LED標(biāo)準(zhǔn)檢測國內(nèi)外最新進(jìn)展
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摘要:隨著LED產(chǎn)業(yè)的迅猛發(fā)展,世界各先進(jìn)國家均把LED標(biāo)準(zhǔn)制定和檢測技術(shù)開發(fā)放到了極為重要的地位,以期占領(lǐng)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)評價(jià)技術(shù)至高點(diǎn)。本文介紹了國際組織、先進(jìn)國家和我國在LED相關(guān)領(lǐng)域的標(biāo)準(zhǔn)化最新進(jìn)展,同時(shí)根據(jù)已發(fā)布或制定中的標(biāo)準(zhǔn)要求,結(jié)合LED的特性,介紹了我國最新取得的與國際接軌的LED檢測技術(shù)和成果。
關(guān)鍵詞:LED,半導(dǎo)體照明,標(biāo)準(zhǔn),檢測
Keywords: LED, Solid State Lighting, Standard, test and measurement
一、概述
近年來,在世界LED產(chǎn)業(yè)迅猛發(fā)展的同時(shí),我國LED產(chǎn)業(yè)也取得了舉世矚目的成就。然而LED的諸多發(fā)光特性使其在檢測方法和標(biāo)準(zhǔn)評價(jià)上與傳統(tǒng)光源和燈具存在很大差異,給全世界帶來了挑戰(zhàn)。作為行業(yè)發(fā)展的基礎(chǔ),如果標(biāo)準(zhǔn)與檢測問題得不到妥善解決,勢必會嚴(yán)重影響行業(yè)的健康發(fā)展,因此世界各主要發(fā)達(dá)國家(美國、德國、日本等)均把LED標(biāo)準(zhǔn)制定和檢測技術(shù)開發(fā)放在了極為重視的地位。他們以本國先進(jìn)技術(shù)為依托,積極開展標(biāo)準(zhǔn)化和檢測技術(shù)的研究工作,一方面為本國的LED產(chǎn)業(yè)提供引導(dǎo),另一方面憑借他們在國際標(biāo)準(zhǔn)化組織中的活動能力和影響力, 利用本國研究成果,影響甚至主導(dǎo)國際標(biāo)準(zhǔn)的制訂,從而占領(lǐng)國際行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)評價(jià)技術(shù)至高點(diǎn),主導(dǎo)世界LED產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。
我國也充分認(rèn)識到了這一點(diǎn),在國家標(biāo)準(zhǔn)化委員會、科技部、工信部和輕工總會等機(jī)構(gòu)的引導(dǎo)下,在國家半導(dǎo)體照明工程研發(fā)及產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟(以下簡稱“聯(lián)盟”)的協(xié)調(diào)下,積極開展研究和交流,根據(jù)LED特性和我國LED產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀和發(fā)展前景,原創(chuàng)性地制定了多項(xiàng)LED國家標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn),為LED產(chǎn)業(yè)的進(jìn)一步快速發(fā)展和參與國際標(biāo)準(zhǔn)化工作打下了基礎(chǔ)。同時(shí)通過自主研發(fā)和創(chuàng)新,我國部分LED關(guān)鍵檢測設(shè)備已達(dá)到了很高性能,為標(biāo)準(zhǔn)制定和產(chǎn)業(yè)發(fā)展發(fā)揮了積極的推動作用。
二、國際及國外先進(jìn)國家的LED標(biāo)準(zhǔn)化工作
(一)國際照明委員會的相關(guān)工作
國際照明委員會(法文名:Commission Internationale de l’Eclairage ,簡稱CIE)是國際世界光、輻射以及照明方面的最權(quán)威學(xué)術(shù)組織,也是國際標(biāo)準(zhǔn)組織(ISO)的成員之一。CIE長期以來一直關(guān)注LED的發(fā)展和標(biāo)準(zhǔn)化工作。
2007年,CIE發(fā)布了兩項(xiàng)有關(guān)LED的標(biāo)準(zhǔn):
CIE 127-2007 Measurement of LEDs (2nd ed.)和CIE 177-2007 Color rendering of white LED light sources。其中,CIE 127-2007基于LED和檢測技術(shù)的發(fā)展取代了著名的CIE 127-1997,該技術(shù)文件適用于單管LED的測量。
目前正在直接針對LED的研究和標(biāo)準(zhǔn)化工作的技術(shù)委員會有:
1、TC1-62: Color rendering of white LED light sources;
2、TC2-46: CIE/ISO standards on LED intensity measurements;
3、TC2-50: Measurement of the optical properties of LED clusters and arrays;
4、TC2-58: Measurement of LED radiance and luminance;
5、TC2-xx: Optical measurements of High-Power LEDs;
6、TC2-xx: High speed testing methods for LEDs;
7、TC 6-55, Light Emitting Diode (photobiological safety);
8、TC 4-47, Application of LEDs in Transport Signalling and Lighting。
其中最后兩項(xiàng)為2008年CIE D2年會上剛剛成立的兩個(gè)技術(shù)委員會。
同時(shí)CIE還組織了多次關(guān)于LED的研討會, 將于2009年召開的四年一屆的CIE中期大會也將圍繞LED和半導(dǎo)體照明的主題展開。
(二)國際電工委員會的相關(guān)工作
國際電工委員會(IEC)比較關(guān)注產(chǎn)品安全要求和性能要求,目前已發(fā)布的LED標(biāo)準(zhǔn)有:
1、IEC 62031(2008): LED modules for general lighting - Safety specifications.
2、IEC 60838-2-2(2006): Miscellaneous Lampholders – Part 2-2: Particular requirements – Connectors for LED Modules;
3、IEC 61347-2-13(2006): Lamp controlgear - Part 2-13: Particular requirements for d.c. or a.c. supplied electronic controlgears for LED modules;
4、IEC 62384(2006): DC or AC supplied electronic control gear for LED modules - Performance requirements – Performance requirements;
5、IEC 62560 Self-ballasted LED-lamps for general lighting services > 50 V - Safety specifications;
6、IEC 62504 TS Ed.1 Terms and definitions for LEDs and LED modules in general lighting。
國際電工委員會(IEC)有關(guān)LED方面的標(biāo)準(zhǔn)化工作主要有IEC TC34承擔(dān),我國對應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)化歸口單位是SAC/TC224,即全國照明電器標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會。
(三)美國的LED標(biāo)準(zhǔn)化工作
美國是最重視LED標(biāo)準(zhǔn)化的國家之一,美國能源部(DOE),美國國家標(biāo)準(zhǔn)學(xué)會(ANSI),美國電器制造商協(xié)會(NEMA),北美照明工程學(xué)會(IESNA),固態(tài)照明科技聯(lián)盟(ASSIST)均發(fā)布了有關(guān)LED和半導(dǎo)體照明的標(biāo)準(zhǔn)或技術(shù)規(guī)范,值得一提的是,美國標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究所(NIST)在這些標(biāo)準(zhǔn)或技術(shù)規(guī)范中作了大量研究工作。主要的標(biāo)準(zhǔn)或技術(shù)規(guī)范有下面幾項(xiàng):
1、ENERGY STAR?Program Requirements for Solid State Lighting Luminaires (由DOE于2005年發(fā)布初稿,2006年和2007年分別發(fā)布修訂稿);
2、ASSIST Recommends: LED Life for General Lighting Definition of Life (2005);
3、ANSI_NEMA_ANSLG C78.377-2008 American National Standard for electric lamps— Specifications for the Chromaticity of Solid State Lighting Products(該標(biāo)準(zhǔn)將半導(dǎo)體產(chǎn)品的顏色分為8個(gè)相關(guān)色溫,被中國標(biāo)準(zhǔn)采用);
4、IESNA LM-79-2008 Approved Method for the Electrical and Photometric Measurements of LED Light Sources;
5、IESNA LM-80-2008 Approved Method For Measuring Lumen Maintenance of LED Light Sources。
(四)日本的LED標(biāo)準(zhǔn)化工作
2004年,日本照明學(xué)會(JIES)、日本照明委員會(JCIE)、日本照明器具工業(yè)會(JIL),以及日本電球工業(yè)會(JEL) 四團(tuán)體共同制定了《照明用白色LED測光方法通則》,包括數(shù)項(xiàng)未曾規(guī)范過的項(xiàng)目,如標(biāo)準(zhǔn)LED的制造、小型LED模塊光強(qiáng)度的測量方法以及壽命評估方法等。2006年,四團(tuán)體又發(fā)布了此標(biāo)準(zhǔn)的修訂版,在色度量測量以及光通量測量等方面作出更詳細(xì)的規(guī)范。
三、我國LED標(biāo)準(zhǔn)化工作的最新進(jìn)展
針對國內(nèi)外LED行業(yè)的特點(diǎn)和發(fā)展趨勢,經(jīng)過多方協(xié)調(diào)和配合,我國已初步建立了較為科學(xué)的半導(dǎo)體照明標(biāo)準(zhǔn)化體系,一批行業(yè)亟需的LED標(biāo)準(zhǔn)項(xiàng)目已經(jīng)完成或正在進(jìn)行中。
(一)《整體式LED路燈的測量方法推薦性技術(shù)規(guī)范》
聯(lián)盟《整體式LED路燈的測量方法推薦性技術(shù)規(guī)范》(以下簡稱“推薦性技術(shù)規(guī)范”)于2008年7月正式發(fā)布,這是世界最先發(fā)布的有關(guān)LED應(yīng)用產(chǎn)品檢測的技術(shù)規(guī)范之一。
由于LED開始大規(guī)模進(jìn)入功能性照明領(lǐng)域,但國內(nèi)外均無現(xiàn)成的檢測方法和標(biāo)準(zhǔn)可循,國家標(biāo)準(zhǔn)的出臺又尚需時(shí)日,聯(lián)盟率先組織專家開展LED路燈標(biāo)準(zhǔn)化推進(jìn)工作,以在正式標(biāo)準(zhǔn)出臺前,為我國LED路燈產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展提供一定的參考。該推薦性技術(shù)規(guī)范在起草中得到了臺灣工業(yè)研究院、香港應(yīng)用科學(xué)研究院和國內(nèi)諸多單位的廣泛關(guān)注,匯集了海內(nèi)外眾多專業(yè)意見,為后來的《普通照明用LED模塊測試方法》國家標(biāo)準(zhǔn)制定作了大量前期準(zhǔn)備工作。
由于LED路燈的諸多特性,特別是在光學(xué)性能、溫度和壽命上與傳統(tǒng)燈有顯著的不同,該技術(shù)規(guī)范對這些性能的表征和測量方法作了詳細(xì)規(guī)定(見表1)。

(二)全國照明電器標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會制訂的LED標(biāo)準(zhǔn)
全國照明電器標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會目前正在制定下列12項(xiàng)LED標(biāo)準(zhǔn),其中絕大多數(shù)項(xiàng)目已完成審定稿,預(yù)計(jì)將于2009年正式發(fā)布實(shí)施。
1、《普通照明用LED模塊測試方法》
2、《普通照明用LED模塊 性能要求》
3、《普通照明用LED模塊 安全要求》
4、《普通照明用電壓>50V自鎮(zhèn)流LED燈安全要求》
5、《普通照明用電壓>50V自鎮(zhèn)流LED燈性能要求》
6、《道路照明用LED燈》
7、《裝飾照明用LED燈》
8、《燈的控制裝置 第14部分: LED模塊用直流或交流電子控制裝置的特殊要求》
9、《普通照明LED模塊用直流/交流電子控制裝置 性能要求》
10、《雜類燈座 第3部分:LED模塊用連接器 特殊要求》
11、《普通照明用發(fā)光二極管性能要求》[NT:PAGE]
12、《普通照明用LED燈和LED模塊術(shù)語和定義》
LED模塊是LED照明解決方案的基礎(chǔ),《普通照明用LED模塊測試方法》的適用范圍可擴(kuò)大到單管LED和其它LED產(chǎn)品,該標(biāo)準(zhǔn)被其它多個(gè)LED性能或產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)所引用。
(三)《白光LED燈用稀土黃色熒光粉》系列標(biāo)準(zhǔn)
《白光LED燈用稀土黃色熒光粉》由全國稀土標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會制定,包括總的產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)和系列試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn),現(xiàn)已進(jìn)入報(bào)批稿階段。
(四)工業(yè)和信息化部半導(dǎo)體照明技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)工作組
工業(yè)和信息化部半導(dǎo)體照明技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)工作組也正積極開展LED的標(biāo)準(zhǔn)化工作,目前該工作組制定七項(xiàng)電子行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)已通過審定:
1、半導(dǎo)體照明術(shù)語
2、半導(dǎo)體光電子器件小功率發(fā)光二極管空白詳細(xì)規(guī)范
3、半導(dǎo)體發(fā)光二極管用熒光粉
4、半導(dǎo)體發(fā)光二極管芯片測試方法
5、氮化鎵基發(fā)光二極管用藍(lán)寶石襯底片
6、半導(dǎo)體發(fā)光二極管產(chǎn)品系列型譜
7、功率半導(dǎo)體發(fā)光二極管芯片技術(shù)規(guī)范
四、我國LED檢測技術(shù)的最新進(jìn)展
在LED的檢測方面,我國一直緊盯國際前沿技術(shù),不斷開發(fā)適應(yīng)于LED特性的檢測方法和設(shè)備,目前已形成了LED檢測的初步體系,我國產(chǎn)業(yè)所需的多數(shù)儀器和相關(guān)檢測技術(shù)已能自給。國家科技部組織和布署了半導(dǎo)體照明標(biāo)準(zhǔn)檢測方面的863高技術(shù)項(xiàng)目,以期通過自主創(chuàng)新解決LED檢測和標(biāo)準(zhǔn)方面的關(guān)鍵問題,在這些項(xiàng)目的帶動下,我國部分LED檢測技術(shù)和儀器不僅跟蹤了國際先進(jìn)水平,而且實(shí)現(xiàn)了完整的自主知識產(chǎn)權(quán),一些高端的關(guān)鍵檢測儀器不再依賴進(jìn)口。值得一提的是,為完成CIE交給我國學(xué)者的關(guān)于測量LED用探測器的研究報(bào)告,我國主要儀器制造單位與美國國家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究院(NIST)展開了深入合作,與NIST合作發(fā)表的論文[1]被遴選為CIE專家會議的特邀報(bào)告。
下面結(jié)合LED標(biāo)準(zhǔn)要求和LED特性,以幾個(gè)典型的LED關(guān)鍵檢測設(shè)備為例,闡述我國LED檢測技術(shù)的最新成果。
(一)高精度快速光譜輻射計(jì)
光譜輻射計(jì)(也稱光譜儀)是測量LED產(chǎn)品(LED芯片、封裝LED、LED模塊、LED燈/燈具等)的光譜功率分布、發(fā)光顏色、顯色指數(shù)等色度量以及有關(guān)光度量的必備設(shè)備。
1. LED特性和對光譜輻射計(jì)要求
我國一般用機(jī)械掃描式光譜輻射計(jì)測量各種光源。該光譜輻射計(jì)精度較高,但測量速度慢,一般為十幾秒到幾分鐘。用它來測量LED產(chǎn)品并不理想:很多LED產(chǎn)品的發(fā)光隨時(shí)間不穩(wěn)定,如在測量中LED產(chǎn)品本身的發(fā)光已經(jīng)變化,必然會產(chǎn)生較大誤差[2];不具備散熱器件的LED產(chǎn)品(如芯片)要實(shí)現(xiàn)穩(wěn)態(tài)測量,必須使用很高要求的熱沉;國際先進(jìn)公司提供的LED光色參數(shù)一般為瞬態(tài)值,但機(jī)械掃描式光譜輻射計(jì)無法進(jìn)行瞬態(tài)測量。
基于陣列探測器的普通快速光譜輻射計(jì)能實(shí)現(xiàn)瞬態(tài)測量,但普通快速光譜輻射計(jì)測量精度較低,存在明顯的雜散光、溫度依賴性和非線性,不符合高精度測量要求[4]。
2. 世界和我國高精度快速光譜輻射計(jì)的進(jìn)展
在核心檢測技術(shù)層面的發(fā)展趨勢是高精度快速光譜輻射度計(jì)的應(yīng)用越來越廣。高精度快速光譜輻射度計(jì)的特點(diǎn)是測量精度高,速度快(毫秒級),但制造成本和技術(shù)要求高。

此前,全球僅兩家公司掌握高精度快速光譜輻射度計(jì)的技術(shù),即美國Optronic Laboratories和德國Instrument Systems,隨著2007年初我國擁有自主專利的高精度快速光譜輻射計(jì)的成功問世,中國成為第三個(gè)擁有此項(xiàng)技術(shù)的國家。該國產(chǎn)高精度快速光譜輻射計(jì)的技術(shù)指標(biāo)已經(jīng)超過美國同類產(chǎn)品,與德國同類產(chǎn)品相當(dāng),而且利用自主專利技術(shù),國產(chǎn)儀器能在光度線性和雜散光控制方面略高一籌。
(二)雙鏡雙探分布光度計(jì)
分布光度計(jì)是測量LED產(chǎn)品的空間光強(qiáng)分布和光通量的設(shè)備。此前,我國已擁有世界上幾乎所有類型的分布光度計(jì)的生產(chǎn)能力,但精確測量LED,需要更高性能的分布光度計(jì)。
1. LED產(chǎn)品特性和分布光度測量
LED產(chǎn)品主要由于下列特點(diǎn)而使傳統(tǒng)的分布光度遭遇挑戰(zhàn):
(1)LED對溫度十分敏感,因此在分布光度計(jì)的測量中,保持LED產(chǎn)品的穩(wěn)定,避免被測LED產(chǎn)品在大空間范圍內(nèi)的運(yùn)動十分重要;
(2)LED產(chǎn)品光束一般較窄,且通常采用光源和燈具一體化的設(shè)計(jì),傳統(tǒng)的相對測量不再適用,而絕對光通量和光強(qiáng)分布測量對方法和設(shè)備要求更高[3]。
2. 關(guān)于LED產(chǎn)品的總光通量測量的研究
由于上述特性,目前LED的總光通量和光效測量的橫向可比性較差,如采用同類LED產(chǎn)品定標(biāo)測量系統(tǒng),測量不確定度將大大減小[4]。但LED產(chǎn)品豐富多樣,業(yè)界亟需測量總光通量的基準(zhǔn)測量方法和設(shè)備實(shí)現(xiàn)高精度量值傳遞。
為實(shí)現(xiàn)LED產(chǎn)品總光通量的基準(zhǔn)測量,各國紛紛將研究重點(diǎn)放在了最基礎(chǔ)的照度積分法上[5]。中國測光界也在總光通量測量方面也作了較為全面的研究,并開發(fā)了具有多項(xiàng)自主專利的相應(yīng)產(chǎn)品(雙鏡雙探分布光度計(jì)),站到了世界測光的先進(jìn)行列。
3. 雙鏡雙探分布光度計(jì)
圖1為雙鏡雙探分布光度計(jì)的原理示意圖。該系統(tǒng)可以高精度實(shí)現(xiàn)各種LED產(chǎn)品的空間光強(qiáng)分布和總光通量基準(zhǔn),其測量幾何、轉(zhuǎn)角精度和探測器精度等均滿足絕對光度量測量的要求。

利用雙探測器的設(shè)計(jì)該系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)場測量和近場測量。遠(yuǎn)場測量:被測光源發(fā)出的光分別經(jīng)過旋轉(zhuǎn)反光鏡M1和固定反光鏡M2反射后正入射第一探測器(實(shí)線所指光路),適用于測量大尺寸或窄光束LED產(chǎn)品的光強(qiáng)分布;近場測量:將兩面反光鏡M1和M2用黑色擋光物遮住,第二探測器直接接收LED產(chǎn)品的光(虛線所指光路),適用于測量小尺寸光源的光強(qiáng)分布,該測量幾何還能滿足CIE 84[6]要求,利用照度積分法實(shí)現(xiàn)各種LED產(chǎn)品的總光通量基準(zhǔn)測量。
在測量中,LED產(chǎn)品按規(guī)定姿態(tài)點(diǎn)燃于旋轉(zhuǎn)中心,具有很高的穩(wěn)定性,大量實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證,雙鏡雙探分布光度計(jì)在快速測量狀態(tài)下的動態(tài)光度重復(fù)性為0.1%,明顯優(yōu)于傳統(tǒng)的中心反射鏡分布光度計(jì)的1%~3%的動態(tài)光度重復(fù)性水平。雙鏡雙探分布光度計(jì)性能卓越,受到了國際測光專家和用戶的一致好評,目前雙鏡雙探分布光度計(jì)產(chǎn)品已出口英國、德國、土耳其、巴西、美國、臺灣等多個(gè)國家和地區(qū),建立了多個(gè)國際先進(jìn)測光實(shí)驗(yàn)室。
(三)特別注意
值得一提的是,雖然我國在LED的檢測技術(shù)和儀器方面取得了顯著的成績,但檢測儀器市場也存在以次充好,誤導(dǎo)LED制造和應(yīng)用部門的情況,當(dāng)行業(yè)的高速成長,投資密度加大時(shí),這種現(xiàn)象更應(yīng)引起業(yè)界的警惕。業(yè)內(nèi)對于檢測儀器自身標(biāo)準(zhǔn)化的呼聲也越來越高,全國照明電器標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會光輻射測量分技術(shù)委員會(SAC/TC224/SC3)將盡快開展這一方面的標(biāo)準(zhǔn)化研究和制定工作。
五、小結(jié)
LED的標(biāo)準(zhǔn)和檢測技術(shù)得到了全世界的重視。我國也在LED標(biāo)準(zhǔn)化方面取得了突破性進(jìn)展,從以往的跟蹤國際先進(jìn)標(biāo)準(zhǔn),發(fā)展至現(xiàn)在的根據(jù)LED特性、根據(jù)我國LED產(chǎn)業(yè)及檢測技術(shù)現(xiàn)狀,原創(chuàng)性地制定多項(xiàng)LED相關(guān)標(biāo)準(zhǔn),并積極參與國際標(biāo)準(zhǔn)化的探討工作,不僅為我國LED產(chǎn)業(yè)健康快速發(fā)展打下了基礎(chǔ),也為我國標(biāo)準(zhǔn)被國際標(biāo)準(zhǔn)采用提供了必要條件。在檢測技術(shù)和儀器方面,我國LED產(chǎn)業(yè)所需的多數(shù)儀器和相關(guān)測試技術(shù)已基本實(shí)現(xiàn)自給,通過自主研發(fā)和創(chuàng)新,部分關(guān)鍵檢測技術(shù)和儀器達(dá)到了國際先進(jìn)水平。我國具有完整自主知識產(chǎn)權(quán)的LED關(guān)鍵檢測設(shè)備不僅能滿足國內(nèi)需求,而且還出口多個(gè)LED產(chǎn)業(yè)較為發(fā)達(dá)的國家和地區(qū),在海外建立了多個(gè)國際先進(jìn)實(shí)驗(yàn)室。相信在各級政府和LED產(chǎn)業(yè)界人士的共同努力下,我國的LED標(biāo)準(zhǔn)和檢測技術(shù)還將取得更大的發(fā)展,更好地為整個(gè)LED產(chǎn)業(yè)服務(wù),我國完全能在LED這一新興產(chǎn)業(yè)中形成綜合的國際競爭力,并力爭從LED應(yīng)用大國躍升為LED制造強(qiáng)國。
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[5] 李倩,潘建根,LED總光通量高精度檢測最新進(jìn)展,2008綠色照明與照明節(jié)能研討會論文集
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