淺析LED燈具檢測標(biāo)準(zhǔn)及技術(shù)

張霞

摘 要：在提倡綠色節(jié)能、安全環(huán)保的新時(shí)代背景下，LED燈具憑借其穩(wěn)定、節(jié)能、無污染、使用壽命長等諸多特性，成為一種備受歡迎的一種新型照明光源，同時(shí)也被公認(rèn)在21世紀(jì)最具價(jià)值的新能源。與傳統(tǒng)光源相比，LED燈具在特性、結(jié)構(gòu)上均存在較大差異，其LED產(chǎn)業(yè)發(fā)展速度極快，各種新產(chǎn)品不斷出現(xiàn)，這就導(dǎo)致該種照明光源檢測、標(biāo)準(zhǔn)等發(fā)展速度相對滯后。加強(qiáng)對LED燈具檢測標(biāo)準(zhǔn)及技術(shù)進(jìn)行深入研究，對LED產(chǎn)業(yè)實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。

關(guān)鍵詞：LED燈具 檢測 標(biāo)準(zhǔn) 技術(shù)

中圖分類號：TU113 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號：1672-3791（2017）06（a）-0024-02

LED即為發(fā)光二級管，其擁有一般二級管的特性，同時(shí)還能夠?qū)㈦娔苓M(jìn)行轉(zhuǎn)換，使其成為光能，加以一定電壓值的直流電進(jìn)行激發(fā)便可發(fā)射出可見光[1]。與白熾燈、熒光等傳統(tǒng)燈具相比，該種照明光源能耗更低，且無有害輻射、使用時(shí)間更長，為一種節(jié)能、環(huán)保、經(jīng)濟(jì)照明能源。但是受諸多因素影響和制約，LED燈具在檢測、評估等方面的工作還處于相對滯后狀態(tài)，這對LED燈具的大規(guī)模使用產(chǎn)生一定局限。加強(qiáng)對LED燈具檢測標(biāo)準(zhǔn)、評估方法、檢測技術(shù)等進(jìn)行深入研究，旨在促進(jìn)該種新型照明能源能夠得到更加廣泛的應(yīng)用。

1 LED燈具基本結(jié)構(gòu)

LED燈具主要由5中物料組成，其分別為支架、晶片、銀膠、金線、環(huán)氧樹脂。LED核心部件為半導(dǎo)體晶片，其一端固定于支架，另外兩端則分別固定于正、負(fù)極引腳上，使用環(huán)氧樹脂對晶片進(jìn)行封裝。LED由磷化鎵、砷化鎵等I-IV族化合物半導(dǎo)體材料制作而成。半導(dǎo)體材料的選擇對發(fā)光顏色產(chǎn)生直接影響，材料不同，發(fā)光顏色也不同相同，P-N結(jié)禁帶寬度也不同，進(jìn)而使得光的波長也不同，因此，LED燈具在使用過程中能夠形成紫外至紅外各種不同顏色的光線。常見的如高亮單色LED、普通單色LED、超過亮度單色LED等，半導(dǎo)體材料分別為砷鋁化鎵、磷化鎵、磷銦砷化鎵。

2 LED燈具發(fā)光原理

LED具有反向截止、正向?qū)?、擊穿等相關(guān)一般PN結(jié)電學(xué)特性。同時(shí)，在某種特定條件下，能夠使其發(fā)光，因此，其還具備一般PN結(jié)沒有的發(fā)光特性。在發(fā)光二極管中，其最主要的部件為一塊半導(dǎo)體芯片。該半導(dǎo)體芯片主要有n型半導(dǎo)體以及p型半導(dǎo)體二者共同構(gòu)成。該兩者之間存在的過渡層即為PN結(jié)構(gòu)。以半導(dǎo)體物理能帶理論相關(guān)知識(shí)作為根據(jù)，加以LED正向工作電壓時(shí)，多數(shù)載流子與少數(shù)載流子相互結(jié)合，在該種情況下，電子便會(huì)發(fā)生躍遷，使能量能夠通過光子的形式發(fā)射，進(jìn)而便產(chǎn)生光[2]。反之，當(dāng)加以LED負(fù)向電壓時(shí)，少數(shù)載流子無法注入，其不能與多數(shù)載流子相互結(jié)合，所以無法發(fā)光。

3 LED燈具檢測標(biāo)準(zhǔn)

IEC 6203 1：2008為目前業(yè)界首個(gè)LED安全檢測標(biāo)準(zhǔn)，該標(biāo)準(zhǔn)于IECTC34/SC34A在2008年出版發(fā)行，之后，諸多LED燈具標(biāo)準(zhǔn)相繼出版[3]。LED燈具具有半導(dǎo)體特性，其在顏色、光通量等方面均與傳統(tǒng)光源存在較大差異性。因此，目前LED燈具尚無統(tǒng)一的分類標(biāo)準(zhǔn)。缺乏相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)來對LED燈具檢測進(jìn)行規(guī)范，會(huì)導(dǎo)致該行業(yè)的發(fā)展出現(xiàn)混亂，產(chǎn)品的推廣及普及均會(huì)受到嚴(yán)重影響。目前，實(shí)施LED燈具檢測的實(shí)施主要以《GB700.12002燈具一般安全要求與試驗(yàn)》《外殼防護(hù)等級（IP代碼）GB4028-93》《整體式LED路燈的測量方法》作為參考依據(jù)；檢驗(yàn)項(xiàng)目主要為電性能參數(shù)、光學(xué)參數(shù)、結(jié)構(gòu)與外觀、可靠性試驗(yàn)。

4 LED燈具檢測技術(shù)

4.1 發(fā)光強(qiáng)度檢測

光強(qiáng)指的是光的強(qiáng)度，具體為在某個(gè)特定角度范圍內(nèi)放射光的量。LED光線相對較為集中，距離較近時(shí)不適用平方反比定律實(shí)施發(fā)光強(qiáng)度檢測。在CIE127標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定提出了實(shí)施光強(qiáng)測量時(shí)的兩種測量平均法向光強(qiáng)的條件，其分別為測量條件A（遠(yuǎn)場條件）、B（近場條件）。該兩個(gè)條件探測器面積是相同的，均為1 cm2。目前，一般選擇使用標(biāo)準(zhǔn)條件B實(shí)施LED燈具發(fā)光強(qiáng)度測量。

4.2 光通量和光效檢測

光通量即為發(fā)光量，其指的是光源發(fā)出光量的總和。目前主要選用積分法、分光法兩種方法對LED燈具實(shí)施光通量檢測。積分法是在積分球內(nèi)依次將被測燈、標(biāo)準(zhǔn)燈點(diǎn)燃，然后分別記錄其在光電轉(zhuǎn)換器上的讀數(shù)為ES、ED。假設(shè)已知Φ為標(biāo)準(zhǔn)燈的光通量，則被測燈光通量ΦD=ED×Φ/ES。該種方法主要利用到“點(diǎn)光源”原理，實(shí)際檢測過程中操作較為簡單，但檢測結(jié)果易受被測燈、標(biāo)準(zhǔn)燈色溫偏差影響，往往會(huì)存在極大的測量誤差。分光法主要是通過光譜能量P（λ）實(shí)施分布計(jì)算，最后檢測出光通量。檢測應(yīng)用儀器為單色儀，積分球內(nèi)測量標(biāo)準(zhǔn)燈380～780 nm光譜，在相同條件下實(shí)施被測燈光譜測量，然后再實(shí)施對比計(jì)算，測出測量的光通量。

光效指的是光源所發(fā)出的光通量與其消耗功率二者間之比。目前主要選用恒流方式對LED燈具的光效實(shí)施測量。

4.3 光譜特性檢測

對LED燈具實(shí)施光譜特性檢測時(shí)，檢測內(nèi)容主要為色坐標(biāo)、光譜功率分布、色溫、顯色指數(shù)等。

色坐標(biāo)指的是以數(shù)字方式存在于坐標(biāo)圖上，用以表示光源的發(fā)光顏色的量。諸多種坐標(biāo)系均可表示顏色坐標(biāo)圖，一般選擇X、Y坐標(biāo)系表示。

光譜功率分布主要是描述光源所發(fā)出的光由諸多不同波長色輻射共同組合而成，不同波長輻射功率大小存在差異性。各個(gè)不同隨波長的順序排列極為光譜功率分布。憑借光譜光度計(jì)以及標(biāo)準(zhǔn)燈對光源實(shí)施對比測量可獲得光譜功率分布。

色溫指的是人通過肉眼可以看到的光源色表的量。在光源所發(fā)射出來的光和特定某溫度下絕對黑體發(fā)射光顏色一致的情況下，該溫度便是色溫。照明領(lǐng)域中所謂的色溫主要是對光源光學(xué)特性進(jìn)行描述的一個(gè)重要參數(shù)。在理論方面，色溫主要源于黑體輻射，能夠通過光源色坐標(biāo)中獲得。

顯色指數(shù)指的是光源所發(fā)射出來的光正確反映被照物顏色的量。一般顯色指數(shù)通常選用Ra表示。這里的Ra指的是光源對8個(gè)色樣顯色指數(shù)的一個(gè)算術(shù)平均值。在光源質(zhì)量中，顯色指數(shù)為一個(gè)重要參量，其對光源實(shí)際應(yīng)用范圍起著決定性作用。目前，采取何種方式促進(jìn)白光LED顯色指數(shù)能夠得到有效提高為LED研發(fā)中一種重點(diǎn)內(nèi)容。

4.4 光強(qiáng)分布測試

光強(qiáng)隨著空間方向或角度發(fā)生變化的關(guān)系被稱為假光強(qiáng)分布。通過該種分布相互連接形成的封閉曲線被稱為光強(qiáng)分布曲線。因?yàn)闇y點(diǎn)數(shù)量相對較多，同時(shí)各個(gè)點(diǎn)均須實(shí)施數(shù)據(jù)處理。目前，主要選用自動(dòng)分布光度計(jì)實(shí)施光強(qiáng)分布測試。

4.5 表面亮度測量

光源處于某個(gè)方向時(shí)的亮度極為光源在此方向單位投影面積上表現(xiàn)出來的發(fā)光強(qiáng)度。通常憑借瞄準(zhǔn)式亮度計(jì)、表面亮度計(jì)實(shí)施LED燈具表面亮度測量。

此外，還需對LED燈具電參數(shù)、熱學(xué)特性等其他性能參數(shù)實(shí)施測量。電性參數(shù)測量主要為正向電壓測量、反向電流測量兩種。LED燈具結(jié)溫、熱阻測量方法主要應(yīng)用到光譜法、紅外微象儀法、光熱阻掃描法、電學(xué)參數(shù)法等。

5 結(jié)語

LED燈具作為一種新型光照能源，其使用更加符合節(jié)能、環(huán)保、低碳要求。目前我國LED半導(dǎo)體照明技術(shù)正在快速發(fā)展，各種各樣的新型產(chǎn)品不斷涌現(xiàn)，因此，相關(guān)檢測標(biāo)準(zhǔn)須不斷更新和完善，相關(guān)工藝和技術(shù)應(yīng)該不斷創(chuàng)新和改進(jìn)。只有這樣才能推動(dòng)我國LED產(chǎn)業(yè)實(shí)現(xiàn)健康、快速發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

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