LED器件与光源模组光通维持率与寿命时间

1、LED 器件与光源模组光通维持率与寿命时间LED 应用入门简介一、LED 器件与光源模组的光通维持率 Lv根据 GB/T24823-2009普通照明用 LED 模块性能要求，LED 器件或光源模组的光通维持率是指：模块在规定的条件下燃点，在寿命期间内一特定时间的光通量与该模块的初始光通量之比，以百分率表示，即有如下表示：Lv=小（t）/小（0）X100%式中：t 为特定时间单位为小时，一般规定为 3000h 或 6000h小（t）为燃点时间 t 后的光通量小（0）为燃点前的初始光通量规定 LED 器件或 LED 模组必须达到一定的光通维持率， 实际是用它来评判 LED器件预期工作寿命时间或 L

2、ED 光源模组在规定的环境温度等（即额定）条件下连续工作，具辐射光输出的衰退速率，如果衰退速率高，则此 LED 器件或光源模组的寿命时间短，反之则长。因为光通维持率越高，其工作寿命时间也长，二者是关联的。对用于普通照明的白光 LED 器件或光源模组，在上述颁布的国家标准或 CQC节能认证技术要求中都规定其 3000 小时的光通维持率不能低于 92%,或 6000 小时不低于 88%等，对于路灯用的 LED 器件或光源模组 3000 小时的光通维持率不能低于96%,6000小时不低于 92%等， 同时还规定了其工作寿命时间 （即光衰至初始值的 70%的工作时问）的要求为 30000 小时或 40

3、000 小时。本文主要讨论 LED 器件与光源模组的光通维持率与寿命时间的相互关联性。供作参考！二、LED 器件与 LED 光源模组光通维持率 Lv 与寿命时间 t（LIFE）的关联性从电子器件的电功能会随工作时延长发生暖慢退化的亚玛卡西方程知道，对于LED 发光器件，具发光能力即光输出也会随使用时间哀退，也就是指随着器件工作时间的延长，其输出辐射光通量会发生衰退，即所谓的“光衰”。GB/T24823-2009 中规定， LED 器件或光源模组连续工作直到其输出光通量为其初始光通量值的 70%寸的时间，即为其寿命终了时间 tLife(单位：小时)。亚玛卡西方程可表为：小(t)=小(o)exp(

4、-B*t)(1)式中：B 为：LED 器件或光源模组的光输出退化系数；t 为:LED 器件或光源模组的工作时间；小(0)!为 LED 器件或光源模组的初始光通量；小(t):为 LED 器件或光源模组经过工作时间 t 后的光通量。由(1)式显然可知：从规定时间 t 的光通维持率可以求得这类 LED 器件或光源模组的光输出衰退系数 B 值。以 Lv=0.96(即光通维持率为 96%)白 LED 器件或光模组为例它们的光衰退化系数 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对普通

5、照明的 LED 器件或光源模组标准规定的要求为 Lv0.92,则可得：5B(2)=(-1/3000)-ln(0.92)弋 2.779*10显然，不同的光通维持率的 LED,其光输出衰退系数也不同。衰退系数越小，LED 器件与光源模组的 30%光衰的时间越长，也即寿命时间越长。以上述 Lv=0.96 为例，其寿命时间 tLife可用(2)式求出，此时只要按寿命判据，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(小时)30%光衰时间，即寿命时间 tL

6、ife为 2.63 万小时。同样对光通维持率为 0.92 的 LED 器件与光源模组的寿命时间 tLife则为：tLifei=-1/B(2)-ln(0.7)弋 12832(h)显然：tLife1tLife2。这是因为 0(2)0(1)的原因所至。三、LED 器件与光源模组的光衰系数 B 与 Tj 的关系上面我们的讨论分析中， 均没有提到 LED器件与光源模组的光输出退化系数 B与哪些参数关联？从光通维持率可以推算出 B 值， 是有条件的如果 LED 器件与光源模组由于工作环境不同，或者其热管理设计不同，或者 LED 器件芯片上温度不同，则都会影响光输出的衰退系数 B 值的大小。 对于 LED

7、因其光电参数都是温度的函数因此 B与 Tj(或特定情况下与 Ta 环境温度)相关，这可用著名的阿伦尼斯模型耒描走述它们之间的关联。即有：B(Tj)=Boexp(-Ea/KTj)(3)式中：B(Tj)是器件 PN 结上温度为 Tj 时的衰退系数；Bo：是器件衰退常数；Ea：器件激活能(对 LED 一般在 0.440.46 之间)；K:波尔兹曼常数：8.62*10-5ev;Tj:LEDPN 结绝对温度。(用绝对温度表示是要加上 273K)。若 我 们 取 Ea=0.45,Ta=+45C,LED 芯 片 到 环 境 间 的 总 热 阻 为 ：ERth=Rth1+Rth2+Rth3+Rth4 时，以一

8、个 1WLED 为例。Tj=Ta+Pd(Rth1+Rth2+Rth3+Rth4)，假设四个热阻分别为(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)这里对某一类型 LED 可以通过测试求出它的衰退常数，如果我们仍用前述光通维持率为 0.96 的 LED 为例，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 时的 B(Tj)值，再利用(1)式求得不同 Tj利用已颁布的标准所规定的光通维持率求得的 tLife值。 再利用不同 Tj 下求出寿命时间值就可以作出 tLifeTj 的关系曲线。在已知 Ta=25C 的条件下 LED 芯片上的结温为：42C。若因 Ta 变化为 48 度则 Tj=65C,此时的光通维持率又为多少？我们来推算一下：=225.76*exp(-15.445)=2.48*10-5(65C)/(o)=exp(-B(65C)t=exp(-0.744)Q0.9285即光通维持率应为 92.85%于是：tLife=-1/B(65)-ln(0.7)5=0.3566/(2.48*10)Q1.438*104(h)对于 LED 器件与光源模组， 知道了在特定条件下，即规定的电功率 Pd,工作环境温度 Ta 及 LED 器件的热阻 Rth1,及 PCB 板热阻 Rth2，散热器热阻 Rth3 及散热器与环境间的等效热阻 Rth4 时的光通维持率，就可以推算出该 LED 器件或光源模组的工作寿命时间的水平 o当然这方面要对一定数量的 LED 器件或光源模组进行多次光通维持率的多次