Grundlagenwissen LED in der Beleuchtung Messung und Vorhersage des LED-Lichtstromrückgangs

Autor / Redakteur: Philipp Plathner und Christian Jung * / Dipl.-Ing. (FH) Hendrik Härter

Die neue IEC 63013 ist auf dem Weg, die internationale Norm für die Lebensdauervorhersage von LEDs zu werden. Wir geben einen Überblick zum aktuellen Stand.

Firmen zum Thema

Lebensdauervorhersage: Das LED-Package für die Lebensdauerprüfung
Lebensdauervorhersage: Das LED-Package für die Lebensdauerprüfung
( LED Institut Dr. Slabke)

Zu den Besonderheiten einer LED zählt, dass sie im Gegensatz zu einer Glühlampe nicht komplett ausfällt, wenn sie ihr Lebensende erreicht hat. Vielmehr ist bei LEDs eine kontinuierliche Abnahme des Lichtstroms, eine sogenannte Lichtstrom-Degradation, festzustellen.

Es gibt aber aktuell keinen internationalen Standard, der eine vereinheitlichte und zuverlässige Methode zur Langzeitprognose des LED-Lichtstromrückgangs beschreibt. Diese Lücke will die International Electrotechnical Commission (IEC) als die weltweit führende Organisation für globale Standardisierung von elektrischen, elektronischen und damit verwandten Technologien schließen. Ziel ist es, die US-Standards LM-80 (Measuring Luminous Flux and Color Maintenance of LED Packages, Arrays and Modules) und IES TM-21 (Projection Long Term Lumen Maintenance of LED Light Sources), die derzeit oft für die Prüfung und die Lichtstromvorhersage verwendet werden, zu ergänzen.

Bildergalerie

Norm für die Langzeitprognose des Lichtstromrückgangs

Der aktuell vorliegende Normen-Entwurf (Committee Draft, CD) für die Vorhersage des Lichtstromrückgangs bei LEDs übernimmt Definitionen und Begriffe aus dem Standard IEC 62504 (Allgemeinbeleuchtung - Licht emittierende Dioden (LED) Produkte und verwandte Ausrüstung - Begriffe und Definitionen). Die Messung des Lichtstromrückgangs erfolgt für einen Zeitraum von mindestens 6000 Stunden nach der Methode des LM-80. Um geeignete Vorhersage-Modelle für den Lichtstromrückgang zu modellieren, wertete ein Projektteam (PT) der IEC LM-80-Messungen von 39 unterschiedlichen LED-Komponenten aus.

Das Flussdiagramm im Bild 1 zeigt die prinzipielle Vorgehensweise des geplanten neuen Standards zur Vorhersage des LED-Lichtstromrückgangs. Entscheidend ist dabei, dass im Vorschlag des PT 63013 zum TM-21-Verfahren ergänzende Methoden für die Lebensdauerprognose anerkannt werden. Der aktuelle Entwurf empfiehlt, dass die mit LM-80-Verfahren bestimmten Lichtstrom-/Zeit-Kurven mindestens 6000 Stunden und drei Temperaturen umfassen sollen. Daran schließt sich die Extrapolation mit einer Exponentialfunktion gemäß des TM-21-Standards an.

Das exponentielle Extrapolationsverfahren (TM-21) hat der US-Amerikanische Verband IES in seinem gleichnamigen Standard IES TM-21-11 von 2011 beschrieben. Dazu werden die gemittelten Lichtströme zunächst auf 100% normalisiert. Anschließend wird an die Datenpunkte ein exponentieller Verlauf f(t) = B exp(-αt) über die Methode der kleinsten Fehlerquadrate angepasst. Sofern die ermittelte Funktion abfällt (α>0), kann aus der Kurve die Lichtstrom-Degradation extrapoliert werden. Beispielsweise über die Zeit bis zu 70% des Anfangswerts L70.

Lichtstromrückgang auf das 6-fache des Prüfzeitraums

In Fällen, in denen der Kurvenverlauf keine abfallende Exponentialfunktion ergibt (α<0), wird ein Grenzfunktionsmodell eingeführt. Als ergänzendes Verfahren wird in Annex A der neuen Norm die Temperaturbeschleunigung nach dem Arrhenius-Modell als informativer Anhang aufgenommen. Es lehnt sich an IEC 62506 (Verfahren für beschleunigte Produktprüfungen) an.

Die Ergebnisse des beschriebenen Prozesses münden in einem detaillierten Bericht, der den Kunden die nötige Transparenz der ermittelten Lebensdauerwerte bietet. Für alle beschriebenen Verfahren wurde die Beschränkung aus TM-21 übernommen, wodurch jede Vorhersage des Lichtstromrückgangs auf das maximal Sechsfache des Prüfzeitraums zu begrenzen ist. Das heißt, bei einer Prüfzeit von 6000 Stunden ist der maximal zulässige Wert für die Vorhersage des Lichtstromerhalts 36.000 Stunden (= 6 x 6000 Stunden).

Artikelfiles und Artikellinks

(ID:44023220)