利用实验数据有效推估LED寿命

    在能源之星部份，2011年7月6日，epa为了简化资格审查程序，特别将住宅照明(rlf)及固态照明(ssl luminaires)两大型态的灯具规范整合成【energy star® luminaires program requirement v1.1】，并订定2012年4月1日正式开始实施，此外灯泡的部分也整合成【energy star® program requirements for integral led lamps v1.4】，两份规范中除了审核的数据项增加外，引起较多讨论的应该是【lm-82光电特性规范】与【tm-21寿命预估规范】的要求已纳入其中。

    lm-82目前在北美照明协会(iesna)尚未正式出版，其内容主要为led light engines及integrated led lamps的电性与光学特性在不同温度下的特征验证方式，其量测方式相似于lm-79-08计划，但重点为温度对电/光参数的特征影响性评估。

    另一部分则为iesna于2011年7月25日出版的tm-21-11 (projecting long term lumen maintenance of led light sources)，此规范主要是针对led光源表现与寿命进行预测，并与日前所公告的lm-80-08 led流明维持率实验进行连结，应用lm-80-08的实验数据来推估led组件及灯具/灯泡的长期寿命表现。

    一、使用tm-21推估led灯具寿命步骤

    为使led业者对tm-21有较清晰的概念，并了解如何善用tm-21推估led产品，笔者将以四个程序说明lm-80-08与tm-21-11的应用及推估方式：

    步骤一 : led组件供货商对其led source(package/array/module)进行3个温度(55℃/85℃/自选温度)至少6,000小时的lm-80-08实验。

    ★ 样品数要求 : (与可推估时间其有关连性)

    ★ 测试时间要求 : (与推估精准度有连结性)

    至少6,000小时，建议为10,000小时，每隔1,000小时需要取得测试之led光衰数据，间隔时间越短(如:500小时)可提升推估时的准确度。

    步骤二 : 依tm-21-11公式推估3个测试温度(55℃/85℃/自选温度)的长期寿命数据。

    ★ 取得各温度实验数据平均值，测试数据取出时间规则为:

    ★ 以exponential least squares curve-fit(最小平方曲线拟合)取得斜率

    m(slope)与截距b(intercept)，计算m与b时若测试时间越长间隔越密集，其精准度将提升，接着计算出b与α数值。

    ★ 依下列公式计算出各温度实验之led在energy star规定之流明维持率70%时的寿命时间数值。

    l70 : 当led流明维持率为70%时的使用时间

    ★ 以步骤一中样品数量进行可推估倍数时间之标准判断:

    表示方式为 :

    (6k) : lm-80测试时间，(6k)=6,000小时;(10k)=10,000小时

    xx,xxx hours : 样品≧20ea，测试时间=6,000，可推估6倍为36,000小时

    ★ 使用exponential公式计算出各时间之流明维持率，则可以计算出之数据绘出各测试温度的推估寿命曲线图:

    步骤三 : 取得该led组件置于led灯具的实地量测温度(in situ temperature)。

    ★ 请参照istmt(in situ temperature measurement test)测试程序取得led组件置于led灯具中的温度，该测试温度位置须与lm-80-08的ts设定位置相同，取出之温度数据称为tmpled(led temperature measurement point)。

    步骤四 : 以测量之tmpled与tm-21计算之结果进行内插计算，取得tmpled的推估寿命数值。

    ★ 从三个测试温度点中选出包覆tmpled最近的两个温度点作为计算基准点。

    ★ 计算arrhenius model温度加速参数a并得出decay rate:α与定值参数b0。

    ★ 以上述之公式计算出tmpled的l70数值，相同程序表示tmpled之结果。

    ★ 套入相关时间数值并绘制出tmpled与三个ts的寿命推估图。

    二、energy star / lighting facts对于led灯具/灯泡的寿命要求

    energy star在灯具只有两种规格，灯具厂商可使用整灯点亮6,000hrs.，或提交组件厂商的6,000hrs lm-80报告与tm-21推估结果来证实灯具成品的流明维持率，在灯泡部分标准就较为弹性，用途不同则标准会进行微调，如下表:

    三、led照明高度竞争的决胜关键：led品质

    照明产品被视为led的最大商机，然而过去led价格过高，虽拥有省电环保等优点，但价格仍无法与白炽、省电灯泡竞争。外加前几年由于未有相关质量验证标准可循，led质量良莠不齐(光衰问题、变色问题等)，也导致许多负面的使用经验，也造成led照明使用量迟迟无法有爆炸性的成长。

    不过2012年，led照明价格的甜蜜点已提前来到，预期接下来两年，led需求将大幅翻扬。当led产品价达消费者可接受之价位，led厂商能否在这波需求翻扬时刻，在众厂商中脱颖而出，受消费者亲睐，决胜负的关键就在于led的质量与寿命。

    因此，寻找专业的实验室给予协助，绝对是提升质量与市场竞争力最快速的方法之一。

    宜特科技近三年来，针对led磊晶(epi)、封装至成品，均投入了大量的资源在光学、可靠度与故障分析等工程能力建置上，藉以协助客户判别led产品在可靠度试验前、中、后之光特性参数变化、寿命估算、质量改善等整合型解决方案。2011年，更进一步取得美国国家环境保护局(us environmental protection agency;epa)在led lm-80的实验室认可资格，并提供led lm-80验证服务。

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