淺析LED燈流明維持壽命的預(yù)估問題

李治江

摘 要：LED作為一種發(fā)光的半導(dǎo)體電子元件，其用途也由一開始的顯示板和指示燈等延伸為電視機采光、顯示器照明等。在其技術(shù)發(fā)展的過程中，流明維持壽命的問題也成了重要技術(shù)性問題。文章就LED燈的流明和壽命作為總起，針對LED燈維持壽命的預(yù)估問題作出論述，以期能為LED燈的發(fā)展和應(yīng)用提供一些淺見。

關(guān)鍵詞：LED燈；流明維持壽命；分類；預(yù)估方法

引言

LED通常指的是一種由III-IV族化合物等相關(guān)半導(dǎo)體組成的，能將電能轉(zhuǎn)化為光能的半導(dǎo)體電子元件，其最為核心的是PN結(jié)。在一定條件下，LED具有發(fā)光特性，由紅色光、藍(lán)色光、綠色光和橙色光等組成。所以，LED燈的應(yīng)用是高新科技下的產(chǎn)物，其流明維持壽命的準(zhǔn)確評估是LED燈未來發(fā)展和改革的重要課題。

1 LED燈的流明和壽命概述

通常來說，針對固態(tài)照明燈具來說，根據(jù)美國國家能源部門的CALIPER計劃第十三輪產(chǎn)品檢測可以發(fā)現(xiàn)，LED燈的照明技術(shù)始終處于變化過程中，尤其是對于13個SSL的固態(tài)照明燈具而言。美國能源部門的調(diào)查結(jié)果還表明了其色溫、功率以及顯色指數(shù)等因素在一定狀況下能得到相應(yīng)的提高，且最為重要的是能夠達(dá)到平均61lm/W的平均光效。相較之前三個季度而言，平均光效大多增加了20%左右。而且，在實際工作過程中，大部分LED燈的光效往往能達(dá)到或者突破85lm/W。隨著高效LED燈的出現(xiàn)和發(fā)展，大部分高效LED燈幾乎能達(dá)到2700K的低色溫和90以上的高顯色指數(shù)。與此同時，在最近一次針對LED燈的替代產(chǎn)品調(diào)查過程，LED燈每千流明的價格也在不斷下降。盡管LED燈每流明的價格有所下調(diào)，但是其壽命和光電性能一直都是一個重要問題。所以，基于流明價格不斷降低以及凸顯光色電性能保存LED燈優(yōu)勢的需要，其流明維持壽命的估算也就顯得極為重要。

2 LED燈的壽命預(yù)估分析

2.1 LED燈的壽命預(yù)估分析

就現(xiàn)階段LED燈的技術(shù)發(fā)展和未來走向來看，LED燈的溫度升高大多是因為其剩余的電能進(jìn)行轉(zhuǎn)換而形成的熱能。所以，針對LED燈的工作狀態(tài)來看，其電能中大約有10%～40%實現(xiàn)光能轉(zhuǎn)換。而這其中LED燈的性能對于溫度的變化又相當(dāng)敏感。所以，基于這一敏感特性，LED燈在不同殼溫的環(huán)境下依據(jù)IES LM-80-08標(biāo)準(zhǔn)（以下簡稱為“標(biāo)準(zhǔn)”）提出了LED燈的流明維持測試。另一方面，在這種方法之下可以根據(jù)指數(shù)函數(shù)擬合測試方法進(jìn)行數(shù)據(jù)測試，并在相應(yīng)的溫度設(shè)定之下推算LED燈的流明維持情況。

？準(zhǔn)（t）=Bexp-（？琢t） （1）

在式（1）中，曲線擬合的參數(shù)為？琢和B，？準(zhǔn)（t）指代的是時間t范圍內(nèi)的平均歸一化光通量，t所表示的則是單位時間（小時）。這樣，根據(jù)上述“標(biāo)準(zhǔn)”提出的流明維持測試就可以運用插值法進(jìn)行推算，進(jìn)而可以推算出LED燈在不同狀況下的流明維持情況。另一方面，可以選擇測試數(shù)據(jù)中最小和最大殼溫之間的任意溫度進(jìn)行流明維持情況測算。但是，不同驅(qū)動電流下的流明維持不能針對LED燈進(jìn)行推算。故而，文章針對LED燈的測試報告應(yīng)當(dāng)滿足LED燈流明維持壽命推算的條件，即保障LED燈流明維持壽命的預(yù)估測算需要。這種推算條件也是LED光源驅(qū)動電流超過LED光源測試報告中涉及的驅(qū)動電流測試條件。

根據(jù)LED燈的流明維持壽命相關(guān)研究和文獻(xiàn)來看，LED燈流明維持壽命受到的影響因素主要有LED光源和驅(qū)動器兩個方面，且這兩個因素是相互影響的。其中，LED燈具中這種影響表現(xiàn)的更為明顯。所以，LED燈在一般燈具和小器具中集成了光暈和驅(qū)動器，LED燈具或者器具整體的流明維持性能就會受到熱輻射和性能變化的相互影響。但是，就LED燈的實際要求來說，LED光源制定測試點的驅(qū)動電流和溫度都不能高于依據(jù)“標(biāo)準(zhǔn)”做出測試報告中的驅(qū)動電流和最大殼溫條件進(jìn)行。其次，LED燈連續(xù)3000小時的流明維持也應(yīng)當(dāng)不低于96%，且依據(jù)“標(biāo)準(zhǔn)”構(gòu)建的測試報告，6000小時的流明維持不應(yīng)當(dāng)小于92%。

總體而言，要完成LED燈的流明維持壽命預(yù)估則至少需要進(jìn)行超過6000小時以上的流明維持測試。但是，針對LED燈具的驅(qū)動器來說，其最大溫度不能超過制造商或者設(shè)計方的額定最大值，否則預(yù)估缺乏有效性。但是，通過實驗分析進(jìn)行LED燈流明維持壽命的預(yù)估也是可以進(jìn)行的。

2.2 實驗分析

針對LED燈的流明維持壽命預(yù)估實驗，可以選取不同瓦數(shù)的燈泡分為兩個組。基于實驗分析要求，分為12W和7W的車鋁球燈泡各12個分為兩組，保證LED光源的型號一樣。其中，測試殼溫在LED燈源的“標(biāo)準(zhǔn)”測試報告中，溫度為22攝氏度、55攝氏度、和85攝氏度，而驅(qū)動電流則保持300mA。針對兩組分別進(jìn)行老化測試和光度性能測試，驅(qū)動條件為60Hz（AC 220V）。樣品中所有光源都運用串聯(lián)方式進(jìn)行連接，測試結(jié)果如表1所示。

表1中IF為LED燈樣品工作過程中LED的電源電流，而TS表示的則是LED光源殼溫測試點中的溫度。根據(jù)測試結(jié)果來看，LED燈的總光通量是出于衰減過程的。而且，從LED光源的“標(biāo)準(zhǔn)”測試報告來看，也有一定的衰減趨勢。這就說明了LED光源的流明維持壽命主要是受到LED光源和驅(qū)動器性能變化而影響的。

3 結(jié)束語

究其本質(zhì)而言，LED燈流明維持壽命的預(yù)估問題分析是為了使其得到更為良好穩(wěn)定的發(fā)展。文章通過理論和實驗分析探明了LED燈的流明維持壽命是受到驅(qū)動器性能變化和LED光源而決定的。但是，文章中還尚未針對諸如標(biāo)準(zhǔn)化、性能和溫度等相關(guān)問題進(jìn)行詳細(xì)研究，關(guān)于LED燈的流明維持壽命還需進(jìn)一步深化研究，為產(chǎn)業(yè)發(fā)展和技術(shù)革新做出貢獻(xiàn)。

參考文獻(xiàn)

[1]崔曉東.美國LED燈測試程序法規(guī)草案的影響及應(yīng)對[J].認(rèn)證技術(shù)，2012，7：58-59.

[2]范朝勛.LED流明效率的研討[J].現(xiàn)代顯示，2006，7：11-16.

[3]陳超中，施曉紅，王曄.厘清LED燈具與LED光源的本質(zhì)[J].中國照明電器，2013，2：36-41.

[4]周鋼.普通照明LED產(chǎn)品溫度相關(guān)性標(biāo)準(zhǔn)化[J].信息技術(shù)與標(biāo)準(zhǔn)化，2013，10：31-33.

[5]邵唯唯.普通照明發(fā)光二極管壽命評估測試方法研究[D].復(fù)旦大學(xué)，2013.