LED的可靠性解析

現(xiàn)在大街上隨處可見的LED顯示屏，還有裝飾用的LED彩燈以及LED車燈，處處可見LED燈的身影，LED已經(jīng)融入到生活中的每一個角落。LED照明產(chǎn)品應用于普通照明至少有十年時間了，但如何評估LED照明產(chǎn)品的可靠性仍然是一個爭論不休的話題，有時甚至令人相當困惑。本文將討論LED照明系統(tǒng)可靠性的一些評估標準和過程。

采用現(xiàn)有照明技術(shù)的白熾燈或熒光燈的性能通常用平均使用壽命來衡量，它是指連續(xù)工作的一批被測燈中一半發(fā)生故障(不再發(fā)光)所花的時間。白熾燈的平均使用壽命大約是1000小時，緊湊型熒光燈的平均使用壽命約為1.2萬小時，線型熒光燈的平均使用壽命約為2.5萬小時。相比之下，工作在合適環(huán)境條件下的LED的發(fā)光時間可達10萬小時甚至更長，因此無法測量它們的平均使用壽命。

LED照明壽命用L70指標來表征，是指以流明(L)為單位測量得到的輸出光強下降到最初亮度的70%時所用的時間。從可靠性工程的角度看，L70的缺點是，由照明公認權(quán)威組織“照明工程協(xié)會”發(fā)布的測量方法只測量LED封裝的流明輸出，而沒有將驅(qū)動電路、熱管理設計甚至光路等其它系統(tǒng)因素考慮進去。現(xiàn)在的照明制造商沒有將重心放在整個系統(tǒng)的可靠性上，因為燈幾乎總是最先壞的部件。但隨著LED照明的發(fā)展，制造商和最終用戶逐漸認識到，照明系統(tǒng)的其它部分可能成為整體壽命的限制因素，如下表所述。

表1：2015年固態(tài)照明設備的典型性能

可靠性是指一個部件或一個系統(tǒng)在特定工作條件下、在一段指定時間內(nèi)，按設想那樣正常工作的概率。產(chǎn)品可靠性評估基本上都是根據(jù)加速壽命測試統(tǒng)計建模和預測方法進行的。對LED照明系統(tǒng)來說，額定光衰和其它元件故障都會影響整體可靠性，如圖1所示。事實證明將照明系統(tǒng)性能的這兩個不同因素結(jié)合起來的統(tǒng)計模型已不太適用，這是為什么一直將重心放在魯棒性測試上的主要原因。

圖1：LED照明系統(tǒng)整體可靠性實例。

在現(xiàn)場作業(yè)中，魯棒性是衡量一個產(chǎn)品或系統(tǒng)在特定環(huán)境下按設想進行工作的能力的一種非量化指標，方法是確認按照特定的設計和生產(chǎn)工藝所做出的產(chǎn)品可以承受比正常工作情況下更大的應力。幾十年來，電子行業(yè)一直采用魯棒性測試方案作為驗證程序的一部分。直到最近這種概念才被更多的LED照明組織所接受，因為他們終于認識到基于LED的照明產(chǎn)品與其它電子產(chǎn)品并沒有太大的區(qū)別。

與使用設計原型的可靠性測試不同，魯棒性測試一般是將生產(chǎn)樣品放到各種超應力條件下，使其更有效地成為整個品質(zhì)認證系統(tǒng)的一部分?？煽啃詼y試的目標是檢測出故障，以便了解故障模式，與之不同，魯棒性測試所期望的是在測試結(jié)束時所有產(chǎn)品都會正常工作。

LED照明的魯棒性測試與JEDEC、IEC和其它組織發(fā)布的其它類型電子設備的測試非常相似，但根據(jù)LED產(chǎn)品的特殊性進行了一些調(diào)整。對于給定產(chǎn)品的測試方案將根據(jù)目標應用的不同而不同，比如室內(nèi)辦公產(chǎn)品的測試板可能不需要包含高溫工作或振動。下表列出了針對LED照明產(chǎn)品推薦的比較常見的魯棒性測試項目。

最近一些標準機構(gòu)針對LED照明系統(tǒng)的魯棒性問題進行了研究，還有許多工作要做。相信在未來的科學技術(shù)更加發(fā)達的時候，LED會以更加多種類的方式為我們的生活帶來更大的方便，這就需要我們的科研人員更加努力學習知識，這樣才能為科技的發(fā)展貢獻自己的力量。