日本白光LED测量标准介绍分析

        日本四团体共同制定的《照明用白色LED测光方法通则》为目前唯一针对照明用白光发光二极管（LED）所制定的测量标准，本文将对其内容进行介绍及分析，以供读者及有关产、学、研部门参考。

　　白光LED标准出炉随着LED研发技术的突飞猛进，已被许多人视为充满潜力的新世代主要照明光源，然而LED具有与传统照明光源截然不同的空间发光特性，使原本适用于传统光源光学特性测量的方式未必适用于LED,如光通量（Luminous Flux）、光强度（Luminous Intensity）及色度（Chromaticity）测量，否则LED的测量精度及准度都将成问题。因此，全球各大标准协会均修订或是新增LED测量标准，但由于LED封装种类繁多，性能也各不相同，所以也有协会针对不同用途的LED制定新的测量标准以国际照明委员会（Commission Internationale de l''''Eclairage;CIE）为例，其在2007年大幅修订原有的LED测量技术文件CIE-127，但因诸多争议，仍有诸多测量问题待解决，而由美国能源部（DOE）所主导，其配合固态照明产品的推广进程，由美国国家标准学会（ANSI）与北美照明学会（IESNA）所组成的标准制定小组，正在进行固态照明灯具相关测试标准的制订，其中包括旋光性量测、色度量测以及寿命评估等标准，但这些标准的特点在于其内容是将固态照明灯具视作一整体来评价，也就是说，LED单体无法由这些标准的规范来作测量。

　　我国近年来也致力于半导体发光器件标准的推动，在政府的支持下，已推出半导体发光器件测试方法，而其它相关标准也正在进行审议中。

　　然而在照明用白光LED标准的推动方面，进展最快的国家是日本，其中日本照明学会（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）在2004年已订出四团体共同标准《照明用白色LED测光方法通则》，成为目前唯一针对照明用白光LED所订定的测量标准，其在初版时就已率先制订数项未曾规范过的项目，如标准LED之制造、小型模块光强度的测量法以及寿命评估方式等。

　　有鉴于LED的测量方式有所进展且标准的内容仍有扩充空间，四团体于2006年3月公布此标准的修订版，增加且修订原先的标准内容，在色度学的量测以及光通量的量测方式等作出更详细的规范。然基于谨慎的心态，有许多部分仍然是被放在附属部分而非实际标准的一部分，不过，其在相关规范的说明仍十分详细，就现阶段国际所能查到的LED标准文献，此标准可说是内容最完整的规范。在目前产业界仍然缺乏适当的通用LED测量规范情况下，该标准将会是一个非常重要的参考依据。下面重点介绍此标准的重要规定，以及修订版的增补部分。

　　适用范围限于照明用白光LED该标准在一开始的标题上，就已宣告适用范围仅限于照明用白光LED，其认为将测量目标限定于照明用白光LED,以限定与标准LED比较的测量方法能有效提升测量精度，且对于标准LED的内容作出很详细的规定。在光强度的测量部分，则依照国际照明委员会所规定的标准条件进行测量；在光通量的测量部分，则一律使用积分球（Integrating Sphere）测量，并在修订版中增加色度、相关色温（Correlated Color Temperature；CCT）、显色性指数（Color Rendering Index；CRI）等的测量方法，且原则上使用积分球作为其入射光学系统。

　　本标准主要是针对单体LED制定的规范，但其对于小型的LED模块光强度的测量也纳入规范，对于小型LED模块而言，其不一定适用于CIE标准条件所规定的平均LED光强度的测量方法。

　　照明用白光LED定义明确此标准与其它LED的相关标准最大的不同在对于“照明用白光LED”作出很明确的定义。根据本标准的解释，所谓的“照明用白光LED”其测量光通量或平均光强度的光色，须满足光谱（Spectrum）几乎涵盖可见光领域的全部范围，且其中不能有欠缺的部分；相关色温的范围在（2500~10000）K以内；以及相关色温在CIE 1960均匀色度（Uniform Chromaticity Scale；UCS）坐标上，与普朗克轨迹（Planckian Locus）的偏差量（Duv）须小于0.02这三项条件。

　　值得注意的是，在此定义中，RGB三色LED将被排除在照明用白光LED的范围之外，事实上，在本标准的附件的解释中，照明白光LED的定义是颇有争议的项目，在相关色温的规定上，由于此处针对的是一般照明，故一开始是以与日光灯同程度（相关色温为（2700~8000）K左右）为考虑，然其参考目前白光LED的实际发展技术，故将相关色温的范围设定成从（2500~10000）K的范围内。

　　光强度/光通量为两大量测方式由于目前并无规范统一的LED封装形状、尺寸及配光特性，而是依各种目的产生不同的设计构造，故LED测量的难度较大。因此，对于标准LED应具备的结构、性能、再现性均须作出规定。

　　在此标准中，标准LED主要分为光强度测量及光通量测量两种，其依据测量特性的不同而有不同的设计概念。举例来说，光强度测量用的标准LED，由于在光强度测量方法中，待测LED机械轴（Mechanical Axis）对准测光器（Photo Detector）是很重要的一项校正因素，因此在该标准中采用机械轴容易对准的子弹型（Lamp）封装当作标准形式；至于光通量测量用标准LED，由于考虑到全光通量的测量规定，因此使用可防止朝LED后方发出光线，且光强度较为均匀的金属罐型（TO-Can）封装当作标准形式。值得注意的是，此处两种形式的标准LED,都是使用氮化铟镓（InGaN）系列的芯片配合钇铝石榴石（YAG）荧光粉所制成的白光LED，其对应在定义项中针对照明用白光LED所述之无欠缺波长的部分。

　　由于标准LED是测量时重要的参考依据，故此标准希望在尽量减少周边环境的影响下，将光学及电气特性的不稳定性降至最低，以达到所期望之再现性的要求。本标准除了限制测量环境温度变动须小于2℃外，为减少LED的初期变动，建议最好使用已经过100小时以上恒流（如20毫安）驱动的标准LED,标准LED之环境温度须控制在25℃。在修订版内，其在附件4中增加温控插槽（Socket）（为具有芯片温度控制功能的点灯治具）说明，其要求在恒定电流的情况下，LED到达热平衡状态的时间（希望至少在5分钟以上）后进行点灯测量。