LM-80不等于LED燈具/燈泡的壽命
來源： 作者： 時間：2012-10-17 瀏覽次數：
一、前言
目前LED燈泡在市場中存在著兩個重要的問題：
第一是標識不清。根據工研院測試業界的LED燈泡發現，高達五成以上的LED燈泡，所標示的實際光通量均低于標示值10%以上。
第二是品質參差不齊。目前市場上沒有一套規范能夠說清楚LED燈泡的售價與品質之關系。造成消費者經常拿著「蘋果和橘子」在比較，有些更是花了較高的 價格，但并沒有買到品質相對高的產品，這種劣幣逐良幣的情形越來越嚴重，也引起了歐美日等國高度關注LED燈具/燈泡的標識和品質的問題。
有監于此，經濟部能源局針對LED燈泡也加速節能標章的推動，對這件事情來說，筆者是一則以喜，一則以憂。喜的是至少臺灣快要有一個共通性的標準，可 以提供消費者來選擇自己所需要的LED燈泡。憂的是，消費者花了比較多的錢，購買了符合「節能標章基準要求項目」的LED燈泡，真的就有了品質上的保障 嗎？
二、流明維持率足以代表LED燈具壽命嗎？
目前市場上較具官方代表性的規范，能夠與燈泡壽命扯上一點關系的，應該是屬美國環境保護署/能源之星針對LED燈泡/燈具所發布的LM-80規范了。 然而，自從此規范發布之后，在北美已陸續出現了一些不同的聲音，有些可靠性專家們甚至開始呼吁，應該要立即停止以LM-80的流明維持率(L70)作為 LED燈泡或燈具壽命判斷的唯一依據。
事實上，2006年時，美國能源部固態照明（SSL）品質工作小組，邀請了32位可靠性專家們，針對LED的可靠性與壽命估算方法進行非常深入的討 論。在考量LED當時產業技術能力后，工作小組決定，以流明維持率(L70)來代表LED元件和燈具的可靠性會最為顯著，也是最容易被量化的指標。原因 是，傳統鎢絲燈泡在使用上，只要鎢絲燒毀了，就表示燈泡壽命到了，而LED燈泡在流明衰退上，是逐漸而緩慢的，在衰退初期，人們在視覺上是感覺不到的，一 直要等到光源衰退至初始光源的70%(L70)時，人們才會感覺的到燈泡變暗，這時也就影響到照度。因此，工作小組建議以流明維持率(L70)作為LM- 80規范的唯一判定依據。但爭議點是，流明維持率等不等于LED燈泡或燈具的壽命(Life Time)？ LM-80規范有存在著什么樣的問題呢？
三、蘋果要跟蘋果比：LED燈具是「電子產品」，不是傳統「燈泡」
LED元件壽命：
基本上LED元件是發光二極體，本就屬電子元件的一種。因此，若要談LED元件的壽命，應該使用已經相當成熟的電子元件加速壽命試驗(ALT)方法， 配合取樣數以及數據統計分析等，來評估LED元件壽命。以目前LM-80規范來說，以三種試驗溫度，配合能源之星所訂定的流明維持率要求，作為LED元件 的失效判定標準，其實爭議是不大的，特別是在TM-21壽命推估方式發布后，更解決了各廠商在LED元件壽命上各說各話的情形，但是對使用LED元件的燈 具廠來說，可能產生的爭議點是：
1. 在能源之星/LM-80規范中，要求LED元件必須通過三種不同溫度的試驗，在每個試驗溫度下，最少必須有20顆LED元件通過6000小時的試驗，并以 流明維持率作為試驗成敗的唯一判斷依據。爭議就在于，如果在6000小時試驗過程中，有LED元件出現不亮或燒毀的情形，均可不列入流明維持率的計算，單 單此舉，就已經不符合LED元件壽命計算的要求了。
2. 若要采用LM-80試驗數據做為壽命計算依據也是可行的，只要清楚定義那些失效模式代表著失效即可(例如：流明維持率、死燈、燒毀、色座標/電壓/電流偏 移等)，任何失效定義之失效模式出現時，即代表LED元件的壽命到了。除了晶粒品質外，包括封裝材料的選擇到打線技術等，都影響到LED元件的壽命與可靠 性。因此，對于要執行LM-80或是壽命驗證的LED元件來說，先通過「可靠性資格驗證」絕對有其必要性。
備注：在執行LM-80/6000小時的試驗過程中，為了降低部分LED失效而使試驗中斷的風險，通常LED元件廠會提高試驗的取樣數量，當試驗過程 中有部分LED出現死燈或早夭時，能源之星是允許故障樣品不列入平均流明維持率的計算，但要求必須在LM-80報告中注明。因此，燈具廠商在閱讀LED供 應商所提供的LM-80報告時，除了須了解試驗溫度與流明維持率外，樣品數量資訊就更須審慎了。
LED燈泡/燈具壽命：
影響LED燈泡或燈具壽命，真的只有流明維持率這個因子嗎？ 基本上，LED燈具是由括調光器，電源供應器，發光二極體，光機驅動元件、散熱模組等所組成，這表示整個燈具的壽命，實際上是由數個電子模組串聯或并聯所 構成，而每個電子模組都有各自的功能和可靠性水準，當任何一個模組發生問題時，都代表著LED燈具失效了，這點與傳統鎢絲燈泡大不相同，如果我們把LED 產品看做電子產品，哪些是構成LED產品失效的主要原因呢？
其實，從一般電子產品的常見失效情形就可以窺出一二。電子產品常見的失效包括散熱設計不良、過載使用、驅動電路故障、電源故障以及零件或制程工藝不良 等。只要是會發生在電子產品上的失效情形，基本上都會出現在LED產品上，針對這類型的缺陷，通?？衫秒娮赢a品可靠性設計驗證手法，在實驗室被提早發現 而加以改善。另一種失效是屬于電氣特性上的失效，若以LED燈具來說，如流明維持率、色溫/色彩變化、電源參數偏移等，針對這類型的缺陷，則利用環境試驗 與可靠性證明試驗加以驗證即可。因此，從過去在電子產品在可靠性上的經驗來看，LED產品也應遵循著傳統的電子產品環境與可靠性試驗模式，來加以驗證其可 靠性與壽命才對。
目前，在文獻上要找到大量的LED燈具故障數據并不是一件容易的事，近兩年來比較大規模的數據，是在美國東部的賓夕法尼亞州埃爾伍德市。埃爾伍德市從 5400盞戶外LED路燈失效數據統計中得知，電源與控制驅動模組失效占59%，散熱不良占31%，LED元件不良約占10%。這是以美國設計與封裝技術 能力的產品，并針對戶外用LED路燈實際所觀測的數據，從數據中可得知電源模組與控制驅動模組所占的失效比例最大，散熱不良造成失效為第二，加上戶外環境 因子較室內環境因子復雜(包括溫度、濕度、雨水/結露、灰塵、硫化腐蝕、雷擊、電源變動等)。因此，對戶外用LED產品來說，環境模擬試驗與壽命試驗更形 重要，而不僅僅是節能或流明維持率這些事了。
四、對LED成品廠的建議
1. LED成品的可靠性與壽命，是由各分項模組的可靠性所組成。因此，必須依層級建立LED元件和各模組階段的可靠性評估方法或標準，并將此標準訂定于買賣合約中。(如LED LM-80報告，模組可靠性試驗、EMC、安規等報告)。
2. 建立LED成品可靠性設計驗證計劃，并于產品雛型階段執行設計驗證，這絕對是LED產品可靠性的關鍵所在。
3. 建立一套LED燈具之環境模擬與壽命加速試驗規范等。
五、對LED元件廠的建議
1. 以目前市場來說，符合LM-80試驗的LED元件，一定有助于全球市場的開拓。
2. 執行LM-80試驗前，必須先進行可靠性資格試驗(Reliability Qualification Test)，以確認封裝品質與電器性能有無缺陷存在，亦可避免在LM-80試驗途中出現失效，而使得整體試驗必須重新來過。
3. 進行LM-80流明維持率試驗時，可提高取樣數量，在以總試驗數量進行MTTF的計算，如可一舉兩得。至于LED元件可靠性資格試驗的項目，則可依循 LED元件使用任務需求參考相關規范即可。(如AEC-Q101、JEDEC/JESD22、MIL-STD-883、Telcordia GR 468等)
六、結語
一個產品壽命要好，供應鏈中無人能置身事外，更無須質疑的，符合LM-80的LED元件品質，一定比不符合的來的好。當LED產能嚴重過剩，市場也經 常傳來LED企業倒閉的消息，如果還能夠存活下來的公司，「成本」與「品質」將是王道。尋找專業的實驗室給予協助，絕對是提升品質與市場競爭力最快速的方 法之一。
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