Lumen Maintenance and Reliability
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流明维持率与可靠性

 

相比其他光源而言LED技术的一个关键优势是其高可靠性与长寿命。例如,白炽灯在工作约1500小时后灯丝容易瞬间熔断,之后就彻底熄灭。相较而言,LED的光输出却是随着时间推进逐渐衰减,通常符合指数级衰变模型,图1描述了二者的区别。

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为了便于对不同LED产品的长期性能进行对比,业界编制了一套标准,即IES-80-08,其中规定了LED厂商与照明产品厂商如何对LED组件进行测量而来衡量其工作一段时间后的性能变化。LM-80标准要求一组LED器件样品在良好控制的环境下(例如在加热腔中LED温度、环境温度控制在特定的范围内,以恒流直流驱动LED)进行至少6000小时的工作,期间每隔一定时间(如1000小时)取出样品对各个LED的相对光电指标进行量测,包括正向电压、光输出、色点,超过6000小时后则将所有数据汇总到一份全面的LM-80测试报告中。

对于很多应用而言,确定出何时光输出衰减到初始值的70%至关重要。然而,因为LED优异的性能持久性,白光LED经过6000小时工作后光衰通常不大。所以,LED行业采取了一种被称作TM-21-11的方法,以适应于与LM-80数据成指数关系的流明维持率模型。对于超过实际测量时间的LED产品的流明维持率,就可利用该模型进行预估。图2展示了按LM-80所测得的典型流明维持率数据,以及按TM-21所做出的相应的流明维持率拟合曲线。

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影响LED照明系统长期性能的因素有很多,流明维持率并非唯一。除了光输出随时间逐渐衰减,也有可能发生系统的突然实效、即LED死灯,但这样的概率很低。通常,这种失效的可能性可被半导体的“浴盆失效”曲线所描述,即存在三种不同的工作故障模式:早期失效期(失效概率逐渐降低)、可用期(失效概率不变)以及最后的磨损期(失效概率增大直至系统崩溃)。

LED失效或者以电气开路(如,器件内部焊线断路)的形式表现,也或以电气短路的方式呈现(例如在LED芯片上正负极间的绝缘层损坏),此两种不同的失效类型会对LED系统的整体可靠性带来不同的影响。例如,有的LED发光系统有多个LED器件串联使用,此时,短路失效即便发生电流依然畅通,即其他器件仍然能正常工作。然后,若失效的类别为开路的话就会殃及所有串联的器件。也有的LED系统中由多个串并联、各串又由一个或数个器件构成。并联的情况下,输入电流在各支路之间平均分配,如果某一串中发生开路失效,则电流就会重新分配、进而影响其他串的功能。在系统整体上而言,未失效的灯串电流增大、可对失效灯串进行补偿,因此总光损往往很小。但是,在并联情况下一旦发生短路失效则会造成所有电流涌向短路LED,跳过了其他灯串,即出现了最坏的结果。

Lumileds长期以来一直为汽车行业、消费电子行业以及通用照明提供光源产品。鉴于这些行业对供应商苛刻的可靠性要求,Lumileds早已为所有LED产品都指定了一套严格的可靠性测量方法,它可在产品的设计阶段即可识别出潜在的可靠性风险,并可连续地改善Lumileds产品的长期可靠性。在Lumileds新产品面市前,都经过了一系列的可靠性测试,以确保产品在设计、制造环节即可达到规格书中表明的高可靠性。这些测试通常有:一系列加速可靠性测试、环境应力测试、机械测试。另外,Lumileds还有经过ISO 17025认证的测试实验室,用以对产品按LM-80进行认证、对流明维持率进行评估。