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LED及其应用产品检测技术标准进展

2011-01-19 07:03:40 《现代显示》 2011年2期

摘 要:LED作为一种新型高效的固态光源,近几年来发展很快,并受到各国政府的重视。在这个过程中,各主要国家都非常重视LED相关标准的研究和制定。文章结合LED的特性要求,介绍了国内外标准组织在LED相关领域的标准制定情况,比较分析了各国LED标准体系的特点,并提出我国LED标准化制定的发展方向。

关键词: LED;标准;进展

中图分类号:TN312+.8 文献标识码: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作为一种固体光源,随着这几年逐渐向普通照明领域过渡,被公认为有望成为继白炽灯、荧光灯、高强度气体放电灯之后的第四代光源,并带来人类照明发展的第二次革命。随着LED产业的发展和技术水平的提升,世界主要生产LED上、中、下游产品的国家都将LED相关标准的制定视为增加行业话语权的重要方式。在这样的大环境下,我国在汲取以往产业发展过程中的经验和教训后,也积极、大力地投入到此次LED产业相关标准的制定中来,把标准的规范作为更好地引导行业健康、快速发展的重要推动力。到目前为止,国内外许多专家学者在关于LED标准体系制定方面都有过广泛而深入的探讨[1-4]。

1 我国LED标准化工作的最新进展

在我国,LED的标准化工作主要是由不同领域的标准工作组、标准化委员会以及标准研究机构,根据LED不同研究及应用领域分别起草、制定的。以下将根据这些不同的LED标准机构分别予以介绍。

1.1 工业和信息化部半导体照明技术标准工作组(简称LED标准工作组)

工业和信息化部主要围绕着LED芯片、LED用荧光粉以及LED单管的行业标准进行制定。在应用产品方面,主要是由平板显示工作组制定了关于LED显示屏方面的标准,这些标准的制定,旨在推动LED的上、中、下游制造产业的快速、良性发展,并填补国标在这方面的空白。目前,工信部标准工作组已经制定的主要标准如表1所示。

从表1中我们可以看出,LED热阻抗测试方法早在2000年就已经颁布实施,而其它标准在时隔十年之后才颁布,可见我国对LED相关产业的关注还是较早的。LED产业在最近几年得到了较大发展,形成了较为完整的产业链,作为整个产业链的基础部分——上中游产业,其相关标准的制定显得尤为紧迫,因此工信部半导体照明技术标准工作组在2009年制定并颁布了9个相关标准。然而由于标准制定工作刚刚开始,因此只对于一些基础的芯片、单管测试以及基本概念进行了规范,其中包括SJ/T 11393-11401。

从技术角度来讲,LED单管热阻抗对LED的性能有着重要的影响。对于单个LED发光管,降低PN结温和LED的热阻是提高其光效最直接的途径之一。LED芯片的半导体材料中空穴、电子在电场的作用下,发生运动、复合,使得一部分能量产生有效的光电效应,发出光子;而另一部分能量则以热量的形式导致PN结区芯片发热,这就导致结温上升时,LED的发光效能随之变差,光通量下降,当升至最大极限结温125℃时,光通量就会急剧下降,直至损坏,同时也会使LED的发光波长变长,颜色发生红(漂)移,显示效果发生偏色[5-6]。因此,工信部半导体照明技术标准工作组针对LED单管的热阻测试方法进行的规定中,就涉及到了LED管的稳态热阻和瞬态热阻抗两个方面,其中瞬态热阻抗的测试对于产品筛选有着重要的指导意义。

而在信息社会化的今天,显示器被越来越多地作为信息传递的工具,特别是在北京奥运会、上海世博会以及广州亚运会等大型活动,以及重大活动中所使用的LED显示器件,大大加快了产业化发展的脚步。在此背景下,工信部平板显示工作组制定了LED显示屏通用规范以及体育场馆用LED显示屏规范。

同时,由于LED单管功率的不断提高,其辐通量、亮度等参数也会随之增大,这就会导致光污染的问题。所以,在大功率发光二极管即将被广泛运用于普通照明用途时,统一规范LED的芯片及其光学、色度学、电学的参数测试方法就显得非常重要。而管用荧光粉质量也会对LED的光学、色度学造成重要的影响,具体的影响因素将在下面讨论白光LED灯用稀土黄色荧光粉的系列国标时予以介绍。

1.2 全国稀土标准化技术委员会

当前,全国稀土标准化技术委员会制定了《白光LED灯用稀土黄色荧光粉》系列标准,这些标准主要是由厦门通士达新材料有限公司负责起草,其他一些相关企业参与起草的。具体标准如表2所示。

表2所示的标准中,主要包含了白光LED灯用稀土黄色荧光粉总的产品标准和系列试验方法标准,其中六个标准已经在2010年2月份开始实施,另外两个标准也将于2011年5月份实施。

我们知道,随着日亚在1996年利用蓝光LED激发荧光粉制造出白光LED后,LED用荧光粉已经成为半导体照明技术中的关键材料之一,它的发光特性直接决定了白光LED的亮度、显色指数、相关色温及效率等性能[7]。因此,统一LED荧光粉的测试方法和对测试结果的评价就显得很重要。因为荧光粉的粒度与粒度分布不仅直接影响荧光粉的发光亮度、光输出效率、荧光膜的膜厚,而且会最终影响发光器件的亮度[8];而其转化效率和化学性质的稳定性也是影响LED发光器件发光效率的主要因素[1]。因此,全国稀土标准化技术委员会关于LED用黄色荧光粉标准进行详细的规范对LED行业的发展具有重要的指导意义。

1.3 全国照明电器标准化技术委员会(简称照明标委会)

从目前LED应用领域来说,主要有作为LCD的背光源、屏幕显示器、景观照明灯、交通信号灯和汽车用灯等领域。而随着LED制造技术的不断进步和突破,特别是光效的不断提高,以及规模效应的形成和制造成本的降低,LED作为高效、绿色的照明产品被快速推广应用,这就需要我们对整个LED照明产品的光学、安全和环境性能提出更高的要求。为此,全国照明电器标准化技术委员会对LED照明及其相关产品的上述性能进行了标准规范,其制定的主要系列标准如表3所示。

在表3的标准中,关于LED的道路、街路照明和普通照明的性能要求比较引人注目,因为它们涉及到LED作为照明光源的大规模应用问题。

从表3可以看出,全国照明电器标准化技术委员会并没有对LED隧道灯、LED筒灯、LED管形灯的标准做出规范,而这些灯具产业的发展已经初具规模,迫切需要相关标准予以规范。

对于LED隧道灯来说,虽然《JT/T 609-2004 公路隧道照明灯具》标准中规定了以荧光灯、钠灯等气体放电灯为光源的公路隧道用照明灯具外的其它隧道用灯具可参照执行,但是LED隧道灯中的LED光源与荧光灯、钠灯等气体放电灯传统光源的特性有着很大的不同,因此,有必要单独对LED隧道灯进行标准的规范。

同时,LED管形灯与传统的荧光灯有很大的不同,虽然其启动特性好、没有高低频率之分,但是其光源的发光具有方向性,所以做成的灯具其出光面也不是360°的。同时,用相对法的传统积分球测试LED管形灯的光通量,还存在着探测器的灵敏度R(λ)和光谱视见函数V(λ)不匹配、积分球内物体的自吸收效应和散热等问题[9]。因此,用积分球相对测试法测量LED管形灯的光通量会比用这种方法测量传统荧光灯的光通量带来更大的测试误差,所以有必要进行更加深入的研究和细致的规范,减少测试误差。

而为了更好地配合国家正在大力实施的“节能减排”措施和推行“绿色低碳”生活,也有必要提前把普通照明用自镇流LED灯像普通照明用自镇流荧光灯一样纳入能效限定值及能效等级部分。如此一来,必将促使企业提高生产工艺和设计技术水平,促进LED普通照明产业的发展。因此,国家标准制定单位有必要尽早出台关于这方面的标准规范,进一步推动企业实现产业升级。

1.4 全国交通工程设施(公路)标准化技术委员会(SAC/TC 223)

随着越来越多的LED灯应用到交通信息导向、警示等标志,国家交通工程设施(公路)标准化技术委员会制定了如表4所示的相关标准。

对于表4中所颁布的标准来说,高速公路上应用的LED控制标志灯,由于涉及到灯具本身在自然界恶劣环境中所需的特定性能要求,更重要的是,汽车在高速的行驶过程中,LED标志灯不但要对司机起到提示或警示作用,并且要尽量减少对他们视觉的不良影响,消除安全隐患。同时,LED控制标志灯安装在高速公路上也要易于使用、维护等。所以,全国交通工程设施(公路)标准化技术委员会对交通道路上使用的LED灯进行标准的制定是很有必要的。

1.5 台湾地区标准检验局

我国台湾地区的经济主管部门自2001年以来主要针对LED应用产品和LED组件及模块的光、电、热性能标准进行了制定,具体标准如表5所示。

从表5中我们可以看出,台湾地区的标准检验局主要是在2001年和2007年这两年间对LED应用于交通信息引导方面的产品标准进行了制定,而后对LED模块的电源电子式控制装置和LED道路照明灯具应用产品进行了标准制定。而其它的LED应用产品标准还未颁布。

但是,台湾标准检验局在2001年前就有了关于LED显示屏、通信用LED以及LED芯片等系列的标准,并已于2007年整合岛内上、中、下游LED照明相关生产厂商成立了LED照明标准及品质研发联盟,结合工研院丰富的标准制订经验,通过交流讨论,形成了LED产业链上的产品测试方法和规范草案,以此来提升LED产业的发展水平。这种对LED相关产品的标准制定采用产学研结合的模式,并吸引LED产业链上的更多生产企业参与标准制定的做法,对我们具有很好的学习和借鉴作用。

2 国际标准组织和其他主要发达国家LED标准化进程

2.1 国际两大标准化组织对LED标准的制定情况

目前,国际上主要有国际照明委员会(CIE)与国际电工委员会(IEC)两大标准化组织对LED的规范和技术标准进行制定,其中CIE是世界光、辐射以及照明方面的最高权威组织。

目前,CIE共有8个分部,其中4个分部与LED有关,如表6所示[10]。

而在IEC制定的标准中,与LED有关的也有7个,如表7所示[11]。

在表6中,我们看到CIE已经制定了“LED发光强度测量”和“灯和灯系统的光生物安全”两份标准,其它以技术报告形式发布。这说明CIE组织侧重于LED基础测试方法和规范,强调基础和方法。同时,还需要说明的是,在第1分部中,CIE 191: 2010基于视觉功能的中间光度学推荐系统的技术报告虽然并不只是针对LED的规范,但是随着LED越来越多地应用于道路照明、户外照明和其它夜间交通照明中[12],用它来评价这些产品的光学性能就会显得越来越重要。

而IEC则注重于产品安全要求和性能要求,主要是以标准形式颁布。在表7中,IEC制定的LED应用产品标准,相对于国内已经颁布的这方面的标准来说还很少,远远满足不了产业发展的需求,不利于全球LED产品的应用和推广。所以,国内LED应用产品标准制定者在参与国际标准制定方面应该大有可为。

2.2 发达国家LED标准制定情况

现在,世界上环保低碳生活概念深入人心,主要发达国家都在大力推行半导体固态照明事业。为了抢占LED产业的制高点,这些国家都在LED标准的研究和制定方面给予了很大的投入。

在美国,关于LED标准的制定主要由美国能源部(DOE)牵头组织,北美照明学会(IESNA)、美国国家标准学会(ANSI)、美国电器制造商协会(NEMA)、美国国家标准与技术研究院(NIST)、加拿大标准协会(CSA)、UL安全认证公司及固态照明科技联盟(ASSIST)等相互密切合作,先后制定了《普通照明用LED寿命评估技术规范》等标准,并建立了相应的LED测试方法和技术标准。

在日本,则成立了LED照明推进协议会(JLEDS),联合日本照明学会(JIES)、日本照明委员会(JCIE)、日本照明器具工业会(JIL)以及日本电球工业会(JEL)四团体,侧重研究照明用白光LED的测试方法和技术标准。

而韩国技术标准局(KATS)也在2007年宣布要在今后的三年时间里,计划发布15个LED相关国家标准。

在欧洲的一些国家里,他们也制定了LED模块、LED连接件、LED控制装置等标准,并等同采用欧盟和IEC的相关标准。

3 结论

现阶段,我国不同的标准职能部门根据自己的优势分别制定了LED产业链上相应的行业及国家标准,并不断加以完善,使我国在LED标准化方面不断取得进展和突破。与我国大陆不同的是,台湾地区对LED标准的制定采用了产学研结合的模式,并由上、中、下游厂商组成标准制定的联盟形式;美国和日本则联合国内的不同标准协会,统筹规划,并注重普通照明用LED标准的研究和制定;欧洲一些国家也通过采用欧盟和IEC的相关标准来形成自己国家的标准。而当前,我国由于制定LED标准的部门较多,标准中的一些专业技术术语、检测方法和性能要求没有完全统一,因此,我国应该加大对LED标准研究及制定的工作力度,借鉴台湾地区的经验,采用产、学、研相结合的模式,同时增加与国外相关LED标准组织同行的交流,并积极参与国际标准的制定,最大限度地提升我国在国际LED标准中的话语权,从而推动我国LED产业更加健康、快速地发展。

参考文献

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[10] http://www.cie.co.at.

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

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

作者简介:曾祥耀(1981-),男,福建漳州人,硕士,毕业于福州大学,研究方向为光电产品检测技术,E- mail:[email protected]