led燈具壽命的影響因素

led燈具壽命的影響因素

目前，關(guān)于電池的長度有幾種說法。有人說它是2k0小時，另一方說它是50000小時，另一方說，它是100000小時。那么,LED燈具的壽命究竟是多少呢?本文就來談?wù)勥@個問題。有一個著名的水桶理論,也叫水桶定律或短板理論,是指一只水桶,如圖1所示,盛水的多少并不取決于最長的那塊木板(圖1中的B板),而是取決于最短的那塊木板(圖1中的A板),盛水超過最短板A就會流出來。LED燈具的壽命,正好符合水桶理論。LED燈具主要由LED芯片、散熱系統(tǒng)及驅(qū)動電源三個部分組成,如圖2所示,這三個部分對LED燈具的壽命都是至關(guān)重要的。如果把LED燈具的壽命比做“水桶”中的“水”,那么LED芯片、燈具的散熱系統(tǒng)及驅(qū)動電源就是構(gòu)成“水桶”的三塊木板,哪一塊最短,哪一塊就決定了LED燈具的壽命?，F(xiàn)在分別談一下影響LED燈具壽命的“三塊木板”。1led封裝工藝和性能LED芯片是LED光源的核心部件,它的壽命很大程度上決定著LED燈具的壽命。影響LED芯片壽命的因素有三個,即芯片的晶格缺陷、封裝工藝及熒光粉的質(zhì)量。首先,構(gòu)成LED芯片的材料是晶體。理想的晶體如圖3所示。如果晶格排列得不那么好,有的地方缺行,如圖4所示,這種缺陷就會影響LED芯片的壽命。另外,如果LED芯片所摻雜的雜質(zhì)不是我們所需要的雜質(zhì),也會影響LED光源的壽命。其次,LED的封裝是否合理也是影響芯片壽命的重要因素。目前美國Cree(科瑞)公司、Lumilends公司和日本日亞公司等全球幾大知名公司的封裝工藝水平比較高,LED封裝技術(shù)也都有專利保護,其LED的壽命也就有保證。但其他大多數(shù)企業(yè)的產(chǎn)品工藝封裝仿制較多,這些產(chǎn)品從外形看還可以,但工藝結(jié)構(gòu)和工藝質(zhì)量都較差,因而嚴重影響了LED的壽命。另外,LED芯片的性能都具有一定的分散性,在封裝之前應(yīng)根據(jù)LED芯片的面積、光效等諸多指標進行歸類分檔。如果芯片在封裝前不進行分檔,封裝后的成品出光率必然參差不齊。這就是說,LED的封裝及封裝之前的分檔也是影響LED壽命的重要因素。最后,熒光粉的質(zhì)量同樣影響LED芯片的壽命。目前LED芯片產(chǎn)生白光的方法有多種,其中有兩種方法是通過熒光粉發(fā)白光的。一種方法是在LED藍光芯片上涂覆YAG(YttriumAluminumGarnet,釔鋁石榴石)熒光粉。前面已經(jīng)說過,波長短的光子比波長長的光子能量大,因此,芯片發(fā)出的藍光(波長短)激發(fā)熒光粉可產(chǎn)生500nm~560nm的黃綠光(波長較藍光長),藍光與黃綠光合成白光。這種方法得到白光的成本較低,但熒光粉的均勻性較難控制,且芯片使用一段時間后,光效和色溫都會有相應(yīng)變化。另一種方法是讓LED芯片發(fā)出紫外線,紫外線再激發(fā)RGB(紅、綠、藍三基色)熒光粉產(chǎn)生紅、綠、藍三基色光,三基色光再混合成白光。因為紫外線的光子能量較大,使封裝材料環(huán)氧樹脂容易老化,這也會影響LED芯片的壽命。如果LED芯片成為LED燈具壽命的“短板”,那么,上述三個因素中哪個出現(xiàn)問題,哪個就是影響LED芯片和燈具壽命的“短板”,如圖5所示。2led光催化染料p-n結(jié)溫度和蓄電池的熱性能在談及LED燈具時,關(guān)于是否存在紅外線以及發(fā)熱量的多少,也有多種說法。實際上,LED光源發(fā)白光的光通量理論值應(yīng)在300lm/W以上。大功率LED光源目前只達到80lm/W~100lm/W,也就是說電能的近1/3變成可見光,大多數(shù)電能變成了熱能。這些熱能要以熱傳導(dǎo)及熱輻射的形式散發(fā)。所以,大功率LED燈具的散熱系統(tǒng)至關(guān)重要。LED光源的P-N結(jié)對溫度非常敏感。溫度高,將使LED芯片的壽命大打折扣。如圖6所示,它是Cree公司給出大功率白光LED的光衰(光通量衰退,lightattenuation)曲線圖。按照國際慣例(也是原有光源規(guī)范的規(guī)定),光源的有效壽命定義為:光通量衰減到初始值的70%時,光源就算壽終。LED光源的P-N結(jié)在不同溫度下的有效壽命見圖中綠橫線與各曲線的交點位置。從圖6中可以看出,P-N結(jié)的溫度為75℃時,壽命為51000h(綠色曲線);溫度為85℃時,壽命為22000h(黃色曲線);溫度為95℃時,壽命為18000h(粉色曲線);溫度為105℃時,壽命為12000h(紅色曲線)。實際上,大功率LED燈具的P-N結(jié)溫度目前大約在105℃左右,也就是說,LED芯片的壽命只有10000多小時。如果燈具的散熱條件不好,LED芯片的P-N結(jié)升溫過高,LED芯片會很快損壞。這時,散熱系統(tǒng)就成為LED燈具壽命的“短板”,如圖7所示。散熱系統(tǒng)對LED芯片的壽命影響很大,用同樣質(zhì)量的芯片放在不同的燈具中,壽命會相差幾倍甚至幾十倍。一種燈具的設(shè)計是否成功,除光路系統(tǒng)外,散熱系統(tǒng)起著決定性作用。3驅(qū)動電源故障驅(qū)動電源對LED燈具的壽命起著關(guān)鍵的作用,這是一個很容易被忽視的問題,也可能是當前推廣大功率LED燈具的瓶頸。檢查燈具時往往會出現(xiàn)這樣的情況:發(fā)現(xiàn)LED芯片并沒有損壞,而是驅(qū)動電源出現(xiàn)故障。通常,LED芯片的壽命遠大于驅(qū)動電源的壽命。例如,Cree公司的XLamp的系列產(chǎn)品7090XR-E是白光LED芯片,其典型工作參數(shù)是3.5V,700mA(2.45W),P-N結(jié)溫度為80℃(這個溫度只有非常好的散熱系統(tǒng)才能做到),光通量衰減到初始值的70%時,芯片壽命為50000h。目前,最好的驅(qū)動電源壽命已超過30000h,較差的驅(qū)動電源壽命僅為幾千小時。如果LED燈具選用了高質(zhì)量的芯片,同時散熱系統(tǒng)做得也好,驅(qū)動電源的壽命就可能成為薄弱的環(huán)節(jié),如圖8所示。4led光壽命特性光衰的指標采用不同的標準,往往也把對LED光源知之較少的人引入誤區(qū)。大家知道,傳統(tǒng)光源的壽命有兩種說法,一種叫全壽命,一種叫有效壽命。全壽命定義為光源從點燃到壽終(不亮)為止的全部累積點燃時間。有效壽命是指光源點燃后,當它的光通量衰減到初始值的70%時的光源累計點燃時間。因為光源的光通量從初始值的70%到壽終(不亮)還能點很長時間,所以絕大多數(shù)光源的有效壽命遠小于全壽命。LED光源是一種新光源,新光源的壽命采用有效壽命是沒有爭議的。目前國際上通常將L70列為考核LED光源壽命的一項標準。所謂L70,就是指把LED光源初始光通量看做1.0(即100%),光通量衰減到初始值的70%時算做光源的有效壽命。而國內(nèi)LED業(yè)界,有的制造企業(yè)把光通量衰減到初始值的50%(俗稱半衰期)作為LED燈的壽命標準。從圖6可以看出,當LED的P-N結(jié)工作溫度為105℃時,光衰到初始值的70%時壽命為12000h,光衰到初始值的50%時壽命為21000h,這兩個數(shù)值相差很多。從事燈具應(yīng)用的技術(shù)人員,如果不清楚兩個標準之間的差異,可能會做出錯誤的判斷。5led燈裝色系的未來對于影視舞臺的LED燈具,即使光通量沒有衰減到初始值的70%,如果顯色指數(shù)Ra降低過多或光源色溫變化過大,也應(yīng)視為其壽命的終結(jié)。因為,顯色指數(shù)或色溫變化過多,各個燈的色溫又不一樣,燈具就失去了使用價值。筆者簡析影響LED燈具壽命的幾個方面,是希望大家對LED燈具的壽命有一個更加清晰的了解,同時也希望影響LED燈具壽命的“短板”越高越好,甚至做到水桶的各個板塊一樣平齊,使LED燈具壽命的“水”盛的越多