如何利用實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)有效推估LED壽命? - 全文

　　美國環(huán)保署（Environmental Protection Agency， EPA）與能源部（Department of Energy， DOE），自2010年起陸續(xù)對LED光源燈具/燈泡發(fā)布能源之星（Energy Star?）及Lighting Facts標(biāo)準(zhǔn)，讓相關(guān)業(yè)者的LED照明產(chǎn)品規(guī)格有所依循，目前國際LED大廠針對LED產(chǎn)品的壽命評估與產(chǎn)品規(guī)格，也以此為依歸。也就是說，LED廠商若想打入國際LED照明市場，勢必取得LED能源之星認(rèn)證這張門票。

　　在能源之星部份，去年（2011年）7月6日，EPA為了簡化資格審查程式，特別將住宅照明（RLF）及固態(tài)照明（SSL Luminaires）兩大型態(tài)的燈具規(guī)范整合成【ENERGY STAR? Luminaires Program Requirement V1.1】，并訂定今年（2012年）4月1日正式開始實(shí)施，此外燈泡的部分也整合成【ENERGY STAR? Program Requirements for Integral LED Lamps V1.4】，兩份規(guī)范中除了審核的資料項(xiàng)目增加外，引起較多討論的應(yīng)該是【LM-82光電特性規(guī)范】與【TM-21壽命預(yù)估規(guī)范】的要求已納入其中。

　　LM-82目前在北美照明協(xié)會(huì)（IESNA）尚未正式出版，其內(nèi)容主要為LED Light Engines及Integrated LED Lamps的電性與光學(xué)特性在不同溫度下的特征驗(yàn)證方式，其量測方式相似于LM-79-08計(jì)劃，但重點(diǎn)為溫度對電/光參數(shù)的特征影響性評估。

　　另一部分則為IESNA于2011年7月25日出版的TM-21-11 （Projecting Long Term Lumen Maintenance of LED Light Sources），此規(guī)范主要是針對LED光源表現(xiàn)與壽命進(jìn)行預(yù)測，并與日前所公告的LM-80-08 LED流明維持率實(shí)驗(yàn)進(jìn)行連結(jié)，應(yīng)用LM-80-08的實(shí)驗(yàn)資料來推估LED元件及燈具/燈泡的長期壽命表現(xiàn)。

　　一、使用TM-21推估LED燈具壽命步驟

　　為使LED業(yè)者對TM-21有較清晰的概念，并了解如何善用TM-21推估LED產(chǎn)品，筆者將以四個(gè)程序說明LM-80-08與TM-21-11的應(yīng)用及推估方式：

　　步驟一 ： LED元件供應(yīng)商對其LED Source（Package/Array/Module）進(jìn)行3個(gè)溫度（55℃/85℃/自選溫度）至少6，000小時(shí)的LM-80-08實(shí)驗(yàn)。

　　樣品數(shù)要求 ： （與可推估時(shí)間其有關(guān)連性）

　　測試時(shí)間要求 ： （與推估精準(zhǔn)度有連結(jié)性）

　　至少6，000小時(shí)，建議為10，000小時(shí)，每隔1，000小時(shí)需要取得測試之LED光衰資料，間隔時(shí)間越短（如：500小時(shí)）可提升推估時(shí)的準(zhǔn)確度。

　　步驟二 ： 依TM-21-11公式推估3個(gè)測試溫度（55℃/85℃/自選溫度）的長期壽命資料。

　　取得各溫度實(shí)驗(yàn)資料平均值，測試資料取出時(shí)間規(guī)則為：

　　以Exponential Least Squares Curve-Fit（最小平方曲線擬合）取得斜率m（Slope）與截距b（Intercept），計(jì)算m與b時(shí)若測試時(shí)間越長間隔越密集，其精準(zhǔn)度將提升，接著計(jì)算出B與α數(shù)值。

　　y=mx+b， B=exp（b）， a=-m

　　依下列公式計(jì)算出各溫度實(shí)驗(yàn)之LED在ENERGY STAR規(guī)定之流明維持率70%時(shí)的壽命時(shí)間數(shù)值。

　　L70 ： 當(dāng)LED流明維持率為70%時(shí)的使用時(shí)間

　　以步驟一中樣品數(shù)量進(jìn)行可推估倍數(shù)時(shí)間之標(biāo)準(zhǔn)判斷：

　　表示方式為 ： L70（6K） = XX，XXX hours

　　（6K） ： LM-80測試時(shí)間，（6K）=6，000小時(shí)；（10K）=10，000小時(shí)

　　XX，XXX Hours ： 樣品≧20ea，測試時(shí)間=6，000，可推估6倍為36，000小時(shí)

　　使用Exponential公式計(jì)算出各時(shí)間之流明維持率，則可以計(jì)算出之資料繪出各測試溫度的推估壽命曲線圖：

　　步驟三 ： 取得該LED元件置于LED燈具的實(shí)地量測溫度（In Situ Temperature）。

　　請參照ISTMT（In Situ Temperature Measurement Test）測試程式取得LED元件置于LED燈具中的溫度，該測試溫度位置須與LM-80-08的Ts設(shè)定位置相同，取出之溫度資料稱為 TMPLED（LED Temperature Measurement Point）。

　　步驟四 ： 以測量之TMPLED與TM-21計(jì)算之結(jié)果進(jìn)行內(nèi)插計(jì)算，取得TMPLED的推估壽命數(shù)值。

　　從三個(gè)測試溫度點(diǎn)中選出包復(fù)TMPLED最近的兩個(gè)溫度點(diǎn)作為計(jì)算基準(zhǔn)點(diǎn)。

　　計(jì)算Arrhenius Model溫度加速參數(shù)A并得出Decay Rate：α與定值參數(shù)B0。

　　以上述之公式計(jì)算出TMPLED的L70數(shù)值，相同程式表示TMPLED之結(jié)果。

　　L70（6K） 》 XX，XXX hours

　　套入相關(guān)時(shí)間數(shù)值并繪制出TMPLED與三個(gè)Ts的壽命推估圖。

　　二、ENERGY STAR / Lighting Facts對于LED燈具/燈泡的壽命要求

　　ENERGY STAR在燈具只有兩種規(guī)格，燈具廠商可使用整燈點(diǎn)亮6，000Hrs.，或提交元件廠商的6，000Hrs LM-80報(bào)告與TM-21推估結(jié)果來證實(shí)燈具成品的流明維持率，在燈泡部分標(biāo)準(zhǔn)就較為彈性，用途不同則標(biāo)準(zhǔn)會(huì)進(jìn)行微調(diào)，如下表：

　　三、LED照明高度競爭的決勝關(guān)鍵：LED品質(zhì)

　　照明產(chǎn)品被視為LED的最大商機(jī)，然而過去LED價(jià)格過高，雖擁有省電環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)，但價(jià)格仍無法與白熾、省電燈泡競爭。外加前幾年由于未有相關(guān)品質(zhì)驗(yàn)證標(biāo)準(zhǔn)可循，LED品質(zhì)良莠不齊（光衰問題、變色問題等），也導(dǎo)致許多負(fù)面的使用經(jīng)驗(yàn)，也造成LED照明使用量遲遲無法有爆炸性的成長。

　　不過2012年，LED照明價(jià)格的甜蜜點(diǎn)已提前來到，預(yù)期接下來兩年，LED需求將大幅翻揚(yáng)。當(dāng)LED產(chǎn)品價(jià)達(dá)消費(fèi)者可接受之價(jià)位，LED廠商能否在這波需求翻揚(yáng)時(shí)刻，在眾廠商中脫穎而出，受消費(fèi)者親睞，決勝負(fù)的關(guān)鍵就在于LED的品質(zhì)與壽命。

　　目前，美國能源之星已為LED品質(zhì)提供量化標(biāo)準(zhǔn)，使得LED產(chǎn)業(yè)可以有遵循的規(guī)范，筆者也將于11月8日在新竹宜特科技與Intertek HK所舉辦的“LED Energy Star 認(rèn)證流程與可靠度驗(yàn)證技術(shù)研討會(huì)”，更進(jìn)一步的分享能源之星LED的規(guī)范內(nèi)容，并提出經(jīng)驗(yàn)分享與因應(yīng)措施，也歡迎業(yè)界先進(jìn)一同前來交流。