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日本《照明用白色LED測光方法通則》

日本四集團共同制定的《照明用白色LED測光方法通則》為目前唯一針對照明用白光發光二極管(LED)所制定的丈量尺度,本文將對其內容進行先容及分析,以供讀者及有關產、學、研部分參考。

白光LED尺度出爐隨著LED研發技巧的突飛猛進,已被很多人視為布滿潛力的新世代重要照明光源,然而LED具有與傳統照明光源截然不同的空間發光特征,使底本實用于傳統光源光學特征丈量的方法未必實用于LED,如光通量(LuminousFlux)、光強度(Luminous Intensity)及色度(C h romati city)丈量,否則LED的丈量精度及準度都將成標題。因此,全球各大尺度協會均修訂或是新增LED丈量尺度,但由于LED封裝種類繁多,性能也各不雷同,所以也有協會針對不同用處的LED制定新的丈量尺度以國際照明委員會(Commission Internationaledel’Eclairage CIE)為例,其在2007年大幅修訂原有的LED丈量技巧文件CIE-127,但因諸多爭議,仍有諸多丈量標題待解決,而由美國能源部(DOE)所主導,其配合固態照明產品的推廣過程,由美國國家尺度學會(ANSI)與北美照明學會(IESNA)所組成的尺度制定小組,正在進行固態照明燈具相干測試尺度的制定,其中包含旋光性量測、色度量測以及壽命評估等尺度,但這些尺度的特點在于其內容是將固態照明燈具視作一整體來評價,也就是說,LED單體無法由這些尺度的規范來作丈量。

我國近年來也致力于半導體發光器件尺度的推動,在政府的支撐下,已推出半導體發光器件測試方法,而其它相干尺度也正在進行審議中。

然而在照明用白光LED尺度的推動方面,進展最快的國家是日本,其中日本照明學會(JIES)、日本照明委員會(JCIE)、日本照明用具產業會(JIL)以及日本電球產業會(JEL)在2004年已訂出四集團共同尺度《照明用白色LED測光方法通則》,成為目前唯一針對照明用白光LED所訂定的丈量尺度,其在初版時就已率先制定數項未曾規范過的項目,如尺度LED之制作、小型模塊光強度的丈量法以及壽命評估方法等。

有鑒于LED的丈量方法有所進展且尺度的內容仍有擴充空間,四集團于2006年3月頒布此尺度的修訂版,增加且修訂本來的尺度內容,在色度學的量測以及光通量的量測方法等作出更具體的規范。然基于謹嚴的心態,有很多部分仍然是被放在附屬部分而非實際尺度的一部分,不過,其在相干規范的闡明仍十分具體,就現階段國際所能查到的LED尺度文獻,此尺度可說是內容最完整的規范。在目前產業界仍然缺乏適當的通用LED丈量規范情況下,該尺度將會是一個非常重要的參考根據。下面重點先容此尺度的重要規定,以及修訂版的補充部分。

實用范疇限于照明用白光LED該尺度在一開端的標題上,就已宣布實用范疇僅限于照明用白光LED,其認為將丈量目標限定于照明用白光LED,以限定與尺度LED比擬的丈量方法能有效晉升丈量精度,且對于尺度LED的內容作出很具體的規定。在光強度的丈量部分,則按照國際照明委員會所規定的尺度條件進行丈量;在光通量的丈量部分,則一律應用積分球(IntegratingSphere)丈量,并在修訂版中增加色度、相干色溫(Correlated Color Temperature;CCT)、顯色性指數(Color RenderingIndex;CRI)等的丈量方法,且原則上應用積分球作為其進射光學系統。

本尺度重要是針對單體LED制定的規范,但其對于小型的LED模塊光強度的丈量也納進規范,對于小型LED模塊而言,其不必定實用于CIE尺度條件所規定的均勻LED光強度的丈量方法。

照明用白光LED定義明白此尺度與其它LED的相干尺度最大的不同在對于“照明用白光LED”作出很明白的定義。根據本尺度的說明,所謂的“照明用白光LED”其丈量光通量或均勻光強度的光色,須滿足光譜(Spectrum)幾乎涵蓋可見光范疇的全部范疇,且其中不能有欠缺的部分;相干色溫的范疇在(2500~10000)K以內;以及相干色溫在CIE1960均勻色度(UniformC h romaticityScale;UCS)坐標上,與普朗克軌跡(PlanckianLocus)的偏差量(Duv)須小于0.02這三項條件。

值得留心的是,在此定義中,RGB三色LED將被消除在照明用白光LED的范疇之外,事實上,在本尺度的附件的說明中,照明白光LED的定義是頗有爭議的項目,在相干色溫的規定上,由于此處針對的是一般照明,故一開端是以與日光燈同程度(相干色溫為(2700~8000)K左右)為考慮,然其參考目前白光LED的實際發展技巧,故將相干色溫的范疇設定成從(2500~10000)K的范疇內。

光強度/光通量為兩大批測方法由于目前并無規范同一的LED封裝外形、尺寸及配光特征,而是依各種目標產生不同的設計結構,故LED丈量的難度較大。因此,對于尺度LED應具備的結構、性能、再現性均須作出規定。

在此尺度中,尺度LED重要分為光強度丈量及光通量丈量兩種(見表1),其根據丈量特征的不同而有不同的設計概念。舉例來說,光強度丈量用的尺度LED,由于在光強度丈量方法中,待測LED機械軸(MechanicalAxis)對準測光器(Photo Detector)是很重要的一項校訂因素,因此在該尺度中采用機械軸輕易對準的子彈型(Lamp)封裝當作尺度情勢;至于光通量丈量用尺度LED,由于考慮到全光通量的丈量規定,因此應用可防止朝LED后方發出光線,且光強度較為均勻的金屬罐型(TO-Can)封裝當作尺度情勢。值得留心的是,此處兩種情勢的尺度LED,都是應用氮化銦鎵(InGaN)系列的芯片配合釔鋁石榴石(YAG)熒光粉所制成的白光LED,其對應在定義項中針對照明用白光LED所述之無欠缺波長的部分。

由于尺度LED是丈量時重要的參考根據,故此尺度盼看在盡量減少周邊環境的影響下,將光學及電氣特征的不穩固性降至最低,以達到所期看之再現性的請求。本尺度除了限制丈量環境溫度變動須小于2℃外,為減少LED的初期變動,建議最好應用已經過100小時以上恒流(如20毫安)驅動的尺度LED,尺度LED之環境溫度須把持在25℃。在修訂版內,其在附件4中增加溫控插槽(Socket)(為具有芯片溫度把持功效的點燈治具)闡明,其請求在恒定電流的情況下,LED達到熱平衡狀態的時間(盼看至少在5分鐘以上)落后行點燈丈量。