LED灯具相较传统照明的优点为其高效能/长寿命,目前各家LED厂积极导入产品进入LED灯具照明市场,但消费者实际使用后的观感却是LED灯具似乎未如想像中的长效能,经过半年的使用就可发现色温/亮度不均的问题,且其价格尚未能贴近消费者的期望,因此大多数消费者仍停留在观望的阶段。
根究其原因在于目前的LED寿命预估并未有一套标准可让厂商遵循,LED灯具厂与LED元件厂的实验方式也不一致。
LED元件厂量测方式
此定位系统是由14个telos motes所组成,沿着走道每隔十公尺放置在系馆的天花板上。这14个motes将作为beacon的发射器,每隔200ms会发出一个带有自己编号(ID)讯息的封包。本系统采用类似于MoteTrack的方法,依据预先收集的讯号强度特征地图(RSSI-Signature map)与追踨当下目标物收集到的讯号强度特征进行比对来估算位置。
为了让LED元件维持在Ta(Ambient Temperature)=Tj(Junction Temperature) =25℃的温度下工作,LED元件在未加散热片并使用脉波方式进行寿命实验,因此一般在规格书上可见到其效能数据的温度是Tj=25℃。
LED灯具厂量测方式:
LED灯具为成品,寿命实验则是使用定电压/定电流的方式进行,但LED灯具内包含电源供应器/灯罩/散热片,且为多颗LED元件所组成,因此实际LED元件的工作温度高Ta)。"于实验的环境温度Ta=25℃(TjTa)。
LED的寿命与其使用温度成反比,因此若LED灯具厂直接采用LED元件的寿命数值作为规格时,消费者看到规格与实际使用的落差也就因此产生。
有鉴于此美国能源部(DOE)下的环境保护局(EPA)所颁发的能源之星(ENERGY STAR)提出了LED固态照明灯具的验证方式,其内容中表示若要取得其LED固态照明灯具的认证须检附五项资料:
1.依照IESNA LM-79实验方法产出的光度测试报告。
2.依照IESNA LM-79实验方法产出的积分球输出测试报告。
3.流明维持率:
‧选项一:LED元件性能
◎依照IESNA LM-80实验方法产出的LED元件测试报告。
◎提供LED灯具的ISTMT(LED元件原位置温度测试)报告。
‧选项二:LED灯具性能
◎依照IESNA LM-79实验方式产出的6,000小时测试报告。
4.电源供应器
‧提供LED灯具的TMPFS(原位置电源供应器温度测试)报告。
5.保固方式
在流明维持率的选项一中需要进行两项的数据实验,其目的就是要以LED元件的LM-80各项温度实验报告推算LED灯具的寿命,如此便可解决元件与灯具不同温度所对应的寿命问题。
依照能源之星的标准,将固态照明灯具应用分成两类,其要求规格与实验标准如表一
![《图一 表一: ENERGY STAR固态照明灯具寿命要求》](/art/2011/09/011737472070/p1S.JPG)
《图一 表一: ENERGY STAR固态照明灯具寿命要求》 |
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顾及产品上市时间及数据有效性,按照能源之星与IESNA LM-80的标准,实验时间至少需要6,000小时,参照图二说明。
了解能源之星的要求后,接下来讨论LM-80的规范内容,LM-80中实验方式为使用3种测试温度,分别为55℃/85℃,第三温度点由厂商自订,前文中有提到利用LED元件的LM-80报告推算LED灯具光衰寿命,使用下列的范列说明:
LED元件使用25℃/55℃/85℃进行LM80实验,6,000小时的结果如下表二:
厂商使用该LED元件于LED灯具上量测的温度(TMPLED)为以下三种情况时,LED灯具的光衰寿命计算,可参阅图四:
1.TMP LED ≦ LM-80测试最低温度(25℃):
LED灯具直接使用LM80报告25℃数值作为其光衰数值。
2.LM-80低温(25℃/55℃) ≦ TMP LED ≦ LM-80高温(55℃/85℃) :
套用公式1,进行LED灯具光衰寿命推估,若LED灯具温度为75℃,
经计算后可得知该LED灯具的光衰维持率为93.6%。
3.LM-80测试最低温度(85℃) ≦ TMPLED:
LED灯具无法使用LM80报告中光衰数值,须采用灯具ENERGY STAR中灯具点亮方式进行,或LM-80进行更高温度测试。
![《图五 LED灯具温度与LM-80实验温度光衰说明范例》](/art/2011/09/011737472070/p5.jpg)
《图五 LED灯具温度与LM-80实验温度光衰说明范例》 |
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经由LM-80的实验搭配In Situ的温度量测,LED灯具厂便可有一套计算寿命的依据,若需要计算更长时间(如:50,000小时)的流明维持率数值则需要搭配IESNA目前正在讨论中的TM-21推估公式来进行计算,此份文件预计2011年将会产出。
LM-80的实验目的为计算LED元件的平均光衰维持率,其实验时间长达6,000~10,000小时,因此建议厂商的LED产品至少要先执行过一般的可靠度实验(如:HTOL/WHTOL/ HTSL…等)确认产品无可靠性问题后再执行LM-80的实验,如此便可降低LM-80实验执行过程中的风险。
结语
2008年出版的IESNA LM-80在规范中有许多部分未交代清楚,例如:
1.Ts(Case Temperature)的重复定义,此部分常造成读者无法厘清Ts指的是实验的目标壳温还是实际量测的壳温,如Ts≧Ts-2℃、Δ[Ta-Ts]≦ 5℃,未有清楚的说明可能因此造成误判或误用。
2.Ta未有指定量测位置,接近LED或远离LED量测Ta温度可能会造成实验的结果不同。
3.Airflow未订定风速,仅说明Minimized,实际LED灯具在使用时其实不会有类似Chamber的强制对流的环境,只有本身的热对流,此部分未定义也可能会有实验结果误差的产生。
4.制程变更的实验要求,仅在LED灯具中有描述方法,但在LED元件中却未提及,比如色温不同是否需要重新认证?此部分常让厂商不知如何订定实验计画。
以上项目在2011年的LM-80版本应会有较明确的说明,届时应该能让我们能更清楚规范的要求。 LM-80的实验已经让LED元件及灯具厂商有了一套共同的标准及语言,对于LED元件厂商来说提供LM-80的测试报告已经是进入LED固态照明灯具的基本门槛,希望能藉由此文章让国内LED厂商们加速了解此实验,并取得国际认证。
---作者任职于宜特科技可靠度工程处经理---