LM-80不等于LED燈具/燈泡的壽命

　　一、前言

　　目前LED燈泡在市場(chǎng)中存在著(zhù)兩個(gè)重要的問(wèn)題：

　　第一是標識不清。根據工研院測試業(yè)界的LED燈泡發(fā)現，高達五成以上的LED燈泡，所標示的實(shí)際光通量均低于標示值10%以上。

　　第二是品質(zhì)參差不齊。目前市場(chǎng)上沒(méi)有一套規范能夠說(shuō)清楚LED燈泡的售價(jià)與品質(zhì)之關(guān)系。造成消費者經(jīng)常拿著(zhù)「蘋(píng)果和橘子」在比較，有些更是花了較高的價(jià)格，但并沒(méi)有買(mǎi)到品質(zhì)相對高的產(chǎn)品，這種劣幣逐良幣的情形越來(lái)越嚴重，也引起了歐美日等國高度關(guān)注LED燈具/燈泡的標識和品質(zhì)的問(wèn)題。

　　有監于此，經(jīng)濟部能源局針對LED燈泡也加速節能標章的推動(dòng)，對這件事情來(lái)說(shuō)，筆者是一則以喜，一則以憂(yōu)。喜的是至少臺灣快要有一個(gè)共通性的標準，可以提供消費者來(lái)選擇自己所需要的LED燈泡。憂(yōu)的是，消費者花了比較多的錢(qián)，購買(mǎi)了符合「節能標章基準要求項目」的LED燈泡，真的就有了品質(zhì)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(chǎng)上較具官方代表性的規范，能夠與燈泡壽命扯上一點(diǎn)關(guān)系的，應該是屬美國環(huán)境保護署/能源之星針對LED燈泡/燈具所發(fā)布的LM-80規范了。然而，自從此規范發(fā)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(zhuān)家們甚至開(kāi)始呼吁，應該要立即停止以L(fǎng)M-80的流明維持率(L70)作為L(cháng)ED燈泡或燈具壽命判斷的唯一依據。

　　事實(shí)上，2006年時(shí)，美國能源部固態(tài)照明（SSL）品質(zhì)工作小組，邀請了32位可靠性專(zhuān)家們，針對LED的可靠性與壽命估算方法進(jìn)行非常深入的討論。在考量LED當時(shí)產(chǎn)業(yè)技術(shù)能力后，工作小組決定，以流明維持率(L70)來(lái)代表LED元件和燈具的可靠性會(huì )最為顯著(zhù)，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(jué)上是感覺(jué)不到的，一直要等到光源衰退至初始光源的70%(L70)時(shí)，人們才會(huì )感覺(jué)的到燈泡變暗，這時(shí)也就影響到照度。因此，工作小組建議以流明維持率(L70)作為L(cháng)M-80規范的唯一判定依據。但爭議點(diǎn)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(zhù)什么樣的問(wèn)題呢？　　三、蘋(píng)果要跟蘋(píng)果比：LED燈具是「電子產(chǎn)品」，不是傳統「燈泡」

　　LED元件壽命：

　　基本上LED元件是發(fā)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(jīng)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(lái)評估LED元件壽命。以目前LM-80規范來(lái)說(shuō)，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L(cháng)ED元件的失效判定標準，其實(shí)爭議是不大的，特別是在TM-21壽命推估方式發(fā)布后，更解決了各廠(chǎng)商在LED元件壽命上各說(shuō)各話(huà)的情形，但是對使用LED元件的燈具廠(chǎng)來(lái)說(shuō)，可能產(chǎn)生的爭議點(diǎn)是：

　　1. 在能源之星/LM-80規范中，要求LED元件必須通過(guò)三種不同溫度的試驗，在每個(gè)試驗溫度下，最少必須有20顆LED元件通過(guò)6000小時(shí)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(shí)試驗過(guò)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(jīng)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(zhù)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(shí)，即代表LED元件的壽命到了。除了晶粒品質(zhì)外，包括封裝材料的選擇到打線(xiàn)技術(shù)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(lái)說(shuō)，先通過(guò)「可靠性資格驗證」絕對有其必要性。

　　備注：在執行LM-80/6000小時(shí)的試驗過(guò)程中，為了降低部分LED失效而使試驗中斷的風(fēng)險，通常LED元件廠(chǎng)會(huì )提高試驗的取樣數量，當試驗過(guò)程中有部分LED出現死燈或早夭時(shí)，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(chǎng)商在閱讀LED供應商所提供的LM-80報告時(shí)，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(gè)因子嗎？ 基本上，LED燈具是由括調光器，電源供應器，發(fā)光二極體，光機驅動(dòng)元件、散熱模組等所組成，這表示整個(gè)燈具的壽命，實(shí)際上是由數個(gè)電子模組串聯(lián)或并聯(lián)所構成，而每個(gè)電子模組都有各自的功能和可靠性水準，當任何一個(gè)模組發(fā)生問(wèn)題時(shí)，都代表著(zhù)LED燈具失效了，這點(diǎn)與傳統鎢絲燈泡大不相同，如果我們把LED產(chǎn)品看做電子產(chǎn)品，哪些是構成LED產(chǎn)品失效的主要原因呢？　　其實(shí)，從一般電子產(chǎn)品的常見(jiàn)失效情形就可以窺出一二。電子產(chǎn)品常見(jiàn)的失效包括散熱設計不良、過(guò)載使用、驅動(dòng)電路故障、電源故障以及零件或制程工藝不良等。只要是會(huì )發(fā)生在電子產(chǎn)品上的失效情形，基本上都會(huì )出現在LED產(chǎn)品上，針對這類(lèi)型的缺陷，通?？衫秒娮赢a(chǎn)品可靠性設計驗證手法，在實(shí)驗室被提早發(fā)現而加以改善。另一種失效是屬于電氣特性上的失效，若以L(fǎng)ED燈具來(lái)說(shuō)，如流明維持率、色溫/色彩變化、電源參數偏移等，針對這類(lèi)型的缺陷，則利用環(huán)境試驗與可靠性證明試驗加以驗證即可。因此，從過(guò)去在電子產(chǎn)品在可靠性上的經(jīng)驗來(lái)看，LED產(chǎn)品也應遵循著(zhù)傳統的電子產(chǎn)品環(huán)境與可靠性試驗模式，來(lái)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(lái)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(hù)外LED路燈失效數據統計中得知，電源與控制驅動(dòng)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(shù)能力的產(chǎn)品，并針對戶(hù)外用LED路燈實(shí)際所觀(guān)測的數據，從數據中可得知電源模組與控制驅動(dòng)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(hù)外環(huán)境因子較室內環(huán)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(dòng)等)。因此，對戶(hù)外用LED產(chǎn)品來(lái)說(shuō)，環(huán)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(chǎng)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(mǎi)賣(mài)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(chǎn)品雛型階段執行設計驗證，這絕對是LED產(chǎn)品可靠性的關(guān)鍵所在。

　　3. 建立一套LED燈具之環(huán)境模擬與壽命加速試驗規范等?！　?strong style="word-break: break-all; ">五、對LED元件廠(chǎng)的建議

　　1. 以目前市場(chǎng)來(lái)說(shuō)，符合LM-80試驗的LED元件，一定有助于全球市場(chǎng)的開(kāi)拓。

　　2. 執行LM-80試驗前，必須先進(jìn)行可靠性資格試驗(Reliability Qualification Test)，以確認封裝品質(zhì)與電器性能有無(wú)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(lái)過(guò)。

　　3. 進(jìn)行LM-80流明維持率試驗時(shí)，可提高取樣數量，在以總試驗數量進(jìn)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(wù)需求參考相關(guān)規范即可。(如AEC-Q101、JEDEC/JESD22、MIL-STD-883、Telcordia GR 468等)

　　六、結語(yǔ)

　　一個(gè)產(chǎn)品壽命要好，供應鏈中無(wú)人能置身事外，更無(wú)須質(zhì)疑的，符合LM-80的LED元件品質(zhì)，一定比不符合的來(lái)的好。當LED產(chǎn)能?chē)乐剡^(guò)剩，市場(chǎng)也經(jīng)常傳來(lái)LED企業(yè)倒閉的消息，如果還能夠存活下來(lái)的公司，「成本」與「品質(zhì)」將是王道。尋找專(zhuān)業(yè)的實(shí)驗室給予協(xié)助，絕對是提升品質(zhì)與市場(chǎng)競爭力最快速的方法之一。