图文解析能源之星LED照明测量标准及检测细节

关键词： LED照明 , 测量标准 , 能源之星

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　　为加速LED照明商品化，北美能源之星针对LED照明产品特性，订定迥异于传统照明的测试规范，包含环境温度测试、积分球量测、配光曲线等，透过LED照明产品测试方式定义的一致性，区分出LED照明装置的优良，有利于质量升级。

　　美国能源之星(Energy Star)已陆续发布针对固态照明产品的检测规范定义，文件当中包含检测项目、检测方法依据的规范、须检测的样品数量及合格判定的规格数值，另外对于可进行测试的授权实验室也有明确说明。在能源之星对固态照明产品测试所引用的规范当中，异于传统照明的部分，包含ANSI C78.377-2008、北美照明协会(IESNA)LM-79-08、IESNA LM-80-08三份规范(图1)，本篇文章将仅就ANSI C78.377-2008及IESNA LM-79-08的检测细节进行说明，并针对检测所需的仪器设备原理介绍。

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图1 能源之星对固态照明之检测规范依据：ANSI C78.377-2008、IESNA LM-79-08、IESNA LM-80-08
　　固态照明灯具色温等级较广
　　此规范包含美国国家标准中针对固态照明产品的光色特性规格定义，适用于室内使用的灯具，不包括户外灯具。其中，重点有两部分，其一是定义相对色温(CCT)的分级，其次是针对同一相对色温标称等级其允许的色温变异范围作定义。
　　规范中所述固态照明的光色规格要求，源自于荧光灯的光色分级规格，但有鉴于固态照明尚处于起步阶段，未如荧光灯发展已趋于成熟，因此在定义光色要求时，采取较大的变异范围。目前规范对固态照明灯具区分为八个色温等级，分别为2700K、3000K、3500K、4000K、4500K、5000K、5700K及6500K(图2)。

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图2 八个相对色温指定值在CIE 1931之区域定义

　　图2中六个椭圆区块为ANSI C78.376定义荧光灯的色温等级区块，其所采取的色温允许变异范围为七阶MacAdam椭圆范围。对于固态照明，将允许变异范围加大，图2中的八个菱形区块即为固态照明的八个色温等级色度坐标(x,y)范围。色温分级有助于固态照明供货商及使用者有共同的色温标准语言。另外，此规范也定义演色性(Color Rendering Index, CRI)，作为评估固态照明光色特性的另一指标。对于量测光色特性的方式，则对应到LM-79规范。
　　固态照明不适用传统量测　IESNA定义新方法
　　IESNA LM79-08于2008年公布，为测试方法的标准规范，内容针对固态照明的发光效率(单位：每瓦流明数(lm/W))、光通量(单位：流明(lm))、光强度的空间分布、色度、色差、光色空间均匀性、相对色温及演色性等进行量测方式与对应设备要求定义。
　　先前传统照明多是将灯具及光源分开量测，但固态照明可能出现灯具及光源合为一体的情况，因此原先针对传统照明定义的规范并不适用。IESNA特别制定此规范，希望借由定义量测程序方法，将表现固态照明特性的参数，具有量测可重现性，并统一固态照明产品光电特性的量测手法，避免因量测方式不同造成争议。
　　该规范适用于以发光二极管(LED)为主包含电子控制装置及散热机构，且使用交流或直流电源驱动的固态照明产品。此规范所涵盖的固态照明产品是一个结合灯具与灯源的照明产品，如整合式LED灯泡，不包含须额外使用电子控制装置或散热机构(如LED芯片、LED组件及LED模块)的固态照明产品，也不涵盖供LED光源使用但不包含LED光源贩卖形式的灯具。另外，此规范也不适用于确定个体间产品性能的差异。
　　测试环境温度须控制
　　此份规范定义量测时的环境温度为25±1℃，且量测时，温度量测点须距离灯具1公尺内，高度须与灯具同高并避免光源的辐射热影响。量测时固定灯具的治具，也须避免热传导及阻碍空气的自然流动。此外，此规范量测的光电性能，不须将灯源或灯具进行1,000小时的点灯后才进行测试。
　　为确保待测灯具在测试过程中是稳定的，测试前灯具须进行热灯动作，使温度达到平衡，热灯时间则依灯具而定，如整合式LED灯泡约需30分钟就能达到平衡，大型灯具可能需1小时或更久的时间。
　　是否达到稳定的标准，可用光源输出如固定点的光强度或消耗功率的表现来判定。若热灯30分钟，在15分钟内至少取三个量测值，将最大值减最小值的差除以平均值，结果须小于0.5%，如此可判别灯具是否已热机完成，实际热灯时间须于检测报告中注明。量测过程中灯具的摆放方式须为灯具在正常使用下的姿态。
　　此份规范定义两种光通量的量测系统方法，一是使用积分球系统，另一种则为使用配光曲线仪系统。使用哪种系统须依据所要量测的量(颜色、光强度分布)及待测样品尺寸等来决定。
　　积分球量测系统不需暗房条件
　　此方法适用于量测小尺寸固态照明灯具的全光通量及颜色特性，它的优点是快速、且不需暗房即可量测，在球内量测时空气的扰动可降低，但对于包含散热装置的整合式灯具就要注意散热导致温度的上升。
　　LM-79对于积分球的选用有几项重点：首先是积分球的尺寸应要够大，以避免灯体发出的热能使温度升高，以及因文件板及待测灯体自行吸收所导致的量测误差。另针对积分球的大小，若是量测小型灯泡(如传统灯泡、省电型灯泡)，建议球体直径≧1公尺；量测4呎(约120公分)的荧光灯管、HID灯等较大灯型，建议球体直径≧1.5公尺；量测500W或更大功率的灯型，则建议球体直径≧2公尺。
　　规范中定义使用积分球各装置的几何架构如图3所示。共有两种，一种为4π，另一种为2π。在4π的几何架构，固态照明产品的总表面积不可超过球壁总面积的2%，例如，在一个2公尺积分球内，待测物若为一个球状物，其直径必须小于30毫米。若为线状产品，其纵向尺寸应小于球直径的三分之二。在2π架构，安装固态照明产品的开口直径应小于球直径的三分之一。另外固定灯具的治具不可导热，以避免影响球体温度。