淺析影響LED燈具使用壽命的因素

譚磊　孫穎超

【摘 要】 結合央視新臺址E區(qū)演播室LED燈具使用情況，分析LED燈具的故障點及原因，總結影響LED燈具使用壽命的 因素，并給出了建議。

【關鍵詞】 LED燈具；使用壽命；故障點；電視演播室

文章編號： 10.3969/j.issn.1674-8239.2017.10.007

【Abstract】Combined with LED lighting usage of CCTV new site E area studio， the author analyes the failure and reasons of LED lighting， summarizes the factor which impacts the life of LED lamp， and gives the recommendations.

【Key Words】LED lighting； lifetime； fault point； TV studio

隨著科學技術的發(fā)展，光源技術迎來了革命性的變革。LED作為新型的半導體光源，以其節(jié)能環(huán)保、發(fā)光效率高、壽命長、安全性高、紅外輻射低等一系列優(yōu)點，逐步取代了各類傳統(tǒng)光源燈具，在城市景觀照明、道路交通照明、娛樂場所及舞臺影視照明、室內(nèi)空間照明等領域發(fā)揮了越來越重要的作用。

傳統(tǒng)的舞臺影視照明常采用鹵素光源燈具，但是一直以來存在著光效低、發(fā)熱量大、紅外輻射高、光源壽命短等問題，而光源自身的特性也限制了其進一步的改良。而LED光源恰好沒有上述問題，在通過多種技術手段克服了光譜不連續(xù)、顯色指數(shù)較低的問題之后，舞臺影視照明領域?qū)Ｓ玫腖ED燈具也隨之產(chǎn)生，逐步應用在小型新聞類演播室。但是早期的LED燈具由于無法解決大功率LED燈珠模組的散熱問題，使其單燈無法達到很高的功率，導致它一直存在著單位發(fā)光效率高、單燈總光通量卻低的問題。所以，即使LED燈具相對于傳統(tǒng)熱光源燈具有很多優(yōu)點，但在大型演播室場合，由于投射距離要求較長的原因，一直無法替代傳統(tǒng)鹵素光源燈具。隨著技術的不斷進步，300 W、400 W甚至更高功率LED燈具的出現(xiàn)，使投射距離過長導致的亮度不足已經(jīng)不再是限制LED燈具應用的瓶頸?？梢哉f，在現(xiàn)在的演播室中，LED燈具已經(jīng)可以全面取代傳統(tǒng)鹵素光源燈具了。

筆者所在的中央電視臺（簡稱央視）各演播室應用LED燈具是比較早的，在新臺址E區(qū)800 m2及以下演播室的基礎白光照明全部采用了LED光源燈具，從2012年7月陸續(xù)投用以來，已有5年時間。目前，采用的燈具主要是三個國內(nèi)主流品牌的燈具，見表1。

LED燈具最令人印象深刻的特點就是它的長壽命，理論上可以達到50 000 h甚至100 000 h。如果真的能達到這樣的理論值，那采用LED燈具就一勞永逸了，大大降低了使用維護的成本。但是，在實際使用中情況又是如何呢，是否能夠達到理論的使用壽命呢？針對以上問題，本文將結合央視新址E區(qū)演播室燈具實際使用情況分析LED燈具的故障點，總結影響LED燈具使用壽命的因素。

由于央視新臺址E區(qū)演播室所配置的LED燈具采購于不同時期，使用時間會有不同，為了更客觀地分析比較LED燈具的使用情況，筆者統(tǒng)計了同一品牌使用時間相近的燈具使用情況，具體燈具使用情況如表2。

1 電源模塊損壞

就LED照明燈具而言，在有限的體積內(nèi)，LED模塊與電源擺放位置非常接近，LED工作時散發(fā)的熱量是很高的，部分電源器件對熱非常敏感，如果燈具散熱設計不合理，或者元器件品質(zhì)不達標，使用中電源模塊的損壞會非常頻繁。電源模塊損壞最直接的表現(xiàn)就是燈具無法通電或者使用中突然滅燈。

從目前的使用情況看，這類現(xiàn)象并不是每個廠家的產(chǎn)品都有，只出現(xiàn)在廠家A的燈具上，但是需要引起足夠重視。其中100 W LED聚光燈共50臺，電源模塊損壞28臺，損壞率56%；100 W LED平板柔光燈共76臺，電源模塊損壞15臺，損壞率19.7%，見圖1。從數(shù)據(jù)可以看出，LED平板柔光燈損壞數(shù)量較少是因為2015年底該型燈具電源模塊升級為2代電源，故障率大大降低，而聚光燈因其燈體結構原因，無法更換為二代電源。

2 燈珠模塊損壞

現(xiàn)在的LED燈具都采用了燈珠模塊化技術，通過集成封裝可以將多個LED點光源或LED模塊按照一定的數(shù)量及形狀進行組合，滿足不同燈具功率及種類需求。但是，很多燈具由于散熱結構設計不合理或燈珠模組制作工藝上的缺陷，導致燈珠模塊經(jīng)過一段時間的使用會有部分或者全部燒毀的情況出現(xiàn)，正常和損壞燈珠模塊對比見圖2、圖3。燈珠模塊損壞最直接的體現(xiàn)就是照度明顯下降、光斑出現(xiàn)明顯暗紋或者燈具完全不亮。

目前該問題比較普遍，在三家的燈具上均有出現(xiàn)，見圖4?圖6。其中廠家A，100 W LED聚光燈共50臺，燈珠模塊損壞20臺，損壞率40%；100 W LED平板柔光燈共76臺，燈珠模塊損壞8臺，損壞率10.5%。廠家B，200 W LED聚光燈共137臺，燈珠模塊損壞22臺，損壞率16.1%。廠家C，200 W LED聚光燈共120臺，燈珠模塊損壞20臺，損壞率16.7%。

3 光衰

一直以來，LED燈具就存在光衰的問題。它是指LED燈具經(jīng)過一段時間的使用之后，其光照強度會比初始光強降低，且不能恢復，即降低的部分稱為LED的光衰。過快的光衰是劣質(zhì)LED燈具的一個嚴重的缺陷。

在國家質(zhì)檢總局2009年發(fā)布的國家標準GB/T 24823——2009《普通照明用LED模塊性能要求》里5.8條，對LED模塊的光通維持率的要求是：模塊在燃點3 000 h時，其光通維持率應不低于92%；燃點6 000 h時，其光通維持率應不低于88%；在燃點至額定壽命時其光通維持率應不低于70%。國家新聞出版廣電總局2016年發(fā)布了行業(yè)標準GY/T 302——2016《電影電視用白光LED燈具技術要求和測量方法》里6.1.6條，對燈具的光通維持率的要求是：滿負荷點燃燈具3 000 h，光通維持率應不低于92%。endprint

這兩項標準都對燈具的光通維持率有一個明確要求，而實際使用情況又是怎樣的呢？筆者對現(xiàn)有的三個廠家的LED聚光燈各抽取了50臺進行了簡單的測試。測試時將被測燈具和模板燈具（全新）都調(diào)成同樣的狀態(tài)（全功率輸出，聚光燈都調(diào)成最聚狀態(tài)），對比其投射相同距離時的中心照度。具體結果見表3、圖7。

從上面的簡單測試可以看出，各廠家的燈具在使用了幾千小時以后都出現(xiàn)了不同程度的衰減。但是相對來講廠家A和C的燈具光通維持率相對較好，它們在使用了更長的時間后，有一半以上的燈具照度衰減都小于20%。而廠家B的燈具則衰減情況比較嚴重，在使用了最短的時間（4 500 h）后，有接近40%的燈具都衰減大于50%。

光衰帶來的影響是很嚴重的，它意味著采用了這些燈具的演播室在使用一定時間后，必須增加燈具或者替換衰減較嚴重的燈具，才能達到之前的節(jié)目錄制照度，大大增加了使用和維護成本，需要各燈具生產(chǎn)廠家加以重視。

4 色溫漂移

與光衰一樣，長時間使用后色溫漂移也是LED燈中不可回避的一個問題。這里說的色溫漂移不是指LED燈珠在硅膠灌封時出現(xiàn)的色溫漂移現(xiàn)象，而是指LED燈具經(jīng)過一段時間的使用，隨著熱機理的作用，LED芯片光衰程度加重，散熱情況不良的LED燈色溫會出現(xiàn)比較明顯的變化，不再維持最初的白光色溫。而且稱這種現(xiàn)象為色溫漂移而不是色溫衰減，是因為燈具色溫的變化不僅僅是降低，也會有升高的情況出現(xiàn)。

色溫漂移會造成比較嚴重的影響，由于不同燈具的色溫衰減程度不同，這樣會造成燈具色溫的不一致，影響節(jié)目錄制效果。

根據(jù)央視招標要求，燈具的色溫標準為3 050 K±150 K（2 900 K ～3 200 K），所有燈具在供貨時均符合要求，基本都處于3 100 K ～3 200 K這個區(qū)間。在經(jīng)過一定時間的使用后，筆者對現(xiàn)有的三個廠家的LED燈具各抽了50臺進行測試后發(fā)現(xiàn)，廠家A和B的燈具出現(xiàn)了比較明顯的色溫漂移現(xiàn)象，而廠家C的燈具色溫維持的較好，見圖8。其中，廠家A的50臺100 W LED聚光燈色溫衰減至2 800 K～2 900 K的有19臺，占比38%，其余31臺在正常區(qū)間；廠家B的50臺100 W LED聚光燈色溫衰減至2 800 K ～2 900 K的有2臺，占比4%，升高至3 300 K ～3 500 K的有7臺，占比14%，其余41臺在正常區(qū)間。

5 風扇問題

對于一些靠風扇主動散熱的LED燈具來講，風扇正常運轉(zhuǎn)是其長時間穩(wěn)定工作的基礎。筆者經(jīng)常發(fā)現(xiàn)，LED燈具的燈珠或者電源模塊的損壞都是由于其風扇經(jīng)過一段時間使用損壞了，或者散熱能力降低達不到設計的散熱標準引起的。此外，很多LED燈具的風扇在使用幾千小時以后，由于灰塵等原因會造成噪聲變大，也嚴重影響了節(jié)目制作，必須要進行灰塵清理，問題嚴重的還要更換風扇。所以，LED燈具風扇的問題不僅要求生產(chǎn)廠家選取優(yōu)質(zhì)的風扇，也要求運行使用方定期清理燈具風扇灰塵，這樣才能使LED燈具能長時間正常工作。

6 總結

通過央視新址演播室5年來LED燈具的使用經(jīng)驗可見，國內(nèi)LED燈具總體來講，其使用壽命還遠遠達不到廠家宣稱的30 000 h。不管是燈珠模塊或者電源模塊的損壞，還是光衰，都會使LED燈具無法正常使用。這就要求生產(chǎn)廠家選擇高品質(zhì)的元器件，加強產(chǎn)品的散熱設計，嚴格把控生產(chǎn)流程，降低生產(chǎn)制造的缺陷，以減少各類故障發(fā)生。而作為使用方，也應重點關注LED燈具的使用環(huán)境，定期清理燈具灰塵，使燈具能夠保持最佳狀態(tài)，提高使用壽命。

本文的寫作目的，無意于比較國內(nèi)各廠家的優(yōu)劣，而是為了提供第一手使用情況供各生產(chǎn)廠家借鑒。且本文中所涉及的LED燈具均為各廠家的第一代產(chǎn)品，現(xiàn)均已做了改進，期待各廠家能夠推出更多更優(yōu)質(zhì)的產(chǎn)品。endprint