光电、色度性能规范及测试要求

   美国不仅注重半导体照明产品的安全要求，而且也注重对其光电和色度性能进行规范。作为一种新型光源，半导体照明产品在其光电和色品特性上和其他光源有着较大的差异，因此不能完全引用传统光源的标准对其进行考量。为了保证半导体照明产品的质量，促进半导体照明产业的发展，美国国家电气制造商协会（nationalelectrical manufacturers association，简称nema）、美国国家标准照明集团（americannational standard lighting group，简称anslg）和北美照明工业协会（the illuminatingengineering society of north america，简称iesna）都抓紧制定了相关标准。其中，nema和anslg联合发布了有关固态照明产品的色度规范ansi nema anslgc78.377-2008，该标准已被认可为美国国家标准；iesna发布了ies lm-79-08《固态照明产品电气和光度测量》和ieslm-80-08《led光源光通维持率的测量》，这两份标准在半导体照明的电气和光度测量、光衰测量等方面起着标志性的作用。以下就重点对这三份标准进行介绍。

1. ansi c78.377-2008
    ansic78.377-2008《固态照明产品的色品规范》规定了日常固态照明产品（ssl）建议使用的色度范围。标准适用于基于led的、集成了控制电路和散热槽、因此只需要交流或直流电源便可运行的ssl产品。标准适用于整个照明产品，即包括光源和支撑装置，但是不适用于不带光源的单独销售的支撑装置。标准适用于室内日常照明用的产品，不适用于室外和一些有意发出彩光的产品。对于非日常照明的应用情况，色度要求可适当放宽。
   本标准的内容包括两部分：第一部分包括色度相关的一些定义和要求；第二部分是资料性的附录，介绍了ssl产品色度规范的制定背景和技术要求来源。
    本标准所使用的色度坐标和色温是基于国际照明委员会的色度体系。标准的要求是参考了ansic78.376对于荧光灯的色度要求，但是对其进行适当修改以符合ssl产品的特点。
   对于适用于本标准的ssl产品，其额定cct（相关色温）应属于表3.13所列出的之一，而实际测量的色温和色差也应符合相应的要求。对色度的测量是采用iesnalm-79《固态照明产品电气和光度测量》，该测量标准的介绍可以参见3.2.2节。

表3.13额定cct的类别

    对于ssl产品的显色指数（cri），本标准中是采用cie13.3-1995标准中的“一般cri”，用ra表示。ra是根据光源的相对光谱功率分布计算而得的。ssl产品的ra平均值应该不低于cie13.3中规定的低值，而每个样品的ra都不得低于ra平均值减去3。
    对于光谱功率分布的测量是采用iesna lm-79标准，而对ra的计算则是根据cie13.3标准。

2. ies lm-79-08
    ieslm-79-08《固态照明产品电气和光度测量》规定了测量固态照明产品（ssl）的总光通量、电功率、光通强度分布和色度时，所应遵守的程序和注意事项。标准适用于基于led的、集成了控制电路和散热槽、因此只需要交流或直流电源便可运行的ssl产品；不适用于需要外部运行电路或外部散热槽（如led芯片、led封装、led模块等）的ssl产品。
   标准的第2到第8章介绍了产品在测量时的各种要求。在测量时，环境温度和空气流动对于测量结果影响较大。测量时的环境温度应保持在25℃±1℃，温度传感器应与ssl产品同高度，距离不超过1米，并避免受到ssl产品和其他光源的直接照射。ssl产品的支撑装置应采用热传导性较差的材料（如聚四氟乙烯）。测量装置内的空气流动应足够小，以免影响到装置所产生的正常的空气对流。
   测量时还应当注意ssl产品的老化和稳定问题。在对新的ssl产品进行分级时，应该直接进行测量，而不进行老化。虽然有些led光源在开始1000小时内亮度会有所增加，但由于一般只增加几个百分点，因此对测量结果影响不大。在测量前，应该先在上述环境温度和空气流动的要求下运行一定时间以达到稳定状态，稳定时间一般为30分钟（小型集成式led灯）到2小时以上（大型ssl照明设备）。当产品在30分钟内的3次光输出和电功率的读数（15分钟读一次）变动不超过0.5％时，就认为产品已经达到了稳定状态。
   此外，测量时ssl产品的朝向应根据制造商的建议或产品正常使用的状态来放置。供电的交流或直流电源应采用产品正常操作时的数值，其电压波动不得超过0.2%。
   标准的第9章介绍了总光通量的测试方法，是采用积分球系统或测角光度计来测量。其中积分球系统适用于测量集成式led灯和小尺寸led照明设备的总光通量和色度，其优点是速度快、不需要暗室、空气流动小和温度波动小。但是ssl产品产生的热量会积累从而导致产品测试环境温度的升高。积分球系统包括两种，一种采用v()关联光度头，另一种采用分光辐射谱仪作为探头。
   对于较大尺寸的ssl产品应该采用测角光度计来测量，当然测角光度计也可以用于测试小尺寸的ssl产品。测角光度计一般用于测量流明强度分布，进而计算出总光通量。测角光度计必须安装于温度恒定的暗室中，其优点是测试光源发出的热量不会积累。但是，测角光度计测量的时间较长，容易产生光谱失谐。
   标准第10章是流明强度分布的测量。在用测角光度计测量流明强度分布时，光度计与ssl产品的距离应该在产品大尺寸的5倍以上，窄射束光源的距离应该更长。对于ssl产品，应该记录其流通强度分布值（对应于传统照明设备的光度测定法），而不能采用传统照明设备的相对光度测定法。对于流明强度分布测量的电子版数据，必要时应根据ieslm-63中的ies文件格式进行准备。

    标准第11章是关于流明效率ηv的计算公式。ηv＝Φtest/ptest，单位是lm/w。其中Φtest是所测得的总光通量，ptest是所测得的输入功率。注意这里的流明效率ηv不能与辐射流明效率混淆，后者等于光通量除以辐射通量。
标准第12章是ssl产品颜色特征的测试方法，包括色度坐标、相关色温和颜色指数。测量可以采用两种方法：采用分光辐射谱仪作为探头的积分球系统、采用分光辐射谱仪或色度计进行三维扫描。分光辐射谱仪的波长范围至少要覆盖380nm到780 nm。
   在对测量时的不确定性进行说明时，标准第13章要求，置信度应采用95%，因此包含因子k应该为2。
    标准第14章描述了ssl产品依据本标准进行测试后，产品测试报告所应当包含的内容，包括：

测试日期和测试机构；

制造商名称和所测试ssl产品的名称；

测试参数的数目（总光通量、流明效率等）；

相关电量值（注明是直流（频率）或交流电），所测试ssl产品的名义相关色温；

测试前的运行时间（新产品应该为0）；

包括稳定时间在内的总运行时间；

环境温度；

ssl产品在测量时的朝向（点亮位置）；

稳定时间；

所使用的光度方法或仪器（分光辐射谱仪、采用分光辐射谱仪作为探头的积分球系统、测角光度计等）；

所引用标准的名称和类型（功率、灯类型、强度分布类型－多向/单向）以及来源；

采用的校正系数（如光谱失谐、自我失谐、强度分布等）；

光度测量条件（对分光辐射谱仪是指球直径、涂层反射系数、4π或2π结构；对测角光度计是指光度距离）；

测量的总光通量（lm）和每个ssl产品的输入电压（v）、电流（a）和功率（w）；

流明强度分布（若适用）；

颜色特征（色度坐标、白光产品的相关色温和/或显色指数）；

光谱功率分布（若适用）；

分光辐射谱仪的带宽（如果报告中涉及光谱分布和/或颜色特征）；

使用的设备；

不确定性说明（如果有要求）；

与标准操作程序的偏差（若有）。

3. ies lm-80-08
    ieslm-80-08《led光源光通维持率的测量》规定了基于无机led的封装、阵列和模块的光通维持率的测试。光通维持率是指所测试时间点上的光通量与光源大光通量的比值，通常以百分比来表示。与传统光源不同，led光源的光通维持率是逐步下降的，当下降到标准规定的数值时，便认为其寿命已终结。
   进行光通维持率测试时，选取的样品和样品数量应具有足够的代表性。在测试时，每个led光源都应该进行标识，以便于在测试、运输或评估时不会混淆。测试应该在干净的环境中进行。测试时光源不应过分抖动或振动，以免影响测试结果。
    测试应该至少在三个管壳温度（ts）下进行：55℃、85℃和制造商自行选定的一个温度，测试过程中管壳温度的偏差不得超过2℃，探头周围空气温度的偏差不得超过5℃。对温度的控制采用符合astme230标准的表1规定的热电偶测量系统。测试时的相对湿度应不超过65%。测试时样品应根据制造商规定的朝向进行放置，并尽量减小空气的流动。
   在电压和电流方面，测量时应采用产品规定的电压和频率，交流电源的电压波动不得超过3%，直流电源的电压波动不得超过2%。电流的波动不得超过3%，在测量时不得超过0.5%。
   在测量时，如何正确记录运行时间是非常关键的。因此，应在特定的位置安装计时器，并只在led光源发光的时候进行计时，断电时不用计时。为了提高度，还可利用视频监测、电流检测等方法。总运行时间测量的偏差不应超过0.5%。在进行光度测量时，可采用分光辐射度计来进行总光谱辐射通量的测量，进而获得光度和色度值。led光源在测量前应冷却至室温，环境温度应设为25℃±2℃。
   led光源至少应进行6,000小时的测量，至少每1,000小时采集一次数据。为获得更佳结果，应该进行10,000小时的测量。每个采样周期中应观察led光源是否曾熄灭，并查找原因，确保不是由于测量设备的失效导致。
   在标准后一章中，描述了led光源依据本标准进行测试后，产品测试报告所应当包含的内容，包括：

所测试led光源的数量；

led光源的详细描述；

辅助设备的详细描述；

运行周期；

环境温度，包括空气流动、温度和相对湿度；

管壳温度（测试点的温度）；

测试时led光源的电流；

初始光通量，光度测量电压时的正向电压；

每个led光源的光通维持率数据，以及所有led光源的光通维持率平均值、标准偏差、小值和大值；

对led光源熄灭的观察，包括熄灭原因和时间；

对led光源的监测；

光度测量的不确定性；

测量时的色度偏移。