半导体照明标准和测试方法综述课件.ppt

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1、潘建根 教授级高工CIE 光和辐射测量分部 中国代表CIE LED 灯具测量方法 负责人 杭州远方光电信息有限公司 董事长,半导体照明标准和测试方法简介,LED的基本产业链（以LED路灯为例）,LED芯片,封装LED,经二次光学设计组合的LED路灯,工程应用,需要科学的定量技术评价指标和检测手段每一个环节都对LED的成功应用至关重要,LED产品的显著特点,高光效潜力低维持成本无运动机构耐震动部分产品光色可调快速响应时间长寿命,温度依赖性强光束角较窄多颗LED以不同方式组合光源和灯具往往不可分彩色LED的光谱较窄空间颜色分布不均匀,光电参数对温度敏感,光通量、峰值波长、色温等光电参数随结温度发生

2、漂移,空间光色分布,单颗LED也应被视为一个小型的复杂灯具进行测量LED的光辐射测量和性能评估给世界带来了极大挑战,空间颜色分布不均匀,光束角各不相同,关于LED的标准化情况,关注并活跃于LED标准研究与制定的国际和国家组织有：,国际照明委员会 (CIE) 国际电工委员会 (IEC)北美照明学会(IESNA)美国国家标准(ANSI)固态照明科技联盟(ASSIST)美国电气制造商协会(NEMA)美国能源部能源之星(DOE EPA Energy Star),各标准由国家标准化管理委员会统一管理，由相关技术委员会和其它省部级组织负责起草和修改。全国半导体照明工程研发及产业联盟（CSA）标准推进协调小

3、组全国照明电器标准化技术委员会(SAC/TC224)工业和信息化部（MITT）半导体照明技术标准工作组全国稀土标准化技术委员会（SAC/TC229）二十余项标准已经报批，预计2009年发布,中国有关LED标准化的情况,标准中规定的半导体照明产品的关键性能,安全要求（GB 7000.1和GB 7000.5）电学参数：电流(A)、电压(V)、频率(Hz)、功率(W)、功率因素EMC性能 输入电流总谐波含量(%)，高次谐波含量(%) （产生对电网的污染） 电磁抗扰度性能（单颗LED考察其静电耐受力） 发出电磁干扰水平（产生对电网的污染）光学参数 总光通量(lm) 、效能(lm/W)（总光通量/功率）

4、 空间光强分布、光束角() 颜色特性：平均颜色，显色指数，空间颜色分布不均匀性热学性能寿命性能 光通维持率(%)和颜色漂移(u,v) 光通维持寿命,电磁兼容(EMC)抗扰度性能测试,EMC抗扰度特性测试的必要性：相关标准的规定；LED本身为半导体器件，对电磁干扰较为敏感；LED产品的驱动电路对电磁干扰也可能十分敏感（取决于电路种类）LED路灯抗干扰的主要方面：抗静电放电干扰 （kV） 人体模式(HBM)和机器模式(MM)适用于单颗LED IEC模式(IEC)适用于LED路灯整体和驱动电路抗雷击浪涌干扰（kV）抗快速群脉冲干扰（kV）周波跌落（Dips）和短时中断（Interruption）,L

5、ED产品的总光通量和光效的测量,光效（efficacy, lm/W）不同于灯具效率（efficiency，）；整体式LED产品中，无需测量裸光源光通，灯具效率不再适用；“单颗LED光通量LED数量”的计算方法是不科学的！,积分球替代法测量总光通量,使用已采用基准级方法标定过的同类产品作为校准源,标准灯与被测LED之间的光强分布和光谱差异会给测量带来较大的误差,使用积分球测量光通量是较为快速和方便的方法；,光谱辐射计,机械扫描式或者基于阵列探测器的快速光谱辐射计光谱辐射计应具有较宽的线性动态范围 PMT：线性较差，稳定性也差 普通CCD：线性较差，灵敏度低 高精度CCD：线性好，灵敏度高 PDA

6、：线性很好，灵敏度较低,关于测量速度,很多光源存在发光不稳定现象（LED）脉冲测量模式：保证结温与室温相同稳态测量模式：控制结温较为困难,CIE 会议上关于LED测量条件的讨论，源自：NIST, Dr. Ohno,典型高精度快速光谱仪,改良了CCD与光栅的匹配设计，使整个系统的光学匹配更趋完美精密CCD电子驱动技术、复变矩阵软件技术、光谱修正光度计(SPCT)、带通色轮校正技术(BWCT)0.3%的全动态线性性能前所未有的5.00E-05的极低杂散光水平,测量总光通量的基准级方法,照度积分法（illuminance integrating）：紧凑型分布光度计,被CIE 84-1989推荐，是多

7、数国家实验室实现光通量基准单位的方法紧凑型分布光度计还可以高精度测量小光源的光强分布,典型紧凑型分布光度计,光强积分法测量总光通量,光强积分法（luminous intensity integrating）,总光通量测量：区域光通量测量：,取决于光强测量精度，下文将进一步讨论,光强分布(配光曲线)的测量,测量方法：分布光度计利用照度测量和照度平方反比关系测量光强：,光强测试距离,根据EN13032-1:2004至少为灯具最大发光面尺寸的5倍（余弦分布）至少为灯具最大发光面尺寸的10倍（非余弦分布）投光灯的最小测试距离可用以下公式计算:,探测器旋转式分布光度计,常用测量各种光源或灯具的分布光度计

8、,灯具旋转式分布光度计(卧式分布光度计),中心旋转反射镜分布光度计,被测光源处于旋转中心的转镜式分布光度计,带同步接收探测器的圆周运动反射镜式分布光度计 测量距离：10米15米,双镜双探分布光度计 测量距离：15米30米,近场分布光度计,分布光度计+成像亮度计（成像亮度计：一次成像测量平面内各点亮度）, 测量被测光源在空间个方向上的亮度和亮度分布； 成像亮度计在空间各个方向接收来自LED的光束，利用光线追踪的方法测量光强分布（处于应用初期的研究阶段）,光线追踪(ray tracing),颜色的表征和测量方法,高精度测量方法：分布光谱辐射计(goniospectroradiometer)对光谱辐

9、射计有较高要求,平均颜色参数：,标准中提出两个新的参量： 平均颜色不均匀性，最大颜色不均匀性,LED产品的高精度光色电性能测量综合解决方案,总光通量基准测量颜色基准测量亮度分布测量准远场(10-20米) 光强分布测量和远场(15-30米) 光强分布测量专用软件实现探测器互校，并可实现任一截面的光度解析。,GO-R5000 全空间快速分布光度计系统：,近场测量 (2-3m),探测器 D1实现近场测量光度探头：紧凑型分布光度计高精度快速光谱辐射计：分布光谱辐射计成像亮度计：近场分布光度计,GO-R5000 全空间快速分布光度计系统配置方案,GO-R5000 全空间快速分布光度计（含精密转台、控制单

10、元、光度计、专用测控软件和精密激光对准系统） 可选配机载HAAS-2000高精度快速光谱辐射计：测量空间光谱分布 可选配机载CX-2B 100万像素16bit制冷恒温CCD型成像亮度计：测量亮度、构成近场分布光度计主探头选用CLASS L光度探头(f11.5%)，精密恒温、前置放大标准光源 高精度数字功率计：测量被测光源的电参数精密数显直流稳压稳流电源 变频稳压电源：为被测光源提供电源,单颗LED热阻,热阻：,到底有多少能量变为光辐射能？,QB/T XXXX-2009 普通照明用LED性能要求提出新的物理量,参考热阻,LED产品的寿命表征和测量,表征普通照明用LED产品寿命的一般技术指标： 寿

11、命（h）：LED产品不能点燃或光通维持率降至70或50以下推算寿命（h）：由寿命或加速试验结果推算出的寿命时间。,现有测量方法的问题及新解决的方法探讨外推寿命测量：很多LED产品光通维持率变化曲线不符合一般规律；直接测量寿命时间：需要数万甚至数十万小时！。,LED的辐射安全测量,GB/T 20145-2006 / CIE S009 / IEC 62471-2006 灯和灯系统的光生物安全CIE TC 6-55 Light Emitting Diode (photobiological safety),皮肤和眼睛的曝辐危害 （光谱辐照度测量） 视网膜危害 （光谱辐亮度测量）,视网膜危害（光谱辐亮

12、度测量）,光谱半宽度,光束角,灯泡,LED,激光,视网膜危害（光谱辐亮度测量）,极高性能光谱仪：200nm-1400nm，0.1nm波长精度， 具备0.001mW/klm或更灵敏的UVC 探测能力TE-COOLED CCD相机：具有极好的线性动态范围,辐亮度测量的原理图,LED辐射危害测量系统的实物图,报告人简介,潘建根，教授级高工，杭州远方光电信息有限公司董事长兼技术总监，国际照明委员会（CIE）光辐射测量分部中国代表，CIE LED 灯具测量方法负责人 ，中国照明学会常务理事兼测试计量专委会副主任委员，全国照明电器标委会光辐射测量标准化分会（SAT/TC224/SC3）副主任委员兼秘书长，国家863计划半导体照明工程总体专家组成员。2008年潘建根教授被美国国家标准技术研究院(NIST)聘为客座研究员，2009年获CIE突出贡献奖。自1985年至今潘建根教授一直从事光电精密计量测试技术研究和设备开发工作。潘建根教授曾任教于浙江大学光电系，1993年创办杭州远方观点信息有限公司，近年来，他所领导的科研团队特别专注于半导体照明测试技术和标准化的研究，发表论文40余篇，拥有技术专利30余项，主持多项国家863高科技计划项目和各级政府的科技攻关课题，基于上述研究成果，他主持和参与起草了多项国际和国内半导体照明标准和光辐射测量标准。联系方法：,