LED照明檢測(cè)問題及其平臺(tái)建設(shè)芻議

伴隨著LED技術(shù)和半導(dǎo)體照明產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，LED標(biāo)準(zhǔn)體系的建立和檢測(cè)技術(shù)服務(wù)平臺(tái)的建設(shè)工作也越來(lái)越迫切。LED作為一種新型光源應(yīng)用在照明領(lǐng)域，其結(jié)構(gòu)、特性、應(yīng)用等，與白熾燈、熒光燈等傳統(tǒng)光源相比，均存在很大差別。加之LED及LED應(yīng)用產(chǎn)品的多樣性、多變性、創(chuàng)新性，相關(guān)技術(shù)的突破發(fā)展和新產(chǎn)品的不斷涌現(xiàn)，造成目前LED標(biāo)準(zhǔn)、檢測(cè)、評(píng)估等工作的相對(duì)滯后，成為影響LED半導(dǎo)體照明產(chǎn)業(yè)發(fā)展的瓶頸。

LED半導(dǎo)體照明存在的測(cè)試問題

與傳統(tǒng)光源(白熾燈、熒光燈)相同，LED燈具產(chǎn)品也需要對(duì)其電學(xué)參數(shù)、光度參數(shù)、色度參數(shù)、熱學(xué)參數(shù)、老化特性、可靠性、安全性等進(jìn)行測(cè)試分析來(lái)表征。但由于LED燈具獨(dú)特的發(fā)光特性，單個(gè)LED具有點(diǎn)光源特性，當(dāng)多個(gè)LED集成組成光源和燈具產(chǎn)品，多樣的結(jié)構(gòu)組合產(chǎn)生更加復(fù)雜得光源特性。同時(shí)，由于LED燈具獨(dú)特的整體特性和復(fù)雜應(yīng)用的現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境，其LED光源模組、散熱機(jī)構(gòu)和驅(qū)動(dòng)電源等組成部分緊密結(jié)合，而且不同的LED應(yīng)用產(chǎn)品的光源分布和配光結(jié)構(gòu)也不相同，加上LED燈具廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域和特異性功能及功能組合。因此不能簡(jiǎn)單套用傳統(tǒng)光源的原有標(biāo)準(zhǔn)。但由于目前主要還是借鑒傳統(tǒng)光源的測(cè)試方法和技術(shù)，使LED半導(dǎo)體照明測(cè)試方面出現(xiàn)越來(lái)越多的問題。

舉例說(shuō)明:

1)光強(qiáng)測(cè)試:目前LED光強(qiáng)測(cè)試主要依據(jù)CIE127 Measurement of LEDs。對(duì)于平均光強(qiáng)度推薦了兩種測(cè)量幾何條件，對(duì)于LED頂端和探測(cè)器的距離分別是316mm和100mm。但對(duì)于高亮度的大功率LED，測(cè)量距離r在100mm與316mm之間實(shí)測(cè)的光強(qiáng)是不一致的。一些專家提出建議取消近場(chǎng)測(cè)量或延長(zhǎng)測(cè)試距離。另外，還需要特別注意測(cè)試的方向性、溫度環(huán)境等。

2)光通量測(cè)試:采用積分球是LED光通量的通用測(cè)試方法，但測(cè)試實(shí)踐和研究報(bào)告說(shuō)明，受到響應(yīng)時(shí)間、環(huán)境溫度、LED放置方向、LED燈具尺寸等因素的影響，LED光通量測(cè)試將出現(xiàn)較大偏差。例如對(duì)于LED路燈、隧道燈等大功率LED燈具，除了采用大尺寸(2米、3米)積分球本身所帶來(lái)的誤差，燈具表面溫度、燈具外殼光擾等將進(jìn)一步影響測(cè)試結(jié)果，即使側(cè)面安裝方式也因?yàn)闊艟咄庑蔚牟唤y(tǒng)一而難以實(shí)際性采用。雖然目前開始采用分布式光度計(jì)進(jìn)行總光通量的測(cè)試計(jì)算，但定標(biāo)方面存在困難，兩種方法對(duì)比測(cè)試結(jié)果仍有不同程度的差距。

3)結(jié)溫測(cè)試:由于LED 結(jié)溫高低直接影響到LED 出光效率、器件壽命、可靠性、發(fā)射波長(zhǎng)等。因此對(duì)結(jié)溫、熱阻等熱學(xué)參數(shù)的進(jìn)行快速準(zhǔn)確的測(cè)試是非常必要的。目前主要的測(cè)試方法有紅外熱像儀法、電學(xué)參數(shù)法、光譜法等。但還沒有制定統(tǒng)一的測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)。

4)光效測(cè)試:光效是LED應(yīng)用產(chǎn)品節(jié)能效果的重要評(píng)價(jià)指標(biāo)之一，而LED作用半導(dǎo)體固態(tài)照明元件，受溫度等條件的影響非常明顯，目前相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)LED應(yīng)用產(chǎn)品光效測(cè)試的初始條件或老化穩(wěn)定條件要求并不統(tǒng)一，而且對(duì)環(huán)境溫度、工作溫度等相關(guān)參數(shù)要求也不明確，因此可比性差，理想值與實(shí)際值也存在較大差距。同樣的原因直接影響著能效的測(cè)試，也直接關(guān)系到合同能源管理(EMC)的有效實(shí)施。

5)壽命測(cè)試:LED具有長(zhǎng)壽命的特點(diǎn)，光衰特性往往又是LED應(yīng)用產(chǎn)品的重要評(píng)價(jià)指標(biāo)之一，但是實(shí)際壽命測(cè)試過(guò)程中所需時(shí)間太長(zhǎng)。因此需要一種加速老化進(jìn)行壽命測(cè)試的方法，目前主要的加速手段包括電壓加速老化、電流加速老化、溫度加速老化等，但尚無(wú)法確定統(tǒng)一的測(cè)試規(guī)律。

相對(duì)于獨(dú)立的LED芯片和模組，LED光源和燈具更加復(fù)雜和多樣化，同時(shí)除了進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室檢測(cè)，還需要對(duì)不同的LED應(yīng)用產(chǎn)品進(jìn)行生產(chǎn)過(guò)程中的自動(dòng)連續(xù)測(cè)試和使用過(guò)程中的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)測(cè)試，因此面臨一些更加突出的測(cè)試問題。

1)整體測(cè)試:與白熾燈、熒光燈等傳統(tǒng)燈具相比，許多LED照明燈具例如LED礦燈、LED路燈等，其燈具的特性評(píng)價(jià)必須進(jìn)行整體測(cè)試，而無(wú)法區(qū)分光源、燈殼、電源、散熱等不同的部件進(jìn)行部分測(cè)試。而光度參數(shù)、熱學(xué)參數(shù)、電學(xué)參數(shù)等又是互相關(guān)聯(lián)、互相影響的，增加了準(zhǔn)確測(cè)試分析和評(píng)價(jià)評(píng)估的難度。

2)綜合測(cè)試:對(duì)LED燈具的測(cè)試，包括光強(qiáng)、光通量、發(fā)光光譜、光強(qiáng)空間分布等光度參數(shù)，色溫、色坐標(biāo)等色度參數(shù)，以及電壓、電流、溫度等測(cè)試環(huán)境參數(shù)。目前LED燈具專用測(cè)試儀器性能相對(duì)單一，一般一臺(tái)測(cè)試儀器只能完成其中的1-2項(xiàng)。由于待測(cè)LED燈具樣品需要多次裝卸，測(cè)試周期較長(zhǎng)，降低了測(cè)試結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性，因此需要提高LED燈具綜合特性的測(cè)試能力。

3)連續(xù)測(cè)試:對(duì)LED燈具的可靠性、穩(wěn)定性測(cè)試，往往需要進(jìn)行一定周期內(nèi)的定時(shí)多次測(cè)試，以獲得光強(qiáng)-時(shí)間特性曲線、光通量-時(shí)間特性曲線、色度-時(shí)間特性曲線、溫度-時(shí)間特性曲線等來(lái)對(duì)可靠性、穩(wěn)定性進(jìn)行綜合測(cè)試分析，由于具有測(cè)試周期長(zhǎng)、測(cè)試頻率高的要求，因此需要增加自動(dòng)化的連續(xù)測(cè)試手段。

4)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試:對(duì)于LED顯示屏、LED路燈等戶外使用的LED應(yīng)用產(chǎn)品，僅僅進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室理想環(huán)境下的測(cè)試，對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量的評(píng)價(jià)是不夠的。必須增加實(shí)際工作環(huán)境中的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)測(cè)試，而現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試由往往受到使用環(huán)境的限制。因此必須研究針對(duì)性的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試手段，開發(fā)實(shí)用的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試儀器，并制定可行的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試流程和照明工程驗(yàn)收規(guī)范。

如上所述，隨著LED半導(dǎo)體照明的技術(shù)進(jìn)步和產(chǎn)業(yè)發(fā)展，測(cè)試問題也越來(lái)越突出。因此在政府推動(dòng)LED產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃中，研究LED的測(cè)試技術(shù)，確定LED的測(cè)試方法，制訂LED的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，建立LED檢測(cè)服務(wù)平臺(tái)等均是重要內(nèi)容。

LED半導(dǎo)體照明檢測(cè)服務(wù)平臺(tái)建設(shè)

“廣州半導(dǎo)體照明檢測(cè)技術(shù)服務(wù)中心”是廣州市批準(zhǔn)建立的首家LED半導(dǎo)體照明專業(yè)檢測(cè)單位。針對(duì)LED測(cè)試技術(shù)難題，研究院從2003年開始，重點(diǎn)進(jìn)行LED半導(dǎo)體照明測(cè)試技術(shù)的研究工作。近來(lái)來(lái)承擔(dān)和完成LED測(cè)試直接相關(guān)的科技計(jì)劃項(xiàng)目近10項(xiàng)，包括2009年廣東省科技計(jì)劃項(xiàng)目《LED路燈道路照明現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)裝置的研究》，2010年廣東省重大科技專項(xiàng)《廣州市廣東省綠色照明示范城市 》等。通過(guò)這些研究工作，總結(jié)和掌握了較為完整的LED測(cè)試方法，對(duì)目前LED和LED燈具所存在的測(cè)試問題也有較為清晰的認(rèn)識(shí)，并通過(guò)針對(duì)性地研發(fā)工作，在LED測(cè)試方法和測(cè)試儀器等方面取得了較好的研究成果。

目前，正在針對(duì)LED路燈的測(cè)試問題，研究LED路燈實(shí)驗(yàn)室測(cè)試和現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試的關(guān)鍵技術(shù)，建立LED路燈現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試環(huán)境，采用計(jì)算機(jī)控制、網(wǎng)絡(luò)通信和多傳感器集成，自主開發(fā)LED路燈道路照明現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)裝置。同時(shí)基于測(cè)試和相關(guān)研究成果，積極組織和參與LED地方標(biāo)準(zhǔn)、測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)的制訂，加快LED半導(dǎo)體照明產(chǎn)品及其量值的統(tǒng)一化、標(biāo)準(zhǔn)化工作，協(xié)助建立地方LED標(biāo)準(zhǔn)體系。

中心同時(shí)依托研究院與香港科技園公司穗港合作共建的LED交互檢測(cè)服務(wù)平臺(tái)，該平臺(tái)致力于整合穗港兩地科研院所和質(zhì)檢單位的LED測(cè)試設(shè)備和資源，提供符合LED國(guó)際測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)的測(cè)試條件和環(huán)境。采用可授權(quán)的交互測(cè)試方式，開展LED半導(dǎo)體照明檢測(cè)和檢測(cè)技術(shù)服務(wù)。通過(guò)“廣州半導(dǎo)體照明檢測(cè)技術(shù)服務(wù)中心”，負(fù)責(zé)在廣東省內(nèi)其它地區(qū)統(tǒng)一承接和安排LED檢測(cè)服務(wù)業(yè)務(wù)。根據(jù)測(cè)試需求，部分測(cè)試項(xiàng)目由香港科技園公司建立的固體照明測(cè)試平臺(tái)承擔(dān)。廣州市科技和信息化局對(duì)赴港LED交互測(cè)試給與政策指導(dǎo)和優(yōu)惠措施，在香港科技園公司減30%測(cè)試費(fèi)的基礎(chǔ)上再給50%的測(cè)試費(fèi)補(bǔ)助。創(chuàng)新性的建立一種穗港兩地合作共建科技基礎(chǔ)平臺(tái)，利用兩地資源優(yōu)勢(shì)共享開放，構(gòu)建區(qū)域支撐檢測(cè)服務(wù)體系，聯(lián)合統(tǒng)一開展檢測(cè)服務(wù)的合作新模式。

中心作為L(zhǎng)ED半導(dǎo)體照明的專業(yè)檢測(cè)技術(shù)公共服務(wù)平臺(tái)，將充分發(fā)揮其公共服務(wù)作用，面向政府管理、科學(xué)研究、產(chǎn)品開發(fā)、生產(chǎn)管理、質(zhì)量控制、市場(chǎng)營(yíng)銷、最終應(yīng)用等半導(dǎo)體照明技術(shù)應(yīng)用的所有環(huán)節(jié)，為政府管理部門、高校和科研機(jī)構(gòu)、公司企業(yè)、用戶單位和個(gè)人等提供全面的檢測(cè)、評(píng)估服務(wù)和技術(shù)支撐。保障地區(qū)LED綠色照明示范工程和應(yīng)用推廣、廣州亞運(yùn)會(huì)亮化工程等地區(qū)半導(dǎo)體照明重點(diǎn)工程的順利進(jìn)行，促進(jìn)《廣州市半導(dǎo)體照明產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃》等地區(qū)發(fā)展規(guī)劃的有效實(shí)施，推進(jìn)廣州市廣東省綠色照明示范城市等專項(xiàng)實(shí)施和建設(shè)，促進(jìn)LED半導(dǎo)體照明新興產(chǎn)業(yè)的健康有序發(fā)展。