LED及其應(yīng)用產(chǎn)品檢測技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)進展

摘 要：LED作為一種新型高效的固態(tài)光源，近幾年來發(fā)展很快，并受到各國政府的重視。在這個過程中，各主要國家都非常重視LED相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的研究和制定。文章結(jié)合LED的特性要求，介紹了國內(nèi)外標(biāo)準(zhǔn)組織在LED相關(guān)領(lǐng)域的標(biāo)準(zhǔn)制定情況，比較分析了各國LED標(biāo)準(zhǔn)體系的特點，并提出我國LED標(biāo)準(zhǔn)化制定的發(fā)展方向。

關(guān)鍵詞： LED；標(biāo)準(zhǔn)；進展

中圖分類號：TN312+.8 文獻標(biāo)識碼：B

The Progress in LED and Its Application Products' Testing Standards

ZENG Xiang-yao

(Xiamen Products Quality Supervision & Inspection Institute, National Testing Center for LED Application Products, Xiamen Fujian 361000, China)

Abstract: As a new style of high effective solid state light source, Light Emitting Diode (LED) has been widely used and develops rapidly in most important countries. In the course, they attach importance to the study and development of the LED standards. With the request of the LED feature, this paper introduces the situation of the LED standards development in domestic and abroad. Then we analyze the differences of the LED standard systems and point out the direction of making LED standards of our country.

Keywords: LED; standard; progress

引 言

LED作為一種固體光源，隨著這幾年逐漸向普通照明領(lǐng)域過渡，被公認為有望成為繼白熾燈、熒光燈、高強度氣體放電燈之后的第四代光源，并帶來人類照明發(fā)展的第二次革命。隨著LED產(chǎn)業(yè)的發(fā)展和技術(shù)水平的提升，世界主要生產(chǎn)LED上、中、下游產(chǎn)品的國家都將LED相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的制定視為增加行業(yè)話語權(quán)的重要方式。在這樣的大環(huán)境下，我國在汲取以往產(chǎn)業(yè)發(fā)展過程中的經(jīng)驗和教訓(xùn)后，也積極、大力地投入到此次LED產(chǎn)業(yè)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的制定中來，把標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)范作為更好地引導(dǎo)行業(yè)健康、快速發(fā)展的重要推動力。到目前為止，國內(nèi)外許多專家學(xué)者在關(guān)于LED標(biāo)準(zhǔn)體系制定方面都有過廣泛而深入的探討[1-4]。

1 我國LED標(biāo)準(zhǔn)化工作的最新進展

在我國，LED的標(biāo)準(zhǔn)化工作主要是由不同領(lǐng)域的標(biāo)準(zhǔn)工作組、標(biāo)準(zhǔn)化委員會以及標(biāo)準(zhǔn)研究機構(gòu)，根據(jù)LED不同研究及應(yīng)用領(lǐng)域分別起草、制定的。以下將根據(jù)這些不同的LED標(biāo)準(zhǔn)機構(gòu)分別予以介紹。

1.1 工業(yè)和信息化部半導(dǎo)體照明技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)工作組（簡稱LED標(biāo)準(zhǔn)工作組）

工業(yè)和信息化部主要圍繞著LED芯片、LED用熒光粉以及LED單管的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)進行制定。在應(yīng)用產(chǎn)品方面，主要是由平板顯示工作組制定了關(guān)于LED顯示屏方面的標(biāo)準(zhǔn)，這些標(biāo)準(zhǔn)的制定，旨在推動LED的上、中、下游制造產(chǎn)業(yè)的快速、良性發(fā)展，并填補國標(biāo)在這方面的空白。目前，工信部標(biāo)準(zhǔn)工作組已經(jīng)制定的主要標(biāo)準(zhǔn)如表1所示。

從表1中我們可以看出，LED熱阻抗測試方法早在2000年就已經(jīng)頒布實施，而其它標(biāo)準(zhǔn)在時隔十年之后才頒布，可見我國對LED相關(guān)產(chǎn)業(yè)的關(guān)注還是較早的。LED產(chǎn)業(yè)在最近幾年得到了較大發(fā)展，形成了較為完整的產(chǎn)業(yè)鏈，作為整個產(chǎn)業(yè)鏈的基礎(chǔ)部分——上中游產(chǎn)業(yè)，其相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的制定顯得尤為緊迫，因此工信部半導(dǎo)體照明技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)工作組在2009年制定并頒布了9個相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。然而由于標(biāo)準(zhǔn)制定工作剛剛開始，因此只對于一些基礎(chǔ)的芯片、單管測試以及基本概念進行了規(guī)范，其中包括SJ/T 11393-11401。

從技術(shù)角度來講，LED單管熱阻抗對LED的性能有著重要的影響。對于單個LED發(fā)光管，降低PN結(jié)溫和LED的熱阻是提高其光效最直接的途徑之一。LED芯片的半導(dǎo)體材料中空穴、電子在電場的作用下，發(fā)生運動、復(fù)合，使得一部分能量產(chǎn)生有效的光電效應(yīng)，發(fā)出光子；而另一部分能量則以熱量的形式導(dǎo)致PN結(jié)區(qū)芯片發(fā)熱，這就導(dǎo)致結(jié)溫上升時，LED的發(fā)光效能隨之變差，光通量下降，當(dāng)升至最大極限結(jié)溫125℃時，光通量就會急劇下降，直至損壞，同時也會使LED的發(fā)光波長變長，顏色發(fā)生紅（漂）移，顯示效果發(fā)生偏色[5-6]。因此，工信部半導(dǎo)體照明技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)工作組針對LED單管的熱阻測試方法進行的規(guī)定中，就涉及到了LED管的穩(wěn)態(tài)熱阻和瞬態(tài)熱阻抗兩個方面，其中瞬態(tài)熱阻抗的測試對于產(chǎn)品篩選有著重要的指導(dǎo)意義。

而在信息社會化的今天，顯示器被越來越多地作為信息傳遞的工具，特別是在北京奧運會、上海世博會以及廣州亞運會等大型活動，以及重大活動中所使用的LED顯示器件，大大加快了產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的腳步。在此背景下，工信部平板顯示工作組制定了LED顯示屏通用規(guī)范以及體育場館用LED顯示屏規(guī)范。

同時，由于LED單管功率的不斷提高，其輻通量、亮度等參數(shù)也會隨之增大，這就會導(dǎo)致光污染的問題。所以，在大功率發(fā)光二極管即將被廣泛運用于普通照明用途時，統(tǒng)一規(guī)范LED的芯片及其光學(xué)、色度學(xué)、電學(xué)的參數(shù)測試方法就顯得非常重要。而管用熒光粉質(zhì)量也會對LED的光學(xué)、色度學(xué)造成重要的影響，具體的影響因素將在下面討論白光LED燈用稀土黃色熒光粉的系列國標(biāo)時予以介紹。

1.2 全國稀土標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會

當(dāng)前，全國稀土標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會制定了《白光LED燈用稀土黃色熒光粉》系列標(biāo)準(zhǔn)，這些標(biāo)準(zhǔn)主要是由廈門通士達新材料有限公司負責(zé)起草，其他一些相關(guān)企業(yè)參與起草的。具體標(biāo)準(zhǔn)如表2所示。

表2所示的標(biāo)準(zhǔn)中，主要包含了白光LED燈用稀土黃色熒光粉總的產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)和系列試驗方法標(biāo)準(zhǔn)，其中六個標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)在2010年2月份開始實施，另外兩個標(biāo)準(zhǔn)也將于2011年5月份實施。

我們知道，隨著日亞在1996年利用藍光LED激發(fā)熒光粉制造出白光LED后，LED用熒光粉已經(jīng)成為半導(dǎo)體照明技術(shù)中的關(guān)鍵材料之一，它的發(fā)光特性直接決定了白光LED的亮度、顯色指數(shù)、相關(guān)色溫及效率等性能[7]。因此，統(tǒng)一LED熒光粉的測試方法和對測試結(jié)果的評價就顯得很重要。因為熒光粉的粒度與粒度分布不僅直接影響熒光粉的發(fā)光亮度、光輸出效率、熒光膜的膜厚，而且會最終影響發(fā)光器件的亮度[8]；而其轉(zhuǎn)化效率和化學(xué)性質(zhì)的穩(wěn)定性也是影響LED發(fā)光器件發(fā)光效率的主要因素[1]。因此，全國稀土標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會關(guān)于LED用黃色熒光粉標(biāo)準(zhǔn)進行詳細的規(guī)范對LED行業(yè)的發(fā)展具有重要的指導(dǎo)意義。

1.3 全國照明電器標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會（簡稱照明標(biāo)委會）

從目前LED應(yīng)用領(lǐng)域來說，主要有作為LCD的背光源、屏幕顯示器、景觀照明燈、交通信號燈和汽車用燈等領(lǐng)域。而隨著LED制造技術(shù)的不斷進步和突破，特別是光效的不斷提高，以及規(guī)模效應(yīng)的形成和制造成本的降低，LED作為高效、綠色的照明產(chǎn)品被快速推廣應(yīng)用，這就需要我們對整個LED照明產(chǎn)品的光學(xué)、安全和環(huán)境性能提出更高的要求。為此，全國照明電器標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會對LED照明及其相關(guān)產(chǎn)品的上述性能進行了標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，其制定的主要系列標(biāo)準(zhǔn)如表3所示。

在表3的標(biāo)準(zhǔn)中，關(guān)于LED的道路、街路照明和普通照明的性能要求比較引人注目，因為它們涉及到LED作為照明光源的大規(guī)模應(yīng)用問題。

從表3可以看出，全國照明電器標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會并沒有對LED隧道燈、LED筒燈、LED管形燈的標(biāo)準(zhǔn)做出規(guī)范，而這些燈具產(chǎn)業(yè)的發(fā)展已經(jīng)初具規(guī)模，迫切需要相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)予以規(guī)范。

對于LED隧道燈來說，雖然《JT/T 609-2004 公路隧道照明燈具》標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定了以熒光燈、鈉燈等氣體放電燈為光源的公路隧道用照明燈具外的其它隧道用燈具可參照執(zhí)行，但是LED隧道燈中的LED光源與熒光燈、鈉燈等氣體放電燈傳統(tǒng)光源的特性有著很大的不同，因此，有必要單獨對LED隧道燈進行標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)范。

同時，LED管形燈與傳統(tǒng)的熒光燈有很大的不同，雖然其啟動特性好、沒有高低頻率之分，但是其光源的發(fā)光具有方向性，所以做成的燈具其出光面也不是360°的。同時，用相對法的傳統(tǒng)積分球測試LED管形燈的光通量，還存在著探測器的靈敏度R(λ)和光譜視見函數(shù)V(λ)不匹配、積分球內(nèi)物體的自吸收效應(yīng)和散熱等問題[9]。因此，用積分球相對測試法測量LED管形燈的光通量會比用這種方法測量傳統(tǒng)熒光燈的光通量帶來更大的測試誤差，所以有必要進行更加深入的研究和細致的規(guī)范，減少測試誤差。

而為了更好地配合國家正在大力實施的“節(jié)能減排”措施和推行“綠色低碳”生活，也有必要提前把普通照明用自鎮(zhèn)流LED燈像普通照明用自鎮(zhèn)流熒光燈一樣納入能效限定值及能效等級部分。如此一來，必將促使企業(yè)提高生產(chǎn)工藝和設(shè)計技術(shù)水平，促進LED普通照明產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。因此，國家標(biāo)準(zhǔn)制定單位有必要盡早出臺關(guān)于這方面的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，進一步推動企業(yè)實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)升級。

1.4 全國交通工程設(shè)施（公路）標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會（SAC/TC 223）

隨著越來越多的LED燈應(yīng)用到交通信息導(dǎo)向、警示等標(biāo)志，國家交通工程設(shè)施（公路）標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會制定了如表4所示的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。

對于表4中所頒布的標(biāo)準(zhǔn)來說，高速公路上應(yīng)用的LED控制標(biāo)志燈，由于涉及到燈具本身在自然界惡劣環(huán)境中所需的特定性能要求，更重要的是，汽車在高速的行駛過程中，LED標(biāo)志燈不但要對司機起到提示或警示作用，并且要盡量減少對他們視覺的不良影響，消除安全隱患。同時，LED控制標(biāo)志燈安裝在高速公路上也要易于使用、維護等。所以，全國交通工程設(shè)施（公路）標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會對交通道路上使用的LED燈進行標(biāo)準(zhǔn)的制定是很有必要的。

1.5 臺灣地區(qū)標(biāo)準(zhǔn)檢驗局

我國臺灣地區(qū)的經(jīng)濟主管部門自2001年以來主要針對LED應(yīng)用產(chǎn)品和LED組件及模塊的光、電、熱性能標(biāo)準(zhǔn)進行了制定，具體標(biāo)準(zhǔn)如表5所示。

從表5中我們可以看出，臺灣地區(qū)的標(biāo)準(zhǔn)檢驗局主要是在2001年和2007年這兩年間對LED應(yīng)用于交通信息引導(dǎo)方面的產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)進行了制定，而后對LED模塊的電源電子式控制裝置和LED道路照明燈具應(yīng)用產(chǎn)品進行了標(biāo)準(zhǔn)制定。而其它的LED應(yīng)用產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)還未頒布。

但是，臺灣標(biāo)準(zhǔn)檢驗局在2001年前就有了關(guān)于LED顯示屏、通信用LED以及LED芯片等系列的標(biāo)準(zhǔn)，并已于2007年整合島內(nèi)上、中、下游LED照明相關(guān)生產(chǎn)廠商成立了LED照明標(biāo)準(zhǔn)及品質(zhì)研發(fā)聯(lián)盟，結(jié)合工研院豐富的標(biāo)準(zhǔn)制訂經(jīng)驗，通過交流討論，形成了LED產(chǎn)業(yè)鏈上的產(chǎn)品測試方法和規(guī)范草案，以此來提升LED產(chǎn)業(yè)的發(fā)展水平。這種對LED相關(guān)產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)制定采用產(chǎn)學(xué)研結(jié)合的模式，并吸引LED產(chǎn)業(yè)鏈上的更多生產(chǎn)企業(yè)參與標(biāo)準(zhǔn)制定的做法，對我們具有很好的學(xué)習(xí)和借鑒作用。

2 國際標(biāo)準(zhǔn)組織和其他主要發(fā)達國家LED標(biāo)準(zhǔn)化進程

2.1 國際兩大標(biāo)準(zhǔn)化組織對LED標(biāo)準(zhǔn)的制定情況

目前，國際上主要有國際照明委員會（CIE）與國際電工委員會（IEC）兩大標(biāo)準(zhǔn)化組織對LED的規(guī)范和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)進行制定，其中CIE是世界光、輻射以及照明方面的最高權(quán)威組織。

目前，CIE共有8個分部，其中4個分部與LED有關(guān)，如表6所示[10]。

而在IEC制定的標(biāo)準(zhǔn)中，與LED有關(guān)的也有7個，如表7所示[11]。

在表6中，我們看到CIE已經(jīng)制定了“LED發(fā)光強度測量”和“燈和燈系統(tǒng)的光生物安全”兩份標(biāo)準(zhǔn)，其它以技術(shù)報告形式發(fā)布。這說明CIE組織側(cè)重于LED基礎(chǔ)測試方法和規(guī)范，強調(diào)基礎(chǔ)和方法。同時，還需要說明的是，在第1分部中，CIE 191: 2010基于視覺功能的中間光度學(xué)推薦系統(tǒng)的技術(shù)報告雖然并不只是針對LED的規(guī)范，但是隨著LED越來越多地應(yīng)用于道路照明、戶外照明和其它夜間交通照明中[12]，用它來評價這些產(chǎn)品的光學(xué)性能就會顯得越來越重要。

而IEC則注重于產(chǎn)品安全要求和性能要求，主要是以標(biāo)準(zhǔn)形式頒布。在表7中，IEC制定的LED應(yīng)用產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)，相對于國內(nèi)已經(jīng)頒布的這方面的標(biāo)準(zhǔn)來說還很少，遠遠滿足不了產(chǎn)業(yè)發(fā)展的需求，不利于全球LED產(chǎn)品的應(yīng)用和推廣。所以，國內(nèi)LED應(yīng)用產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)制定者在參與國際標(biāo)準(zhǔn)制定方面應(yīng)該大有可為。

2.2 發(fā)達國家LED標(biāo)準(zhǔn)制定情況

現(xiàn)在，世界上環(huán)保低碳生活概念深入人心，主要發(fā)達國家都在大力推行半導(dǎo)體固態(tài)照明事業(yè)。為了搶占LED產(chǎn)業(yè)的制高點，這些國家都在LED標(biāo)準(zhǔn)的研究和制定方面給予了很大的投入。

在美國，關(guān)于LED標(biāo)準(zhǔn)的制定主要由美國能源部（DOE）牽頭組織，北美照明學(xué)會（IESNA）、美國國家標(biāo)準(zhǔn)學(xué)會（ANSI）、美國電器制造商協(xié)會（NEMA）、美國國家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究院（NIST）、加拿大標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會（CSA）、UL安全認證公司及固態(tài)照明科技聯(lián)盟（ASSIST）等相互密切合作，先后制定了《普通照明用LED壽命評估技術(shù)規(guī)范》等標(biāo)準(zhǔn)，并建立了相應(yīng)的LED測試方法和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。

在日本，則成立了LED照明推進協(xié)議會（JLEDS），聯(lián)合日本照明學(xué)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）四團體，側(cè)重研究照明用白光LED的測試方法和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。

而韓國技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)局（KATS）也在2007年宣布要在今后的三年時間里，計劃發(fā)布15個LED相關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)。

在歐洲的一些國家里，他們也制定了LED模塊、LED連接件、LED控制裝置等標(biāo)準(zhǔn)，并等同采用歐盟和IEC的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。

3 結(jié)論

現(xiàn)階段，我國不同的標(biāo)準(zhǔn)職能部門根據(jù)自己的優(yōu)勢分別制定了LED產(chǎn)業(yè)鏈上相應(yīng)的行業(yè)及國家標(biāo)準(zhǔn)，并不斷加以完善，使我國在LED標(biāo)準(zhǔn)化方面不斷取得進展和突破。與我國大陸不同的是，臺灣地區(qū)對LED標(biāo)準(zhǔn)的制定采用了產(chǎn)學(xué)研結(jié)合的模式，并由上、中、下游廠商組成標(biāo)準(zhǔn)制定的聯(lián)盟形式；美國和日本則聯(lián)合國內(nèi)的不同標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會，統(tǒng)籌規(guī)劃，并注重普通照明用LED標(biāo)準(zhǔn)的研究和制定；歐洲一些國家也通過采用歐盟和IEC的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)來形成自己國家的標(biāo)準(zhǔn)。而當(dāng)前，我國由于制定LED標(biāo)準(zhǔn)的部門較多，標(biāo)準(zhǔn)中的一些專業(yè)技術(shù)術(shù)語、檢測方法和性能要求沒有完全統(tǒng)一，因此，我國應(yīng)該加大對LED標(biāo)準(zhǔn)研究及制定的工作力度，借鑒臺灣地區(qū)的經(jīng)驗，采用產(chǎn)、學(xué)、研相結(jié)合的模式，同時增加與國外相關(guān)LED標(biāo)準(zhǔn)組織同行的交流，并積極參與國際標(biāo)準(zhǔn)的制定，最大限度地提升我國在國際LED標(biāo)準(zhǔn)中的話語權(quán)，從而推動我國LED產(chǎn)業(yè)更加健康、快速地發(fā)展。

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[11] http://www.iec.ch.

[12] http://www.balkanlight.eu/abstracts_pdf/i11.pdf.

作者簡介：曾祥耀（1981-），男，福建漳州人，碩士，畢業(yè)于福州大學(xué)，研究方向為光電產(chǎn)品檢測技術(shù)，E- mail：tsengjacky@126.com。