一般設(shè)定為70%或50%) 的累積燃點時辰即為商品的壽數(shù)。
商品的出光及光的保持性是LED 照明商品壽數(shù)目標的重要重視要素。此外，從LED 照明商品特性和運用場所的思考動身，商品的壽數(shù)評估目標也存在必定區(qū)別，比方，除光通保持率之外，LED 照明商品的色質(zhì)量及其保持性等，本課題組也在展開此方面研討作業(yè)，以期對LED 照明商品功能和壽數(shù)做更合理評估。表1 也給出了關(guān)聯(lián)國家或區(qū)域在LED 照明商品壽數(shù)關(guān)聯(lián)目標上的思考。
對于LED 照明商品壽數(shù)關(guān)聯(lián)目標的思考，表1中規(guī)范或技能文件分別從商品的光通保持率LM、色彩坐標漂移、壽數(shù)時辰規(guī)則和失功率等參數(shù)上做了思考。以上各項規(guī)范或技能文件中關(guān)于LED 照明商品的光通保持率、色彩漂移等參數(shù)均以kh ( 千小時) 為單位進行目標規(guī)則，當前尚無經(jīng)驗證的實在可操作的加快測驗或評估辦法。中國所發(fā)動LED 照明商品節(jié)能認證，在商品光通保持率等測驗項目上也存在類似疑問。
2. 2 LED 壽數(shù)測驗核算辦法概要
2. 2. 1 美國IES TM21規(guī)范關(guān)于LED 光通保持率的核算辦法
美國于2011 年發(fā)布了IES TM21 《ProjectingLong Term Lumen Maintenance of LED Light Sources》
規(guī)范，運用于LED 封裝、LED 陣列、外接驅(qū)動操控的LED 模塊。該規(guī)范規(guī)則了一種運用IES LM80 測驗數(shù)據(jù)，以指數(shù)衰減為光通量衰減模型核算LED 光源光通保持率的辦法
具體操作辦法如下。
① 以不超越1000h 為時辰距離測驗光通量，測驗時辰不低于6000h;
② 以0h 光通量為基準，核算各時辰點的光通保持率;
③ 以指數(shù)衰減模型φ ( t) = β·exp ( – αt) 擬合光通保持率趨勢曲線，若測驗總時辰不超越10000h,取最終5000h 數(shù)據(jù)點為擬合曲線原始數(shù)據(jù);若測驗總時辰超越10000h,則取總測驗時辰的后50%測驗點為擬合曲線原始數(shù)據(jù);
④ 依據(jù)曲線擬合成果核算α 和β 值，在此基礎(chǔ)上依據(jù)L70 = ln ( β /0. 7 ) /α 核算光源的L70壽數(shù)( 若核算所得壽數(shù)時辰大于總測驗時辰的5. 5 倍( 或6 倍) ,則取總測驗時辰的5. 5 倍( 或6 倍) 為核算壽數(shù)時辰)2. 2. 2 依據(jù)鴻溝函數(shù)的LED 壽數(shù)核算辦法
依據(jù)IES TM21 關(guān)于LED 壽數(shù)核算辦法在IEC規(guī)范技能評論會上的評論，有教授提出了TM21 在LED 普適性上的疑問，并提出了依據(jù)鴻溝函數(shù)的LED 壽數(shù)核算辦法。該辦法將LED 封裝的光通保持率測驗曲線與指數(shù)衰減鴻溝函數(shù)比照，將適用的鴻溝函數(shù)所對應的壽數(shù)時辰界說為該LED 封裝的壽數(shù)，具體操作辦法如下。
① 以0h,500h,1000h,2000h,3000h,……為時辰距離測驗LED 封裝的光通量，測驗總時辰應不低于6000h;
② 以0h 光通量為基準，核算各時辰點的光通保持率并制作光通保持率曲線;
③ 在以上光通保持率曲線圖上，制作B ( t) =e – αt 指數(shù)衰減鴻溝函數(shù)曲線，曲線中參數(shù)依照B ( L70) =0. 7 核算得出;④ 若光通保持率曲線圖上最終2000h 光通保持率高于鴻溝函數(shù)曲線，則LED 封裝的壽數(shù)大于該鴻溝函數(shù)所對應L70壽數(shù)值。
2. 2. 3 IEC 關(guān)于LED 壽數(shù)測驗提案
IEC 世界規(guī)范開發(fā)進程中，有成員曾在2010 年提出對于LED 器材的光通保持率測驗和估測的提案，提出了依據(jù)溫度加快比照的LED 器材光通保持率的核算辦法，核算理論如圖3 所示。光通保持率的核算辦法為：
① 在至少兩種殼溫下進行樣品光通保持率燃點測驗;
② 分別在0h,500h,1000h,2000h,3000h,……燃點時辰下測驗LED 器材的光通量，并核算各時辰點的光通保持率，測驗時辰不少于6000h;
③ 將每種溫度下的光通保持率測驗點相連;
④ 將兩條不一樣溫度下光通保持率曲線上的一樣光通保持率水平的點相連;
⑤ 以上述連接點對應的時辰核算加快因子;
⑥ 對至少5 個不一樣的光通保持率水平重復④⑤的操作，且各點間的時辰距離不該低于500h;
⑦ 核算均勻加快因子;
⑧ 運用均勻加快因子依據(jù)高溫測驗曲線核算低溫下的光通保持率隨燃點時辰的改動。
3 LED 壽數(shù)測驗核算辦法比照剖析及研討3. 1 IES TM21 關(guān)于LED 壽數(shù)核算辦法
IES TM21 的LED 壽數(shù)核算辦法依據(jù)IES LM80關(guān)于LED 光通保持率的測驗數(shù)據(jù)。圖4 給出了選用IES TM21 的壽數(shù)核算辦法對某類型LED 器材LM80測驗數(shù)據(jù)進行光通保持率擬合的曲線圖。依據(jù)曲線擬合成果，三種燃點環(huán)境溫度下LED壽數(shù)目標排序為，85℃下LED 壽數(shù)> 105℃下LED壽數(shù)> 55℃ 下LED 壽數(shù)，這與實踐狀況并不相符合，因而，IES TM21 壽數(shù)核算辦法在適用性需要做進一步研討承認。
3. 2 依據(jù)指數(shù)衰減鴻溝函數(shù)的LED 器材壽數(shù)核算辦法
該辦法今后2000h 光通保持率測驗成果與鴻溝函數(shù)上對應時辰點保持率數(shù)值凹凸來承認LED 的最低壽數(shù)目標。收集LED 商品進行6000h 光通保持率測驗，并依據(jù)指數(shù)衰減鴻溝函數(shù)進行擬合給出了100000h 和500000h 壽數(shù)的鴻溝函數(shù)曲線，對三種LED 商品的光通保持率測驗曲線做比照可見，三種商品的壽數(shù)均高于100000h,其間，商品1 和3 的壽數(shù)更是超越500000h,與商品壽數(shù)存在較大的不符合性。因而，鴻溝函數(shù)比照法在LED 照明商品壽數(shù)核算上也并不合適。
3. 3 依據(jù)溫度加快比對的LED 壽數(shù)核算辦法及研討
該辦法以溫度為壽數(shù)加快應力，一起，低溫下的測驗時辰不該低于6000h.依據(jù)該壽數(shù)核算辦法，展開實驗條件與LED 照明商品壽數(shù)參數(shù)聯(lián)系的實驗研討。
3. 3. 1 實驗計劃
壽數(shù)燃點進程中，受LED 器材、透鏡、驅(qū)動等部件功能改動或商品散熱作用的影響，LED 照明商品壽數(shù)參數(shù)目標的衰減首要表如今光通量衰減和色彩漂移兩個方面。思考到商品零部件間的交互影響，LED 照明商品的壽數(shù)評估實驗辦法以全體LED 照明商品為研討目標，因而實驗條件的設(shè)定思考對于全體商品的實踐測驗操作可行性。
本期間以燃點環(huán)境溫度為實驗應力，設(shè)定不一樣溫度水平，在控溫環(huán)境溫度( ± 2℃) 下對燈進行燃點實驗，選用積分球- 光譜輻射度計丈量體系監(jiān)測燈在長時刻燃點進程中各溫度水平下LED 照明商品壽數(shù)參數(shù)目標的改動狀況。溫度水平的設(shè)定和實驗進程中樣品狀況的剖析承認是實驗的重要思考要素。
首要收集實驗樣品，監(jiān)測不一樣燃點環(huán)境溫度下燈零部件的溫度，以斷定溫度應力實驗的極限水平中偏下測驗曲線為高環(huán)境溫度水平下的燃點測驗實驗成果，偏上曲線為常態(tài)壽數(shù)燃點實驗溫度下的比照測驗成果?？梢姡唐返墓馔ū３致试诟呷键c環(huán)境溫度下呈現(xiàn)疾速衰減趨勢，至1968h,樣品的光通量衰減到達58. 2%,這標明以環(huán)境溫度為加快測驗要素的實驗辦法存在必定的可行性。為進一步剖析影響高環(huán)境溫度下樣品光通衰減的要素，對實驗后樣品做拆解剖析，測驗各部件在燃點進程中所致使的光通量衰減，實驗成果標明，燃點進程中由LED 封裝體所致使的光通量衰減為57. 9%,根本等同于樣品的光通量衰減值。也就是說，以環(huán)境溫度為加快應力，商品在光通量疾速衰減條件下并未呈現(xiàn)非常態(tài)的壽數(shù)參數(shù)目標改動或失效形式，即，LED 商品的壽數(shù)測驗評估時辰并不以常態(tài)低溫環(huán)境溫度下商品的光通保持率測驗和不一樣保持率水平下相對共同的加快因子為必要條件，商品的壽數(shù)測驗評估時辰可在不改動商品失效形式的前提下減縮。
4 定論
在現(xiàn)有LED 關(guān)聯(lián)壽數(shù)測驗辦法比照研討的基礎(chǔ)上，對于LED 照明商品的壽數(shù)測驗評估辦法展開研討。以燃點環(huán)境溫度為加快應力的實驗研討標明，對于LED 照明商品的零部件溫度功能特性，在特定溫度水平下，商品的壽數(shù)評估參數(shù)指數(shù)存在明顯加快作用，一起，商品的光通量衰減要素和失效形式并未改動，因而，燃點環(huán)境溫度可作為有用的LED照明商品壽數(shù)加快應力做深入研討。
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