半導(dǎo)體照明標準和測試方法

潘建根教授級高工CIE光和輻射測量分部中國代表CIE《LED燈具測量方法》負責(zé)人杭州遠方光電信息有限公司董事長半導(dǎo)體照明標準和測試方法簡介LED的基本產(chǎn)業(yè)鏈（以LED路燈為例）LED芯片封裝LED經(jīng)二次光學(xué)設(shè)計組合的LED路燈工程應(yīng)用需要科學(xué)的定量技術(shù)評價指標和檢測手段每一個環(huán)節(jié)都對LED的成功應(yīng)用至關(guān)重要LED產(chǎn)品的顯著特點高光效潛力低維持成本無運動機構(gòu)耐震動部分產(chǎn)品光色可調(diào)快速響應(yīng)時間長壽命……溫度依賴性強光束角較窄多顆LED以不同方式組合光源和燈具往往不可分彩色LED的光譜較窄空間顏色分布不均勻……光電參數(shù)對溫度敏感光通量、峰值波長、色溫等光電參數(shù)隨結(jié)溫度發(fā)生漂移空間光色分布單顆LED也應(yīng)被視為一個小型的復(fù)雜燈具進行測量LED的光輻射測量和性能評估給世界帶來了極大挑戰(zhàn)空間顏色分布不均勻光束角各不相同關(guān)于LED的標準化情況關(guān)注并活躍于LED標準研究與制定的國際和國家組織有：國際照明委員會(CIE)

國際電工委員會(IEC)北美照明學(xué)會(IESNA)美國國家標準(ANSI)固態(tài)照明科技聯(lián)盟(ASSIST)美國電氣制造商協(xié)會(NEMA)美國能源部能源之星(DOEEPAEnergyStar)……各標準由國家標準化管理委員會統(tǒng)一管理，由相關(guān)技術(shù)委員會和其它省部級組織負責(zé)起草和修改。全國半導(dǎo)體照明工程研發(fā)及產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟（CSA）標準推進協(xié)調(diào)小組全國照明電器標準化技術(shù)委員會(SAC/TC224)工業(yè)和信息化部（MITT）半導(dǎo)體照明技術(shù)標準工作組全國稀土標準化技術(shù)委員會（SAC/TC229）二十余項標準已經(jīng)報批，預(yù)計2009年發(fā)布中國有關(guān)LED標準化的情況標準中規(guī)定的半導(dǎo)體照明產(chǎn)品的關(guān)鍵性能安全要求（GB7000.1和GB7000.5）電學(xué)參數(shù)：電流(A)、電壓(V)、頻率(Hz)、功率(W)、功率因素EMC性能

■輸入電流總諧波含量(%)，高次諧波含量(%)（產(chǎn)生對電網(wǎng)的污染）

■

電磁抗擾度性能（單顆LED考察其靜電耐受力）■

發(fā)出電磁干擾水平（產(chǎn)生對電網(wǎng)的污染）光學(xué)參數(shù)

■總光通量(lm)、效能(lm/W)（總光通量/功率）

■

空間光強分布、光束角(°)

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顏色特性：平均顏色，顯色指數(shù)，空間顏色分布不均勻性熱學(xué)性能壽命性能

■

光通維持率(%)和顏色漂移(Δu’,Δv’)

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光通維持壽命電磁兼容(EMC)抗擾度性能測試EMC抗擾度特性測試的必要性：相關(guān)標準的規(guī)定；LED本身為半導(dǎo)體器件，對電磁干擾較為敏感；LED產(chǎn)品的驅(qū)動電路對電磁干擾也可能十分敏感（取決于電路種類）LED路燈抗干擾的主要方面：抗靜電放電干擾（kV）

人體模式(HBM)和機器模式(MM)適用于單顆LEDIEC模式(IEC)適用于LED路燈整體和驅(qū)動電路抗雷擊浪涌干擾（kV）抗快速群脈沖干擾（kV）周波跌落（Dips）和短時中斷（Interruption）LED產(chǎn)品的總光通量和光效的測量光效（efficacy,lm/W）不同于燈具效率（efficiency，％）；整體式LED產(chǎn)品中，無需測量裸光源光通，燈具效率不再適用；“單顆LED光通量×LED數(shù)量”的計算方法是不科學(xué)的！積分球替代法測量總光通量使用已采用基準級方法標定過的同類產(chǎn)品作為校準源標準燈與被測LED之間的光強分布和光譜差異會給測量帶來較大的誤差使用積分球測量光通量是較為快速和方便的方法；光譜輻射計機械掃描式或者基于陣列探測器的快速光譜輻射計光譜輻射計應(yīng)具有較寬的線性動態(tài)范圍

PMT：線性較差，穩(wěn)定性也差

普通CCD：線性較差，靈敏度低

高精度CCD：線性好，靈敏度高

PDA：線性很好，靈敏度較低關(guān)于測量速度很多光源存在發(fā)光不穩(wěn)定現(xiàn)象（LED）脈沖測量模式：保證結(jié)溫與室溫相同穩(wěn)態(tài)測量模式：控制結(jié)溫較為困難CIE會議上關(guān)于LED測量條件的討論，源自：NIST,Dr.Ohno典型高精度快速光譜儀改良了CCD與光柵的匹配設(shè)計，使整個系統(tǒng)的光學(xué)匹配更趨完美精密CCD電子驅(qū)動技術(shù)、復(fù)變矩陣軟件技術(shù)、光譜修正光度計(SPCT)、帶通色輪校正技術(shù)(BWCT)0.3%的全動態(tài)線性性能前所未有的5.00E-05的極低雜散光水平測量總光通量的基準級方法照度積分法（illuminanceintegrating）：緊湊型分布光度計被CIE84-1989推薦，是多數(shù)國家實驗室實現(xiàn)光通量基準單位的方法緊湊型分布光度計還可以高精度測量小光源的光強分布典型緊湊型分布光度計光強積分法測量總光通量光強積分法（luminousintensityintegrating）總光通量測量：區(qū)域光通量測量：

取決于光強測量精度，下文將進一步討論光強分布(配光曲線)的測量測量方法：分布光度計利用照度測量和照度平方反比關(guān)系測量光強：光強測試距離根據(jù)EN13032-1:2004至少為燈具最大發(fā)光面尺寸的5倍（余弦分布）至少為燈具最大發(fā)光面尺寸的10倍（非余弦分布）投光燈的最小測試距離可用以下公式計算:

探測器旋轉(zhuǎn)式分布光度計常用測量各種光源或燈具的分布光度計燈具旋轉(zhuǎn)式分布光度計(臥式分布光度計)中心旋轉(zhuǎn)反射鏡分布光度計被測光源處于旋轉(zhuǎn)中心的轉(zhuǎn)鏡式分布光度計帶同步接收探測器的圓周運動反射鏡式分布光度計測量距離：10米～15米雙鏡雙探分布光度計測量距離：15米～30米近場分布光度計分布光度計+成像亮度計（成像亮度計：一次成像測量平面內(nèi)各點亮度）測量被測光源在空間個方向上的亮度和亮度分布；

成像亮度計在空間各個方向接收來自LED的光束，利用光線追蹤的方法測量光強分布（處于應(yīng)用初期的研究階段）光線追蹤(raytracing)顏色的表征和測量方法高精度測量方法：分布光譜輻射計(goniospectroradiometer)對光譜輻射計有較高要求平均顏色參數(shù)：標準中提出兩個新的參量：平均顏色不均勻性，最大顏色不均勻性LED產(chǎn)品的高精度光色電性能測量綜合解決方案總光通量基準測量顏色基準測量亮度分布測量準遠場(10-20米)光強分布測量和遠場(15-30米)光強分布測量專用軟件實現(xiàn)探測器互校，并可實現(xiàn)任一截面的光度解析。GO-R5000全空間快速分布光度計系統(tǒng)：近場測量

(2-3m)探測器D1實現(xiàn)近場測量光度探頭：緊湊型分布光度計高精度快速光譜輻射計：分布光譜輻射計成像亮度計：近場分布光度計

GO-R5000全空間快速分布光度計系統(tǒng)配置方案GO-R5000全空間快速分布光度計（含精密轉(zhuǎn)臺、控制單元、光度計、專用測控軟件和精密激光對準系統(tǒng)）可選配機載HAAS-2000高精度快速光譜輻射計：測量空間光譜分布可選配機載CX-2B100萬像素16bit制冷恒溫CCD型成像亮度計：測量亮度、構(gòu)成近場分布光度計主探頭選用CLASSL光度探頭(f1’<1.5%)，精密恒溫、前置放大標準光源高精度數(shù)字功率計：測量被測光源的電參數(shù)精密數(shù)顯直流穩(wěn)壓穩(wěn)流電源

變頻穩(wěn)壓電源：為被測光源提供電源單顆LED熱阻熱阻：到底有多少能量變?yōu)楣廨椛淠?？QB/TXXXX-2009普通照明用LED性能要求提出新的物理量參考熱阻LED產(chǎn)品的壽命表征和測量表征普通照明用LED產(chǎn)品壽命的一般技術(shù)指標：壽命（h）：LED產(chǎn)品不能點燃或光通維持率降至70％或50％以下推算壽命（h）：由壽命或加速試驗結(jié)果推算出的壽命時間。現(xiàn)有測量方法的問題及新解決的方法探討外推壽命測量：很多LED產(chǎn)品光通維持率變化曲線不符合一般規(guī)律；直接測量壽命時間：需要數(shù)萬甚至數(shù)十萬小時！。。。。。。LED的輻射安全測量GB/T20145-2006/CIES009/IEC62471-2006

燈和燈系統(tǒng)的光生物安全CIETC6-55LightEmittingDiode(photobiologicalsafety)皮膚和眼睛的曝輻危害（光譜輻照度測量）視網(wǎng)膜危害（光譜輻亮度測量）

視網(wǎng)膜危害（光譜輻亮度測量）光譜半寬度光束角燈泡LED激光視網(wǎng)膜危害（光譜輻亮度測量）極高性能光譜儀：200nm-1400nm，0.1nm波長精度，

具備0.001mW/klm或更靈敏的UVC探測能力TE-COOLEDCCD相機：具有極好的線性動態(tài)范圍輻亮度測量的原理圖LED輻射危害測量系統(tǒng)的實物圖報告人簡介潘建根，教授級高工，杭州遠方光電信息有限公司董事長兼技術(shù)總監(jiān)，國際照明委員會（CIE）光輻射測量分部中國代表，CIE《LED燈具測量方法》負責(zé)人，中國照明學(xué)會常務(wù)理事兼測試計量專委會副主任委員，全國照明電器標委會光輻射測量標準化分會（SAT/TC224/SC3）副主任委員兼秘書長，國家863計劃半導(dǎo)體照明工程總體專家組成員。2008年潘建根教授被美國國家標準技術(shù)研究院(NIST)聘為客座研究員，2009年獲CIE突出貢獻獎。自198