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LED燈具相較傳統照明的優點為其高效能/長壽命，目前各家LED廠積極導入產品進入LED燈具照明市場，但消費者實際使用后的觀感卻是LED燈具似乎未如想像中的長效能，經過半年的使用就可發現色溫/亮度不均勻的問題，且其價格尚未能貼近消費者的期望，因此大多數消費者仍停留在觀望的階段。
根究其原因在於目前的LED壽命預估並未有一套標準可讓廠商遵循，LED燈具廠與LED元件廠的實驗方式也不一致。
LED元件廠量測方式:
為了讓LED元件維持在Ta(Ambient Temperature)=Tj(Junction Temperature) =25℃的溫度下工作，LED元件在未加散熱片並使用脈波方式進行壽命實驗，因此一般在規格書上可見到其效能數據的溫度是Tj=25℃。
LED燈具廠量測方式:
LED燈具為成品，壽命實驗則是使用定電壓/定電流的方式進行，但LED燈具內包含電源供應器/燈罩/散熱片，且LED燈具為多顆LED元件所組成，因此實際的LED元件的工作溫度高於實驗的環境溫度Ta=25℃(Tj>Ta)。
LED的壽命與其使用溫度成反比，因此若LED燈具廠直接採用LED元件的壽命數值作為規格時，消費者看到規格與實際使用的落差也就因此產生。
有鑑於此美國能源部(DOE)下的環境保護局(EPA)所頒發的能源之星(ENERGY STAR)提出了LED固態照明燈具的驗證方式，其內容中表示若要取得其LED固態照明燈具的認證須檢附五項資料:
1、依照IESNA LM-79實驗方法產出的光度測試報告
2、依照IESNA LM-79實驗方法產出的積分球輸出測試報告
3、流明維持率:
選項一 : LED元件性能
.依照IESNA LM-80實驗方法產出的LED元件測試報告
.提供LED燈具的ISTMT(LED元件原位置溫度測試)報告
選項二 : LED燈具性能
.依照IESNA LM-79實驗方式產出的6,000小時測試報告.
4、電源供應器
.提供LED燈具的TMPPS(原位置電源供應器溫度測試)報告.
5、保固方式
在流明維持率的選項一中需要進行兩項的數據實驗，其目的就是要以LED元件的LM-80各項溫度實驗報告推算LED燈具的壽命，如此便可解決元件與燈具不同溫度所對應的壽命問題。
依照能源之星的標準，將固態照明燈具應用分成兩類，其要求規格與實驗標準如表1.
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使用範圍
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要求規格
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實驗標準
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室內住宅
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25,000小時
流明維持率≧70%
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6,000小時
流明維持率≧91.8%
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戶外住宅及商用
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35,000小時
流明維持率≧70%
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6,000小時
流明維持率≧94.1
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表1 : ENERGY STAR固態照明燈具壽命要求.
顧及產品上市時間及數據有效性，按照能源之星與IESNA LM-80的標準，實驗時間至少需要6,000小時，參照圖1說明.
圖1 : ENERGY STAR壽命要求圖式
了解能源之星的要求后，接下來討論LM-80的規範內容，LM-80中實驗方式為使用3種測試溫度，分別為55℃/85℃，第三溫度點由廠商自訂，前文中有提到利用LED元件的LM-80報告推算LED燈具光衰壽命，使用下列的范列說明:
LED元件使用25℃/55℃/85℃進行LM-80實驗，6,000小時的結果如下表2:
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Ttime
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25℃
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55℃
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85℃
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0 Hours
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100%
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100%
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100%
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6,000 Hours
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98.80%
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95.20%
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92.80%
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表2 : LM-80實驗結果數值範例表.
廠商使用該LED元件于LED燈具上量測的溫度(TMPLED)為以下三種情況時，LED燈具的光衰壽命計算，可參閱圖2:
TMPLED ≦ LM-80測試最低溫度(25℃) :
LED燈具直接使用LM-80報告25℃數值作為其光衰數值。
LM-80低溫(25℃/55℃) ≦ TMPLED ≦ LM-80高溫(55℃/85℃) :
套用公式1，進行LED燈具光衰壽命推估，若LED燈具溫度為75℃，
經計算后可得知該LED燈具的光衰維持率為93.6%。
LM-80測試最低溫度(85℃) ≦ TMPLED :
LED燈具無法使用LM-80報告中光衰數值，須採用燈具ENERGY STAR中燈具點亮方式進行，或LM-80進行更高溫度測試。
圖2 : LED燈具溫度與LM-80實驗溫度光衰說明範例.
經由LM-80的實驗搭配In Situ的溫度量測，LED燈具廠便可有一套計算壽命的依據，若需要計算更長時間(如:50,000小時)的流明維持率數值則需要搭配IESNA目前正在討論中的TM-21推估公式來進行計算，此份文件的Draft版本已於2011年出版。
LM-80的實驗目的為計算LED元件的平均光衰維持率，其實驗時間長達6,000~10,000小時，因此建議廠商的LED產品至少要先執行過一般的可靠度實驗(如:HTOL/WHTOL/HTSL…等)確認產品無可靠性問題后再執行LM-80的實驗，如此便可降低LM-80實驗執行過程中的風險。
結語:
2008年出版的IESNA LM-80在規範中有許多部分未交代清楚，例如:
1、Ts(Case Temperature)的重複定義，此部分常造成讀者無法釐清Ts指的是實驗的目標殼溫還是實際量測的殼溫，如Ts≧Ts-2℃、Δ[Ta-Ts]≦5℃，此定義問題已在IES已在網站上更新勘誤表, 新的解釋能清楚說明其關係式。
2、Ta未有指定量測位置，接近LED或遠離LED量測Ta溫度可能會造成實驗的結果不同。
3、Airflow未訂定風速，僅說明Minimized，實際LED燈具在使用時其實不會有類似Chamber的強制對流的環境，只有本身的熱對流，此部分未定義也可能會有實驗結果誤差的產生。
4、製程變更的實驗要求，僅在LED燈具中有描述方法，但在LED元件中卻未提及，比如色溫不同是否需要重新認證?此部分常讓廠商不知如何訂定實驗計劃。
以上項目在2011年的LM-80版本應會有較明確的說明，屆時應該能讓我們能更清楚規範的要求。LM-80的實驗已經讓LED元件及燈具廠商有了一套共同的標準及語言，對於LED元件廠商來說提供LM-80的測試報告已經是進入LED固態照明燈具的基本門檻，希望能借由此文章讓國內LED廠商們加速了解此實驗，並取得國際認證。
本文作者：
宜特科技可靠度工程處 曾劭鈞經理
