LED照明測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)及檢測(cè)細(xì)節(jié)詳解

　　為加速LED照明商品化，北美能源之星針對(duì)LED照明產(chǎn)品特性，訂定迥異于傳統(tǒng)照明的測(cè)試規(guī)范，包含環(huán)境溫度測(cè)試、積分球量測(cè)、配光曲線等，透過LED照明產(chǎn)品測(cè)試方式定義的一致性，區(qū)分出LED照明裝置的優(yōu)良，有利于質(zhì)量升級(jí)。

　　美國(guó)能源之星（Energy Star）已陸續(xù)發(fā)布針對(duì)固態(tài)照明產(chǎn)品的檢測(cè)規(guī)范定義，文件當(dāng)中包含檢測(cè)項(xiàng)目、檢測(cè)方法依據(jù)的規(guī)范、須檢測(cè)的樣品數(shù)量及合格判定的規(guī)格數(shù)值，另外對(duì)于可進(jìn)行測(cè)試的授權(quán)實(shí)驗(yàn)室也有明確說明。在能源之星對(duì)固態(tài)照明產(chǎn)品測(cè)試所引用的規(guī)范當(dāng)中，異于傳統(tǒng)照明的部分，包含ANSI C78.377-2008、北美照明協(xié)會(huì)（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(cè)細(xì)節(jié)進(jìn)行說明，并針對(duì)檢測(cè)所需的儀器設(shè)備原理介紹。

　　圖1 能源之星對(duì)固態(tài)照明之檢測(cè)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(jí)較廣

　　此規(guī)范包含美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中針對(duì)固態(tài)照明產(chǎn)品的光色特性規(guī)格定義，適用于室內(nèi)使用的燈具，不包括戶外燈具。其中，重點(diǎn)有兩部分，其一是定義相對(duì)色溫（CCT）的分級(jí)，其次是針對(duì)同一相對(duì)色溫標(biāo)稱等級(jí)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(jí)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(shí)，采取較大的變異范圍。目前規(guī)范對(duì)固態(tài)照明燈具區(qū)分為八個(gè)色溫等級(jí)，分別為2700K、3000K、3500K、4000K、4500K、5000K、5700K及6500K（圖2）。

　　圖2 八個(gè)相對(duì)色溫指定值在CIE 1931之區(qū)域定義

　　圖2中六個(gè)橢圓區(qū)塊為ANSI C78.376定義熒光燈的色溫等級(jí)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(duì)于固態(tài)照明，將允許變異范圍加大，圖2中的八個(gè)菱形區(qū)塊即為固態(tài)照明的八個(gè)色溫等級(jí)色度坐標(biāo)（x，y）范圍。色溫分級(jí)有助于固態(tài)照明供貨商及使用者有共同的色溫標(biāo)準(zhǔn)語言。另外，此規(guī)范也定義演色性（ColRendering Index， CRI），作為評(píng)估固態(tài)照明光色特性的另一指標(biāo)。對(duì)于量測(cè)光色特性的方式，則對(duì)應(yīng)到LM-79規(guī)范。

　　固態(tài)照明不適用傳統(tǒng)量測(cè)　IESNA定義新方法

　　IESNA LM79-08于2008年公布，為測(cè)試方法的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，內(nèi)容針對(duì)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(qiáng)度的空間分布、色度、色差、光色空間均勻性、相對(duì)色溫及演色性等進(jìn)行量測(cè)方式與對(duì)應(yīng)設(shè)備要求定義。

　　先前傳統(tǒng)照明多是將燈具及光源分開量測(cè)，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(duì)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(cè)程序方法，將表現(xiàn)固態(tài)照明特性的參數(shù)，具有量測(cè)可重現(xiàn)性，并統(tǒng)一固態(tài)照明產(chǎn)品光電特性的量測(cè)手法，避免因量測(cè)方式不同造成爭(zhēng)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(jī)構(gòu)，且使用交流或直流電源驅(qū)動(dòng)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(gè)結(jié)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(jī)構(gòu)（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(gè)體間產(chǎn)品性能的差異。

　　測(cè)試環(huán)境溫度須控制

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

　　為確保待測(cè)燈具在測(cè)試過程中是穩(wěn)定的，測(cè)試前燈具須進(jìn)行熱燈動(dòng)作，使溫度達(dá)到平衡，熱燈時(shí)間則依燈具而定，如整合式LED燈泡約需30分鐘就能達(dá)到平衡，大型燈具可能需1小時(shí)或更久的時(shí)間。

　　是否達(dá)到穩(wěn)定的標(biāo)準(zhǔn)，可用光源輸出如固定點(diǎn)的光強(qiáng)度或消耗功率的表現(xiàn)來判定。若熱燈30分鐘，在15分鐘內(nèi)至少取三個(gè)量測(cè)值，將最大值減最小值的差除以平均值，結(jié)果須小于0.5%，如此可判別燈具是否已熱機(jī)完成，實(shí)際熱燈時(shí)間須于檢測(cè)報(bào)告中注明。量測(cè)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(cè)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(cè)的量（顏色、光強(qiáng)度分布）及待測(cè)樣品尺寸等來決定。

　　積分球量測(cè)系統(tǒng)不需暗房條件

　　此方法適用于量測(cè)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(diǎn)是快速、且不需暗房即可量測(cè)，在球內(nèi)量測(cè)時(shí)空氣的擾動(dòng)可降低，但對(duì)于包含散熱裝置的整合式燈具就要注意散熱導(dǎo)致溫度的上升。

　　LM-79對(duì)于積分球的選用有幾項(xiàng)重點(diǎn)：首先是積分球的尺寸應(yīng)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(cè)燈體自行吸收所導(dǎo)致的量測(cè)誤差。另針對(duì)積分球的大小，若是量測(cè)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(cè)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(cè)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(gòu)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(gòu)，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(gè)2公尺積分球內(nèi)，待測(cè)物若為一個(gè)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(yīng)小于球直徑的三分之二。在2π架構(gòu)，安裝固態(tài)照明產(chǎn)品的開口直徑應(yīng)小于球直徑的三分之一。另外固定燈具的治具不可導(dǎo)熱，以避免影響球體溫度。

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

　　內(nèi)部涂層反射率則須達(dá)90～98%。積分球內(nèi)的涂層反射率較高，于量測(cè)時(shí)可得到較高的訊號(hào)，且對(duì)于積分球內(nèi)不均勻的空間響應(yīng)及固態(tài)照明光強(qiáng)度分布變化所引起的誤差也可降低。但反射率高時(shí)，球體開口尺寸大小對(duì)平均反射率的影響就須予以評(píng)估。

　　積分球內(nèi)應(yīng)裝有輔助燈，其作用在于評(píng)估燈體自吸收的部分，以得到自吸收因子。檔板大小應(yīng)盡量縮小，但須能防止球體所允許量測(cè)最大尺寸燈體的光線直射偵測(cè)器。而文件板的放置位置，一般建議為從偵測(cè)器算起，介于球半徑三分之一至二分之一長(zhǎng)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(cè)器。

　　圖4 常見用以校正用之石英鎢絲白熾燈

　　測(cè)量全光光譜輻射通量的標(biāo)準(zhǔn)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(jì)。對(duì)于2π球體，僅需前半面發(fā)光的標(biāo)準(zhǔn)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(duì)于4π球體，通常使用全向發(fā)光的標(biāo)準(zhǔn)燈，但也可用前射標(biāo)準(zhǔn)燈。

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