LED照明產(chǎn)品壽命測(cè)試評(píng)價(jià)方法研究進(jìn)展
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摘要： 這篇文章在調(diào)研LED 照明商品國際和國家標(biāo)準(zhǔn)有關(guān)壽數(shù)評(píng)價(jià)考慮的基礎(chǔ)上，介紹了當(dāng)時(shí)關(guān)于LED 壽數(shù)檢驗(yàn)的相關(guān)研討作業(yè)，對(duì)LED 照明商品的壽數(shù)評(píng)價(jià)方法做了探索性研討。經(jīng)分析可知，選用壽數(shù)檢驗(yàn)核算方法，IESTM21 和間隔函數(shù)法均存在一定的疑問。研討標(biāo)明，選用試驗(yàn)條件加速的方法來檢驗(yàn)核算LED 照明商品的壽數(shù)存在較高的可行性，且此評(píng)價(jià)方法可顯著縮短商品的壽數(shù)評(píng)價(jià)周期。
1 導(dǎo)語
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)壽數(shù)的優(yōu)勢(shì)。跟著藍(lán)光LED 芯片的發(fā)明和LED 照明技術(shù)的前進(jìn)，LED 逐步進(jìn)入通常照明領(lǐng)域，其技術(shù)水平也在近年出現(xiàn)出快速的翻開趨勢(shì)。LED 照明商品包括LED 光源和LED 燈具。關(guān)于通常照明領(lǐng)域，受LED 照明商品價(jià)格要素的影響，概括考慮商場(chǎng)運(yùn)用的性價(jià)比和本錢收回效果，LED 照明商品的壽數(shù)及其評(píng)價(jià)方法在全工作界引起了廣泛的注重，也成為邇來談?wù)摵脱杏懙膿屖帧?br />
LED 照明商品的壽數(shù)及其評(píng)價(jià)方法研討首要根據(jù)三個(gè)方面的考慮： ( 1) 商品的壽數(shù)評(píng)價(jià)方法研討及實(shí)施，將完善LED 照明商品的功用評(píng)價(jià)系統(tǒng)，縮短商品悉數(shù)功用評(píng)價(jià)的檢驗(yàn)周期，推動(dòng)商品技術(shù)水平的提升; ( 2) LED 照明商品悉數(shù)功用評(píng)價(jià)的實(shí)施，將對(duì)政府的相關(guān)抉擇方案和引導(dǎo)供應(yīng)強(qiáng)有力的確保，從政府引導(dǎo)的角度，推動(dòng)LED 照明工作的翻開; ( 3) 這項(xiàng)作業(yè)將進(jìn)一步增強(qiáng)商場(chǎng)的標(biāo)準(zhǔn)翻開，從消費(fèi)者認(rèn)知和運(yùn)用選擇的角度，對(duì)LED 照明工作的安康翻開供應(yīng)確保。
當(dāng)時(shí)國際領(lǐng)域內(nèi)對(duì)LED 的壽數(shù)評(píng)價(jià)也愈加注重，這篇文章在分析國際領(lǐng)域內(nèi)LED 壽數(shù)評(píng)價(jià)方法的基礎(chǔ)上，對(duì)LED 照明商品壽數(shù)評(píng)價(jià)方法與試驗(yàn)環(huán)境條件間的對(duì)應(yīng)聯(lián)絡(luò)做了開端研討。
2 LED 照明商品壽數(shù)及相關(guān)研討現(xiàn)狀
2. 1 LED 照明商品的壽數(shù)
根據(jù)照明術(shù)語國家標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)矩， ( 燈的) 壽數(shù)是指燈作業(yè)到失效時(shí)，或根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)矩認(rèn)為其已失效時(shí)的總時(shí)辰。根據(jù)這一術(shù)語規(guī)矩，照明商品的壽數(shù)取決于商品的失效方法的相關(guān)規(guī)矩和區(qū)分。根據(jù)此，包括國際照明標(biāo)準(zhǔn)、美國照明技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、中國相關(guān)的國家標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)等均對(duì)LED 照明商品的壽數(shù)及相對(duì)應(yīng)的失效判定做了相關(guān)的考慮和說明。
國際電工委員會(huì)( International ElectrotechnicalCommission,IEC) 正在翻開關(guān)于原IEC /TS 62504LED Terms and Definitions 技術(shù)文件的修訂換版作業(yè)，修訂后標(biāo)準(zhǔn)將對(duì)LED 照明相關(guān)各項(xiàng)IEC 標(biāo)準(zhǔn)所觸及術(shù)語定義做調(diào)和一同，因此，改版后的IEC62504 標(biāo)準(zhǔn)將與原TS 版文件有較大不相同。IEC62504 標(biāo)準(zhǔn)將從LED 照明商品光通堅(jiān)持率的角度給出商品的壽數(shù)定義。根據(jù)這一壽數(shù)定義，LED 照明商品的壽數(shù)由商品隨燃點(diǎn)時(shí)辰的延伸其光通堅(jiān)持率的改動(dòng)所抉擇，商品的光通堅(jiān)持率衰減到指定值時(shí)( 根據(jù)運(yùn)用場(chǎng)所不相同，通常設(shè)定為70%或50%) 的累積燃點(diǎn)時(shí)辰即為商品的壽數(shù)。
商品的出光及光的堅(jiān)持性是LED 照明商品壽數(shù)方針的重要注重要素。此外，從LED 照明商品特性和運(yùn)用場(chǎng)所的考慮啟航，商品的壽數(shù)評(píng)價(jià)方針也存在一定差異，比如，除光通堅(jiān)持率之外，LED 照明商品的色質(zhì)量及其堅(jiān)持性等，本課題組也在翻開此方面研討作業(yè)，以期對(duì)LED 照明商品功用和壽數(shù)做更合理評(píng)價(jià)。表1 也給出了相關(guān)國家或區(qū)域在LED 照明商品壽數(shù)相關(guān)方針上的考慮。
關(guān)于LED 照明商品壽數(shù)相關(guān)方針的考慮，表1中標(biāo)準(zhǔn)或技術(shù)文件別離從商品的光通堅(jiān)持率LM、顏色坐標(biāo)漂移、壽數(shù)時(shí)辰規(guī)矩和失功率等參數(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 照明商品的光通堅(jiān)持率、顏色漂移等參數(shù)均以kh ( 千小時(shí)) 為單位進(jìn)行方針規(guī)矩，當(dāng)時(shí)尚無經(jīng)驗(yàn)證的真實(shí)可操作的加速檢驗(yàn)或評(píng)價(jià)方法。中國所發(fā)起LED 照明商品節(jié)能認(rèn)證，在商品光通堅(jiān)持率等檢驗(yàn)項(xiàng)目上也存在相似疑問。
2. 2 LED 壽數(shù)檢驗(yàn)核算方法概要
2. 2. 1 美國IES TM21標(biāo)準(zhǔn)關(guān)于LED 光通堅(jiān)持率的核算方法
美國于2011 年發(fā)布了IES TM21 《ProjectingLong Term Lumen Maintenance of LED Light Sources》
標(biāo)準(zhǔn)，運(yùn)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)矩了一種運(yùn)用IES LM80 檢驗(yàn)數(shù)據(jù)，以指數(shù)衰減為光通量衰減模型核算LED 光源光通堅(jiān)持率的方法
具體操作方法如下。
① 以不逾越1000h 為時(shí)辰間隔檢驗(yàn)光通量，檢驗(yàn)時(shí)辰不低于6000h;
② 以0h 光通量為基準(zhǔn)，核算各時(shí)辰點(diǎn)的光通堅(jiān)持率;
③ 以指數(shù)衰減模型φ ( t) = β·exp ( – αt) 擬合光通堅(jiān)持率趨勢(shì)曲線，若檢驗(yàn)總時(shí)辰不逾越10000h,取結(jié)尾5000h 數(shù)據(jù)點(diǎn)為擬合曲線原始數(shù)據(jù);若檢驗(yàn)總時(shí)辰逾越10000h,則取總檢驗(yàn)時(shí)辰的后50%檢驗(yàn)點(diǎn)為擬合曲線原始數(shù)據(jù);
④ 根據(jù)曲線擬合效果核算α 和β 值，在此基礎(chǔ)上根據(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(shí)辰大于總檢驗(yàn)時(shí)辰的5. 5 倍( 或6 倍) ,則取總檢驗(yàn)時(shí)辰的5. 5 倍( 或6 倍) 為核算壽數(shù)時(shí)辰)2. 2. 2 根據(jù)間隔函數(shù)的LED 壽數(shù)核算方法
根據(jù)IES TM21 關(guān)于LED 壽數(shù)核算方法在IEC標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)談?wù)摃?huì)上的談?wù)?，有教授提出了TM21 在LED 普適性上的疑問，并提出了根據(jù)間隔函數(shù)的LED 壽數(shù)核算方法。該方法將LED 封裝的光通堅(jiān)持率檢驗(yàn)曲線與指數(shù)衰減間隔函數(shù)對(duì)比，將適用的間隔函數(shù)所對(duì)應(yīng)的壽數(shù)時(shí)辰定義為該LED 封裝的壽數(shù)，具體操作方法如下。
① 以0h,500h,1000h,2000h,3000h,……為時(shí)辰間隔檢驗(yàn)LED 封裝的光通量，檢驗(yàn)總時(shí)辰應(yīng)不低于6000h;
② 以0h 光通量為基準(zhǔn)，核算各時(shí)辰點(diǎn)的光通堅(jiān)持率并制造光通堅(jiān)持率曲線;
③ 在以上光通堅(jiān)持率曲線圖上，制造B ( t) =e – αt 指數(shù)衰減間隔函數(shù)曲線，曲線中參數(shù)按照B ( L70) =0. 7 核算得出;④ 若光通堅(jiān)持率曲線圖上結(jié)尾2000h 光通堅(jiān)持率高于間隔函數(shù)曲線，則LED 封裝的壽數(shù)大于該間隔函數(shù)所對(duì)應(yīng)L70壽數(shù)值。
2. 2. 3 IEC 關(guān)于LED 壽數(shù)檢驗(yàn)提案
IEC 國際標(biāo)準(zhǔn)開發(fā)進(jìn)程中，有成員曾在2010 年提出關(guān)于LED 器件的光通堅(jiān)持率檢驗(yàn)和估測(cè)的提案，提出了根據(jù)溫度加速對(duì)比的LED 器件光通堅(jiān)持率的核算方法，核算理論如圖3 所示。光通堅(jiān)持率的核算方法為：
① 在至少兩種殼溫下進(jìn)行樣品光通堅(jiān)持率燃點(diǎn)檢驗(yàn);
② 別離在0h,500h,1000h,2000h,3000h,……燃點(diǎn)時(shí)辰下檢驗(yàn)LED 器件的光通量，并核算各時(shí)辰點(diǎn)的光通堅(jiān)持率，檢驗(yàn)時(shí)辰不少于6000h;
③ 將每種溫度下的光通堅(jiān)持率檢驗(yàn)點(diǎn)相連;
④ 將兩條不相同溫度下光通堅(jiān)持率曲線上的相同光通堅(jiān)持率水平的點(diǎn)相連;
⑤ 以上述連接點(diǎn)對(duì)應(yīng)的時(shí)辰核算加速因子;
⑥ 對(duì)至少5 個(gè)不相同的光通堅(jiān)持率水平重復(fù)④⑤的操作，且各點(diǎn)間的時(shí)辰間隔不應(yīng)低于500h;
⑦ 核算均勻加速因子;
⑧ 運(yùn)用均勻加速因子根據(jù)高溫檢驗(yàn)曲線核算低溫下的光通堅(jiān)持率隨燃點(diǎn)時(shí)辰的改動(dòng)。
3 LED 壽數(shù)檢驗(yàn)核算方法對(duì)比分析及研討3. 1 IES TM21 關(guān)于LED 壽數(shù)核算方法
IES TM21 的LED 壽數(shù)核算方法根據(jù)IES LM80關(guān)于LED 光通堅(jiān)持率的檢驗(yàn)數(shù)據(jù)。圖4 給出了選用IES TM21 的壽數(shù)核算方法對(duì)某類型LED 器件LM80檢驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行光通堅(jiān)持率擬合的曲線圖。根據(jù)曲線擬合效果，三種燃點(diǎn)環(huán)境溫度下LED壽數(shù)方針排序?yàn)椋?5℃下LED 壽數(shù)> 105℃下LED壽數(shù)> 55℃ 下LED 壽數(shù)，這與實(shí)習(xí)情況并不相符合，因此，IES TM21 壽數(shù)核算方法在適用性需要做進(jìn)一步研討供認(rèn)。
3. 2 根據(jù)指數(shù)衰減間隔函數(shù)的LED 器件壽數(shù)核算方法
該方法往后2000h 光通堅(jiān)持率檢驗(yàn)效果與間隔函數(shù)上對(duì)應(yīng)時(shí)辰點(diǎn)堅(jiān)持率數(shù)值凹凸來供認(rèn)LED 的最低壽數(shù)方針。搜集LED 商品進(jìn)行6000h 光通堅(jiān)持率檢驗(yàn)，并根據(jù)指數(shù)衰減間隔函數(shù)進(jìn)行擬合給出了100000h 和500000h 壽數(shù)的間隔函數(shù)曲線，對(duì)三種LED 商品的光通堅(jiān)持率檢驗(yàn)曲線做對(duì)比可見，三種商品的壽數(shù)均高于100000h,其間，商品1 和3 的壽數(shù)更是逾越500000h,與商品壽數(shù)存在較大的不符合性。因此，間隔函數(shù)對(duì)比法在LED 照明商品壽數(shù)核算上也并不適宜。
3. 3 根據(jù)溫度加速比對(duì)的LED 壽數(shù)核算方法及研討
該方法以溫度為壽數(shù)加速應(yīng)力，一同，低溫下的檢驗(yàn)時(shí)辰不應(yīng)低于6000h.根據(jù)該壽數(shù)核算方法，翻開試驗(yàn)條件與LED 照明商品壽數(shù)參數(shù)聯(lián)絡(luò)的試驗(yàn)研討。
3. 3. 1 試驗(yàn)方案
壽數(shù)燃點(diǎn)進(jìn)程中，受LED 器件、透鏡、驅(qū)動(dòng)等部件功用改動(dòng)或商品散熱效果的影響，LED 照明商品壽數(shù)參數(shù)方針的衰減首要表如今光通量衰減和顏色漂移兩個(gè)方面?？紤]到商品零部件間的交互影響，LED 照明商品的壽數(shù)評(píng)價(jià)試驗(yàn)方法以整體LED 照明商品為研討方針，因此試驗(yàn)條件的設(shè)定考慮關(guān)于整體商品的實(shí)習(xí)檢驗(yàn)操作可行性。
本時(shí)間以燃點(diǎn)環(huán)境溫度為試驗(yàn)應(yīng)力，設(shè)定不相同溫度水平，在控溫環(huán)境溫度( ± 2℃) 下對(duì)燈進(jìn)行燃點(diǎn)試驗(yàn)，選用積分球- 光譜輻射度計(jì)測(cè)量系統(tǒng)監(jiān)測(cè)燈在長(zhǎng)時(shí)辰燃點(diǎn)進(jìn)程中各溫度水平下LED 照明商品壽數(shù)參數(shù)方針的改動(dòng)情況。溫度水平的設(shè)定和試驗(yàn)進(jìn)程中樣品情況的分析供認(rèn)是試驗(yàn)的重要考慮要素。
首要搜集試驗(yàn)樣品，監(jiān)測(cè)不相同燃點(diǎn)環(huán)境溫度下燈零部件的溫度，以判定溫度應(yīng)力試驗(yàn)的極限水平中偏下檢驗(yàn)曲線為高環(huán)境溫度水平下的燃點(diǎn)檢驗(yàn)試驗(yàn)效果，偏上曲線為常態(tài)壽數(shù)燃點(diǎn)試驗(yàn)溫度下的對(duì)比檢驗(yàn)效果。可見，商品的光通堅(jiān)持率在高燃點(diǎn)環(huán)境溫度下出現(xiàn)快速衰減趨勢(shì)，至1968h,樣品的光通量衰減抵達(dá)58. 2%,這標(biāo)明以環(huán)境溫度為加速檢驗(yàn)要素的試驗(yàn)方法存在一定的可行性。為進(jìn)一步分析影響高環(huán)境溫度下樣品光通衰減的要素，對(duì)試驗(yàn)后樣品做拆解分析，檢驗(yàn)各部件在燃點(diǎn)進(jìn)程中所致使的光通量衰減，試驗(yàn)效果標(biāo)明，燃點(diǎn)進(jìn)程中由LED 封裝體所致使的光通量衰減為57. 9%,底子等同于樣品的光通量衰減值。也就是說，以環(huán)境溫度為加速應(yīng)力，商品在光通量快速衰減條件下并未出現(xiàn)非常態(tài)的壽數(shù)參數(shù)方針改動(dòng)或失效方式，即，LED 商品的壽數(shù)檢驗(yàn)評(píng)價(jià)時(shí)辰并不以常態(tài)低溫環(huán)境溫度下商品的光通堅(jiān)持率檢驗(yàn)和不相同堅(jiān)持率水平下相對(duì)一同的加速因子為必要條件，商品的壽數(shù)檢驗(yàn)評(píng)價(jià)時(shí)辰可在不改動(dòng)商品失效方式的前提下減縮。
4 結(jié)論
在現(xiàn)有LED 相關(guān)壽數(shù)檢驗(yàn)方法對(duì)比研討的基礎(chǔ)上，關(guān)于LED 照明商品的壽數(shù)檢驗(yàn)評(píng)價(jià)方法翻開研討。以燃點(diǎn)環(huán)境溫度為加速應(yīng)力的試驗(yàn)研討標(biāo)明，關(guān)于LED 照明商品的零部件溫度功用特性，在特定溫度水平下，商品的壽數(shù)評(píng)價(jià)參數(shù)指數(shù)存在顯著加速效果，一同，商品的光通量衰減要素和失效方式并未改動(dòng)，因此，燃點(diǎn)環(huán)境溫度可作為有用的LED照明商品壽數(shù)加速應(yīng)力做深化研討。
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