自我国试点“十城万盏”项目至今已有十五年，在此期间LED照明技术取得了长足的进步，LED照明产品不断推陈出新，许多的观点和认知也在与时俱进。本文以光通维持率为对象，结合相关标准和LED产品测试数据，探讨LED户外灯具的过去和现在，推测可能的未来变化趋势，呈现LED户外灯具的发展现状。

关键字：LED封装；户外灯具；光通维持率

作　者：周必成，洪梅娟，何伟鹏，姬思思（杭州华普永明光电服份有限公司）　

出　处：中国照明电器　2025第2期　Ｐ38-42，53　1002-6150

LED白光技术问世至今已有40余年，自我国试点“十城万盏”项目至今也有十五年，在这些年里，迅速发展的LED技术带来了LED灯具性能的提升和突破。其中，产品的寿命是提升最显著的参数之一，所以目前“LED的寿命很长，可以用很多年”的观念已经深入人心，成为了LED灯具的代表性标签之一。

但是这样的认知还是一个相对片面和模糊的概念。如何定量且准确地去定义、评判乃至规划应用这一参数性能，是值得我们深入分析研究的话题，也是本文探讨的重点。

1 光通维持率与寿命的定义

国家标准GB/T 2900.65—2023《电工术语照明》^[1]第845-27-114项将光通维持率（luminous flux maintenance factor）定义为“在规定条件下燃点的电光源在其使用寿命中一给定时间的光通量与其初始光通量之比”。这个概念接近于日常沟通所说的“光衰”：若灯具光衰了30%则此时的灯具光通维持率是70%。

对于LED灯具，光通维持率和灯具寿命这两个概念是紧密关联的。如GB/T 31832—2015《LED城市道路照明应用技术要求》^[2]的3.23定义寿命（life time）为“在标准测试条件下，LED灯具保持正常燃点，且光通维持率衰减到70%时的累计燃点时间”；GB/T 33721—2017《LED灯具可靠性试验方法》^[3]的3.5定义光通维持寿命（lumen maintenance life）为“在额定工作条件下，LED灯具光通量衰减至初始值的70%所经历的时间”，3.6定义LED灯具的失效（LED luminaries failure）为“LED灯具由于某元器件失效而无法正常工作或者输出光通量随时间衰减到小于额定光通量的70%的现象”。由此可见，LED灯具不仅将无法正常工作判定为失效，还将光通维持率低于某一阈值视为失效。这一点区别于LED出现前的照明产品，它们仅将无法正常工作判定为失效。

经过多年的发展，LED照明技术已日趋完善，由元器件失效引发的灯具失效案例较早些年已大幅减少。在各类工程项目的实施中，绝大多数项目都会对易失效的控制装置提出单独的要求，并独立进行考核评判。所以目前实际应用中一般都将光通维持寿命等效视作为灯具寿命。即使严格意义上的灯具寿命不能完全等同于光通维持寿命，但是日常交流中提到的“寿命”在多数情况下实际指向“光衰寿命”，指向了灯具的光通维持率寿命。

当然，将颜色稳定性也纳入到寿命计算范畴的声音在业内一直存在。但从国内外现行的标准看，目前这一观点尚未成为主流。同时相关研究也表明，颜色的稳定性（以色温漂移为主要参数）变化与光衰成一定比例关系，光衰越严重，色温漂移也会越大^[4]。所以在广泛意义上，L₇₀的时长被视作为LED灯具和LED光源的光通维持寿命值，也是日常交流中常说的寿命。

2 灯具光通维持率衰减的成因

在大众的认知中，外界的温度是影响LED灯具寿命的最关键因素，其次的影响因素是电流，所以通过调控电流和温度进行加速寿命试验可以预测LED灯具的寿命。但事实上，外界环境的水汽、腐蚀性气体、紫外辐射等多种因素都会影响灯具的光通维持率表现，同时LED灯具配置方案的光源选择、电气设计、散热设计、防护设计等种种内部因素，也会对此产生影响。所以业内人士一般都会从LED封装、散热系统、驱动电源、使用环境4个方面，对影响LED灯具寿命的因素进行分析^[5]。

虽然以上提及的各项因素都会直接或间接地影响灯具光通维持率衰减率，但是最直接、最根本的衰减来源是灯具的内部器件或组件的改变，其他的因素只起到了催化加速的作用。因此，从LED灯具内部直接引起衰减的组成部件来分析，主要是以下几项。

（1）LED封装

这是LED灯具的发光来源。LED封装的光通维持率衰减是灯具衰减的最直接来源，通常也是最大的来源。需要说明的是，描述的光源光通量衰减一般是指不可逆的部分，即芯片因为化学键断裂、原子跳迁、晶格结构损坏等材料劣化引起的衰减。这部分衰减与自身的构成相关，也与灯具的应用方案相关。光源芯片工作时所处的温度越高，相同条件下的衰减幅度就越大——在温度升高时，LED内部缺陷在有源层形成非辐射复合，增加光吸收，LED芯片产生的热量增加，致使p-n结温度上升，半导体内部缺陷繁衍，侵入其非辐射区，影响LED器件的发光性能^[6]。

（2）光学器件

为满足户外照明的效果要求，绝大多数的LED户外照明灯具都存在二次配光设计。实现二次配光的常见结构有透镜和反射器两种，前者占多数。透镜的材料主要有聚碳酸酯（PC）和聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）两种，前者是目前户外照明的主流选择。不管是PC还是PMMA都属于高分子聚合物，随着使用年限的增加不可避免会发生分子键的断裂、转移，致使材料劣化从而引起透光率的降低，反映在灯具层面就表现为光通量的降低。对于户外灯具而言，户外环境中的紫外辐射和高温高湿等因素都会加速材料的劣化，导致材料的透光率快速降低。当然，上述结论的前提是光学材料不含硫等引发光源快速光衰或失效的毒害物质，否则毒害物质在材料出现劣化前早已对光源造成了不可逆的影响^[7]。

（3）控制装置

从原理分析，控制装置也存在影响LED灯具的光通维持率表现的可能性。长期运行后，电子元器件劣化可能引发的控制装置效率降低，输出电参数的波动也可能引起的光功率降低。但从现状看，知名品牌会从设计之初就对此问题进行规避或改善，将可能的负面影响减小到忽略不计的程度；至于小微品牌和无品牌的控制装置往往会出现早期失效，几乎无缘等到长期衰减的发生。所以，目前控制装置更多与LED灯具的异常失效相关联，不作为影响LED灯具的光通维持寿命的因素。

（4）维护保养

从定义看，影响光通量的因素都会影响LED灯具的光通维持率，灯具发光面在户外受到灰尘、污渍等污染物的影响会降低灯具的光通量，且越是污染严重区域对光通维持率的负面影响越为严重，因此灯具的维护保养也是影响光通维持率的因素。但是这一因素造成的光通量降低是可逆的，通常将污染物清洗干净即可消除负面影响——这也是绝大多数光通维持率的测试前需要先清洁灯具的原因。所以维护保养因素通常会体现在应用方案中，而不会视为灯具性能的影响因素。

基于上述分析在日常的沟通和项目应用中，LED封装和光学器件被视为影响光通维持率的两大主要因素。即，其他的参数构件都视作相同功效的前提下，可以通过评测LED封装和光学器件来评估灯具的光通维持率。

3 光通维持率数据的获取

接着上面的分析，对灯具光通维持率的评估，可以等效转化成对LED封装和光学器件的评估。但实际应用中，LED灯具的光通维持率与LED封装的关联度更高，光学器件的影响通常被忽略。这主要是以下两个原因。

一方面，高品质的LED户外灯具，光学器件普遍会选用耐候性强的材料。参考图1的光学材料耐候性曲线，在一般工程项目的周期内（3~5年）衰减率仅在2%~5%之间。考虑户外灯具的安装使用状况，实际的衰减率低于完全暴露的测试姿态——以路灯为例，路灯发光面朝向路面，正常情况下发光面接收的紫外辐射剂量不到直接暴露时的2%。因此在应用中光学器件的影响几乎可以忽略不计。

另一方面，大部分的现行标准和认证都是只将LED封装纳入影响因素。如GB 37478—2019《道路和隧道照明用LED灯具能效限定值及能效等级》[8]的5.2项，“当灯具使用有LM-80测试报告的LED封装，与报告对应的参数经测试和计算验证符合后，可将测试报告中LED封装的3000 h光通维持率作为灯具3000 h的光通维持率”。CQC对于LED灯具光通维持寿命认证，采用了GB/T 33721—2017第14.1.1的流程，以光源是否具有LM-80测试报告和使用的LED模块、测得的参数是否与LM-80符合来判定测试方法（如图2）。一系列的标准判定和认证检测都表明了在实际应用中，灯具的光通维持率推算可以引用或部分引用自LED封装的光通维持率数据。

图1 某国际品牌光学级PC材料的透光率随时间变化曲线

图2 GB/T 33721—2017中14.1.1试验方法选择流程图

LED灯具的光通维持率关联到LED封装的光通维持率，而LED封装的数据一般取自其LM-80报告。目前业内品牌光源厂家都会对产品进行此项测试，在应用中LM-80报告已被越来越多的用户视为LED产品的基础数据。

图3是某国际品牌LED封装的LM-80的衰减变化曲线。从数据看在焊盘引脚温度t_s=105 ℃，工作电流I_f=150 mA时，燃点10000 h衰减了3%左右，通过拟合曲线推算60000 h仍有85%左右的寿命（受限检测方法，报告结论数据仍为L₇₀＞60000 h）。

图3 某国际品牌灯珠的衰减曲线

本质上这项测试属于通过加速测试来推导的预测数据。但业内多次的相关研究证明，LED封装的寿命预测建立在至少6000 h检验的数理统计学的基础上，是具有现实意义的^[9]。为了检验LED灯珠与组装后成品灯具的光衰情况相似程度，我们委托第三方检测机构对成品灯具（采用图3同规格灯珠）进行了长期燃点测试，累计燃点40000 h后获得表1数据。为了便于比较，此处将表1数据绘成图4的形式。

比较图3的光源曲线和图4的趋势线，去除误差后，实测的灯具衰减曲线与LED封装的LM-80衰减曲线基本是相似的，各节点的数据值也极为接近。由此也验证了，以光源的光通维持率衰减来预测LED灯具的衰减情况的方法是科学可靠的。

表1 灯具的长期光通维持率测试数据

图4 实测LED灯具的光通维持率变化曲线

现实情况也确实与推论一致。下图摘取自某国际知名品牌光源厂家的LM-80报告，分别是报告时间2013年的3535封装形式（图5），与报告时间2022年的5050封装形式（图6），都是当时该品牌在户外照明领域的主力方案。

图5 报告时间2013年的3535封装光通维持率数据

图6 报告时间2022年的5050封装光通维持率数据

对比图5和图6中L₇₀的推算时长和报告时长，可以看出目前户外照明主流的5050封装明显优于10年前的3535封装。基于本节开始的推论，受益于光源的光通维持率的明显提升，产业下游的LED灯具的光通维持率也获得了明显的提升。

如图7所示，有明显提升的不仅是L₇₀的时长，报告中L₈₀（光通维持率衰减到初始值的80%）和L₉₀（光通维持率衰减到初始值的90%）的预测时长也达到、甚至超越了十年前LED封装的L₇₀预测数据。从应用角度看，如果以L₇₀来衡量寿命的话，目前的光通维持寿命实质上已超过了产品更新换代的周期。从另一个角度看，因为LED封装和LED灯具的L₇₀时长已经超出了基本使用需求的范围，所以LED灯具已经具备了追求更高性能参数的现实基础。

图7 5050封装光通维持率相关的其他数据

从图6和图7可见，应用端需求的寿命时长都在光源的L₇₀时长范围内，大部分也同时在L₈₀、L₉₀时长的范围内。所以对于高品质的LED灯具，光通维持率已经不是限制LED灯具寿命的瓶颈，灯具寿命的短板在于电子元器件失效引发的早期失效。如前文所述，工程项目中控制装置往往是单独作考核的，在不考虑早期失效的前提下，LED灯具完全可以定义更高的光通维持率门槛。

L₇₀在业内是公认的LED灯具寿命判定条件，但就如LED系统可靠性联盟（LED System Reliability Consortium,LSRC）所建议的，寿命和应用有关^[10]。在某种应用中，是可以根据当地照明水平需求，规定寿命为平均光输出降至x%的时间。各类工程项目也印证了这点，往往越是重大的项目越是会提出更高的要求。常见的有欧美的L₈₀B₁₀要求、中东的L₈₀、L₈₅要求等。现实的需求也推动品牌公司直接将更高的判定标准代替一般的L₇₀作为寿命宣称值，如图8所示。

图8 三家欧美知名品牌的LED户外灯具标称数值

国内目前尚未直接提出更高的寿命判定标准，但是项目运作中确实存在以间接方式提高判定标准的案例。如以特定时间内更小的衰减值要求、LMF的时间要求等方式，使得折算成标准L₇₀时长后数值远超实用所需的时长，间接将判定标准拔高到L₇₀以上。就交付的产品而言，这与国外直接提出L₈₀、L₈₅等指标的做法本质上是相同的。

换言之，光通维持率在应用中已经超越了灯具寿命判定标准的初始定义，越来越多地用于衡量灯具的衰减性能。即采用更严苛的L₇₀时长要求，挑选出相同时间内衰减率更小的LED灯具。如此操作的结果就是产品的光通维持寿命远超项目需求，即当项目周期结束时LED灯具的光通维持率仍远高于70%。就某种角度看，这确实是资源配置不合理的表现；但换一个角度，这也是技术发展的必然。

当没有负面外力因素作用时，市场需求不断推动产品迭代、技术进步，新产品、新技术的产生又在引发新需求的产生，两者形成了正循环。站在使用者角度，这一现象带来的是更持久的光输出，形成了更稳定的照明环境，毫无疑问是提升了照明质量，提高了基础设施的质量，带来正面的影响。站在生产者的角度，这一变化促使对产品品质性能进行不断地改进提升，从而促进技术进步和产业发展。站在这个角度，提高光通维持率的判定标准是有利于行业发展和保护用户利益的，也是有利于基础设施的优化，提升公共交通的安全系数的，最终让人民享受到技术进步带来的红利。

6 总　结

在大众概念中，光通维持率和光通维持率寿命是LED灯具的主要卖点，也是别于其他类别照明产品的主要差异点。随着技术的发展和用户需求的提升，高品质产品的光通维持率判定条件和衡量参数也在不断地提升。有别于目前体量越来越大的经济型LED产品，高品质产品路线的发展将是LED技术进步和品质提升的代表。

对于L₇₀这个参数，目前更多被用于比较LED灯具的光通维持率性能，而不再简单作为定义光通维持寿命终点。可以预见的是，光通维持寿命的终点判定条件基于L₇₀不断提高，将会是高品质LED户外灯具发展的必然。