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技術(shù)文章

照明LED產(chǎn)品測(cè)試與評(píng)價(jià)平臺(tái)

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照明LED產(chǎn)品測(cè)試與評(píng)價(jià)平臺(tái)

LED作為第四代電光源產(chǎn)品,被業(yè)界看好并被預(yù)言在不遠(yuǎn)的將來(lái)會(huì)取代傳統(tǒng)產(chǎn)品,成為電光源領(lǐng)域的新霸主。LEDzui先應(yīng)用于指示性光源。隨后,作為電光源領(lǐng)域的新型產(chǎn)品,其發(fā)光技術(shù)迅猛發(fā)展:發(fā)光顏色從zui初的紅光到后來(lái)的藍(lán)光,再到目前的白光;光效從0.1流明/瓦到超過(guò)100流明/瓦,LED已經(jīng)從指示用途順利發(fā)展成為新型節(jié)能、zui有發(fā)展?jié)摿Φ钠胀?A onclick="javascript:tagshowevent, ''%E7%85%A7%E6%98%8E'';" href="javascript:;" target=_色lf>照明用電光源產(chǎn)品。
目前,照明LED產(chǎn)品的發(fā)展思路和方向都是多維的。多方向拓展固然有其有利的一面,但是卻會(huì)消耗過(guò)多的精力和資金。制定規(guī)范產(chǎn)品的“標(biāo)準(zhǔn)",可以幫助照明LED產(chǎn)品的走向逐漸統(tǒng)一,減少不必要的彎路。
(二)照明LED標(biāo)準(zhǔn)的研究
1.方面
 早期針對(duì)LED產(chǎn)品制定的標(biāo)準(zhǔn)和參考文件主要有:CIE 127-1997 LED測(cè)試方法;IEC60747-5-3,光電子設(shè)備測(cè)試方法;CIE/ISO LED光強(qiáng)測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)等。我國(guó)早期也制定了一些相關(guān)標(biāo)準(zhǔn),主要包括:Sj2353.3-83:半導(dǎo)體發(fā)光二極管測(cè)試方法;GB/T15651-1995:半導(dǎo)體器件分立器件和集成電路:光電子器件。在這些標(biāo)準(zhǔn)制定年代的LED產(chǎn)品與現(xiàn)今的LED產(chǎn)品有很大的差異,所以當(dāng)時(shí)制定的標(biāo)準(zhǔn)也必然在某種程度上不*適合現(xiàn)有的產(chǎn)品。
當(dāng)今LED已經(jīng)發(fā)展成為普通照明用電光源產(chǎn)品,與其zui初始的指示性照明用途相差甚遠(yuǎn),所以和各國(guó)都在為其作為照明產(chǎn)品而制定標(biāo)準(zhǔn)。由于產(chǎn)品技術(shù)發(fā)展快,產(chǎn)品的特性在不斷得到完善,所以產(chǎn)品指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)不容易出臺(tái)。但是,無(wú)論指標(biāo)如何提高,其檢測(cè)方法是相對(duì)固定的。目前電工委員會(huì)(IEC)、照明委員會(huì)(CIE)等性組織都開(kāi)展大量工作研究照明LED產(chǎn)品的檢測(cè)方法標(biāo)準(zhǔn)。
   美國(guó)和日本等國(guó)家在LED的研究領(lǐng)域處于世界前列,標(biāo)準(zhǔn)制定工作也開(kāi)展較早。目前日本已經(jīng)發(fā)布并實(shí)施了照明用LED產(chǎn)品的檢測(cè)方法標(biāo)準(zhǔn);美國(guó)也發(fā)布了標(biāo)準(zhǔn)草案,同時(shí)將照明LED產(chǎn)品列入Energy Star認(rèn)證范疇,不過(guò)具體的認(rèn)證實(shí)施時(shí)間和規(guī)則仍在制定中。
2. 國(guó)內(nèi)方面
 我國(guó)作為照明產(chǎn)品生產(chǎn)大國(guó),照明產(chǎn)品生產(chǎn)企業(yè)數(shù)量多、分布廣,不過(guò)普遍存在產(chǎn)品質(zhì)量偏低的情況。在LED還應(yīng)用于指示性燈具領(lǐng)域時(shí),我國(guó)就有許多企業(yè)生產(chǎn)相關(guān)產(chǎn)品,但通過(guò)國(guó)家檢測(cè)機(jī)構(gòu):國(guó)家電光源質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心(北京)的檢測(cè)結(jié)果來(lái)看,這些產(chǎn)品普遍存在亮度低、光效低和光衰快的缺點(diǎn)。當(dāng)LED在普通照明領(lǐng)域得到應(yīng)用以后,很多企業(yè)已經(jīng)對(duì)照明用LED產(chǎn)品啟動(dòng)了研發(fā)、生產(chǎn)工作,但產(chǎn)品仍然存在安全、光性能等問(wèn)題。國(guó)家電光源質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心(北京)近兩年已接受多起司法仲裁檢測(cè)任務(wù)。
   其實(shí),在2003年以前,就有專家預(yù)料到這種情況,并提出在國(guó)內(nèi)建立“照明LED產(chǎn)品測(cè)試與評(píng)價(jià)平臺(tái)"(以下簡(jiǎn)稱“平臺(tái)")的想法?!捌脚_(tái)"的概念是通過(guò)研究測(cè)試方法,購(gòu)買并開(kāi)發(fā)測(cè)試設(shè)備,建立一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)化的測(cè)試體系,從而制定出我國(guó)的測(cè)試方法標(biāo)準(zhǔn);同時(shí),建立“平臺(tái)"下的網(wǎng)絡(luò)式“評(píng)價(jià)中心",使我國(guó)照明LED產(chǎn)品的測(cè)試協(xié)調(diào)統(tǒng)一。
   我國(guó)目前正在研究制定照明LED產(chǎn)品的測(cè)試方法標(biāo)準(zhǔn),例如:照明用LED模塊性能要求,并曾多次舉辦研討會(huì)來(lái)交流意見(jiàn)。但是由于標(biāo)準(zhǔn)中的許多產(chǎn)品指標(biāo)無(wú)法取得統(tǒng)一意見(jiàn),例如對(duì)于照明LED的壽命,有的專家認(rèn)為30000小時(shí)合適,而有的專家則認(rèn)為目前由于技術(shù)不成熟,應(yīng)該適當(dāng)降低這個(gè)要求。這很大的影響了標(biāo)準(zhǔn)體系的進(jìn)展。所以直到目前,雖然部分已經(jīng)處于征求意見(jiàn)的草稿階段,還有部分已經(jīng)打算在2007年開(kāi)始起草,但仍然還沒(méi)有發(fā)布實(shí)施的標(biāo)準(zhǔn)。但隨著我國(guó)測(cè)試方法研究不斷的完善,測(cè)試設(shè)備也將在指標(biāo)要求上逐漸達(dá)到統(tǒng)一,逐步促成標(biāo)準(zhǔn)化的測(cè)試體系,從而制定測(cè)試方法標(biāo)準(zhǔn)。zui后,依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)在全國(guó)范圍內(nèi)建立“平臺(tái)"。我國(guó)的一些檢測(cè)機(jī)構(gòu),以國(guó)家電光源質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心(北京)為例,早在2003年參觀過(guò)美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)研究院(NIST)后,便開(kāi)始搜集照明LED樣品,進(jìn)行測(cè)試方法研究工作。
二、平臺(tái)"的建設(shè)
(一)平臺(tái)"建設(shè)必要性
1.“平臺(tái)"建設(shè)與測(cè)試
 根據(jù)我國(guó)電光源檢測(cè)機(jī)構(gòu):國(guó)家電光源質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心(北京)的檢測(cè)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù),2005至2006年,檢測(cè)多批照明LED產(chǎn)品,包括單體LED光源、LED模塊和LED燈具等,其中LED模塊居多,占總測(cè)試量的2/3左右。這個(gè)檢測(cè)數(shù)量比2000年至2005年檢測(cè)的總量還多。這充分說(shuō)明了照明LED在近兩年里受到越來(lái)越多的關(guān)注。
   根據(jù)委托檢測(cè)的項(xiàng)目和生產(chǎn)商提供的信息,可以了解目前企業(yè)對(duì)LED產(chǎn)品的光電性能(例如光效)非常重視,同時(shí)這也是他們急于突破的測(cè)試技術(shù)關(guān)。而對(duì)于溫度與發(fā)光性能、生物安全和使用壽命等技術(shù)含量更高的指標(biāo)則很少有企業(yè)問(wèn)津。原因是由于技術(shù)的不到位,這些問(wèn)題是目前眾多企業(yè)所共有的,即便是一些大規(guī)模、有實(shí)力的跨國(guó)企業(yè)也沒(méi)有完*問(wèn)題,所以大家都不予以積極的關(guān)注。另一個(gè)原因是他們的客戶在意的是光電性能,而不是會(huì)提高價(jià)位的其他指標(biāo),所以生產(chǎn)商們也不愿投入科研成本。
   從測(cè)試結(jié)果來(lái)看,生產(chǎn)商zui關(guān)注的光效指標(biāo)并沒(méi)有與其關(guān)注度匹配。單體照明LED和LED照明器具的光效一般在55lm/W-65 lm/W。但是,目前上諸多企業(yè)已經(jīng)宣稱其產(chǎn)品光效已經(jīng)超過(guò)100 lm/W,甚至達(dá)到138lm/W,那為什么量產(chǎn)的產(chǎn)品光效卻遠(yuǎn)低于這些數(shù)字呢?透過(guò)這個(gè)現(xiàn)象,可以分析得出這種情況的原因很大程度來(lái)源于標(biāo)準(zhǔn)體系和測(cè)試平臺(tái)的不完善,而只要這些工作能夠及時(shí)跟進(jìn),高光效照明LED產(chǎn)品量產(chǎn)化可以很快得以實(shí)現(xiàn)。
2.從論文看“平臺(tái)"建設(shè)
 隨著照明LED受到關(guān)注以來(lái),其領(lǐng)域內(nèi)的論文數(shù)量也越來(lái)越多。論文內(nèi)容涉及研究方向廣,但沒(méi)有中心。這證明了很多人員在為照明LED產(chǎn)品做研究,并投入大量精力。這對(duì)我國(guó)該產(chǎn)業(yè)的發(fā)展有非常重要的意義。以論文的方式將LED的信息和技術(shù)拿出與業(yè)界人士分享都是促進(jìn)產(chǎn)品發(fā)展的良策。但應(yīng)該注意,由于沒(méi)有標(biāo)準(zhǔn)化的產(chǎn)品指標(biāo)、測(cè)試方法和評(píng)價(jià)體系,讀者采納這些內(nèi)容時(shí)會(huì)有顧慮。如果我們能夠加快我國(guó)照明LED產(chǎn)品“平臺(tái)"進(jìn)程,那么可以提高發(fā)展效率,促進(jìn)產(chǎn)品快速健康發(fā)展。
(二)“平臺(tái)"建設(shè)基礎(chǔ)
1. 對(duì)產(chǎn)品的認(rèn)識(shí)與測(cè)試方法的研究
 照明LED與傳統(tǒng)照明光源比較,有顯著的區(qū)別:如LED工作一段時(shí)間,結(jié)溫升高,導(dǎo)致光效降低;LED的光輸出隨著時(shí)間衰減很快,致使LED壽命問(wèn)題難以確定;LED的窄光帶光譜性質(zhì)及本身的小尺寸使單體LED出光角度較??;LED的驅(qū)動(dòng)電壓和電流的要求異于傳統(tǒng)光源等。因此,制定照明用LED的檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)時(shí),需要在現(xiàn)有的照明標(biāo)準(zhǔn)及原有LED電子器件標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上,另外考慮LED的散熱件、使用壽命、光學(xué)組件、驅(qū)動(dòng)電路等多種特殊情況。
   LED被歸類為冷光源,但實(shí)際輸入的電能的約85%不能有效激發(fā)載流子,zui終會(huì)以熱的形式釋放。當(dāng)LED工作一段時(shí)間后,結(jié)溫會(huì)升高,并嚴(yán)重影響光輸出。所以檢測(cè)LED的結(jié)溫,成為測(cè)試的一個(gè)重要方面。日本日亞和荷蘭飛利浦等公司采用正向電壓法測(cè)量結(jié)溫。如果在封裝或燈具中設(shè)計(jì)了能隨時(shí)監(jiān)測(cè)結(jié)溫的裝置,會(huì)極大的方便此方面標(biāo)準(zhǔn)的制定和測(cè)試系統(tǒng)的確立。
LED為窄光束光源,與傳統(tǒng)的光源相比,發(fā)光角度小,方向性強(qiáng)。光強(qiáng)分布極大的依賴于空間角。只要LED的光軸稍微偏離機(jī)械軸,或者樣品的位置稍稍變動(dòng),就會(huì)造成產(chǎn)品的光軸與實(shí)際探測(cè)光路的偏差,入射到探測(cè)器的光強(qiáng)會(huì)發(fā)生很大的變化?;诖?,為了準(zhǔn)確測(cè)試LED的光強(qiáng)和光強(qiáng)分布,應(yīng)當(dāng)充分考慮如何固定LED光軸。
   LED有壽命長(zhǎng)的優(yōu)點(diǎn)。除指示用到單體的LED外,一般照明用到的是LED模組。多個(gè)LED的光衰速率或老化速率會(huì)有差別,即使是同一批次。隨著照明LED使用時(shí)間的推移,整個(gè)模組發(fā)出的光的一致性會(huì)有所降低,嚴(yán)重的,還會(huì)影響使用者使用,這樣必須重視檢測(cè)整個(gè)模組統(tǒng)一性問(wèn)題。
2.現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)分析
 IEC與CIE制定的標(biāo)準(zhǔn)是各國(guó)制訂自己標(biāo)準(zhǔn)是主要參考的標(biāo)準(zhǔn)。它們主要是針對(duì)單體LED的測(cè)試,項(xiàng)目包括發(fā)光強(qiáng)度、光強(qiáng)分布和輻射強(qiáng)度等,并由此計(jì)算光通量。
在日本,日本照明學(xué)會(huì)、日本照明委員會(huì)、日本照明器具工業(yè)會(huì),以及日本電球工業(yè)會(huì)在2004年年底共同制定完成并發(fā)布實(shí)施了一套用于照明LED的測(cè)試方法的標(biāo)準(zhǔn),采用由測(cè)光標(biāo)準(zhǔn)光源校正過(guò)的白光LED數(shù)值作為標(biāo)準(zhǔn)依據(jù),測(cè)量照明用白光LED及其模塊,測(cè)定CIE平均光度、全光束的光量值、相關(guān)色溫、配光特性等。并且規(guī)范了用于照明上的一些基本參數(shù),如定義了LED芯片與模塊的結(jié)構(gòu),色溫,光譜,LED的壽命、輸入電流、輸入電壓、消耗電能等,并確認(rèn)測(cè)量應(yīng)該在光輸出穩(wěn)定后才會(huì)進(jìn)行測(cè)量。
   北美照明工程學(xué)會(huì)(IESNA)目前也完成了照明LED產(chǎn)品的多種參數(shù)的測(cè)試方法標(biāo)準(zhǔn),包括:光參數(shù)、電參數(shù)和壽命等。美國(guó)Energy Star®已經(jīng)將照明用LED列入其認(rèn)可范圍,并于2006年底出臺(tái)了相關(guān)產(chǎn)品要求和測(cè)試方法草案。
   我國(guó)標(biāo)準(zhǔn)的制定主要是參考了IEC標(biāo)準(zhǔn)。目前發(fā)布實(shí)施的主要是:照明LED產(chǎn)品器件測(cè)試方法標(biāo)準(zhǔn);功率型LED的空白詳細(xì)規(guī)范和LED芯片規(guī)范三個(gè)標(biāo)準(zhǔn),包括名詞和文字符號(hào)、總規(guī)范、分規(guī)范、空白詳細(xì)規(guī)范、測(cè)試方法、額定值和特性、機(jī)械和環(huán)境適應(yīng)性以及具體產(chǎn)品詳細(xì)規(guī)范。但是,這些標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足照明LED產(chǎn)品發(fā)展的需要,所以國(guó)內(nèi)很多機(jī)構(gòu)仍在開(kāi)展照明用LED的檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)研究,但由于力量分散、大部分機(jī)構(gòu)的測(cè)試經(jīng)驗(yàn)不足,所以制定測(cè)試方法標(biāo)準(zhǔn)時(shí)考慮比較片面,且造成許多重復(fù)性的浪費(fèi)工作。如果我們能夠在全國(guó)建設(shè)一個(gè)照明LED測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)制定平臺(tái),給各個(gè)機(jī)構(gòu)之間的溝通交流架設(shè)一個(gè)橋梁,并zui終在我國(guó)建立起標(biāo)準(zhǔn)化的測(cè)試體系,這將對(duì)我國(guó)照明LED產(chǎn)業(yè)的發(fā)展提供有力的支持。
3. 測(cè)試機(jī)構(gòu)
 我國(guó)的光源產(chǎn)業(yè)在經(jīng)歷了多年的發(fā)展后,對(duì)于傳統(tǒng)照明產(chǎn)品的一般測(cè)試方法已經(jīng)確立并得到廣泛的應(yīng)用。隨著近兩年照明LED的發(fā)展,有些檢測(cè)機(jī)構(gòu)也不斷的接受客戶的委托檢測(cè)工作,積累了豐富的相關(guān)檢測(cè)經(jīng)驗(yàn)。再次以國(guó)家電光源質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心(北京)為例,在檢測(cè)的同時(shí),他們不斷地對(duì)測(cè)試方法進(jìn)行研究,并一直對(duì)上的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行跟蹤。他們憑借已經(jīng)獲得了美國(guó)實(shí)驗(yàn)室認(rèn)可組織認(rèn)可的優(yōu)勢(shì),多次參加過(guò)比對(duì),有豐富的測(cè)試經(jīng)驗(yàn)和良好的關(guān)系,這都對(duì)標(biāo)準(zhǔn)研究交流提供了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。另外,憑借豐富的檢測(cè)經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)實(shí)力,我國(guó)的檢測(cè)機(jī)構(gòu)也不斷開(kāi)發(fā)多種*檢測(cè)設(shè)備,并出口日本、歐洲等地。
   以上的分析都說(shuō)明了我國(guó)目前有良好的基礎(chǔ)來(lái)建立照明LED產(chǎn)品的測(cè)試平臺(tái)和評(píng)價(jià)體系。只要國(guó)家政策給予支持和鼓勵(lì),再通過(guò)檢測(cè)機(jī)構(gòu)的組織和協(xié)調(diào),相信我國(guó)的照明LED產(chǎn)品的測(cè)試平臺(tái)和評(píng)價(jià)體系可以順利快速建立起來(lái)。
(三)測(cè)試設(shè)備
 單體LED的體積小,對(duì)于光通量的測(cè)量的積分球的尺寸要求異于傳統(tǒng)光源的光通量測(cè)量用積分球。對(duì)于照明用LED的檢測(cè),應(yīng)該從單體、模組和燈具幾方面考慮。
  
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