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(jī)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(duì)LED燈維持壽命的預(yù)估問題作出論述，以期能為L(zhǎng)ED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(píng)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(duì)固態(tài)照明燈具來說，根據(jù)美國(guó)國(guó)家能源部門的CALIPER計(jì)劃第十三輪產(chǎn)品檢測(cè)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(duì)于13個(gè)SSL的固態(tài)照明燈具而言。美國(guó)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(gè)季度而言，平均光效大多增加了20%左右。而且，在實(shí)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(shí)，在最近一次針對(duì)LED燈的替代產(chǎn)品調(diào)查過程，LED燈每千流明的價(jià)格也在不斷下降。盡管LED燈每流明的價(jià)格有所下調(diào)，但是其壽命和光電性能一直都是一個(gè)重要問題。所以，基于流明價(jià)格不斷降低以及凸顯光色電性能保存LED燈優(yōu)勢(shì)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?yàn)槠涫Ｓ嗟碾娔苓M(jìn)行轉(zhuǎn)換而形成的熱能。所以，針對(duì)LED燈的工作狀態(tài)來看，其電能中大約有10%～40%實(shí)現(xiàn)光能轉(zhuǎn)換。而這其中LED燈的性能對(duì)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(jiǎn)稱為“標(biāo)準(zhǔn)”）提出了LED燈的流明維持測(cè)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(cè)試方法進(jìn)行數(shù)據(jù)測(cè)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(shí)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(shí)間（小時(shí)）。這樣，根據(jù)上述“標(biāo)準(zhǔn)”提出的流明維持測(cè)試就可以運(yùn)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(cè)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(cè)算。但是，不同驅(qū)動(dòng)電流下的流明維持不能針對(duì)LED燈進(jìn)行推算。故而，文章針對(duì)LED燈的測(cè)試報(bào)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(cè)算需要。這種推算條件也是LED光源驅(qū)動(dòng)電流超過LED光源測(cè)試報(bào)告中涉及的驅(qū)動(dòng)電流測(cè)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(dòng)器兩個(gè)方面，且這兩個(gè)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(dòng)器，LED燈具或者器具整體的流明維持性能就會(huì)受到熱輻射和性能變化的相互影響。但是，就LED燈的實(shí)際要求來說，LED光源制定測(cè)試點(diǎn)的驅(qū)動(dòng)電流和溫度都不能高于依據(jù)“標(biāo)準(zhǔn)”做出測(cè)試報(bào)告中的驅(qū)動(dòng)電流和最大殼溫條件進(jìn)行。其次，LED燈連續(xù)3000小時(shí)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(cè)試報(bào)告，6000小時(shí)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(shí)以上的流明維持測(cè)試。但是，針對(duì)LED燈具的驅(qū)動(dòng)器來說，其最大溫度不能超過制造商或者設(shè)計(jì)方的額定最大值，否則預(yù)估缺乏有效性。但是，通過實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)分析

針對(duì)LED燈的流明維持壽命預(yù)估實(shí)驗(yàn)，可以選取不同瓦數(shù)的燈泡分為兩個(gè)組?；趯?shí)驗(yàn)分析要求，分為12W和7W的車鋁球燈泡各12個(gè)分為兩組，保證LED光源的型號(hào)一樣。其中，測(cè)試殼溫在LED燈源的“標(biāo)準(zhǔn)”測(cè)試報(bào)告中，溫度為22攝氏度、55攝氏度、和85攝氏度，而驅(qū)動(dòng)電流則保持300mA。針對(duì)兩組分別進(jìn)行老化測(cè)試和光度性能測(cè)試，驅(qū)動(dòng)條件為60Hz（AC 220V）。樣品中所有光源都運(yùn)用串聯(lián)方式進(jìn)行連接，測(cè)試結(jié)果如表1所示。

表1中IF為L(zhǎng)ED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(cè)試點(diǎn)中的溫度。根據(jù)測(cè)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(cè)試報(bào)告來看，也有一定的衰減趨勢(shì)。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(dòng)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(shí)驗(yàn)分析探明了LED燈的流明維持壽命是受到驅(qū)動(dòng)器性能變化和LED光源而決定的。但是，文章中還尚未針對(duì)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(guó)LED燈測(cè)試程序法規(guī)草案的影響及應(yīng)對(duì)[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(guó)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(píng)估測(cè)試方法研究[D].復(fù)旦大學(xué)，2013.