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  • 中山萬盛展覽公司

    LED照明產品光電色性能檢測方法分析

      近年來,隨著LED技術的持續發展,大功率半導體照明器件在近年來得到了飛速的發展,特別是白光功率和光效不斷提高,LED逐步進入照明領域,引發了一場新的照明技術領域的革命。

      LED經過不同方式排列組合和光學設計,形成了各式各樣的LED照明產品,而LED照明產品的研究、開發在我國正如火如荼的進行,LED照明產品的性能水平也在逐步提高。

      在采用正確試驗方法的前提下,準確測量LED照明產品的光電色性能參數是科學評價產品性能、質量現狀和發展趨勢的基礎。

      針對LED照明產品光電色性能檢測現狀,筆者結合所在中心在檢測LED產品工作中的積累,對LED照明產品光電色性能的檢測方法做了梳理和總結。

      一、LED照明產品性能指標的一般評價

      1.LED照明產品的分類

      目前LED照明產品主要可分為LED照明燈具(例如:LED道路燈具、LED投光燈具、嵌入式LED燈具、LED隧道燈具、LED裝飾燈具、LED臺燈)和傳統照明光源替代品LED燈(例如:自鎮流LED燈、MR16、PAR燈、直管形LED熒光燈T8/T12等)。

      LED照明燈具是包括基于LED發光元件和匹配的驅動器,配光部件、固定和保護發光元件的部件以及將器具連接到分支電路部件的完整照明器具。照明用LED燈又可分為非整體式LED燈和整體式LED燈兩類。

      非整體式LED燈包含有LED陣列(模塊)或者LED封裝(元件)和標準燈頭以及其他光度、熱學、機械和電氣元件的組件。該LED燈需安裝在有標準燈座和LED驅動器的燈具內使用。該LED燈不能直接與分支電路連接。

      整體式LED燈包含有LED陣列(模塊)或LED封裝(元件)、LED驅動器、標準燈頭以及其他光度、熱學、機械和電氣元件的整體組合。該LED燈可直接安裝在標準化的燈座上使用,它能直接與分支電路連接。LED燈與LED照明燈具的最大區別是LED燈需安裝在標準燈座內使用。

      2.LED照明燈具與傳統光源燈具的差異

      目前LED照明燈具與傳統光源燈具在諸多方面存在著不同。首先,傳統光源燈具的壽命可以通過替換損壞的光源、燈的控制裝置來滿足要求,所以一般不評價傳統光源燈具的壽命。LED照明燈具是LED光源與燈具外殼一體的,目前LED照明燈具的壽命與LED光源本身壽命、LED驅動器以及燈具提供給LED的環境等諸多因素有關。對不同的LED燈具,其壽命只有通過相關的壽命特性評價才能確定。

      其次,與傳統光源燈具不同,LED照明燈具是使用多個LED光源或模塊發光體組成并發光的,LED燈具中的發光體之間存在顏色差異性,需要使用色空間均勻度評價來評價LED燈具顏色的空間分布情況,評價LED燈具存在的不同觀察角顏色差異。

      再次,傳統照明光源可單獨進行光度測試,光度測量時可以使用相對法。由于LED燈具一體化和LED光源對溫度極其敏感的特點,不適宜將LED光源從燈具內分離出來單獨測量,光度測量時應采用絕對法對LED燈具整體進行光度測試。

      第四,傳統照明燈具用燈具效率來評價,而LED燈具使用能效或光效來評價。

      3.LED照明產品性能指標的一般評價

      照明產品性能指標的一般評價內容主要包含:光特性;電特性、顏色特性、熱特性、壽命特性、可靠性等。目前評價LED照明產品性能指標主要包含有以下幾方面:

      (1)光特性主要包括:光強分布、初始輸出能效(光效)/光通量、光強/照度;

      (2)電特性主要包括:燈功率、功率因數;

      (3)顏色特性主要包括:相關色溫、顯色指數、色品坐標、色品容差、主波長(單色)、顏色分布不均勻性和色空間均勻度;

      (4)熱特性主要包括熱阻和結溫;

      (5)壽命特性主要包括開關次數試驗、壽命/加速壽命試驗、流明維持率(光通量維持率)/光強維持率(反光杯式MR16或PAR燈);

      (6)可靠性試驗。

      二、LED照明產品光電色性能的檢測方法

      由于目前關于LED照明產品的熱特性、壽命特性和可靠性的相關標準正在研討和起草中,所以本文重點討論LED照明產品光電色性能的檢測方法。下面分LED照明燈具和LED燈兩大系列來討論。

      1.LED照明產品測試環境和物理條件

      LED照明產品往往都有光學部件,所以要在相對干凈的環境中儲存和試驗,產品上的透鏡要干凈沒有手印。試驗的環境不能有過分的震動和沖擊,減小空氣對流。由于LED照明產品性能參數對溫度較為敏感,

      在試驗中周圍環境空氣溫度和濕度應滿足對應標準中規定的環境要求。環境溫度為25℃±1℃(開關壽命試驗為5℃±5℃)最大相對濕度為65%,無對流風。產品的工作姿態應按照制造商規定的工作姿態或實際使用姿態,以免不當的工作姿態影響散熱,進而影響光電參數。

      LED照明產品需要足夠長的時間達到溫度平衡。一般LED燈需穩定30分鐘,大型LED照明燈具需2小時以上達到溫度平衡。溫度平衡的判斷原則:15分鐘內照度變化小于0.5%即可認為達到了溫度平衡。

      2.LED照明燈具的光電色性能檢測

      LED照明燈具的光電色性能主要參數包括:燈具總功率、功率因數、光強分布、燈具總輸出光通量、輸出光效、流明維持率/光通量維持率、相關色溫、顯色指數、色容差、色坐標、色品的空間不均勻度等。

      (1)在同時裝有分布光譜輻射計的分布光度計上通過一次測量幾乎可得到所有性能參數的結果。分布光譜輻射計主要測試燈具的顏色特性和色空間分布情況,分布光度計主要測試光分布、光通量等參數。分布光度計的測試原理可參考標準GB/T9468-2008《燈具分布光度測量的一般要求》。

      (2)目前很多檢測機構的光特性參數(光分布、光通量)和顏色特性參數是分別用分布光度計和積分球系統測得數據。所有使用分布光度計測試燈具時,燈具夾裝務必使LED燈具光中心與機械軸中心重合,同時盡量使燈具處于正常工作姿態。在用積分球系統測試顏色特性時,燈具不一定要處于積分球中心位置。

      (3)LED燈具的光通量也可用積分球系統來測量,理想狀態是將LED燈具置于積分球頂部,并使所有輸出光進入積分球內,同時還可測得燈具的顏色參數。目前現有的積分球開口位置絕大多數在側面,為此我所專門采購了美國藍菲公司的旋轉式2米積分球系統用于LED照明產品的光色檢測。積分球的2p開口可以根據需要在任意位置停止,從而實現待測樣品在任意位置進行測量,滿足能源之星LM-79測試要求。

      目前檢測機構對于LED燈具的光電色性能檢測主要采用上述(1)、(2)兩種模式。用分布式光度計測量最大缺點是測試時間太長,測試效率太低。

      3.LED燈的光電色性能檢測

      LED燈的光電色性能主要參數包括:燈功率、功率因數、光通量、輸出光效、光通量維持率、相關色溫、顯色指數、色品容差、色坐標和反光杯式MR16或PAR燈的光束角、光強和光強維持率等。

      (1)配有輔助燈的積分球系統可以快速測得LED燈的所有這些光電色性能參數。先將LED燈置于積分球中心,在LED被測燈不點亮的情況下用點亮的輔助燈測試一次。熄滅輔助燈并點亮被測LED燈,穩定后再測試一次,得到被測燈的顏色特性參數,并通過軟件自動計算得到被測LED燈的光通量。

      若積分球內不配有輔助燈,LED燈體本身會吸收部分反射光,光通量值會存在一些誤差。同時積分球內壁還應具有較高反射率:90%~98%。目前絕大部分檢測機構內的積分球系統無輔助燈,積分球內壁反射率低于90%,這些積分球系統不能精確測量LED燈的光通量。

      (2)LED燈的光通量也可用分布光度計來測量,測試時γ角度范圍要選180°,燈中心與機械軸中心重合。缺點是測試時間太長。

      (3)反光杯式MR16或PAR燈的光束角、光強可通過小型臥室分布光度計來測得。測試時,機械軸和光軸要一致。缺點是測試姿態為非正常工作狀態,需對測試結果做修正。

      三、總結

      LED照明產品光電色性能參數測量可采用分布光度計或積分球系統測量,也可搭配使用。具體選擇哪個方法視所需測量的量(顏色特性、光特性)、產品的尺寸和其他要求而定。

      總體上,配有輔助燈的積分球系統適于測量一體化LED燈和相對小尺寸LED燈具的光特性和顏色特性參數。積分球系統測試的優點是測量快,而且不需要暗室。分布光度計提供了光強分布和總光通量測量方法,它可以測量相對較大的LED照明產品,當然也可以用于測量小尺寸LED照明產品。

      注意試驗環境要求,空氣流動可能影響對溫度較敏感LED照明產品的測量。使用分布光度計法應注意正確夾裝定位。安裝在分布光度計上的高精度光譜輻射計可不經過鏡子反射直接測出顏色的空間分布。與積分球相比,用分布光度計測量較費時間。

      在正確試驗方法前提下,通過合理選擇檢測方法達到準確測量LED照明產品的光電色性能參數,為科學評價LED照明產品性能質量現狀和發展趨勢提供數據支撐。


    展會資訊更新時間:2013-08-02

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