Maintenance Factors & LEDs: Are they being used correctly?

In order to properly predict the performance of an LED lighting system and to accurately compare results to competing LED and conventional lighting systems, lighting engineers and designers must be particularly careful to use appropriate LED Maintenance Factors.
Calculations to predict performance lighting installation are fundamental to the practice of lighting design and lighting engineering. These calculations allow lighting engineers and designers to predict lighting performance and whether the design meets and complies with the correct specification and performance recommendations.

Talk by Darryl Bullock MSc BEng (Hons) BA CEng MILP MIET, National Project Manager of Light and Energy Design

1. Darryl Bullock,
CEng,MSc,BEng(Hons),BA, MILP,MIET
National Project Manager

2. LED –Maintenance Factors
What Is The Correct Solution?
Lighting Design

3. Choosing the Correct Solution
•Energy
•Design Life
•Colour Temperature
•Optical Performance

4. Product reliability
As with all Luminaires Conventional or 
LED, the overall product reliability is 
determined by the integration of 
packaging and assembly of  components 
into a final product, ensuring that each of 
the component parts are adhered to with 
respect to drive conditions and thermal 
management
.

5. Lumen Depreciation
Most LEDs experience a gradual reduction in light 
output over the lifetime of operation 
Lumen Maintenance
The reliability of the LED to maintain its light output 
during operation 
As such, any degradation or reduction in performance 
can be either from a reduction in the light‐emitting 
efficiency of the LED chip or a reduction in the light 
transmission of the optical path within the LED 
package, module
 or fixture.  

6. Projected Energy Rise

7. Design Life
•The subject of maintenance factors for LED lanterns that 
is a topic is a topic that is being raised on a frequent 
basis.
•Lumen maintenance is taken from LM80‐08 report. All 
reputable LED manufacturers produce TM21 data for 
10,000 hours of operation of their LEDs at various drive 
currents 
and junction temperatures which can be used to 
extrapolate lumen maintenance at end of life. 
•LM80‐08 recommends that the extrapolation period 
should not exceed 6 times the test period, or 60,000 
hours. However this is not helpful when trying to 
predict 100,000 hours. 

8. Common Denominators
•All lanterns are subject to the same MF relating to 
cleaning frequency and environmental zone. So for 
E1/E2 6m column 72 month cleaning frequency this will 
be 0.92 
•After this I think the chosen maintenance factor varies 
from product to product depending on the information 
available.
•Is this the case
 ??
•Less pollution 

9. The life of LEDs
•The life of LEDs (Lx) is defined  as the length  of time 
during  which the LEDs will
•provide  more than a claimed percentage  (x) of the 
initial light  output.
•A manufacturer will  declare values for life and lumen 
maintenance,  usually at a specified ambient  
temperature.
•The factor  Lx takes into  
account the general decline of 
light  output over life.
•In addition to this there is likely to be a failure  of LEDs, 
comprising  both catastrophic (total) 
•failure  and a steep decline in light  output to a value
•considered to be below  acceptable operation.

10. Current Vs Light

11. Lifetime @ 700mA

12. Lifetime @ 350mA

13. Controlling Temperature

14. The failure  rate over the rated life is defined  
as the failure  fraction (Fy) 
•The failure  rate over the rated life is defined  as 
the failure  fraction (Fy) where y is the 
percentage  of LEDs that  will have failed  at the 
end of rated life. For example, F10  (100000 h) 
indicates that  10% of the LEDs will  no longer  
be considered operational at 100 
000 h.
•For lighting design the failure  fraction Fy needs 
to be taken into  account. Using the example, if 
10% of the LEDs have failed  then 90% will  be 
operational; this is equivalent to a survival factor  
of 0.9.

15. L70 @ 35
o
C
Also known as L70B50 
which is the point when 
50% of the LED’s lose 
30% of their Lumen 
Output

16. What Drive Current
•For lighting design, the overall maintenance  factor  for 
LED luminaires  takes into account the following factors:
•
••    The lumen maintenance of the LEDs at the end of their  
rated life –this is equivalent to lamp lumen maintenance  
factor  (LLMF);
•
••    The failure fraction of the LEDs at the end of 
their rated 
life –this is equivalent to lamp survival factor (LSF);
•
••    The reduction in light output owing  to the 
accumulation of dirt  on the light‐emitting parts of the 
luminaire (luminaire maintenance  factor,  LMF) –typical 
values are shown in Table B.1.

17. Environmental Zone

18. Maintenance factors for LED luminaires
Derived from using the above formula and the BS5489‐1:2013 
BS13201‐3
(informative)
Maintenance factors for LED luminaires
Proposed Lantern –Mounting Height 8m
Maintenance Factor: Lantern L95/F5 = 50,000hrs –Cleaning 
Cycle –0.92 
So the total MF for our luminaire = LMF x LLMF x LSF
MF= 0.95*0.95*0.92= 0.83
Intensity G4
Environment Zone ‐E3
Proposed Lantern 
Mounting Height 5m
Maintenance Factor: Lantern L95/F5 = 50,000hrs –Cleaning 
Cycle –MF= 0.95*0.95*084 = 0.76
Intensity G4
Environment Zone ‐E3

19. Maintenance factors for CLO LED luminaires
(informative)
Often our customers are asking for Constant Light Output which 
means the lumen depreciation is compensated for by increasing the 
drive current over the life of the product.
In this case the MF used should be = LMF x LSF
Maintenance factors for LED luminaires
Proposed Lantern –Mounting Height 8m
Maintenance Factor: 
Lantern L95/F5 = 50,000hrs – Cleaning Cycle 
So the total MF for our luminaire = LMF x  LSF
MF= 0.95*0.92= 0.87
Intensity G4
Environment Zone ‐E3
Proposed Lantern Mounting Height 5m
Maintenance Factor: Lantern L95/F5 = 50,000hrs – Cleaning Cycle –
MF= 0.95*084 = 0.79
Intensity G4
Environment Zone ‐E3

20. NON CLO
0%
20%
40%
60%
80%
100%
120%
1234567891011121314151617181920
Start
NON CLO

21. CLO
0%
20%
40%
60%
80%
100%
120%
1234567891011121314151617181920
CLO
CLO Increase

22. Choosing the Correct Solution with an 
Agreed  Common Design Criteria That 
Takes Away Any Confusion  Lumen Output (LED or Lantern)
Maintenance Factor Calculations Allowing a Common Approach for Lighting 
Engineers To Apply These To Their Designs    

23. Thank You For Your Attention
Any
Questions
?