日本白光LED測量標準研究超前

日本四團體共同制定的《照明用白色LED測光方法通則》為目前唯一針對照明用白光發(fā)光二極管（LED）所制定的測量標準，本文將對其內(nèi)容進行介紹及分析，以供讀者及有關產(chǎn)、學、研部門參考。

白光LED標準出爐隨著LED研發(fā)技術的突飛猛進，已被許多人視為充滿潛力的新世代主要照明光源，然而LED具有與傳統(tǒng)照明光源截然不同的空間發(fā)光特性，使原本適用于傳統(tǒng)光源光學特性測量的方式未必適用于LED,如光通量（Luminous Flux）、光強度（Luminous Intensity）及色度（Chromaticity）測量，否則LED的測量精度及準度都將成問題。因此，全球各大標準協(xié)會均修訂或是新增LED測量標準，但由于LED封裝種類繁多，性能也各不相同，所以也有協(xié)會針對不同用途的LED制定新的測量標準以國際照明委員會（Commission Internationale de l''''Eclairage;CIE）為例，其在2007年大幅修訂原有的LED測量技術文件CIE-127，但因諸多爭議，仍有諸多測量問題待解決，而由美國能源部（DOE）所主導，其配合固態(tài)照明產(chǎn)品的推廣進程，由美國國家標準學會（ANSI）與北美照明學會（IESNA）所組成的標準制定小組，正在進行固態(tài)照明燈具相關測試標準的制訂，其中包括旋光性量測、色度量測以及壽命評估等標準，但這些標準的特點在于其內(nèi)容是將固態(tài)照明燈具視作一整體來評價，也就是說，LED單體無法由這些標準的規(guī)范來作測量。

我國近年來也致力于半導體發(fā)光器件標準的推動，在政府的支持下，已推出半導體發(fā)光器件測試方法，而其它相關標準也正在進行審議中。

然而在照明用白光LED標準的推動方面，進展最快的國家是日本，其中日本照明學會（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）在2004年已訂出四團體共同標準《照明用白色LED測光方法通則》，成為目前唯一針對照明用白光LED所訂定的測量標準，其在初版時就已率先制訂數(shù)項未曾規(guī)范過的項目，如標準LED之制造、小型模塊光強度的測量法以及壽命評估方式等。

有鑒于LED的測量方式有所進展且標準的內(nèi)容仍有擴充空間，四團體于2006年3月公布此標準的修訂版，增加且修訂原先的標準內(nèi)容，在色度學的量測以及光通量的量測方式等作出更詳細的規(guī)范。然基于謹慎的心態(tài)，有許多部分仍然是被放在附屬部分而非實際標準的一部分，不過，其在相關規(guī)范的說明仍十分詳細，就現(xiàn)階段國際所能查到的LED標準文獻，此標準可說是內(nèi)容最完整的規(guī)范。在目前產(chǎn)業(yè)界仍然缺乏適當?shù)耐ㄓ肔ED測量規(guī)范情況下，該標準將會是一個非常重要的參考依據(jù)。下面重點介紹此標準的重要規(guī)定，以及修訂版的增補部分。

適用范圍限于照明用白光LED該標準在一開始的標題上，就已宣告適用范圍僅限于照明用白光LED，其認為將測量目標限定于照明用白光LED,以限定與標準LED比較的測量方法能有效提升測量精度，且對于標準LED的內(nèi)容作出很詳細的規(guī)定。在光強度的測量部分，則依照國際照明委員會所規(guī)定的標準條件進行測量；在光通量的測量部分，則一律使用積分球（Integrating Sphere）測量，并在修訂版中增加色度、相關色溫（Correlated Color Temperature；CCT）、顯色性指數(shù)（Color Rendering Index；CRI）等的測量方法，且原則上使用積分球作為其入射光學系統(tǒng)。

本標準主要是針對單體LED制定的規(guī)范，但其對于小型的LED模塊光強度的測量也納入規(guī)范，對于小型LED模塊而言，其不一定適用于CIE標準條件所規(guī)定的平均LED光強度的測量方法。

照明用白光LED定義明確此標準與其它LED的相關標準最大的不同在對于“照明用白光LED”作出很明確的定義。根據(jù)本標準的解釋，所謂的“照明用白光LED”其測量光通量或平均光強度的光色，須滿足光譜（Spectrum）幾乎涵蓋可見光領域的全部范圍，且其中不能有欠缺的部分；相關色溫的范圍在（2500~10000）K以內(nèi)；以及相關色溫在CIE 1960均勻色度（Uniform Chromaticity Scale；UCS）坐標上，與普朗克軌跡（Planckian Locus）的偏差量（Duv）須小于0.02這三項條件。

值得注意的是，在此定義中，RGB三色LED將被排除在照明用白光LED的范圍之外，事實上，在本標準的附件的解釋中，照明白光LED的定義是頗有爭議的項目，在相關色溫的規(guī)定上，由于此處針對的是一般照明，故一開始是以與日光燈同程度（相關色溫為（2700~8000）K左右）為考慮，然其參考目前白光LED的實際發(fā)展技術，故將相關色溫的范圍設定成從（2500~10000）K的范圍內(nèi)。

光強度/光通量為兩大量測方式由于目前并無規(guī)范統(tǒng)一的LED封裝形狀、尺寸及配光特性，而是依各種目的產(chǎn)生不同的設計構造，故LED測量的難度較大。因此，對于標準LED應具備的結構、性能、再現(xiàn)性均須作出規(guī)定。

在此標準中，標準LED主要分為光強度測量及光通量測量兩種，其依據(jù)測量特性的不同而有不同的設計概念。舉例來說，光強度測量用的標準LED，由于在光強度測量方法中，待測LED機械軸（Mechanical Axis）對準測光器（Photo Detector）是很重要的一項校正因素，因此在該標準中采用機械軸容易對準的子彈型（Lamp）封裝當作標準形式；至于光通量測量用標準LED，由于考慮到全光通量的測量規(guī)定，因此使用可防止朝LED后方發(fā)出光線，且光強度較為均勻的金屬罐型（TO-Can）封裝當作標準形式。值得注意的是，此處兩種形式的標準LED,都是使用氮化銦鎵（InGaN）系列的芯片配合釔鋁石榴石（YAG）熒光粉所制成的白光LED，其對應在定義項中針對照明用白光LED所述之無欠缺波長的部分。

由于標準LED是測量時重要的參考依據(jù)，故此標準希望在盡量減少周邊環(huán)境的影響下，將光學及電氣特性的不穩(wěn)定性降至最低，以達到所期望之再現(xiàn)性的要求。本標準除了限制測量環(huán)境溫度變動須小于2℃外，為減少LED的初期變動，建議最好使用已經(jīng)過100小時以上恒流（如20毫安）驅動的標準LED,標準LED之環(huán)境溫度須控制在25℃。在修訂版內(nèi)，其在附件4中增加溫控插槽（Socket）（為具有芯片溫度控制功能的點燈治具）說明，其要求在恒定電流的情況下，LED到達熱平衡狀態(tài)的時間（希望至少在5分鐘以上）后進行點燈測量。