半导体照明标准和测试方法

1、潘建根潘建根 教授级高工教授级高工CIE 光和辐射测量分部光和辐射测量分部 中国代表中国代表CIE LED 灯具测量方法灯具测量方法 负责人负责人 杭州远方光电信息有限公司杭州远方光电信息有限公司 董事长董事长半导体照明标准和测试方法简介LED的基本产业链（以LED路灯为例）LED芯片封装LED经二次光学设计组合的LED路灯工程应用需要科学的定量技术评价指标和检测手段每一个环节都对LED的成功应用至关重要LED产品的显著特点高光效潜力低维持成本无运动机构耐震动部分产品光色可调快速响应时间长寿命温度依赖性强光束角较窄多颗LED以不同方式组合光源和灯具往往不可分彩色LED的光谱较窄空间颜色分布不均

2、匀光电参数对温度敏感光通量、峰值波长、色温等光电参数随结温度发生漂移空间光色分布 单颗LED也应被视为一个小型的复杂灯具进行测量LED的光辐射测量和性能评估给世界带来了极大挑战空间颜色分布不均匀光束角各不相同关于LED的标准化情况关注并活跃于LED标准研究与制定的国际和国家组织有：国际照明委员会 (CIE) 国际电工委员会 (IEC)北美照明学会(IESNA)美国国家标准(ANSI)固态照明科技联盟(ASSIST)美国电气制造商协会(NEMA)美国能源部能源之星(DOE EPA Energy Star)各标准由国家标准化管理委员会统一管理，由相关技术委员会和其它省部级组织负责起草和修改。全国半

3、导体照明工程研发及产业联盟（CSA）标准推进协调小组全国照明电器标准化技术委员会(SAC/TC224)工业和信息化部（MITT）半导体照明技术标准工作组全国稀土标准化技术委员会（SAC/TC229）二十余项标准已经报批，预计2009年发布中国有关LED标准化的情况标准中规定的半导体照明产品的关键性能安全要求（GB 7000.1和GB 7000.5）电学参数：电流(A)、电压(V)、频率(Hz)、功率(W)、功率因素EMC性能 输入电流总谐波含量(%)，高次谐波含量(%) （产生对电网的污染） 电磁抗扰度性能（单颗LED考察其静电耐受力） 发出电磁干扰水平（产生对电网的污染）光学参数 总光通量(

4、lm) 、效能(lm/W)（总光通量/功率） 空间光强分布、光束角() 颜色特性：平均颜色，显色指数，空间颜色分布不均匀性热学性能寿命性能 光通维持率(%)和颜色漂移(u,v) 光通维持寿命电磁兼容(EMC)抗扰度性能测试EMC抗扰度特性测试的必要性：相关标准的规定；LED本身为半导体器件，对电磁干扰较为敏感；LED产品的驱动电路对电磁干扰也可能十分敏感（取决于电路种类）LED路灯抗干扰的主要方面：抗静电放电干扰 （kV） 人体模式(HBM)和机器模式(MM)适用于单颗LED IEC模式(IEC)适用于LED路灯整体和驱动电路抗雷击浪涌干扰（kV）抗快速群脉冲干扰（kV）周波跌落（Dips）和

5、短时中断（Interruption）LED产品的总光通量和光效的测量光效（efficacy, lm/W）不同于灯具效率（efficiency，）；整体式LED产品中，无需测量裸光源光通，灯具效率不再适用；“单颗单颗LED光通量光通量LED数量数量”的计算方法是不科学的的计算方法是不科学的！)()()/(WlmWlmefficacy总功率总光通量光效积分球替代法测量总光通量 使用已采用基准级方法标定过的同类产品作为校准源ER142标准灯与被测LED之间的光强分布和光谱差异会给测量带来较大的误差使用积分球测量光通量是较为快速和方便的方法；光谱辐射计机械扫描式或者基于阵列探测器的快速光谱辐射计机械扫

6、描式或者基于阵列探测器的快速光谱辐射计光谱辐射计应具有较宽的线性动态范围光谱辐射计应具有较宽的线性动态范围 PMT：线性较差，稳定性也差 普通CCD：线性较差，灵敏度低 高精度CCD：线性好，灵敏度高 PDA：线性很好，灵敏度较低关于测量速度很多光源存在发光不稳定现象（LED）脉冲测量模式：保证结温与室温相同稳态测量模式：控制结温较为困难典型高精度快速光谱仪改良了CCD与光栅的匹配设计，使整个系统的光学匹配更趋完美精密CCD电子驱动技术、复变矩阵软件技术、光谱修正光度计(SPCT)、带通色轮校正技术(BWCT)0.3%的全动态线性性能前所未有的5.00E-05的极低杂散光水平测量总光通量的基准

7、级方法照度积分法（照度积分法（illuminance integrating）：紧凑型分布光度计）：紧凑型分布光度计被CIE 84-1989推荐，是多数国家实验室实现光通量基准单位的方法紧凑型分布光度计还可以高精度测量小光源的光强分布 2002402)(sin),(),(ddErdErEdStotStot 典型紧凑型分布光度计光强积分法测量总光通量光强积分法（luminous intensity integrating）总光通量测量：区域光通量测量： 200sin),(ddItot 2121sin),(ddIzone取决于光强测量精度，下文将进一步讨论光强分布(配光曲线)的测量测量方法：分布光

8、度计利用照度测量和照度平方反比关系测量光强：光强测试距离光强测试距离根据EN13032-1:2004l至少为灯具最大发光面尺寸的5倍（余弦分布）l至少为灯具最大发光面尺寸的10倍（非余弦分布）l投光灯的最小测试距离可用以下公式计算: safsafaD2)21 (42min探测器旋转式分布光度计常用测量各种光源或灯具的分布光度计灯具旋转式分布光度计(卧式分布光度计)中心旋转反射镜分布光度计被测光源处于旋转中心的转镜式分布光度计 带同步接收探测器的圆周运动反射镜式分布光度计 测量距离：测量距离：10米米15米米 双镜双探分布光度计 测量距离：测量距离：15米米30米米近场分布光度计分布光度计+成像

9、亮度计（成像亮度计：一次成像测量平面内各点亮度）l 测量被测光源在空间个方向上的亮度和亮度分布；l 成像亮度计在空间各个方向接收来自LED的光束，利用光线追踪的方法测量光强分布（处于应用初期的研究阶段）颜色的表征和测量方法高精度测量方法：分布光谱辐射计(goniospectroradiometer)对光谱辐射计有较高要求对光谱辐射计有较高要求iiicC平均颜色参数： 标准中提出两个新的参量： 平均颜色不均匀性，最大颜色不均匀性LED产品的高精度光色电性能测量综合解决方案总光通量基准测量颜色基准测量亮度分布测量准远场(10-20米) 光强分布测量和远场(15-30米) 光强分布测量专用软件实现探

10、测器互校，并可实现任一截面任一截面的光度解析。GO-R5000 全空间快速分布光度计系统：近场测量 (2-3m)探测器 D1实现近场测量光度探头：紧凑型分布光度计高精度快速光谱辐射计：分布光谱辐射计成像亮度计：近场分布光度计 GO-R5000 全空间快速分布光度计系统配置方案GO-R5000 全空间快速分布光度计（含精密转台、控制单元、光度计、专用测控软件和精密激光对准系统） 可选配机载HAAS-2000高精度快速光谱辐射计：测量空间光谱分布 可选配机载CX-2B 100万像素16bit制冷恒温CCD型成像亮度计：测量亮度、构成近场分布光度计主探头选用CLASS L光度探头(f11.5%)，精

11、密恒温、前置放大标准光源 高精度数字功率计：测量被测光源的电参数精密数显直流稳压稳流电源 变频稳压电源：为被测光源提供电源 单颗LED热阻JKKJJKHTT热阻：到底有多少能量变为光辐射能？ QB/T XXXX-2009 普通照明用LED性能要求提出新的物理量JKKJJKPTT参考热阻disperselightinputJKPPPPinputJKPPJJJTTT00JKTT JKJTTTinputjJKPTLED产品的寿命表征和测量表征普通照明用表征普通照明用LED产品寿命的一般技术指标：产品寿命的一般技术指标： 寿命（h）：LED产品不能点燃或光通维持率降至70或50以下推算寿命（h）：由寿

12、命或加速试验结果推算出的寿命时间。现有测量方法的问题及新解决的方法探讨外推寿命测量：很多LED产品光通维持率变化曲线不符合一般规律；直接测量寿命时间：需要数万甚至数十万小时！。LED的辐射安全测量GB/T 20145-2006 / CIE S009 / IEC 62471-2006 灯和灯系统的光生物安全CIE TC 6-55 Light Emitting Diode (photobiological safety) 皮肤和眼睛的曝辐危害 （光谱辐照度测量） 视网膜危害 （光谱辐亮度测量） 视网膜危害（光谱辐亮度测量）光谱半宽度光束角灯泡LED激光视网膜危害（光谱辐亮度测量）极高性能光谱仪：2

13、00nm-1400nm，0.1nm波长精度， 具备0.001mW/klm或更灵敏的UVC 探测能力TE-COOLED CCD相机：具有极好的线性动态范围辐亮度测量的原理图LED辐射危害测量系统的实物图报告人简介潘建根，教授级高工，杭州远方光电信息有限公司董事长兼技术总监，国际照明委员会（CIE）光辐射测量分部中国代表，CIE LED 灯具测量方法负责人 ，中国照明学会常务理事兼测试计量专委会副主任委员，全国照明电器标委会光辐射测量标准化分会（SAT/TC224/SC3）副主任委员兼秘书长，国家863计划半导体照明工程总体专家组成员。2008年潘建根教授被美国国家标准技术研究院(NIST)聘为客座研究员，2009年获CIE突出贡献