LED器件與光源模組光通維持率與壽命時(shí)間

1、LED 器件與光源模組光通維持率與壽命時(shí)間LED 應(yīng)用入門(mén)簡(jiǎn)介一、LED 器件與光源模組的光通維持率 Lv根據(jù) GB/T24823-2009普通照明用 LED 模塊性能要求，LED 器件或光源模組的光通維持率是指：模塊在規(guī)定的條件下燃點(diǎn)，在壽命期間內(nèi)一特定時(shí)間的光通量與該模塊的初始光通量之比，以百分率表示，即有如下表示：Lv=?。╰）/?。?）X100%式中：t 為特定時(shí)間單位為小時(shí)，一般規(guī)定為 3000h 或 6000h?。╰）為燃點(diǎn)時(shí)間 t 后的光通量?。?）為燃點(diǎn)前的初始光通量規(guī)定 LED 器件或 LED 模組必須達(dá)到一定的光通維持率， 實(shí)際是用它來(lái)評(píng)判 LED器件預(yù)期工作壽命時(shí)間或 L

2、ED 光源模組在規(guī)定的環(huán)境溫度等（即額定）條件下連續(xù)工作，具輻射光輸出的衰退速率，如果衰退速率高，則此 LED 器件或光源模組的壽命時(shí)間短，反之則長(zhǎng)。因?yàn)楣馔ňS持率越高，其工作壽命時(shí)間也長(zhǎng)，二者是關(guān)聯(lián)的。對(duì)用于普通照明的白光 LED 器件或光源模組，在上述頒布的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)或 CQC節(jié)能認(rèn)證技術(shù)要求中都規(guī)定其 3000 小時(shí)的光通維持率不能低于 92%,或 6000 小時(shí)不低于 88%等，對(duì)于路燈用的 LED 器件或光源模組 3000 小時(shí)的光通維持率不能低于96%,6000小時(shí)不低于 92%等， 同時(shí)還規(guī)定了其工作壽命時(shí)間 （即光衰至初始值的 70%的工作時(shí)問(wèn)）的要求為 30000 小時(shí)或 40

3、000 小時(shí)。本文主要討論 LED 器件與光源模組的光通維持率與壽命時(shí)間的相互關(guān)聯(lián)性。供作參考！二、LED 器件與 LED 光源模組光通維持率 Lv 與壽命時(shí)間 t（LIFE）的關(guān)聯(lián)性從電子器件的電功能會(huì)隨工作時(shí)延長(zhǎng)發(fā)生暖慢退化的亞瑪卡西方程知道，對(duì)于LED 發(fā)光器件，具發(fā)光能力即光輸出也會(huì)隨使用時(shí)間哀退，也就是指隨著器件工作時(shí)間的延長(zhǎng)，其輸出輻射光通量會(huì)發(fā)生衰退，即所謂的“光衰”。GB/T24823-2009 中規(guī)定， LED 器件或光源模組連續(xù)工作直到其輸出光通量為其初始光通量值的 70%寸的時(shí)間，即為其壽命終了時(shí)間 tLife(單位：小時(shí))。亞瑪卡西方程可表為：小(t)=小(o)exp(

4、-B*t)(1)式中：B 為：LED 器件或光源模組的光輸出退化系數(shù)；t 為:LED 器件或光源模組的工作時(shí)間；小(0)!為 LED 器件或光源模組的初始光通量；小(t):為 LED 器件或光源模組經(jīng)過(guò)工作時(shí)間 t 后的光通量。由(1)式顯然可知：從規(guī)定時(shí)間 t 的光通維持率可以求得這類 LED 器件或光源模組的光輸出衰退系數(shù) B 值。以 Lv=0.96(即光通維持率為 96%)白 LED 器件或光模組為例它們的光衰退化系數(shù) B(1)可由下式求得：B(1)=(-1/t)ln小(t)/小(o)(2)即：B(1)=-1/3000-ln0.96弋 0.0408/3000 弋 1.36*10-5對(duì)普通

5、照明的 LED 器件或光源模組標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的要求為 Lv0.92,則可得：5B(2)=(-1/3000)-ln(0.92)弋 2.779*10顯然，不同的光通維持率的 LED,其光輸出衰退系數(shù)也不同。衰退系數(shù)越小，LED 器件與光源模組的 30%光衰的時(shí)間越長(zhǎng)，也即壽命時(shí)間越長(zhǎng)。以上述 Lv=0.96 為例，其壽命時(shí)間 tLife可用(2)式求出，此時(shí)只要按壽命判據(jù)，即用 0.7取代 0.92,可求得：tLife1=-1/B(1)-ln 小(t)/ 小(o) =-1/(1.36*10-5)-ln0.7=0.3567/(1.36*10-5) 弋2.63*104(小時(shí))30%光衰時(shí)間，即壽命時(shí)間 tL

6、ife為 2.63 萬(wàn)小時(shí)。同樣對(duì)光通維持率為 0.92 的 LED 器件與光源模組的壽命時(shí)間 tLife則為：tLifei=-1/B(2)-ln(0.7)弋 12832(h)顯然：tLife1tLife2。這是因?yàn)?0(2)0(1)的原因所至。三、LED 器件與光源模組的光衰系數(shù) B 與 Tj 的關(guān)系上面我們的討論分析中， 均沒(méi)有提到 LED器件與光源模組的光輸出退化系數(shù) B與哪些參數(shù)關(guān)聯(lián)？從光通維持率可以推算出 B 值， 是有條件的如果 LED 器件與光源模組由于工作環(huán)境不同，或者其熱管理設(shè)計(jì)不同，或者 LED 器件芯片上溫度不同，則都會(huì)影響光輸出的衰退系數(shù) B 值的大小。 對(duì)于 LED

7、因其光電參數(shù)都是溫度的函數(shù)因此 B與 Tj(或特定情況下與 Ta 環(huán)境溫度)相關(guān)，這可用著名的阿倫尼斯模型耒描走述它們之間的關(guān)聯(lián)。即有：B(Tj)=Boexp(-Ea/KTj)(3)式中：B(Tj)是器件 PN 結(jié)上溫度為 Tj 時(shí)的衰退系數(shù)；Bo：是器件衰退常數(shù)；Ea：器件激活能(對(duì) LED 一般在 0.440.46 之間)；K:波爾茲曼常數(shù)：8.62*10-5ev;Tj:LEDPN 結(jié)絕對(duì)溫度。(用絕對(duì)溫度表示是要加上 273K)。若 我 們 取 Ea=0.45,Ta=+45C,LED 芯 片 到 環(huán) 境 間 的 總 熱 阻 為 ：ERth=Rth1+Rth2+Rth3+Rth4 時(shí)，以一

8、個(gè) 1WLED 為例。Tj=Ta+Pd(Rth1+Rth2+Rth3+Rth4)，假設(shè)四個(gè)熱阻分別為(10、1.02、0.2、12)Tj=45C+1W*0.7*(10C/W+1.02C/W+0.2C/W+12C/W)=61.38于是：B(Tj)=Boexp-0.45/8.62*10-5*(61.38+273)=Boexp(-0.45*105/2882.356L0oexp(-15.61)這里對(duì)某一類型 LED 可以通過(guò)測(cè)試求出它的衰退常數(shù)，如果我們?nèi)杂们笆龉馔ňS持率為 0.96 的 LED 為例，可求得它的 B(0):Bo=B(Tj)/exp(-15.61)=1.36*10-5*1.66*107

9、弋 225.76求出了 Bo 可以利用(3)式求得不同 Tj 時(shí)的 B(Tj)值，再利用(1)式求得不同 Tj利用已頒布的標(biāo)準(zhǔn)所規(guī)定的光通維持率求得的 tLife值。 再利用不同 Tj 下求出壽命時(shí)間值就可以作出 tLifeTj 的關(guān)系曲線。在已知 Ta=25C 的條件下 LED 芯片上的結(jié)溫為：42C。若因 Ta 變化為 48 度則 Tj=65C,此時(shí)的光通維持率又為多少？我們來(lái)推算一下：=225.76*exp(-15.445)=2.48*10-5(65C)/(o)=exp(-B(65C)t=exp(-0.744)Q0.9285即光通維持率應(yīng)為 92.85%于是：tLife=-1/B(65)-ln(0.7)5=0.3566/(2.48*10)Q1.438*104(h)對(duì)于 LED 器件與光源模組， 知道了在特定條件下，即規(guī)定的電功率 Pd,工作環(huán)境溫度 Ta 及 LED 器件的熱阻 Rth1,及 PCB 板熱阻 Rth2，散熱器熱阻 Rth3 及散熱器與環(huán)境間的等效熱阻 Rth4 時(shí)的光通維持率，就可以推算出該 LED 器件或光源模組的工作壽命時(shí)間的水平 o當(dāng)然這方面要對(duì)一定數(shù)量的 LED 器件或光源模組進(jìn)行多次光通維持率的多次