关键词：LED，半导体照明，标准，检测
Keywords: LED, Solid State Lighting, Standard, test and measurement
一、概述
近年来，在世界LED产业迅猛发展的同时，我国LED产业也取得了举世瞩目的成就。然而LED的诸多发光特性使其在检测方法和标准评价上与传统光源和灯具存在很大差异，给全世界带来了挑战。作为行业发展的基础，如果标准与检测问题得不到妥善解决，势必会严重影响行业的健康发展，因此世界各主要发达国家（美国、德国、日本等）均把LED标准制定和检测技术开发放在了极为重视的地位。他们以本国先进技术为依托，积极开展标准化和检测技术的研究工作，一方面为本国的LED产业提供引导，另一方面凭借他们在国际标准化组织中的活动能力和影响力, 利用本国研究成果，影响甚至主导国际标准的制订，从而占领国际行业标准评价技术至高点，主导世界LED产业的发展。
我国也充分认识到了这一点，在国家标准化委员会、科技部、工信部和轻工总会等机构的引导下，在国家半导体照明工程研发及产业联盟（以下简称“联盟”）的协调下，积极开展研究和交流，根据LED特性和我国LED产业现状和发展前景，原创性地制定了多项LED国家标准和行业标准，为LED产业的进一步快速发展和参与国际标准化工作打下了基础。同时通过自主研发和创新，我国部分LED关键检测设备已达到了很高性能，为标准制定和产业发展发挥了积极的推动作用。
二、国际及国外先进国家的LED标准化工作
（一）国际照明委员会的相关工作
国际照明委员会（法文名：Commission Internationale de l’Eclairage ，简称CIE）是国际世界光、辐射以及照明方面的最权威学术组织，也是国际标准组织（ISO）的成员之一。CIE长期以来一直关注LED的发展和标准化工作。
2007年，CIE发布了两项有关LED的标准：
CIE 127-2007 Measurement of LEDs (2nd ed.)和CIE 177-2007 Color rendering of white LED light sources。其中，CIE 127-2007基于LED和检测技术的发展取代了著名的CIE 127-1997，该技术文件适用于单管LED的测量。
目前正在直接针对LED的研究和标准化工作的技术委员会有：
1、TC1-62: Color rendering of white LED light sources；
2、TC2-46: CIE/ISO standards on LED intensity measurements；
3、TC2-50: Measurement of the optical properties of LED clusters and arrays；
4、TC2-58: Measurement of LED radiance and luminance；
5、TC2-xx: Optical measurements of High-Power LEDs；
6、TC2-xx: High speed testing methods for LEDs；
7、TC 6-55, Light Emitting Diode (photobiological safety)；
8、TC 4-47, Application of LEDs in Transport Signalling and Lighting。
其中最后两项为2008年CIE D2年会上刚刚成立的两个技术委员会。
同时CIE还组织了多次关于LED的研讨会， 将于2009年召开的四年一届的CIE中期大会也将围绕LED和半导体照明的主题展开。
（二）国际电工委员会的相关工作
国际电工委员会（IEC）比较关注产品安全要求和性能要求，目前已发布的LED标准有：
1、IEC 62031(2008): LED modules for general lighting - Safety specifications.
2、IEC 60838-2-2(2006): Miscellaneous Lampholders – Part 2-2: Particular requirements – Connectors for LED Modules；
3、IEC 61347-2-13(2006): Lamp controlgear - Part 2-13: Particular requirements for d.c. or a.c. supplied electronic controlgears for LED modules；
4、IEC 62384(2006): DC or AC supplied electronic control gear for LED modules - Performance requirements – Performance requirements；
5、IEC 62560 Self-ballasted LED-lamps for general lighting services > 50 V - Safety specifications；
6、IEC 62504 TS Ed.1 Terms and definitions for LEDs and LED modules in general lighting。
国际电工委员会（IEC）有关LED方面的标准化工作主要有IEC TC34承担，我国对应的标准化归口单位是SAC/TC224，即全国照明电器标准化技术委员会。
（三）美国的LED标准化工作
美国是最重视LED标准化的国家之一，美国能源部（DOE），美国国家标准学会（ANSI），美国电器制造商协会（NEMA），北美照明工程学会(IESNA)，固态照明科技联盟（ASSIST）均发布了有关LED和半导体照明的标准或技术规范，值得一提的是，美国标准与技术研究所(NIST)在这些标准或技术规范中作了大量研究工作。主要的标准或技术规范有下面几项：
1、ENERGY STAR® Program Requirements for Solid State Lighting Luminaires (由DOE于2005年发布初稿，2006年和2007年分别发布修订稿)；
2、ASSIST Recommends: LED Life for General Lighting Definition of Life (2005)；
3、ANSI_NEMA_ANSLG C78.377-2008 American National Standard for electric lamps— Specifications for the Chromaticity of Solid State Lighting Products（该标准将半导体产品的颜色分为8个相关色温，被中国标准采用）；
4、IESNA LM-79-2008 Approved Method for the Electrical and Photometric Measurements of LED Light Sources；
5、IESNA LM-80-2008 Approved Method For Measuring Lumen Maintenance of LED Light Sources。
（四）日本的LED标准化工作
2004年，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) 四团体共同制定了《照明用白色LED测光方法通则》，包括数项未曾规范过的项目，如标准LED的制造、小型LED模块光强度的测量方法以及寿命评估方法等。2006年，四团体又发布了此标准的修订版，在色度量测量以及光通量测量等方面作出更详细的规范。
三、我国LED标准化工作的最新进展
针对国内外LED行业的特点和发展趋势，经过多方协调和配合，我国已初步建立了较为科学的半导体照明标准化体系，一批行业亟需的LED标准项目已经完成或正在进行中。
（一）《整体式LED路灯的测量方法推荐性技术规范》
联盟《整体式LED路灯的测量方法推荐性技术规范》（以下简称“推荐性技术规范”）于2008年7月正式发布，这是世界最先发布的有关LED应用产品检测的技术规范之一。
由于LED开始大规模进入功能性照明领域，但国内外均无现成的检测方法和标准可循，国家标准的出台又尚需时日，联盟率先组织专家开展LED路灯标准化推进工作，以在正式标准出台前，为我国LED路灯产业健康发展提供一定的参考。该推荐性技术规范在起草中得到了台湾工业研究院、香港应用科学研究院和国内诸多单位的广泛关注，汇集了海内外众多专业意见，为后来的《普通照明用LED模块测试方法》国家标准制定作了大量前期准备工作。
由于LED路灯的诸多特性，特别是在光学性能、温度和寿命上与传统灯有显著的不同，该技术规范对这些性能的表征和测量方法作了详细规定（见表1）。
表1：推荐性技术规范的测量项目和光学性能测量方法（或设备）
主测量项目 电学性能 EMC性能 光学性能 温度和寿命
子测量项目和光学性能测量方法（或设备） 电压 输入电流谐波 光通量和效能：
照度积分法；光强积分法；
积分球系统。 外壳温升
电流 无线电骚扰特性 光强分布特性，路面照度均匀度：
分布光度计。 光通量温度特性曲线
功率和
功率因数 电磁抗扰度特性 平均亮度特性：
近场分布光度计；
由光强分布数据导出。 最高允许环境温度
频率 平均发光颜色，平均显色指数，空间颜色不均匀性：
分布光谱辐射计；
积分球光谱辐射计。 光通维持率，颜色漂移，平均寿命，推算寿命
（二）全国照明电器标准化技术委员会制订的LED标准
全国照明电器标准化技术委员会目前正在制定下列12项LED标准，其中绝大多数项目已完成审定稿，预计将于2009年正式发布实施。
1、《普通照明用LED模块测试方法》
2、《普通照明用LED模块 性能要求》
3、《普通照明用LED模块 安全要求》
4、《普通照明用电压＞50V自镇流LED灯安全要求》
5、《普通照明用电压＞50V自镇流LED灯性能要求》
6、《道路照明用LED灯》
7、《装饰照明用LED灯》
8、《灯的控制装置 第14部分： LED模块用直流或交流电子控制装置的特殊要求》
9、《普通照明LED模块用直流/交流电子控制装置 性能要求》
10、《杂类灯座 第3部分：LED模块用连接器 特殊要求》
11、《普通照明用发光二极管性能要求》
12、《普通照明用LED灯和LED模块术语和定义》
LED模块是LED照明解决方案的基础，《普通照明用LED模块测试方法》的适用范围可扩大到单管LED和其它LED产品，该标准被其它多个LED性能或产品标准所引用。
（三）《白光LED灯用稀土黄色荧光粉》系列标准
《白光LED灯用稀土黄色荧光粉》由全国稀土标准化技术委员会制定，包括总的产品标准和系列试验方法标准，现已进入报批稿阶段。
（四）工业和信息化部半导体照明技术标准工作组
工业和信息化部半导体照明技术标准工作组也正积极开展LED的标准化工作，目前该工作组制定七项电子行业标准已通过审定：
1、半导体照明术语
2、半导体光电子器件小功率发光二极管空白详细规范
3、半导体发光二极管用荧光粉
4、半导体发光二极管芯片测试方法
5、氮化镓基发光二极管用蓝宝石衬底片
6、半导体发光二极管产品系列型谱
7、功率半导体发光二极管芯片技术规范
四、我国LED检测技术的最新进展
在LED的检测方面，我国一直紧盯国际前沿技术，不断开发适应于LED特性的检测方法和设备，目前已形成了LED检测的初步体系，我国产业所需的多数仪器和相关检测技术已能自给。国家科技部组织和布署了半导体照明标准检测方面的863高技术项目，以期通过自主创新解决LED检测和标准方面的关键问题，在这些项目的带动下，我国部分LED检测技术和仪器不仅跟踪了国际先进水平，而且实现了完整的自主知识产权，一些高端的关键检测仪器不再依赖进口。值得一提的是，为完成CIE交给我国学者的关于测量LED用探测器的研究报告，我国主要仪器制造单位与美国国家标准与技术研究院(NIST)展开了深入合作，与NIST合作发表的论文[1]被遴选为CIE专家会议的特邀报告。
下面结合LED标准要求和LED特性，以几个典型的LED关键检测设备为例，阐述我国LED检测技术的最新成果。
（一）高精度快速光谱辐射计
光谱辐射计（也称光谱仪）是测量LED产品（LED芯片、封装LED、LED模块、LED灯/灯具等）的光谱功率分布、发光颜色、显色指数等色度量以及有关光度量的必备设备。
1. LED特性和对光谱辐射计要求
我国一般用机械扫描式光谱辐射计测量各种光源。该光谱辐射计精度较高，但测量速度慢，一般为十几秒到几分钟。用它来测量LED产品并不理想：很多LED产品的发光随时间不稳定，如在测量中LED产品本身的发光已经变化，必然会产生较大误差[2]；不具备散热器件的LED产品（如芯片）要实现稳态测量，必须使用很高要求的热沉；国际先进公司提供的LED光色参数一般为瞬态值，但机械扫描式光谱辐射计无法进行瞬态测量。
基于阵列探测器的普通快速光谱辐射计能实现瞬态测量，但普通快速光谱辐射计测量精度较低，存在明显的杂散光、温度依赖性和非线性，不符合高精度测量要求[4]。
2. 世界和我国高精度快速光谱辐射计的进展
在核心检测技术层面的发展趋势是高精度快速光谱辐射度计的应用越来越广。高精度快速光谱辐射度计的特点是测量精度高，速度快（毫秒级），但制造成本和技术要求高。
图1：我国自主开发的高精度快速光谱辐射计原理图，具有多项专利技术，测量速度快、精度高。
此前，全球仅两家公司掌握高精度快速光谱辐射度计的技术，即美国Optronic Laboratories和德国Instrument Systems，随着2007年初我国拥有自主专利的高精度快速光谱辐射计的成功问世，中国成为第三个拥有此项技术的国家。该国产高精度快速光谱辐射计的技术指标已经超过美国同类产品，与德国同类产品相当，而且利用自主专利技术，国产仪器能在光度线性和杂散光控制方面略高一筹。
（二）双镜双探分布光度计
分布光度计是测量LED产品的空间光强分布和光通量的设备。此前，我国已拥有世界上几乎所有类型的分布光度计的生产能力，但精确测量LED，需要更高性能的分布光度计。
1. LED产品特性和分布光度测量
LED产品主要由于下列特点而使传统的分布光度遭遇挑战：
(1)LED对温度十分敏感，因此在分布光度计的测量中，保持LED产品的稳定，避免被测LED产品在大空间范围内的运动十分重要；
(2)LED产品光束一般较窄，且通常采用光源和灯具一体化的设计，传统的相对测量不再适用，而绝对光通量和光强分布测量对方法和设备要求更高[3]。
2. 关于LED产品的总光通量测量的研究
由于上述特性，目前LED的总光通量和光效测量的横向可比性较差，如采用同类LED产品定标测量系统，测量不确定度将大大减小[4]。但LED产品丰富多样，业界亟需测量总光通量的基准测量方法和设备实现高精度量值传递。
为实现LED产品总光通量的基准测量，各国纷纷将研究重点放在了最基础的照度积分法上[5]。中国测光界也在总光通量测量方面也作了较为全面的研究，并开发了具有多项自主专利的相应产品（双镜双探分布光度计），站到了世界测光的先进行列。
3. 双镜双探分布光度计
图1为双镜双探分布光度计的原理示意图。该系统可以高精度实现各种LED产品的空间光强分布和总光通量基准，其测量几何、转角精度和探测器精度等均满足绝对光度量测量的要求。
图2：我国自主开发的双镜双探分布光度计系统，该系统已被我国国家标准所采用[4]
利用双探测器的设计该系统可以实现远场测量和近场测量。远场测量：被测光源发出的光分别经过旋转反光镜M1和固定反光镜M2反射后正入射第一探测器（实线所指光路），适用于测量大尺寸或窄光束LED产品的光强分布；近场测量：将两面反光镜M1和M2用黑色挡光物遮住，第二探测器直接接收LED产品的光（虚线所指光路），适用于测量小尺寸光源的光强分布，该测量几何还能满足CIE 84[6]要求，利用照度积分法实现各种LED产品的总光通量基准测量。
在测量中，LED产品按规定姿态点燃于旋转中心，具有很高的稳定性，大量实验验证，双镜双探分布光度计在快速测量状态下的动态光度重复性为0.1%，明显优于传统的中心反射镜分布光度计的1%~3%的动态光度重复性水平。双镜双探分布光度计性能卓越，受到了国际测光专家和用户的一致好评，目前双镜双探分布光度计产品已出口英国、德国、土耳其、巴西、美国、台湾等多个国家和地区，建立了多个国际先进测光实验室。
（三）特别注意
值得一提的是，虽然我国在LED的检测技术和仪器方面取得了显著的成绩，但检测仪器市场也存在以次充好，误导LED制造和应用部门的情况，当行业的高速成长，投资密度加大时，这种现象更应引起业界的警惕。业内对于检测仪器自身标准化的呼声也越来越高，全国照明电器标准化技术委员会光辐射测量分技术委员会（SAC/TC224/SC3）将尽快开展这一方面的标准化研究和制定工作。
五、小结
LED的标准和检测技术得到了全世界的重视。我国也在LED标准化方面取得了突破性进展，从以往的跟踪国际先进标准，发展至现在的根据LED特性、根据我国LED产业及检测技术现状，原创性地制定多项LED相关标准，并积极参与国际标准化的探讨工作，不仅为我国LED产业健康快速发展打下了基础，也为我国标准被国际标准采用提供了必要条件。在检测技术和仪器方面，我国LED产业所需的多数仪器和相关测试技术已基本实现自给，通过自主研发和创新，部分关键检测技术和仪器达到了国际先进水平。我国具有完整自主知识产权的LED关键检测设备不仅能满足国内需求，而且还出口多个LED产业较为发达的国家和地区，在海外建立了多个国际先进实验室。相信在各级政府和LED产业界人士的共同努力下，我国的LED标准和检测技术还将取得更大的发展，更好地为整个LED产业服务，我国完全能在LED这一新兴产业中形成综合的国际竞争力，并力争从LED应用大国跃升为LED制造强国。
参考文献：
[1] Jiangen Pan, Haiping Shen, Yuqin Zong and Yoshi Ohno, Considerations on the Improvements of f1’ Evaluation, Proc. of 2008 CIE Expert Symposium on Advances in Photometry and Colorimetry.
[2] Yuqin Zong and Yoshi Ohno, New Practical Method for Measurement of High-Power LEDs, Proc. of 2008 CIE Expert Symposium on Advances in Photometry and Colorimetry.
[3] IESNA LM-79-2008 Approved Method for the Electrical and Photometric Measurements of LED Light Sources.
[4] GB/T XXXX-XXXX《普通照明用LED模块测试方法》（审定稿）
[5] 李倩，潘建根，LED总光通量高精度检测最新进展，2008绿色照明与照明节能研讨会论文集
[6] CIE 84-1989 The Measurement of Luminous Flux.
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