能源之星LED照明測量標準及檢測

美國能源之星(Energy Star)已陸續(xù)發(fā)布針對固態(tài)照明產(chǎn)品的檢測規(guī)范定義，文件當中包含檢測項目、檢測方法依據(jù)的規(guī)范、須檢測的樣品數(shù)量及合格判定的規(guī)格數(shù)值，另外對于可進行測試的授權實驗室也有明確說明。在能源之星對固態(tài)照明產(chǎn)品測試所引用的規(guī)范當中，異于傳統(tǒng)照明的部分，包含ANSI C78.377-2008、北美照明協(xié)會(IESNA)LM-79-08、IESNA LM-80-08三份規(guī)范(圖1)，本篇文章將僅就ANSI C78.377-2008及IESNA LM-79-08的檢測細節(jié)進行說明，并針對檢測所需的儀器設備原理介紹。

圖1 能源之星對固態(tài)照明之檢測規(guī)范依據(jù)：ANSI C78.377-2008、IESNA LM-79-08、IESNA LM-80-08

　　固態(tài)照明燈具色溫等級較廣

　　此規(guī)范包含美國國家標準中針對固態(tài)照明產(chǎn)品的光色特性規(guī)格定義，適用于室內使用的燈具，不包括戶外燈具。其中，重點有兩部分，其一是定義相對色溫(CCT)的分級，其次是針對同一相對色溫標稱等級其允許的色溫變異范圍作定義。

　　規(guī)范中所述固態(tài)照明的光色規(guī)格要求，源自于熒光燈的光色分級規(guī)格，但有鑒于固態(tài)照明尚處于起步階段，未如熒光燈發(fā)展已趨于成熟，因此在定義光色要求時，采取較大的變異范圍。目前規(guī)范對固態(tài)照明燈具區(qū)分為八個色溫等級，分別為2700K、3000K、3500K、4000K、4500K、5000K、5700K及6500K(圖2)。

圖2 八個相對色溫指定值在CIE 1931之區(qū)域定義

　　圖2中六個橢圓區(qū)塊為ANSI C78.376定義熒光燈的色溫等級區(qū)塊，其所采取的色溫允許變異范圍為七階MacAdam橢圓范圍。對于固態(tài)照明，將允許變異范圍加大，圖2中的八個菱形區(qū)塊即為固態(tài)照明的八個色溫等級色度坐標(x,y)范圍。色溫分級有助于固態(tài)照明供貨商及使用者有共同的色溫標準語言。另外，此規(guī)范也定義演色性(Color Rendering Index, CRI)，作為評估固態(tài)照明光色特性的另一指標。對于量測光色特性的方式，則對應到LM-79規(guī)范。

　　固態(tài)照明不適用傳統(tǒng)量測　IESNA定義新方法

　　IESNA LM79-08于2008年公布，為測試方法的標準規(guī)范，內容針對固態(tài)照明的發(fā)光效率(單位：每瓦流明數(shù)(lm/W))、光通量(單位：流明(lm))、光強度的空間分布、色度、色差、光色空間均勻性、相對色溫及演色性等進行量測方式與對應設備要求定義。

　　先前傳統(tǒng)照明多是將燈具及光源分開量測，但固態(tài)照明可能出現(xiàn)燈具及光源合為一體的情況，因此原先針對傳統(tǒng)照明定義的規(guī)范并不適用。IESNA特別制定此規(guī)范，希望藉由定義量測程序方法，將表現(xiàn)固態(tài)照明特性的參數(shù)，具有量測可重現(xiàn)性，并統(tǒng)一固態(tài)照明產(chǎn)品光電特性的量測手法，避免因量測方式不同造成爭議。

　　該規(guī)范適用于以發(fā)光二極管(LED)為主包含電子控制裝置及散熱機構，且使用交流或直流電源驅動的固態(tài)照明產(chǎn)品。此規(guī)范所涵蓋的固態(tài)照明產(chǎn)品是一個結合燈具與燈源的照明產(chǎn)品，如整合式LED燈泡，不包含須額外使用電子控制裝置或散熱機構(如LED芯片、LED組件及LED模塊)的固態(tài)照明產(chǎn)品，也不涵蓋供LED光源使用但不包含LED光源販賣形式的燈具。另外，此規(guī)范也不適用于確定個體間產(chǎn)品性能的差異。

　　測試環(huán)境溫度須控制

　　此份規(guī)范定義量測時的環(huán)境溫度為25±1℃，且量測時，溫度量測點須距離燈具1公尺內，高度須與燈具同高并避免光源的輻射熱影響。量測時固定燈具的治具，也須避免熱傳導及阻礙空氣的自然流動。此外，此規(guī)范量測的光電性能，不須將燈源或燈具進行1,000小時的點燈后才進行測試。

　　為確保待測燈具在測試過程中是穩(wěn)定的，測試前燈具須進行熱燈動作，使溫度達到平衡，熱燈時間則依燈具而定，如整合式LED燈泡約需30分鐘就能達到平衡，大型燈具可能需1小時或更久的時間。

　　是否達到穩(wěn)定的標準，可用光源輸出如固定點的光強度或消耗功率的表現(xiàn)來判定。若熱燈30分鐘，在15分鐘內至少取三個量測值，將最大值減最小值的差除以平均值，結果須小于0.5%，如此可判別燈具是否已熱機完成，實際熱燈時間須于檢測報告中注明。量測過程中燈具的擺放方式須為燈具在正常使用下的姿態(tài)。

　　此份規(guī)范定義兩種光通量的量測系統(tǒng)方法，一是使用積分球系統(tǒng)，另一種則為使用配光曲線儀系統(tǒng)。使用哪種系統(tǒng)須依據(jù)所要量測的量(顏色、光強度分布)及待測樣品尺寸等來決定。

　　積分球量測系統(tǒng)不需暗房條件

　　此方法適用于量測小尺寸固態(tài)照明燈具的全光通量及顏色特性，它的優(yōu)點是快速、且不需暗房即可量測，在球內量測時空氣的擾動可降低，但對于包含散熱裝置的整合式燈具就要注意散熱導致溫度的上升。

　　LM-79對于積分球的選用有幾項重點：首先是積分球的尺寸應要夠大，以避免燈體發(fā)出的熱能使溫度升高，以及因文件板及待測燈體自行吸收所導致的量測誤差。另針對積分球的大小，若是量測小型燈泡(如傳統(tǒng)燈泡、省電型燈泡)，建議球體直徑?1公尺；量測4?(約120公分)的熒光燈管、HID燈等較大燈型，建議球體直徑?1.5公尺；量測500W或更大功率的燈型，則建議球體直徑?2公尺。

　　規(guī)范中定義使用積分球各裝置的幾何架構如圖3所示。共有兩種，一種為4π，另一種為2π。在4π的幾何架構，固態(tài)照明產(chǎn)品的總表面積不可超過球壁總面積的2%，例如，在一個2公尺積分球內，待測物若為一個球狀物，其直徑必須小于30毫米。若為線狀產(chǎn)品，其縱向尺寸應小于球直徑的三分之二。在2π架構，安裝固態(tài)照明產(chǎn)品的開口直徑應小于球直徑的三分之一。另外固定燈具的治具不可導熱，以避免影響球體溫度。

圖3 積分球裝置之幾何架構。(a)為4π架構，燈體放置于球體中心，(b)為2π架構，適用于前射發(fā)光型之光源，燈體放置于球體側面。

　　內部涂層反射率則須達90～98%。積分球內的涂層反射率較高，于量測時可得到較高的訊號，且對于積分球內不均勻的空間響應及固態(tài)照明光強度分布變化所引起的誤差也可降低。但反射率高時，球體開口尺寸大小對平均反射率的影響就須予以評估。

　　積分球內應裝有輔助燈，其作用在于評估燈體自吸收的部分，以得到自吸收因子。檔板大小應盡量縮小，但須能防止球體所允許量測最大尺寸燈體的光線直射偵測器。而文件板的放置位置，一般建議為從偵測器算起，介于球半徑三分之一至二分之一長度的距離為文件板位置。另外輔助燈也須有檔板，作用一樣是避免光線直射偵測器。

圖4 常見用以校正用之石英鎢絲白熾燈

　　測量全光光譜輻射通量的標準燈通常是石英鎢絲白熾燈(圖4)。它有較寬的連續(xù)光譜表現(xiàn)，因此用以校正可見光域的光譜輻射計。對于2π球體，僅需前半面發(fā)光的標準燈，作法可將石英鎢絲白熾燈，加上反射罩使光線為前射型。對于4π球體，通常使用全向發(fā)光的標準燈，但也可用前射標準燈。

　　須注意的重點為標準燈的點燈擺放位置將影響結果，也就是說，如果標準燈送往校正單位進行量測時，其擺放位置為何，在傳遞至待校正的系統(tǒng)時，標準燈擺放的方式要相同。另外對于待測光源的光型分布與標準燈的光型分布差異大時也會影響量測值，例如，待測光源是窄角光型的分布，但標準燈為全向近乎等量的光型分布，若以此種標準燈進行校正，再量測窄角光型燈源，結果必定差異很大，因此可準備多種光型分布的標準燈進行校正，以量測不同光型分布的待測樣品。 以積分球形式量測可搭配兩種偵測器，一種為V(λ)亮度計(積分球-亮度計系統(tǒng))，另一種為光譜輻射計(即光譜儀)(積分球-光譜輻射計系統(tǒng))。