日本四團(tuán)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(biāo)準(zhǔn),本文將對其內(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)測量,否則LED的測量精度及準(zhǔn)度都將成問題。因此,全球各大標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會均修訂或是新增LED測量標(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)會針對不同用途的LED制定新的測量標(biāo)準(zhǔn)

　　以國際照明委員會(Commission InternationaLEDel Eclairage;CIE)為例,其在2007年大幅修訂原有的LED測量技術(shù)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(dǎo),其配合固態(tài)照明產(chǎn)品的推廣進(jìn)程,由美國國家標(biāo)準(zhǔn)學(xué)會(ANSI)與北美照明學(xué)會(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)測試標(biāo)準(zhǔn)的制訂,(本報上期B7版文章已經(jīng)對此進(jìn)行介紹),其中包括旋光性量測、色度量測以及壽命評估等標(biāo)準(zhǔn),但這些標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)的規(guī)范來作測量。

　　我國近年來也致力于半導(dǎo)體發(fā)光器件標(biāo)準(zhǔn)的推動,在政府的支持下,已推出半導(dǎo)體發(fā)光器件測試方法,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)的推動方面,進(jìn)展最快的國家是日本,其中日本照明學(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)在2004年已訂出四團(tuán)體共同標(biāo)準(zhǔn)《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(biāo)準(zhǔn),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(biāo)準(zhǔn)LED之制造、小型模塊光強(qiáng)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(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)的量測以及光通量的量測方式等作出更詳細(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測量規(guī)范情況下,該標(biāo)準(zhǔn)將會是一個非常重要的參考依據(jù)。下面重點介紹此標(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比較的測量方法能有效提升測量精度,且對于標(biāo)準(zhǔn)LED的內(nèi)容作出很詳細(xì)的規(guī)定。在光強(qiáng)度的測量部分,則依照國際照明委員會所規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)條件進(jìn)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(guān)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(xué)系統(tǒng)。

　　本標(biāo)準(zhǔn)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(qiáng)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(biāo)準(zhǔn)條件所規(guī)定的平均LED光強(qiáng)度的測量方法。

　　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CIE1960均勻色度(Uniform Chromati city 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(biāo)準(zhǔn)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(guān)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(guān)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(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)計構(gòu)造,故LED測量的難度較大。因此,對于標(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)度測量及光通量測量兩種(見表1),其依據(jù)測量特性的不同而有不同的設(shè)計概念。舉例來說,光強(qiáng)度測量用的標(biāo)準(zhǔn)LED,由于在光強(qiáng)度測量方法中,待測LED機(jī)械軸(Mechanical Axis)對準(zhǔn)測光器(Photo Detector)是很重要的一項校正因素,因此在該標(biāo)準(zhǔn)中采用機(jī)械軸容易對準(zhǔn)的子彈型(Lamp)封裝當(dāng)作標(biāo)準(zhǔn)形式;至于光通量測量用標(biāo)準(zhǔn)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(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,其對應(yīng)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(biāo)準(zhǔn)LED是測量時重要的參考依據(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(qū)動的標(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)的時間(希望至少在5分鐘以上)后進(jìn)行點燈測量。