LED照明产品光通量衰减加速试验及可靠性评估
中国照明学会《照明工程学报》 · 2016-06-11
钱 诚[1,2]，樊嘉杰[2,3]，樊学军[2,4]，袁长安[2]，张国旗[1,2,5]
1.半导体照明联合创新国家重点实验室，中科院半导体研究所
2.常州市武进区半导体照明应用技术研究院
3.河海大学常州校区机电工程学院
4.拉玛尔大学机械工程系
5.代尔夫特理工大学EEMCS学
2.2 LED灯具产品的实验验证
2.2.1CALiPER测试
自2013年起，美国能源部发起的CALiPER项目包含了对15款LED照明产品(A Lamps）进行的45℃环境温度下的加速测试[28,29]。每款产品测试10个样品，每个样品不间断老化7660h。样品在老化过程中，每周采用特殊的测量设备原位测量一次光通量维持率。所有被测LED照明产品均具有25000h以上的声称寿命。本节文分别采用“能源之星”性能规范和本文提出的加速试验方法对以上产品的光通量衰减性能进行评价。
在采用加速试验方法进行评价时，由于测试的环境温度为45℃，我们需要重新计算加速试验所需的测试时间。根据上述讨论，45℃环境温度下对应的Ts2=125℃，因此由公式（3）可以得知该环境温度下的加速因子AF约为1.8，并可进一步计算出测试时间约为2000h。同时，参考本文提出的加速试验方法，我们首先将被测产品的前500h视为预处理时间，并采用500h的测试数据初始化光通量维持率。之后通过比较1200、1600和2000h的光通量维持率与95%临界值进行对比，来评价被测产品的光通量衰减性能。
图6中a和b分别表示用“能源之星”性能规范和加速衰减试验方法评估被测样品的光通量衰减性能。其中黑色实线则代表了光通量维持率临界值。根据“能源之星”性能规范要求，被测产品通过合格判定的要求为6000h老化后光通量维持率大于91.8%。由图6a所示，被测产品中13RT-03、13RT-09、13RT-11、13RT-13、13RT-14和13RT-58未通过合格判定。同样地，根据本文提出的加速衰减试验方法规定被测产品通过合格判定的要求为1200小时、1600小时和2000小时老化后的光通量维持率全部大于95%。由图6b所示，被测产品中13RT-03、13RT-09、13RT-11、13RT-13和13RT-58未通过合格判定。
综上所述，除13RT-14外，本文提出的加速试验方法对以上被测LED照明产品的评价结果和“能源之星”性能规范得到的评价结果是一致的。通过对被测产品13RT-14进一步研究，本文发现6000h老化后该产品各样品的光通量维持率测量值较为分散。受少数测量值偏差的影响，该产品的光通量维持率平均值偏小，因此未通过能源之星性能规范的合格判定。可以预见，适当增加该产品的样本量有可能使该样品6000h老化后的光通量维持率测量平均值大于91.8%，从而通过“能源之星”性能规范的合格判定。
2.2.2LED照明产品测试
为了验证所提模型的准确性，本文还选择了6款具有代表性的LED射灯、球泡灯和筒灯进行灯具级别的验证测试。图7a为被测LED照明产品在25℃环境温度下老化6000h后的光通量维持率测量平均值。而图7b显示了同样的LED照明产品在55℃环境温度下经过了500h预处理后，分别在900、1200和1500h时的光通量维持率测量平均值。其中黑色实线代表光通量维持率临界值。
由图7a可知，产品2和3在6000h试验后的光通量维持率均小于91.8%，同时如图7b显示，在加速环境下产品2和 3在1200h试验后其光通量维持率已经明显小于95%。由此可见，对于以上6款被测LED照明产品来说，由本文提出的加速衰减试验方法得到的评估结果和“能源之星”性能规范的评判结果是一致的。
3结论
本文提出了一种55℃环境温度下的加速光通量衰减加速试验方法用以评估LED照明产品的可靠性。该方法以e指数衰减模型和Arrhenius温度加速模型为理论基础，通过采用55℃环境温度下的光通量衰减临界曲线评估LED照明产品光通量衰减的可靠性。与常用的美国“能源之星”评估标准相比，该方法将LED行业规定的6000h测量时间缩短为2000h（其中包括500h预处理时间）。
由美国能源部CALiPER项目报告中的测试数据以及6款具有代表性的LED室内灯具的测试数据可知，本文提出的加速试验方法和美国“能源之星”给出的评估结果基本一致。此外，本文提出的加速试验方法在使用过程中不需要使用LED光源的LM-80测试数据和基板焊点温度，可以为LED生产者提供一种快速、简易、有效的可靠性评估标准。
引用格式：钱诚，樊嘉杰，樊学军，等. LED照明产品光通量衰减加速试验及可靠性评估[J]. 照明工程学报，2016, 27（2）：43-48.
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