日本白光LED測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)研究超前

日本四團(tuán)體共同制定的《照明用白色LED測(cè)光方法通則》為目前唯一針對(duì)照明用白光發(fā)光二極管（LED）所制定的測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)，本文將對(duì)其內(nèi)容進(jìn)行介紹及分析，以供讀者及有關(guān)產(chǎn)、學(xué)、研部門參考。

白光LED標(biāo)準(zhǔn)出爐隨著LED研發(fā)技術(shù)的突飛猛進(jìn)，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(xué)特性測(cè)量的方式未必適用于LED,如光通量（Luminous Flux）、光強(qiáng)度（Luminous Intensity）及色度（Chromaticity）測(cè)量，否則LED的測(cè)量精度及準(zhǔn)度都將成問題。因此，全球各大標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會(huì)均修訂或是新增LED測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)，但由于LED封裝種類繁多，性能也各不相同，所以也有協(xié)會(huì)針對(duì)不同用途的LED制定新的測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)以國(guó)際照明委員會(huì)（Commission Internationale de l''''Eclairage;CIE）為例，其在2007年大幅修訂原有的LED測(cè)量技術(shù)文件CIE-127，但因諸多爭(zhēng)議，仍有諸多測(cè)量問題待解決，而由美國(guó)能源部（DOE）所主導(dǎo)，其配合固態(tài)照明產(chǎn)品的推廣進(jìn)程，由美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)學(xué)會(huì)（ANSI）與北美照明學(xué)會(huì)（IESNA）所組成的標(biāo)準(zhǔn)制定小組，正在進(jìn)行固態(tài)照明燈具相關(guān)測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)的制訂，其中包括旋光性量測(cè)、色度量測(cè)以及壽命評(píng)估等標(biāo)準(zhǔn)，但這些標(biāo)準(zhǔn)的特點(diǎn)在于其內(nèi)容是將固態(tài)照明燈具視作一整體來評(píng)價(jià)，也就是說，LED單體無法由這些標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)范來作測(cè)量。

我國(guó)近年來也致力于半導(dǎo)體發(fā)光器件標(biāo)準(zhǔn)的推動(dòng)，在政府的支持下，已推出半導(dǎo)體發(fā)光器件測(cè)試方法，而其它相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)也正在進(jìn)行審議中。

然而在照明用白光LED標(biāo)準(zhǔn)的推動(dòng)方面，進(jìn)展最快的國(guó)家是日本，其中日本照明學(xué)會(huì)（JIES）、日本照明委員會(huì)（JCIE）、日本照明器具工業(yè)會(huì)（JIL）以及日本電球工業(yè)會(huì)（JEL）在2004年已訂出四團(tuán)體共同標(biāo)準(zhǔn)《照明用白色LED測(cè)光方法通則》，成為目前唯一針對(duì)照明用白光LED所訂定的測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)，其在初版時(shí)就已率先制訂數(shù)項(xiàng)未曾規(guī)范過的項(xiàng)目，如標(biāo)準(zhǔn)LED之制造、小型模塊光強(qiáng)度的測(cè)量法以及壽命評(píng)估方式等。

有鑒于LED的測(cè)量方式有所進(jìn)展且標(biāo)準(zhǔn)的內(nèi)容仍有擴(kuò)充空間，四團(tuán)體于2006年3月公布此標(biāo)準(zhǔn)的修訂版，增加且修訂原先的標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)容，在色度學(xué)的量測(cè)以及光通量的量測(cè)方式等作出更詳細(xì)的規(guī)范。然基于謹(jǐn)慎的心態(tài)，有許多部分仍然是被放在附屬部分而非實(shí)際標(biāo)準(zhǔn)的一部分，不過，其在相關(guān)規(guī)范的說明仍十分詳細(xì)，就現(xiàn)階段國(guó)際所能查到的LED標(biāo)準(zhǔn)文獻(xiàn)，此標(biāo)準(zhǔn)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(dāng)?shù)耐ㄓ肔ED測(cè)量規(guī)范情況下，該標(biāo)準(zhǔn)將會(huì)是一個(gè)非常重要的參考依據(jù)。下面重點(diǎn)介紹此標(biāo)準(zhǔn)的重要規(guī)定，以及修訂版的增補(bǔ)部分。

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

本標(biāo)準(zhǔn)主要是針對(duì)單體LED制定的規(guī)范，但其對(duì)于小型的LED模塊光強(qiáng)度的測(cè)量也納入規(guī)范，對(duì)于小型LED模塊而言，其不一定適用于CIE標(biāo)準(zhǔn)條件所規(guī)定的平均LED光強(qiáng)度的測(cè)量方法。

照明用白光LED定義明確此標(biāo)準(zhǔn)與其它LED的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)最大的不同在對(duì)于“照明用白光LED”作出很明確的定義。根據(jù)本標(biāo)準(zhǔn)的解釋，所謂的“照明用白光LED”其測(cè)量光通量或平均光強(qiáng)度的光色，須滿足光譜（Spectrum）幾乎涵蓋可見光領(lǐng)域的全部范圍，且其中不能有欠缺的部分；相關(guān)色溫的范圍在（2500~10000）K以內(nèi)；以及相關(guān)色溫在CIE 1960均勻色度（Uniform Chromaticity Scale；UCS）坐標(biāo)上，與普朗克軌跡（Planckian Locus）的偏差量（Duv）須小于0.02這三項(xiàng)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(shí)上，在本標(biāo)準(zhǔn)的附件的解釋中，照明白光LED的定義是頗有爭(zhēng)議的項(xiàng)目，在相關(guān)色溫的規(guī)定上，由于此處針對(duì)的是一般照明，故一開始是以與日光燈同程度（相關(guān)色溫為（2700~8000）K左右）為考慮，然其參考目前白光LED的實(shí)際發(fā)展技術(shù)，故將相關(guān)色溫的范圍設(shè)定成從（2500~10000）K的范圍內(nèi)。

光強(qiáng)度/光通量為兩大量測(cè)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(shè)計(jì)構(gòu)造，故LED測(cè)量的難度較大。因此，對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)LED應(yīng)具備的結(jié)構(gòu)、性能、再現(xiàn)性均須作出規(guī)定。

在此標(biāo)準(zhǔn)中，標(biāo)準(zhǔn)LED主要分為光強(qiáng)度測(cè)量及光通量測(cè)量?jī)煞N，其依據(jù)測(cè)量特性的不同而有不同的設(shè)計(jì)概念。舉例來說，光強(qiáng)度測(cè)量用的標(biāo)準(zhǔn)LED，由于在光強(qiáng)度測(cè)量方法中，待測(cè)LED機(jī)械軸（Mechanical Axis）對(duì)準(zhǔn)測(cè)光器（Photo Detector）是很重要的一項(xiàng)校正因素，因此在該標(biāo)準(zhǔn)中采用機(jī)械軸容易對(duì)準(zhǔn)的子彈型（Lamp）封裝當(dāng)作標(biāo)準(zhǔn)形式；至于光通量測(cè)量用標(biāo)準(zhǔn)LED，由于考慮到全光通量的測(cè)量規(guī)定，因此使用可防止朝LED后方發(fā)出光線，且光強(qiáng)度較為均勻的金屬罐型（TO-Can）封裝當(dāng)作標(biāo)準(zhǔn)形式。值得注意的是，此處兩種形式的標(biāo)準(zhǔn)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(duì)應(yīng)在定義項(xiàng)中針對(duì)照明用白光LED所述之無欠缺波長(zhǎng)的部分。

由于標(biāo)準(zhǔn)LED是測(cè)量時(shí)重要的參考依據(jù)，故此標(biāo)準(zhǔn)希望在盡量減少周邊環(huán)境的影響下，將光學(xué)及電氣特性的不穩(wěn)定性降至最低，以達(dá)到所期望之再現(xiàn)性的要求。本標(biāo)準(zhǔn)除了限制測(cè)量環(huán)境溫度變動(dòng)須小于2℃外，為減少LED的初期變動(dòng)，建議最好使用已經(jīng)過100小時(shí)以上恒流（如20毫安）驅(qū)動(dòng)的標(biāo)準(zhǔn)LED,標(biāo)準(zhǔn)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(diǎn)燈治具）說明，其要求在恒定電流的情況下，LED到達(dá)熱平衡狀態(tài)的時(shí)間（希望至少在5分鐘以上）后進(jìn)行點(diǎn)燈測(cè)量。