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技术文章

照明LED产品测试与评价平台

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照明LED产品测试与评价平台

LED作为第四代电光源产品,被业界看好并被预言在不远的将来会取代传统产品,成为电光源领域的新霸主。LEDzui先应用于指示性光源。随后,作为电光源领域的新型产品,其发光技术迅猛发展:发光颜色从zui初的红光到后来的蓝光,再到目前的白光;光效从0.1流明/瓦到超过100流明/瓦,LED已经从指示用途顺利发展成为新型节能、zui有发展潜力的普通照明用电光源产品。
目前,照明LED产品的发展思路和方向都是多维的。多方向拓展固然有其有利的一面,但是却会消耗过多的精力和资金。制定规范产品的“标准",可以帮助照明LED产品的走向逐渐统一,减少不必要的弯路。
(二)照明LED标准的研究
1.方面
 早期针对LED产品制定的标准和参考文件主要有:CIE 127-1997 LED测试方法;IEC60747-5-3,光电子设备测试方法;CIE/ISO LED光强测试标准等。我国早期也制定了一些相关标准,主要包括:Sj2353.3-83:半导体发光二极管测试方法;GB/T15651-1995:半导体器件分立器件和集成电路:光电子器件。在这些标准制定年代的LED产品与现今的LED产品有很大的差异,所以当时制定的标准也必然在某种程度上不完全适合现有的产品。
当今LED已经发展成为普通照明用电光源产品,与其zui初始的指示性照明用途相差甚远,所以和各国都在为其作为照明产品而制定标准。由于产品技术发展快,产品的特性在不断得到完善,所以产品指标标准不容易出台。但是,无论指标如何提高,其检测方法是相对固定的。目前电工委员会(IEC)、照明委员会(CIE)等性组织都开展大量工作研究照明LED产品的检测方法标准。
   美国和日本等国家在LED的研究领域处于世界前列,标准制定工作也开展较早。目前日本已经发布并实施了照明用LED产品的检测方法标准;美国也发布了标准草案,同时将照明LED产品列入Energy Star认证范畴,不过具体的认证实施时间和规则仍在制定中。
2. 国内方面
 我国作为照明产品生产大国,照明产品生产企业数量多、分布广,不过普遍存在产品质量偏低的情况。在LED还应用于指示性灯具领域时,我国就有许多企业生产相关产品,但通过国家检测机构:国家电光源质量监督检验中心(北京)的检测结果来看,这些产品普遍存在亮度低、光效低和光衰快的缺点。当LED在普通照明领域得到应用以后,很多企业已经对照明用LED产品启动了研发、生产工作,但产品仍然存在安全、光性能等问题。国家电光源质量监督检验中心(北京)近两年已接受多起司法仲裁检测任务。
   其实,在2003年以前,就有专家预料到这种情况,并提出在国内建立“照明LED产品测试与评价平台"(以下简称“平台")的想法。“平台"的概念是通过研究测试方法,购买并开发测试设备,建立一个标准化的测试体系,从而制定出我国的测试方法标准;同时,建立“平台"下的网络式“评价中心",使我国照明LED产品的测试协调统一。
   我国目前正在研究制定照明LED产品的测试方法标准,例如:照明用LED模块性能要求,并曾多次举办研讨会来交流意见。但是由于标准中的许多产品指标无法取得统一意见,例如对于照明LED的寿命,有的专家认为30000小时合适,而有的专家则认为目前由于技术不成熟,应该适当降低这个要求。这很大的影响了标准体系的进展。所以直到目前,虽然部分已经处于征求意见的草稿阶段,还有部分已经打算在2007年开始起草,但仍然还没有发布实施的标准。但随着我国测试方法研究不断的完善,测试设备也将在指标要求上逐渐达到统一,逐步促成标准化的测试体系,从而制定测试方法标准。zui后,依据标准在全国范围内建立“平台"。我国的一些检测机构,以国家电光源质量监督检验中心(北京)为例,早在2003年参观过美国标准研究院(NIST)后,便开始搜集照明LED样品,进行测试方法研究工作。
二、平台"的建设
(一)平台"建设必要性
1.“平台"建设与测试
 根据我国电光源检测机构:国家电光源质量监督检验中心(北京)的检测统计数据,2005至2006年,检测多批照明LED产品,包括单体LED光源、LED模块和LED灯具等,其中LED模块居多,占总测试量的2/3左右。这个检测数量比2000年至2005年检测的总量还多。这充分说明了照明LED在近两年里受到越来越多的关注。
   根据委托检测的项目和生产商提供的信息,可以了解目前企业对LED产品的光电性能(例如光效)非常重视,同时这也是他们急于突破的测试技术关。而对于温度与发光性能、生物安全和使用寿命等技术含量更高的指标则很少有企业问津。原因是由于技术的不到位,这些问题是目前众多企业所共有的,即便是一些大规模、有实力的跨国企业也没有完*问题,所以大家都不予以积极的关注。另一个原因是他们的客户在意的是光电性能,而不是会提高价位的其他指标,所以生产商们也不愿投入科研成本。
   从测试结果来看,生产商zui关注的光效指标并没有与其关注度匹配。单体照明LED和LED照明器具的光效一般在55lm/W-65 lm/W。但是,目前上诸多企业已经宣称其产品光效已经超过100 lm/W,甚至达到138lm/W,那为什么量产的产品光效却远低于这些数字呢?透过这个现象,可以分析得出这种情况的原因很大程度来源于标准体系和测试平台的不完善,而只要这些工作能够及时跟进,高光效照明LED产品量产化可以很快得以实现。
2.从论文看“平台"建设
 随着照明LED受到关注以来,其领域内的论文数量也越来越多。论文内容涉及研究方向广,但没有中心。这证明了很多人员在为照明LED产品做研究,并投入大量精力。这对我国该产业的发展有非常重要的意义。以论文的方式将LED的信息和技术拿出与业界人士分享都是促进产品发展的良策。但应该注意,由于没有标准化的产品指标、测试方法和评价体系,读者采纳这些内容时会有顾虑。如果我们能够加快我国照明LED产品“平台"进程,那么可以提高发展效率,促进产品快速健康发展。
(二)“平台"建设基础
1. 对产品的认识与测试方法的研究
 照明LED与传统照明光源比较,有显著的区别:如LED工作一段时间,结温升高,导致光效降低;LED的光输出随着时间衰减很快,致使LED寿命问题难以确定;LED的窄光带光谱性质及本身的小尺寸使单体LED出光角度较小;LED的驱动电压和电流的要求异于传统光源等。因此,制定照明用LED的检测标准时,需要在现有的照明标准及原有LED电子器件标准的基础上,另外考虑LED的散热件、使用寿命、光学组件、驱动电路等多种特殊情况。
   LED被归类为冷光源,但实际输入的电能的约85%不能有效激发载流子,zui终会以热的形式释放。当LED工作一段时间后,结温会升高,并严重影响光输出。所以检测LED的结温,成为测试的一个重要方面。日本日亚和荷兰飞利浦等公司采用正向电压法测量结温。如果在封装或灯具中设计了能随时监测结温的装置,会极大的方便此方面标准的制定和测试系统的确立。
LED为窄光束光源,与传统的光源相比,发光角度小,方向性强。光强分布极大的依赖于空间角。只要LED的光轴稍微偏离机械轴,或者样品的位置稍稍变动,就会造成产品的光轴与实际探测光路的偏差,入射到探测器的光强会发生很大的变化。基于此,为了准确测试LED的光强和光强分布,应当充分考虑如何固定LED光轴。
   LED有寿命长的优点。除指示用到单体的LED外,一般照明用到的是LED模组。多个LED的光衰速率或老化速率会有差别,即使是同一批次。随着照明LED使用时间的推移,整个模组发出的光的一致性会有所降低,严重的,还会影响使用者使用,这样必须重视检测整个模组统一性问题。
2.现有标准分析
 IEC与CIE制定的标准是各国制订自己标准是主要参考的标准。它们主要是针对单体LED的测试,项目包括发光强度、光强分布和辐射强度等,并由此计算光通量。
在日本,日本照明学会、日本照明委员会、日本照明器具工业会,以及日本电球工业会在2004年年底共同制定完成并发布实施了一套用于照明LED的测试方法的标准,采用由测光标准光源校正过的白光LED数值作为标准依据,测量照明用白光LED及其模块,测定CIE平均光度、全光束的光量值、相关色温、配光特性等。并且规范了用于照明上的一些基本参数,如定义了LED芯片与模块的结构,色温,光谱,LED的寿命、输入电流、输入电压、消耗电能等,并确认测量应该在光输出稳定后才会进行测量。
   北美照明工程学会(IESNA)目前也完成了照明LED产品的多种参数的测试方法标准,包括:光参数、电参数和寿命等。美国Energy Star®已经将照明用LED列入其认可范围,并于2006年底出台了相关产品要求和测试方法草案。
   我国标准的制定主要是参考了IEC标准。目前发布实施的主要是:照明LED产品器件测试方法标准;功率型LED的空白详细规范和LED芯片规范三个标准,包括名词和文字符号、总规范、分规范、空白详细规范、测试方法、额定值和特性、机械和环境适应性以及具体产品详细规范。但是,这些标准和规范远远不能满足照明LED产品发展的需要,所以国内很多机构仍在开展照明用LED的检测标准研究,但由于力量分散、大部分机构的测试经验不足,所以制定测试方法标准时考虑比较片面,且造成许多重复性的浪费工作。如果我们能够在全国建设一个照明LED测试标准制定平台,给各个机构之间的沟通交流架设一个桥梁,并zui终在我国建立起标准化的测试体系,这将对我国照明LED产业的发展提供有力的支持。
3. 测试机构
 我国的光源产业在经历了多年的发展后,对于传统照明产品的一般测试方法已经确立并得到广泛的应用。随着近两年照明LED的发展,有些检测机构也不断的接受客户的委托检测工作,积累了丰富的相关检测经验。再次以国家电光源质量监督检验中心(北京)为例,在检测的同时,他们不断地对测试方法进行研究,并一直对上的标准进行跟踪。他们凭借已经获得了美国实验室认可组织认可的优势,多次参加过比对,有丰富的测试经验和良好的关系,这都对标准研究交流提供了坚实的基础。另外,凭借丰富的检测经验和技术实力,我国的检测机构也不断开发多种*检测设备,并出口日本、欧洲等地。
   以上的分析都说明了我国目前有良好的基础来建立照明LED产品的测试平台和评价体系。只要国家政策给予支持和鼓励,再通过检测机构的组织和协调,相信我国的照明LED产品的测试平台和评价体系可以顺利快速建立起来。
(三)测试设备
 单体LED的体积小,对于光通量的测量的积分球的尺寸要求异于传统光源的光通量测量用积分球。对于照明用LED的检测,应该从单体、模组和灯具几方面考虑。
  
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