LED照明产品寿命测试评价方法研究进展
2018-03-20
中国照明网报道
作者：张伟，华树明，巩马理，刘倩
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张伟1，2，3华树明2巩马理3刘倩2
(1.北京一轻控股有限责任公司博士后工作站，北京100022;2.国家电光源质量监督检验中心(北京)，北京100022;3.清华大学激光与光子技术研究室，北京100084)
关键词:LED照明产品;寿命;加速;试验条件
中图分类号:TM923文献标识码:ADOI:10.3969/j.issn.1004-440X.2013.01.010ResearchingProgressonLifetimeEvaluationMethodofLEDLightingProductsZhangWei1，2，3HuaShuming2GongMali3LiuQian2(1.Post-doctorResearchCenter，BeijingYiqingHoldingCo.，Ltd，Beijing100022，China;2.NationalLightingTestCentre，Beijing100022，China;3.CenterforPhotonicsandElectronic，TsinghuaUnivesity，Beijing100084，China)Abstract:OnthebasisofthesurveyresearchonlifetimeevaluationconsiderationsininternationalandnationalstandardsforLEDproducts，currentlifetimeresearchingstatusisanalyzed，andtheinitialexperimentresearchisperformed.Accordingtotheanalysisandexperimentresults，therewouldbesomeproblemstoapplyIESTM21andborderfunctionmethodtoevaluatethelifetimeofLEDlightingproducts.OurresearchshowsthatacceleratedexperimentalconditionswouldbeareasonablewaywithhighfeasibilitytotestandevaluatethelifetimeoftheoverallLEDlightingproducts，andthecycleoflifetimeassessmentcouldbeshortensignificantly.
Keywords:LEDlightingproduct;lifetime;accelerated;environmentconditions
1引言
发光二极管(LightEmittingDiode，LED)作为一种光电子器件，本身具有长寿命的优势。随着蓝光LED芯片的发明和LED照明技术的提高，LED逐步进入普通照明领域，其技术水平也在近年呈现出快速的发展趋势。LED照明产品包括LED光源和LED灯具。针对普通照明领域，受LED照明产品价格因素的影响，综合考虑市场应
2.1LED照明产品的寿命
2.2LED寿命测试推算方法概要
2.2.1美国IESTM21[12]标准关于LED光通维持率的推算方法
美国于2011年发布了IESTM21《ProjectingLongTermLumenMaintenanceofLEDLightSources》标准，应用于LED封装、LED阵列、外接驱动控制的LED模块。该标准规定了一种利用IESLM80测试数据，以指数衰减为光通量衰减模型推算LED光源光通维持率的方法，如图1所示。
具体操作方式如下。
图1
IESTM21关于LED光通维持率推测示例*
*引用IESTM21图A1和A2Fig.1ExampleoflumenmaintenanceprojectinginIESTM21
2.2.2基于边界函数的LED寿命推算方法
③在以上光通维持率曲线图上，绘制B(t)=e-αt指数衰减边界函数曲线，曲线中参数按照B(L70)=0.7计算得出;
④若光通维持率曲线图上最后2000h光通维持率高于边界函数曲线，则LED封装的寿命大于该边界函数所对应L70寿命值。
图2基于边界函数的LED封装体寿命推算示例
Fig.2ExampleofLEDlifetimepredictionbasedonborderfunction
2.2.3IEC关于LED寿命测试提案
IEC国际标准开发过程中，有成员曾在2010年提出针对LED器件的光通维持率测试和推测的提案[13]，提出了基于温度加速对比的LED器件光通维持率的推算方法，计算理论如图3所示。
光通维持率的推算方法为:
①在至少两种壳温下进行样品光通维持率燃点测试;
图3基于温度加速对比的LED光通维持率推算图例
Fig.3ExampleofLEDlifetimepredictionbasedontemperatureacceleration
③将每种温度下的光通维持率测试点相连;
④将两条不同温度下光通维持率曲线上的相同光通维持率水平的点相连;
⑦计算平均加速因子;
3LED寿命测试推算方法对比分析及研究
表2三种LED寿命推算方法重要因素
Table2CharacteristicsofthethreekindsofLEDlifetimeprojecting(prediction)method
3.1IESTM21关于LED寿命推算方法
IESTM21的LED寿命推算方法基于IESLM80关于LED光通维持率的测试数据。图4给出了采用IESTM21的寿命推算方法对某型号LED器件LM80测试数据进行光通维持率拟合的曲线图。
图4基于IESLM80光通维持率测试数据的IESTM21拟合结果
Fig.4IESTM21LEDlifetimeprojectingbasedonIESLM80testresults
根据曲线拟合结果，三种燃点环境温度下LED寿命指标排序为，85℃下LED寿命>105℃下LED寿命>55℃下LED寿命，这与实际情况并不相符合，因此，IESTM21寿命推算方法在适用性需要做进一步研究确认。
3.2基于指数衰减边界函数的LED器件寿命推算方法
该方法以后2000h光通维持率测试结果与边界函数上对应时刻点维持率数值高低来确认LED的最低寿命指标。采集LED产品进行6000h光通维持率测试，并根据指数衰减边界函数进行拟合，结果如图5所示。
图5三种LED产品光通维持率曲线与边界函数对比图
Fig.5ComparisonbetweenborderfunctionandlumenmaintenancetestresultsofthreeLEDproductsamples
图5给出了100000h和500000h寿命的边界函数曲线，对三种LED产品的光通维持率测试曲线做对比可见，三种产品的寿命均高于100000h，其中，产品1和3的寿命更是超过500000h，与产品寿命存在较大的不符合性。因此，边界函数对比法在LED照明产品寿命推算上也并不适合。
3.3基于温度加速比对的LED寿命推算方法及研究
3.3.1试验方案
寿命燃点过程中，受LED器件、透镜、驱动等部件性能变化或产品散热效果的影响，LED照明产品寿命参数指标的衰减主要表现在光通量衰减和颜色漂移两个方面。考虑到产品零部件间的交互影响，LED照明产品的寿命评价试验方法以整体LED照明产品为研究对象，因此试验条件的设定考虑针对整体产品的实际测试操作可行性。
本阶段以燃点环境温度为试验应力，设定不同温度水平，在控温环境温度(±2℃)下对灯进行燃点试验，采用积分球-光谱辐射度计测量系统监测灯在长期燃点过程中各温度水平下LED照明产品寿命参数指标的变化情况。温度水平的设定和试验过程中样品状态的分析确认是试验的重要考虑因素。
首先采集试验样品，监测不同燃点环境温度下灯零部件的温度，以确定温度应力试验的极限水平，试验结果如图6所示。
图6不同燃点环境温度下灯内各零部件的温度监测试验结果
Fig.6TemperaturemonitoringresultsoftheLEDlampcomponentsunderdifferentambienttemperature
结合LED照明产品各零部件的性能，对图7所示温度监测结果进行分析，确定温度应力试验的水平上限，进而设定各燃点环境温度水平。
3.3.2实验结果
采集代表性LED照明产品，在不同环境温度水平下进行燃点和光色参数的测试，图7为相应测试结果。
图7不同环境温度下LED产品燃点测试结果对比
Fig.7LumenmaintenancetestresultsoftheLEDproductunderdifferentambienttemperatureenvironment
4结论
现阶段试验仅考虑单一应力，为深入研究并完善LED照明产品的寿命测试方法，有待在试验应力、样品代表性和零部件特性、综合寿命评价参数等方面做进一步细化研究。
参考文献
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