摘要：隨著LED產(chǎn)業(yè)的迅猛發(fā)展，世界各先進國家均把LED標準制定和檢測技術(shù)開發(fā)放到了極為重要的地位，以期占領行業(yè)標準評價技術(shù)至高點。本文介紹了國際組織、先進國家和我國在LED相關(guān)領域的標準化最新進展，同時根據(jù)已發(fā)布或制定中的標準要求，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，半導體照明，標準，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，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準評價上與傳統(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，如果標準與檢測問題得不到妥善解決，勢必會嚴重影響行業(yè)的健康發(fā)展，因此世界各主要發(fā)達國家(美國、德國、日本等)均把LED標準制定和檢測技術(shù)開發(fā)放在了極為重視的地位。他們以本國先進技術(shù)為依托，積極開展標準化和檢測技術(shù)的研究工作，一方面為本國的LED產(chǎn)業(yè)提供引導，另一方面憑借他們在國際標準化組織中的活動能力和影響力, 利用本國研究成果，影響甚至主導國際標準的制訂，從而占領國際行業(yè)標準評價技術(shù)至高點，主導世界LED產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

　　我國也充分認識到了這一點，在國家標準化委員會、科技部、工信部和輕工總會等機構(gòu)的引導下，在國家半導體照明工程研發(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LED國家標準和行業(yè)標準，為LED產(chǎn)業(yè)的進一步快速發(fā)展和參與國際標準化工作打下了基礎。同時通過自主研發(fā)和創(chuàng)新，我國部分LED關(guān)鍵檢測設備已達到了很高性能，為標準制定和產(chǎn)業(yè)發(fā)展發(fā)揮了積極的推動作用。

　　二、國際及國外先進國家的LED標準化工作

　　(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)威學術(shù)組織，也是國際標準組織(ISO)的成員之一。CIE長期以來一直關(guān)注LED的發(fā)展和標準化工作。

　　2007年，CIE發(fā)布了兩項有關(guān)LED的標準：

　　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的研究和標準化工作的技術(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。

　　其中最后兩項為2008年CIE D2年會上剛剛成立的兩個技術(shù)委員會。

　　同時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標準有：

　　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方面的標準化工作主要有IEC TC34承擔，我國對應的標準化歸口單位是SAC/TC224，即全國照明電器標準化技術(shù)委員會。

　　(三)美國的LED標準化工作

　　美國是最重視LED標準化的國家之一，美國能源部(DOE)，美國國家標準學會(ANSI)，美國電器制造商協(xié)會(NEMA)，北美照明工程學會(IESNA)，固態(tài)照明科技聯(lián)盟(ASSIST)均發(fā)布了有關(guān)LED和半導體照明的標準或技術(shù)規(guī)范，值得一提的是，美國標準與技術(shù)研究所(NIST)在這些標準或技術(shù)規(guī)范中作了大量研究工作。主要的標準或技術(shù)規(guī)范有下面幾項：

　　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(該標準將半導體產(chǎn)品的顏色分為8個相關(guān)色溫，被中國標準采用);

　　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標準化工作

　　2004年，日本照明學會(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) 四團體共同制定了《照明用白色LED測光方法通則》，包括數(shù)項未曾規(guī)范過的項目，如標準LED的制造、小型LED模塊光強度的測量方法以及壽命評估方法等。2006年，四團體又發(fā)布了此標準的修訂版，在色度量測量以及光通量測量等方面作出更詳細的規(guī)范。

　　三、我國LED標準化工作的最新進展

　　針對國內(nèi)外LED行業(yè)的特點和發(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的半導體照明標準化體系，一批行業(yè)亟需的LED標準項目已經(jīng)完成或正在進行中。

　　(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)模進入功能性照明領域，但國內(nèi)外均無現(xiàn)成的檢測方法和標準可循，國家標準的出臺又尚需時日，聯(lián)盟率先組織專家開展LED路燈標準化推進工作，以在正式標準出臺前，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、香港應用科學研究院和國內(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》國家標準制定作了大量前期準備工作。

　　由于LED路燈的諸多特性，特別是在光學性能、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規(guī)定(見表1)。

　　(二)全國照明電器標準化技術(shù)委員會制訂的LED標準

　　全國照明電器標準化技術(shù)委員會目前正在制定下列12項LED標準，其中絕大多數(shù)項目已完成審定稿，預計將于2009年正式發(fā)布實施。

　　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，《普通照明用LED模塊測試方法》的適用范圍可擴大到單管LED和其它LED產(chǎn)品，該標準被其它多個LED性能或產(chǎn)品標準所引用。

　　(三)《白光LED燈用稀土黃色熒光粉》系列標準

　　《白光LED燈用稀土黃色熒光粉》由全國稀土標準化技術(shù)委員會制定，包括總的產(chǎn)品標準和系列試驗方法標準，現(xiàn)已進入報批稿階段。

　　(四)工業(yè)和信息化部半導體照明技術(shù)標準工作組

　　工業(yè)和信息化部半導體照明技術(shù)標準工作組也正積極開展LED的標準化工作，目前該工作組制定七項電子行業(yè)標準已通過審定：

　　1、半導體照明術(shù)語

　　2、半導體光電子器件小功率發(fā)光二極管空白詳細規(guī)范

　　3、半導體發(fā)光二極管用熒光粉

　　4、半導體發(fā)光二極管芯片測試方法

　　5、氮化鎵基發(fā)光二極管用藍寶石襯底片

　　6、半導體發(fā)光二極管產(chǎn)品系列型譜

　　7、功率半導體發(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)適應于LED特性的檢測方法和設備，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體照明標準檢測方面的863高技術(shù)項目，以期通過自主創(chuàng)新解決LED檢測和標準方面的關(guān)鍵問題，在這些項目的帶動下，我國部分LED檢測技術(shù)和儀器不僅跟蹤了國際先進水平，而且實現(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口。值得一提的是，為完成CIE交給我國學者的關(guān)于測量LED用探測器的研究報告，我國主要儀器制造單位與美國國家標準與技術(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專家會議的特邀報告。

　　下面結(jié)合LED標準要求和LED特性，以幾個典型的LED關(guān)鍵檢測設備為例，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

　　光譜輻射計(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)光度量的必備設備。

　　1. LED特性和對光譜輻射計要求

　　我國一般用機械掃描式光譜輻射計測量各種光源。該光譜輻射計精度較高，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)要實現(xiàn)穩(wěn)態(tài)測量，必須使用很高要求的熱沉;國際先進公司提供的LED光色參數(shù)一般為瞬態(tài)值，但機械掃描式光譜輻射計無法進行瞬態(tài)測量。

　　基于陣列探測器的普通快速光譜輻射計能實現(xiàn)瞬態(tài)測量，但普通快速光譜輻射計測量精度較低，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的進展

　　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的應用越來越廣。高精度快速光譜輻射度計的特點是測量精度高，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的成功問世，中國成為第三個擁有此項技術(shù)的國家。該國產(chǎn)高精度快速光譜輻射計的技術(shù)指標已經(jīng)超過美國同類產(chǎn)品，與德國同類產(chǎn)品相當，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

　　分布光度計是測量LED產(chǎn)品的空間光強分布和光通量的設備。此前，我國已擁有世界上幾乎所有類型的分布光度計的生產(chǎn)能力，但精確測量LED，需要更高性能的分布光度計。

　　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計，傳統(tǒng)的相對測量不再適用，而絕對光通量和光強分布測量對方法和設備要求更高[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測量方法和設備實現(xiàn)高精度量值傳遞。

　　為實現(xiàn)LED產(chǎn)品總光通量的基準測量，各國紛紛將研究重點放在了最基礎的照度積分法上[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)了具有多項自主專利的相應產(chǎn)品(雙鏡雙探分布光度計)，站到了世界測光的先進行列。

　　3. 雙鏡雙探分布光度計

　　圖1為雙鏡雙探分布光度計的原理示意圖。該系統(tǒng)可以高精度實現(xiàn)各種LED產(chǎn)品的空間光強分布和總光通量基準，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。

　　利用雙探測器的設計該系統(tǒng)可以實現(xiàn)遠場測量和近場測量。遠場測量：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(實線所指光路)，適用于測量大尺寸或窄光束LED產(chǎn)品的光強分布;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分布，該測量幾何還能滿足CIE 84[6]要求，利用照度積分法實現(xiàn)各種LED產(chǎn)品的總光通量基準測量。

　　在測量中，LED產(chǎn)品按規(guī)定姿態(tài)點燃于旋轉(zhuǎn)中心，具有很高的穩(wěn)定性，大量實驗驗證，雙鏡雙探分布光度計在快速測量狀態(tài)下的動態(tài)光度重復性為0.1%，明顯優(yōu)于傳統(tǒng)的中心反射鏡分布光度計的1%~3%的動態(tài)光度重復性水平。雙鏡雙探分布光度計性能卓越，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產(chǎn)品已出口英國、德國、土耳其、巴西、美國、臺灣等多個國家和地區(qū)，建立了多個國際先進測光實驗室。

　　(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LED制造和應用部門的情況，當行業(yè)的高速成長，投資密度加大時，這種現(xiàn)象更應引起業(yè)界的警惕。業(yè)內(nèi)對于檢測儀器自身標準化的呼聲也越來越高，全國照明電器標準化技術(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準化研究和制定工作。

　　五、小結(jié)

　　LED的標準和檢測技術(shù)得到了全世界的重視。我國也在LED標準化方面取得了突破性進展，從以往的跟蹤國際先進標準，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LED相關(guān)標準，并積極參與國際標準化的探討工作，不僅為我國LED產(chǎn)業(yè)健康快速發(fā)展打下了基礎，也為我國標準被國際標準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)和儀器達到了國際先進水平。我國具有完整自主知識產(chǎn)權(quán)的LED關(guān)鍵檢測設備不僅能滿足國內(nèi)需求，而且還出口多個LED產(chǎn)業(yè)較為發(fā)達的國家和地區(qū)，在海外建立了多個國際先進實驗室。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標準和檢測技術(shù)還將取得更大的發(fā)展，更好地為整個LED產(chǎn)業(yè)服務，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應用大國躍升為LED制造強國。

　　參考文獻：

　　[1] Jiangen Pan, Haiping Shen, Yuqin Zong and Yoshi Ohno, Considerations on the Improvements of f1’ Evaluation, Proc. of 2008 CIE Expert Symposium on Advances in Photometry and Colorimetry.

　　[2] Yuqin Zong and Yoshi Ohno, New Practical Method for Measurement of High-Power LEDs, Proc. of 2008 CIE Expert Symposium on Advances in Photometry and Colorimetry.

　　[3] IESNA LM-79-2008 Approved Method for the Electrical and Photometric Measurements of LED Light Sources.

　　[4] GB/T XXXX-XXXX《普通照明用LED模塊測試方法》(審定稿)

　　[5] 李倩，潘建根，LED總光通量高精度檢測最新進展，2008綠色照明與照明節(jié)能研討會論文集

　　[6] CIE 84-1989 The Measurement of Luminous Flux.