LED照明产品质量控制与国际认证

技术与应用丛书LED是一种新型绿色光源，具有节能、可靠、寿命长等优点。LED产业链包括LED芯片制造、封装等诸多环节。在国家节能环保战略下，LED产业风起云涌，逐渐渗透到照明领域，前景广阔。目前，我国LED产业年产值已达到1000亿元，2015年预计达到5000亿元。本书分为8章，主要介绍：LED产业发展概况、LED产品电气安全、电磁兼容、光度学和色度学、光生物安全、产品可靠性、影响LED产品质量的关键因素、国际认证要求以及测试实例等内容。尽管本书力图比较全面地介绍LED产品质量检测、认证的要求，但是LED产业尚在发展之中，随着新标准的不断发展，LED产品质量要求会越来越完善。作者要感谢郭志军、李辉、张颖、扈罗全、饶丰、江维、祝嘉均、蒋科、茅铭明、黄正南京分中心、法国必维国际检验集团、江苏出入境检验检疫局、苏州出入境检验检疫局、镇江出入境检验检疫局、无锡出入境检验检疫局、广东出入境检验检疫局、圣介技术商务有限公司、杭州远方光电信息股份有限公司等单位领导的大力支持。作者的研究工作先后得到科技部质检公益性项目(10-61)、江苏省科技创新与成果转化专项引导资金资助顶目(BM2009818)、国家质检总局科研基金(2008IK260)、江苏出入境检验检疫局科研基金(2011KJ24)的资助。本书的部分内容已在《光学仪器》杂志上发表。希望本书的出版能为推动我国LED产品质量控制和国际认证、提高LED产品检测和认证人员的能力、促进LED技术标准领域的技术交流起到一定作用。由于作者水平有限，书中缺点和错误在所难免，恳请广大读者批第1章LED照明产品概论 11.1LED产业现状 11.1.1LED的发展历史 11.1.2LED产业链 31.1.3全球LED产业前景 41.1.4LED的应用 51.2LED的工作原理 71.2.1光的产生与LED发光原理 71.2.2LED白光的产生 91.2.3LED发光效率分析 1.3.1照明的发展历史 1.3.2LED照明优点 1.3.3各国和地区LED照明的发展计划 1.3.4我国LED照明技术现状 1.4LED照明法规、标准、认证 1.4.1LED照明标准 1.4.2LED照明标准组织 1.4.3标准化组织制定的LED标准 1.4.4LED产品认证 2第2章LED灯具安全要求 242.1电气安全概论 2.1.1国内外电气安全标准化组织 2.1.2电气设备中的几个电气安全重要概念 2.1.3电气产品安全防护设计 2.2LED照明产品分类 302.2.1按触电保护形式分类 2.2.2按防尘、防固体异物和防水等级分类 32.2.3其他分类方式 2.3灯具安全的一般要求 2.3.1灯具安全标准 2.3.2灯具安全检测的主要内容 2.4自镇流LED灯的安全要求 382LED照明产品质量控制与国际认证------------------------------------------------2.5LED控制装置电气安全 2.5.1LED控制装置安全标准 2.5.2LED控制装置的分类 第3章LED产品电磁兼容要求 413.1电磁兼容的基本概念 3.1.1电磁兼容的定义 3.1.2电磁骚扰 3.1.3电磁抗干扰 3.1.4电磁兼容设计 3.1.5电磁兼容测试的分类 3.2电磁兼容标准 443.2.1IEC/CISPR标准 3.2.2FCC法规 3.3电磁骚扰测量 473.3.1传导骚扰测量 3.3.2辐射骚扰测量 3.3.3谐波测试 3.3.4骚扰电压 3.4电磁抗干扰测量 3.4.1静电放电抗扰度试验 3.4.2射频辐射电磁场抗扰度试验 3.4.3电快速瞬变脉冲群抗扰度试验 3.4.4雷击浪涌抗扰度试验 3.4.5射频场感应的传导骚扰抗扰度 3.4.6工频磁场抗扰度试验 3.4.7电压跌落和短时中断的抗扰度试验 3.5电磁兼容检测设备 3.5.1常用测试场地 3.5.2频谱分析仪 3.5.3线性阻抗稳定网络 3.5.4测试天线 3.5.5电磁干扰测试所需仪器基本配备需求 3.5.6电磁抗扰度测试仪器基本配置 3.6欧美等国对LED产品的电磁兼容要求 3.6.1欧洲对LED产品的电磁兼容要求 3.6.2美国对LED产品的电磁兼容要求 3.6.3我国对LED产品的电磁兼容要求 3.6.4日本对LED产品的电磁兼容要求 59-----------------------------------------------------------3.7LED产品电磁兼容检测实例 3.7.1LED电磁兼容测量的几个主要方面 3.7.2LED产品CCC电磁兼容测量举例 61第4章LED产品光度和色度指标测量 4.1视觉科学 4.1.1光的本质 64.1.2人眼特征 4.2辐射度学理论 4.3光度学理论 4.3.1视见函数 4.3.2光通量 4.3.3发光强度 4.4照明法则 4.4.1距离平方反比法则 4.4.2余弦法则 4.5色度学理论 4.5.1表示颜色参改的方法 4.5.2色品坐标 4.5.3色温及相关色温 4.5.4显色性 74.6光度测试方法 4.6.1积分球法 4.6.2总光通量的基准测量方法 4.6.3分布光度计 4.6.4分布光度计检测装置比较 4.6.5影响分布光度计测量精度的因素 4.6.6光度探头及光谱辐射计 4.6.7光度学测试实例 4.7色度测试方法 4.7.1光谱辐射计 4.7.2色度学测试步骤 4.8光度学和色度学的最新发展 4.9国内外研究进展的分析比较 4.9.1光谱测量技术 4.9.2成像亮度计技术 4.9.3新型分布光度计技术 第5章LED产品的光生物安全 5.1光生物安全的背景 LED照明产品质量控制与国际认证5.2LED产品光辐射 5.2.1LED光辐射的危害 5.2.2光辐射安全国际标准化组织 5.3光辐射安全标准IEC62471 5.3.1IEC62471的发展历史 5.3.2使用范围 5.3.3IEC/EN62471:2008对于曝辐射量限值的规定 5.4LED光生物安全检测 5.4.1光谱辐照度 5.4.2光谱辐亮度 5.4.3危害评估方法 5.4.4表观光源测试 5.4.5光生物安全测试设备 第6章LED产品可靠性与寿命检测 6.1产品可靠性问题 6.1.1可靠性理论 6.1.2寿命试验 6.1.3加速寿命试验 6.2LED产品的失效机理及改善措施 6.2.1失效的表现 6.2.2LED寿命指标的规定 6.3LED产品寿命试验 6.3.1LED光输出寿命预测模型 1196.3.2LED加速老化和寿命测试 6.4试验方法 6.4.1气候环境试验 6.4.2力学环境试验 6.4.3化学环境试验 6.4.4综合环境试验 6.4.5可靠性试验 6.5可靠性试验设备 6.5.1国际知名的可靠性设备供应商 6.5.2气候环境试验设备 6.5.3力学环境试验设备 6.5.4化学环境试验设备 6.5.5高加速寿命试验设备 第7章影响LED产品质量的关键因素分析 7.1LED驱动器设计 7.1.1LED驱动要求 7.1.2直流驱动 7.1.3交流驱动 7.1,4电解电容 7.2.1芯片结构 7.3LED散热设计 7.3.1LED散热问题的重要性 7.3.2LED结温 7.3.3LED热阻 7.3.4LED散热装置 第8章LED产品国际认证 8.1产品认证在贸易中的作用 8.2.1CE认证 8.2.2ENEC认证 8.2.5ErP指令 8.2.6WEEE指令和RoHS指令 1518.3美国 8.3.1美国能源之星认证 8.3.3ETL认证 8.3.4FCC认证 8.5.2CQC节能认证 8.6.CCC认证、欧盟CE认证和美国UL认证的区别 附录1IEC60598项目分包 附录2温度/热量对人体和材料产生的效应 附录3EMC实验室测试设备基本清单 参考文献 第1章LED照明产品概论自从1879年爱迪生发明电灯以来，电灯与人类相伴至今，带来无尽光明。照明在我们的现代生活中是那么重要，夜晚没有灯光的城市充斥黑暗，缺乏生机。茫茫大海中的灯塔在航海中是航路的导向，它指示着礁石、浅滩、港口，电子导航仍然代替不了它。LED照明是继钨丝灯、荧光灯、气体放电灯之后出现的人类第四代照明产品。由于LED照明产品具有光效高、寿命长、节能环保等显著优点，在照明领域的应用前景广阔。我国照明光源如有1/3采用LED照明，每年将可节电800亿度，相当于一个三峡电站的年发电量。LED已经逐渐在道路照明灯具、车辆照明灯具、液晶电视背光源中得到应用。可以预见的是，在节能环保发展战略下，LED照明大有潜力。产业的发展，离不开产品标准和产品认证，本章将为读者介绍LED产业发展的历史、产业链，同时概括介绍LED照明产品质量标准和认证要求。1907年，HenryJosephRound(1881—1966)第一次在一块碳化硅里观察到电致发光现象。由于其发出的黄光太暗，不适合实际应用，再由于碳化硅与电致发光不能很好地适应，因此，研究被摒弃了。20世纪20年代晚期，BernhardGudden和RobertWichard在德国发现从锌硫化物与铜中提炼的黄磷发光，再一次因发光暗淡而停止继续研究。1936年，GeorgeDestiau出版了一个关于硫化锌粉末发射光的报告。随着电流的应用和认识的广泛，最终出现了“电致发光”这个术语。20世纪50年代，英国科学家在电致发光的实验中使用半导体砷化镓发明了第一个具有现代意义的LED,并于60年代面世。与Bevacqua合著的论文发表在美国《应用物理杂志》(1962)上，首次宣告了可见光LED的诞生。1963年，NickHolonyak在《读者文摘》上预言，LED照明将逐渐替代爱迪生发明的白炽灯。在发展初期，采用砷化镓(GaAs)的发光二极管只能发出红外线或红光。随着材料科学的进步，人们已经制造出可发出波长更短的各种颜色的发光二极管。在20世纪60年代末到70年代，更多发明和进展产生更多的颜色，并能够使得LED在商业领域应用。以下是传统发光二极管所使用的无机半导体物料和它们所发光的颜色。①铝砷化镓(A1GaAs)——红色及红外线。②铝磷化镓(AlGaP)——绿色。③磷化铝镓铟(AlGaInP)——高亮度的橘红色、橙色、黄色、绿色。④磷砷化镓(GaAsP)——红色、橘红色、黄色。⑤磷化镓(GaP)——红色、黄色、绿色。⑥氮化镓(GaN)——绿色、翠绿色、蓝色。⑦铟氮化镓(InGaN)——近紫外线、蓝绿色、蓝色。⑧碳化硅(SiC,用作衬底)——蓝色。⑨硅(Si,用作衬底)——蓝色(开发中)。⑩蓝宝石(Al₂O₃,用作衬底)——蓝色。⑪硒化锌(ZnSe)——蓝色。⑬氮化铝(AIN)、铝氮化镓(AlGaN)——波长为远至近的紫外线。从20世纪60年代到80年代的20年时间里，红光LED、绿光LED、黄光LED的技术日本日亚化学公司先在1988、1989年资助中村修二(ShujiNakamura)到美国佛罗里达州立大学研究有机金属气相法(MOCVD)。当时整个产业界对蓝绿光LED都束手无策，而作为今天LED最主要材料的氮化镓，当时很难找到与其晶格常数相匹配的衬底，导致在衬底生长的外延片原子排列不规则，发光效率无法提升。同时，发光二极管中不可缺少的部分P利用MOCVD在低温下成长了氮化铝缓冲层，而后在高温下成长氮化镓。随后，中村修二在1991年利用低温成长非结晶氮化镓缓冲层，再以高温成长氮化镓结晶。1989年，赤崎勇教授利用电子束照射得到P型氮化镓。1991,中村修二直接利用热退火完成P型氮化镓的制作。1993年，基于GaN开发了蓝光LED。这样，困扰氮化物半导体的两个重大问题先后被赤崎勇教授和中村修二教授攻克，从此奠定了今天氮化物半导体在白光LED中的核心地位。中村修二教授的创新使得LED生产商能够生产三原色(红、绿和蓝)LED,LED行业利用这种新技术来开始白光LED(半导体生态光源)的商业化生产。自蓝、绿光LED技术于20世纪90年代开始发展至今，目前市场上出售的产品主要基于导热性能差、成本高昂等，这种基于蓝宝石衬底的蓝、绿光LED技术被认为是一种过渡性质大、价格低、导电性能良好、较容易切割、适合与硅基电子器件在同一衬底上集成等多种优点，预计在不久的将来必然会取代蓝宝石成为氮化镓基蓝、绿光LED芯片的主流衬底材料。的极少数机构在进行研发。其中，美国的Cree(科锐)公司利用碳化硅作衬底虽然已经取得成果，但是碳化硅的成本甚至比蓝宝石更高昂，更不利于蓝、绿光LED的大规模普及应用。有机LED又称OLED(OrganicLight-emittingDiode),其基本结构是：由一薄而透明的具有半导体特性的铟锡氧化物(ITO)与电力正极相连，再加上另一个金属阴极，包成如三明治的结构。OLED作为一种新型的漫射光源，与LED相比，互有特点，在各自不同的领域担当不同的角色。2011年，德国欧司朗公司宣布开发出了照明效率达871m创造了OLED照明效率的新记录。根据欧司朗公司的介绍，其实验样品照明效率达871m/W,峰值效率提高了约40%,照明亮度达1000cd/m²,色温为4000K,已非常类似于普通荧光灯。LED产品的生产过程可以分为五个阶段，形成“衬底制造——外延片制作——芯片制造——芯片封装——应用”的LED产业链，如图1-1所示。上游外延片和芯片环节目前占到了整个产业链产值的70%。相比较而言，LED芯片制造、外延片制作要比单纯封装、做下游应用产品难得多，这涉及包括技术、工艺在内的诸多要求。①衬底是LED芯片的承载部分。为了有效支撑LED芯片，衬底通常都必须具备一定的LED衬底材料的主要种类有：蓝宝石(Al₂O₃)、碳化化镓(GaAs)、氧化锌(ZnO)。良好的透光性对于倒装型LED芯片封装来说是必需的。不同的衬底材料会采用不同的外延生长技术，并且延续到后续芯片加工和封装。衬底难题如下：用来制作衬底的蓝宝石的硬度只比钻石差点，加工起来对工艺要求很高。另一种制作衬底的原材料碳化硅就更“苛刻”,价格高于蓝宝石，并且稍不注意就容易出现龟裂、发光效率不合格、可靠性差等问题，因此尽管做出来的LED芯片性能好过蓝宝石，但目前占据主流的却是前者。②外延片制作是LED芯片制造的核心部分。外延的目的是在衬底(基片)上向外拓延生长一定厚度的半导体薄层(膜)。外延层(膜)与衬底(基片)材料可以相同也可以不同。LED的发光部位PN结就在这个步骤中形成，因此对于掺杂的控制至关重要。常见LED发光材料的特点及其外延生长技术见表1-1。外延生长技术红、绿间隙带隙一般亮度混合带隙一般亮度红直接带隙高亮度红、橙、黄、绿直接带隙高亮度绿、蓝、紫直接带隙高亮度③芯片制造旨在对外延工艺形成的PN结结构进行引出，形成良好的输入输出接口。这个阶段的工艺与标准集成电路工艺十分相似，但精度要求远低于标准集成电路。随着MOCVD外延生长技术和量子阱结构的发展，人们在精确控制外延生长、掺杂浓度和减少位错等方面都取得了突破，外延片的内量子效率已有很大提高。大家知道，LED的外量子效率取决于外延材料的内量子效率和芯片的出光效率，提高LED发光效率的关键是提高芯片的外量子效率，这在很大程度上取决于芯片的出光效率。④封装是形成LED产品的又一重要过程。封装结构的出光率是限制LED性能提高的重要因素。另外，随着散热问题对LED寿命的影响日益明显，封装在LED产业链中的重要性更加凸现出来。⑤产品生产是LED产品形成的最后环节。该环节技术门槛不高，但与下游市场结构关系密切。由上述LED产业链流程可见，衬底和外延片的组合是LED发光的工作本质所在。全球照明用电量高居全年总用电量的20%,其中多达90%的电能被转换成热能而白白消耗掉，既不节能也不经济。在节能环保的发展战略下，LED已快速成为颇受关注的照明技术和产业。世界各国政府积极制定促进LED产业发展的政策法规，在政策导向激励下，全球LED产业规模呈快速增长之势。目前全球照明行业年产值约为800亿美元(含光源、灯具、镇流器等电子件),LED半导体照明约占5%,2015年期望比例上升至50%左右，届时LED半导体照明有望成为一个全球逾500亿美元的产业。2010年，全球LED市场规模增长58%,从100亿美元达到158亿美元。受到LED-TV爆发的驱动，应用在液晶电视背光上的LED市场规模暴增，从9.6亿美元增加到近39亿美元。2010年全球LED照明产值占整体照明市场的比重约为3.8%,预计2011年全球LED照明渗透率将超过10%,而LED照明使用颗数也将由2010年的48亿颗增至2011年的124亿2010年，中国传统照明行业产值达到2900亿元，LED通用照明产值为180亿元，比2009年的75亿元增长了140%,占LED应用市场规模的21%,比2009年的14%增长7个百分点，其中LED路灯、隧道灯增速超过100%。国内LED路灯目前已超过160万盏。2010年LED市场渗透率不到1%,预计2015年将达到30%。但从严格意义上来讲，通用照明市场还主要是政府在推动，真正的市场还没有启动，但取代传统照明已是大势所趋。LED发展路线图如表1-2所示。表1-2LED发展路线图(来源：美国能源部MYPP)效率(2580～3710K,80～90CRI)价格(2580～3710K,80～90CRI)3效率(4746～7040K,70～80CRI)价格(4746～7040K,70～80CRI)62OEM灯具价格目前全球LED产业基本格局是美、日、欧三强鼎立，韩国和中国奋起直追。有关LED的绝大部分专利被垄断在少数几家大公司手中，最主要的由五大厂商掌控，即日本的日亚化学(Nichia)和丰田合成(ToyodaGosei)、美国的Cree公司、欧洲的飞利浦和欧司朗(OSRAM)。他们利用其在新产品和新技术领域中的创新优势，主要从事高附加价值产品的生产。这5家LED厂商的LED专利形成了“专利池”,他们之间通过专利授权和交叉授权设立的专利壁垒，不仅阻碍了新进入者的产生，某种程度上也增加了企业的生产成本。这五大企业在产品与市场方面各具特色，日亚化学和丰田合成在LED发展中占有重要地位，都形成了完整的LED产业链，其中日亚化学1994年第一个生产出蓝光芯片，并在蓝宝石衬底技术路线专利技术方面具有垄断优势。美国Cree公司在碳化硅衬底技术路线上形成了完整的LED产业链，在专利技术方面具有垄断优势。美国Lumileds(飞利浦流明公司)1芯片(磊晶)日本2芯片加封装韩国3芯片加封装德国4芯片加封装美国5芯片加封装韩国6芯片加封装韩国7芯片加封装日本8中国台湾9芯片加封装日本2010年全球高亮度LED市场产值较2009年大幅增长93%,达108亿美元规模，其中前十大LED制造商合计营收已占总产值的75%以上，显见LED市场大者恒大态势。市场研究机构StrategiesUnlimited日前公布的2010年十大高亮度LED制造商囊括日本、韩国、美国、德国及中国台湾等业者，其中，日本除日亚化学稳居龙头宝座外，还有夏普(Sharp)和丰田Innotek三家业者跻身前十之列。美国以Cree和欧洲飞利浦为代表，德国和中国台湾则分别有欧司朗与亿光(Everlight)进榜。据StrategiesUnlimited公司的研究显示，位于排行榜上的韩国厂商，如三星LED、首尔半导体和LGInnotek,其主要是以液晶电视和LED背光显示器市场为主。欧司朗在中国的高亮度LED市场崛起，尤其是在汽车行业。飞利浦Lumileds公司的成功在于其大功率背光源产品、手机闪光灯和建筑照明，促成其在很大程度上取得成功。Cree公司致力于在固态照明的发展上取得突破，以保持其强有力的市场地位。LED在半导体照明、汽车用灯、信号显示、电视背光源、信息显示屏、生物作用、医疗作用等领域有很广泛的应用。上海世博会场馆的建筑照明、夜景照明设计更是以LED作为光源的主力军，或者说是以LED光源作为素材的。LED光源在室内照明方面的进展更是异常迅速。LED应用领域如表1-4和图1-2所示。应用举例笔记本电脑显示器电视机应用举例电子记分牌交通照明汽车/火车照明轮船/飞机照明通用照明室内照明室外照明特殊照明手机应该讲LED照明最好的领域是景观照明、水下照明、室内下射灯照明、情调照明。在道路照明中，使用在隧道内的效果好于路面，因为高度、配光要求、使用条件、光效都比较适合LED照明。路面照明用于杆高不大于10m、杆距不大于30m的场合比较合适。白炽灯的电光转换效率只有5%,现在LED灯具的电光转换效率一般在25%～40%,远远高于白炽灯。LED已经可以在很多场所代替传统光源。由于节能环保意识的府已经开始对高能耗、强污染的白炽灯产品进行限制使用。逐步淘汰白炽灯已经成为共识，加快推广节能灯项目”就是一个具体的体现，这是一个为期三年的项目，由国家发改委以及联合国开发计划署共同执行，旨在每年减少大约440万吨由于使用白炽灯而产生的碳排放。室内照明是未来最适合LED发展的市场空间。不过，LED照明市场现阶段还不是很成熟，各个厂家的标准各异，LED照明灯具的国家标准还未出台，特别是室内照明LED灯具第1章LED照明产品概论7这对开拓室内照明的LED企业提出了巨大挑战。LED芯片(LEDDie):正向偏压时发出非相干光辐射的PN结半导体器件。LED封装(LEDpackage):包括焊线连接件或其他形式电LED阵列或模块(LEDarrayormodule):在印制线路板或基板上的LED封装(元件)或晶片的组件，可能带有光学元件以及附加的热、机械和打算连接到LED驱动器负载侧的电气接口。该装置不含电源和标准灯头，不能直接与分支电路连接。LED光引擎(LEDlightengine):包含LED封装(元件)或LED阵列(模块)、LED驱非整体式LED灯(LEDlamp,non-integrated):含有LED阵列(模块)或者LED封装(元件)和标准灯头的组件。该装置打算通过标准灯座连接到灯具的LED驱动器，不能直接整体式LED灯(LEDlamp,integrated):包含LED封装(元件)或LED阵列(模块)、LED灯具(LEDluminaire):包括基于LED的发光元件和匹配的驱动器，配光部件、固光元件的可能形式是LED封装(元件)、LED阵列(模块)、LED光引擎或LED灯。LED灯LED驱动器(LEDdriver):含有电源和LED控制电路的装置，目的是使LED封装(元件)、LED阵列(模块)或LED灯工作。光怎么产生的?这个关于光的本性的问题，是个最普通的却可能是最深奥的问题。光从哪里来?我们将错综复杂的发光现象和光源大致归纳成几类：热辐射、激发辐射、轫致辐射、受激辐射、同步辐射、热核反应、物质与反物质湮没、某些粒子衰变、物质运动及真空激发等。光是一种能量，能量大小是由光子的频率决定的。原子获得能量有两种方式：第一种方式是原子与其他的粒子(如原子、电子等)碰撞获得能量，第二种方式就是直接吸收一个光子的能量。原子激发后会跃迁到另一定态或电离，处于激发态。这就得先了解原子发光的原理。一个原子从高能阶降到低能阶时会放出一个光子，叫做自发放光。原子在高能阶时受到一个光子的撞击，就会受激而放出另外一个相同的光子，变成两个光子，叫做受激放光。如果受激放光的过程持续产生，则所发出来的光子便会越来越多。只要控制高能阶的原子数量高于低能阶的原子数量，那么受激放光的过程就会持续产生。光源所发出的光谱称发射光谱。按波长区域不同，光谱可分为红外光谱、可见光谱和紫外光谱；按产生的本质不同，可分为原子光谱、分子光谱；按产生的方式不同，可分为发射光谱、吸收光谱和散射光谱；按光谱表观形态不同，可分为线光谱、带光谱和连续光谱。日常生活采用的照明光源是以照明为目的，辐射出为人眼视觉可见的可见光谱(波长380~780nm),其规格品种繁多，功率从0.1W到20kW。荧光灯无极灯荧光灯无极灯气体放电电致发光汞灯钠灯低气压高气压高压钠灯陶瓷金卤灯高压汞灯自镇流汞灯①热辐射光源：电流流经导电物体，使之在高温下辐射光能的光源，包括白炽灯和卤钨灯两种。热辐射光源是炽热的辐射体，发射的②气体放电光源：电流流经气体或金属蒸气，使之产生气体放电而发光的光源。气体放电有弧光放电和辉光放电两种，放电电压有低气压、高气压和超高气压三种。弧光放电光源包括：荧光灯、低压钠灯等低压气体放电灯，图1-3电光源分类③电致发光光源：在电场作用下，使固体物质发光的光源。它将电能直接转变为光能，包括场致发光光源和发光二极管两种。LED与传统光源不同，白炽灯是电流加热钨丝，直至发光。荧光灯是电弧激发汞原子，发出紫外线，激发玻璃管内壁的荧光粉涂层，紫外光转化并发出可见光。电磁辐射是一种能量形式，电磁波的波长范围极其宽广。辐射谱提供了能量组成形式。电磁辐射整个能量谱从高能、短波的X射线开始到低能、长波结束。可见光仅仅是电磁辐射的一小部分，产生人眼能够感觉到的光和颜色。波长小于380nm的电磁辐射叫做紫外线，波长大于780nm的电磁辐射叫做红外线。紫外线和红外线均不能引起人的视觉。从380nm到780nm这个波长范围的光叫做可见光。红外线和可见光统称为光。电磁频谱如图1-4所示。紫外光红外光LED的伏—安特性是流过芯片PN结的电流随施加到PN结两端上的电压变化的特性，它是衡量PN结性能的主要参数，是衡量PN结制作优劣的重要特性。完整的LED伏—安特性包含正向和反向特性两个方面。与普通整流二极管一样，LED同样具有单向导电性和非线发光二极管(LED)是一种注入电致发光器件，它是由Ⅲ—IV族化合物(如砷化镓、磷化镓和磷砷化镓等半导体)制成，其核心是PN结。它具有一般PN结的特性(正向导通、反向截止、击穿),此外在一定条件下它具有发光特性。PN结处于平衡时，存在一定的势垒区，其能带如图1-5所示。当PN结的两端加正偏压时，PN结区势垒降低，大量非平衡载流子从N区扩散到P区，①LED是单向导电器件，因此需要用直流电流或者单向脉冲电流给LED供电。加在LED上的电压值超过这个门限电压时LED才会充分导通。LED的门限电压一般在2.5V以上，正常工作时的管压降为3～4V。③LED的电流—电压特性是非线性的，流过LED的电流在数值上等于供电电源的电动势减去LED的势垒电势后再除以回路的总电阻(电源内阻、引线电阻和LED体电阻之和)。的电流增加而增加，但却不成正比，越到后来光通量增加得越少。因此，应该使LED在一个⑦由于生产工艺和材料特性方面的差异，同样型号的LED的势垒电势以及内阻也不完全一样，这就导致LED工作时的管压降不一致。芯片在特定的波长发出光，单色LED发出的既不是单色光，也不是宽带光，而是介于两者之间带宽为几十纳米的准单色光。这就是为什么LED在彩色光应用场合效率较高的原因。在交通灯领域，LED正在大面积取代原先的白炽灯加上滤色片系统。采用滤光镜实际上是效率相对低的一种获得彩色光的模式。例如，在白炽灯上加上红色滤光片将阻断90%的可见光。红光LED提供相同数量的光只需要大约1/10的功率，并且寿命更长。在通用照明光源领域，使用白光是必需的。LED本质上不是白光光源。实现白光LED主要有以下三种方法，如表1-5所示。单芯片蓝光LEDInGaN/YAG荧光粉蓝光LEDInGaN/YAG荧光粉蓝光LEDInGaN荧光粉紫外光激发YAG荧光粉双芯片蓝光LED+黄光LED三芯片蓝光LED+绿光LED+红光LED②近紫外LED芯片+RGB荧光粉。随着金属有机气相沉积(MOCVD)和分子束外延(MBE)等技术的日渐成熟，GaN芯片发射向短波长扩展，且近紫外激发的荧光粉的各色光都来自单一或混合的荧光材料，可以获得较好的色温和显色指数，选择范围更宽，是当前研究的热点，但适用的近紫外LED尚未获得市场应用。从LED的发光机理可以估算其理论发光效率。LED是利用载流子复合而发光的，载流子复合时其势能全部转化为光能，单就这一过程而言其内量子效率为100%。但是载流子在介能均不可能转化为光能。考虑到各种附加能耗，载流子复合的实际内量子效率不会超过90%。载流子复合时产生的光子有50%为外向辐射，这50%的光子中一部分与晶格碰撞并为晶格吸收转化为热能。部分光子传输时在不同介质交界面处会反射回原介质并被吸收，此外作为输出窗的外电极的金属网膜或透明导电膜也将使部分光子反射并被吸收，这些过程都会降低LED的量子提取率。载流子复合时产生的光子中有50%为内向辐射，这部分光子在到达兼作反射镜的底层导电众所周知，将1W能量全部转化为555nm波长的黄光时产生的光通量可达6831m(6831m/W即光功当量),若转化为波长范围是380～780nm、各个波长的光能量都一样的等能量白光，则约为190lm/W;如果波长范围取400～700nm,也是等能量分布的白光，则为2411m/W。在理想情况下发波长为555nm的黄光的LED可能达到3001m/W的最高光效，目前上述估计还远未实现。目前所报导的LED的最高光效只达到这一理想值的一半，而实际上还不足其1/4,这也正是人们认为LED尚有巨大潜力可挖、对之寄以厚望的原因所在。是LED向超薄型发展的原因。目前最高光效的超薄型(厚度约10nm)GaNLED,其下导电以上分析是对单色光LED进行的，将单色光转化为白光还须再经过一次量子转换，目前大都采用发射光谱的中心波长约为470nm的蓝光LED来激发辐射光谱中心波长为560nm的宽带黄光荧光粉，从而制成蓝黄光混合的白光LED,这将使LED的光效近一步降低。如果保留LED辐射中约20%的蓝光输出，用剩余80%的蓝光激发黄光荧光粉，在最佳情况下这80%的蓝光中约有20%以上的光子将被荧光粉吸收，其余80%转移为以560nm为中心波长的宽带黄光辐射，这一过程平均产生16%的量子能量损失。LED的总能效不会超过40%,换算为白光时白光LED的总光效最多不过150lm/W。如果没有灯中的高压钠灯或陶瓷金卤灯)相比还高一些，但是目前实际达到的光效尚未及此一半。理想情况下，根据以上分析可以估算出LED总的电光转换效率约为54%,制造工艺中的任何疏漏、材料上的任何缺陷均会造成其电光转换效率的下降。这与电光转换效率不足5%的白炽灯相比，甚至与当前转换效率最高的高压钠灯、陶瓷金卤灯相比(电光转换效率约为30%)也是非常高的，这正是LED有十分诱人前景的原因所在。大功率领域，现在日亚、欧司朗等已经做到了140～1501m/W,科锐已经做到2081m/W。据报导，目前最佳光子晶体技术的光提取效率已达到了94%,因此科锐LED的效率还将提1301m/W,这个数字到2012年将提高到1501m/W,2015年则将达到180lm/W;就暖白色LED1.3.1照明的发展历史照明质量和水平是社会进步和现代化程度的一个重要标志。根据国际能源署(IEA)的统计，照明用电占全球用电的19%。在美国，据美国能源部的统计，照明用电占美国全年用电的22%左右，达到1520亿美元。目前，我国照明用电约占总用电量的14%左右，采用高效照明产品替代传统的低效照明产品可节电60%～80%,照明节电潜力巨大，绿色照明任重火开始了人类照明领域的第一次革命。1879年，爱迪生发明第一只钨丝灯泡，开辟人类照明领域的第二次革命，自此白炽灯为人类照亮了130多年。我们知道，钨丝灯仍然属于黑体辐射，温度越高，光谱越往蓝光方向偏移，钨丝灯中钨丝的温度在2000℃左右；温度低时，大部分光谱是红外光谱，变成热量散发出去了。从环保角度看，钨丝灯不是节能产品，其能效很低，只有5%的电量用来发光，其余95%用来发热。卤钨灯是白炽灯的一种，原理是在灯泡内注入碘或溴等卤素气体。在高温下，蒸发的钨与卤素进行化学作用，蒸发的钨会重新凝固在钨丝上，形成平衡的循环，避免钨丝过早断裂。因此，卤钨灯比白炽灯寿命更长。第三次照明领域的革命是气体放电灯。荧光灯、高压汞灯、钠灯和金属卤化物灯是应用最多的照明用气体放电灯。气体放电灯发光的基本过程分以下三个阶段。①放电灯接入工作电路后产生稳定的自持放电，由阴极发射的电子被外电场加速，电能转化为自由电子的动能。②快速运动的电子与气体原子碰撞，气体原子被激发，自由电子的动能又转化为气体原③受激气体原子从激发态返回基态，将获得的内能以光辐射的形式释放出来。上述过程重复进行，灯就持续发光。放电灯的光辐射与电流密度的大小、气体的种类及气压的高低有关。一定种类的气体原子只能辐射某些特定波长的光谱线。低气压时，放电灯的辐射光谱主要就是该原子的特征谱线。气压升高时，放电灯的辐射光谱展宽，向长波方向发展。当气压很高时，放电灯的辐射光谱中才有强的连续光谱成分。荧光灯属于低气压放电灯，在荧光灯管中的汞蒸气激发出来的是紫外光，紫外光激发荧光灯管壁上的荧光粉，产生可见光。LED灯属于电致发光，LED在外加正向电场作用下，载流子从低能态跃迁到高能态，即N区的电子向P区迁移，当它们从高能态回到低能态时，根据能量守恒原理，多余的能量将以光的形式表现出来。大功率LED照明的发光效率已经明显超过荧光灯，并且超过金属卤化物灯，小功率LED灯的发光效率已经超过高压钠灯。LED照明与其他白光照明光源发光效率的比较如图1-6所示。传统光源光效优质低功高压钠灯标准白炽灯大型荧光灯管状荧光灯红外卤素白炽灯优质大功半导体照明是指采用半导体二极管(LED)、有机发光二极管(OLED)或者复合二极管(PLED)作为照明光源的一种照明类型。LED过去在信号、指示、显示等传统领域应用，现荧光灯是通过灯泡内的气体激发来发光，半导体照明是已经有50多年的历史，在近十年来作为电子装置用在指示灯具。①寿命长——寿命可达10万小时，而钨丝灯只有1000h;理论上LED光衰可以减到70%性能方面比传统光源有明显的优势。②尺寸紧凑——一般封装直径只有5mm。③高能效——1W的LED灯具一般能达到90～100lm,相当于一般光源光效的5～6倍，耗能是钨丝灯的1/10、荧光灯的1/4。Cree白光LED实验室光效突破2311m/W,打破行业最LED目前的整体能效约为851m/W(国家三部委招标时的入选标准),其有效利用率约为90%,整体能效利用可以达到721m/W。目前道路照明中最为常见的高压钠灯的整体能效约为1201m/W,灯具效率为70%,有效利用率为80%,则整体能效利用约为67lm/W。可见，LED元素(如汞),回收成为一大难题。⑤通用性好——可获得不同颜色。⑥冷光源——比HID和白炽灯产生更少的热辐射。⑦数字可控性强。与电子控制结合可改变灯的亮度和颜色特性。国际上正在兴起的新型⑧低电压供电，尤其适合太阳能供电。⑨无破碎危险，没有易破坏的玻璃或者灯丝。⑩瞬间启动，不需要预热时间。在价格上，一套400W的高压钠灯连电源不超过1000元，但是一套能够替代400W高压钠灯的LED要5000～8000元。国家/地区时间美国国家半导体照明研究计划到2010年55%的白炽灯和荧光灯被白光LED明用电减少一半年减少7.55亿吨CO₂日本1998年21世纪光计划到2006年50%的传统照明被白光LED取欧盟彩虹计划多色光源LED,通过欧盟的补助金推广LED的应用效、节能、不使用有害环境的韩国30%配套资金，预期2008年发光效率达到成为亚洲最大的光电子生产国中国台湾开发计划以白光LED取代25%的白炽灯和100%的荧光灯1998年，由通产省资助、新能源产业技术综合开发机构(NEDO)和金属研究开发中心(JRCM)负责执行的“21世纪照明计划”正式启动，参与机构包括4所大学、13家公司和1个协会。整个计划的财政预算为60亿日元。日本已完成该计划的第一期目标，目前正在实施第二期计划，目标是到2010年，发光二极管的发光效率达到1201m/W。该计划关注的核心在于高质量材料的生长、高功率管芯的制备和高效率白光荧光粉的获得等，开展研究的项目包括：开展氮化镓半导体发光机理的基础研究；改进用于紫外发光二极管外延生长的方法；研究用于同质外延生长的大面积衬底；开发由紫外发光二极管激励产生白光的荧光粉，并生产出使用白光发光二极管照明的光源。日本通过政府大幅补贴来积极推广LED照明替代白炽灯，预计2015年替代率达到50%,2020年替代率达到100%。2.美国——下一代照明计划总共投资5亿美元支持计划的实施。该计划已被列入美国“能源法案”,由国防高级研究计划局(DARPA)和光电产业发展协会(OIDA)负责执行，共有13个国家重点实验室、公司和大学参加。重点研究方向是：发光二极管成本的降低和转换效率的提升、氮化镓(GaN)材料的固体物理学问题、金属有机化学气相沉积(MOCVD)相关工艺、低缺陷密度衬底和器件结构的优化等。随后，美国能源部制定了固态照明研究与发展计划，该计划为半导体照明确定了无机发光二极管和有机发光二极管两个方向，已进行了多次修订。美国能源部于2007年4月发布了《固态照明商业化支持五年计划》草案，它为产品的商业化活动提供了一个基本框架。美国能源部DOE的LED发展计划将LED在普通照明应用分成两个阶段，2008年至2012年为第一阶段(5年),主要是发展替代型LED照明灯，取代部分传统照明灯，其目的是启动LED在照明中的应用。近几年的应用结果亦表明，这种形式并不能充分发挥LED的本质特性，反而因散热等问题带来寿命短、光效不能充分发挥的弊端。下一阶段将发展基于LED本质特性的全新LED照明装置，更多地与人居环境、家庭数字和网络、建筑学等相3.欧盟——半导体照明计划欧盟于2000年7月实施了“彩虹计划”,以推广白光发光二极管的应用。该计划由欧盟展氮化镓基照明光源。“彩虹计划”于2003年7月结束，该计划推动了欧洲高亮度户外照明市场的增长。2004年10月，欧盟正式启动了“用于信息通信技术与照明设备的高亮度有机发光二极管(OLLA)”项目，该项目的经费大约为2000万欧元，由欧盟第六框架计划(FP6)中的信息社会计划(IST)提供。项目由来自8个欧盟成员国的6所大学、8个研究所和104.韩国——氮化镓基LED开发计划2000年，韩国政府制定了“氮化镓半导体开发计划”,并成立光产业振兴会(KAPID)负责计划的组织与实施，其中涉及半导体照明的研究项目包括以氮化镓为材料的白光发光二极管等。韩国的“固态照明计划”已得到政府批准，2004～2008年政府投入1亿美元，企业提供30%的配套资金，该计划的目标是2008年发光效率达到80lm/W,计划到2015年确保30%的通用照明市场。5.英国——用于照明的LED计划英国商业、企业和改革部(DBERR)(原贸易工业部)于2007年7月启动了“用于有效6.中国台湾——照明光源开发计划中国台湾地区也在组织实施“新世纪照明光源开发计划”,研究内容主要分为外延生长和芯片加工、封装及应用产品的可行性评价、信息平台和测试平台多年研发投入和产业发展，在器件工艺、封装以及材料外延方面已拥有若干自主知识产权。7.中国——绿色照明工程委员会与联合国开发计划署、全球环境基金会于2009年联合启动了中国逐步淘汰白炽灯、加紧凑型荧光灯产量为30亿只，占世界产量的80%,出口22亿只。我国照明用电约占全球用电量的12%,采用节能灯替代白炽灯可节电60%～80%。若把现有在用的白炽灯全部替换为节能产业的产值达827亿元，其中处于产业下端的应用领域产值为600多亿元，而在涉及核心技术我国LED产业的地区分布转为集中，已形成长三角、珠区四大LED照明产业区。科技部先后批准设立七大国家半导体照明工程产业化基地，分别是上海、南昌、厦门、大连、深圳、扬州和石家庄。目前，中国LED产业的产业链已初步形成，与LED相关的企业达4000多家，中国LED产业总产值达到1200亿元，年平均增长率为35%。50%～60%的LED企业集中在广东省，有2000多家。国内LED企业的绝大部分(超过99%)集中在产业链下游的封装和中低端应用产品领域，产业链中上游的衬底材料、LED外延片和芯片则主要依靠进口，其中高亮度蓝绿光LED外延片的进口比例高达80%以上。据统计分析，我国LED产业上游外延芯片占4%,中游封装占21%,应用占75%。因此，我国LED产业在世界LED产业链中的地位还有待进一步提升。在LED“衬底一外延片—芯片一封装一应用”的产业链中，中上游的外延片与芯片制造是最具科技含金量、技术竞争最激烈的环节，也是我国LED产业的薄弱环节，世界范围内LED产业中约70%的利润集中于此。一些高光效的LED产品，目前国内企业还无法实现量产。由于研发和生产LED外延片与芯片的资金投入量较大，并且对技术和设备的要求极高，因此进入此行业的门槛也很高。中国台湾地区LED产业近年来迅速崛起，其芯片产量及封装产量占据世界第一的位置，市场份额在世界60%以上，但其产品档次还不能进入第一梯队。2.我国LED产业的知识产权现状在产业发展过程中，企业应该构筑属于自身领域的“专利池”。下面我们来分析一下LED产业的知识产权情况。从数量看，全球LED照明产业一半以上的专利来自日本，数量居前五位的专利权人均属于日本企业，即东芝、松下、夏普、NEC、日亚化工；从专利质量看，美国和德国的质量较高。中国内地LED专利数量占全球LED专利数量的5%。国内LED照明专利申请主要分布在广东、浙江、上海、江苏和北京等地区，特别是广东省申请量最高，占国内申请总量的26.3%。LED专利问题是制约我国LED产业发展的重要因素之一，我国LED产业要想在全球有影响力，必须发展自主专利。专利问题不仅是芯片水平的核心问题，还是外延片、芯片的工艺制作的能力问题。专利问题涉及芯片材料、器件结构、荧光粉、二次配光、外形设计等多个层面，最重要的还是荧光粉和衬底材料。目前荧光粉专利主要掌握在日亚化工手里，他们采取的是铝酸盐材料，而国内正在大力研发的是硅酸盐和氮化物，可靠性和稳定性还需要提高。衬底材料方面，我国在大力推动硅衬底材料，目前联盟委托南昌晶能投入资金6000万元在做研发，已经有很大的进展，一旦成功将能把集成电路产业化技术应用到LED芯片上来，将会大幅度地降低芯片成本，未来的前景非常广阔。中国目前在关键技术研发方面取得了显著成效，尤其在封装产品方面有自己的特色，应用方面也有很大的突破；在LED外延材料、芯片制造、器件封装、荧光粉、功能性照明应用等方面均已掌握自主知识产权的单元技术，且部分核心技术具有原创性；相关LED专利申请超过28912件，其中封装和应用方面的专利占比接近70%。2009年国内投资规模达到200亿元，2010年达到300亿元，投资主要集中在产业链中上游环节。部分太阳能企业也进行了投资，保利协鑫集团投资25亿美元，引进500台MOCVD设备以建立苏州LED基地。我国LED在封装和应用上技术都较为成熟，并且此领域的专利数量也在逐年增长。我国也有了自主知识产权的产品，比如硅衬底。中游封装已接近国际水平。下游应用发展快速，2009年产值达800多亿元，2015年将达5000亿元。3.我国LED产业发展规划及存在的问题2010年中国大陆计划新增的MOCVD设备数量为2009年全球MOCVD供应量的50%,产能将是2009年的10～15倍。这里需要注意的是，产业的需求预计到2015年，我国LED产业规模可达到5000亿元，LED灯具光效为1201m/W,占照明市场的30%,年节电量超过1500亿千瓦时。到2015年，通过推广LED可实现年节电400亿千瓦时，相当于年减排二氧化碳4000万吨。要实现LED照明5000亿元的产业规模，就要在“十二五规划”中做好相关标准的制定，加大研发力度替代目前70%的进口芯片，产业目标的实现将使年节电1000亿千瓦时左右。到2020年，LED有望占有照明市场80%的份额。虽然我国半导体照明节能产业发展取得积极进展，但从产业链上看，我国半导体照明产业上游跟国际还存在一定的差距，还面临着许多急需解决的问题。①专利和核心技术缺乏。目前半导体照明的主流技术专利多为发达国家所控制，企业发展面临的专利风险日益加大。核心装备MOCVD基本依赖从德国AIXTRON和美国Veeco进口，而研发投入不足，缺乏支持基础理论研究的长效机制，共性技术研发平台尚不完善，关键技术研发没有形成合力。②产业整体水平较低。我国LED生产企业超过4000家，其中70%集中在下游产业，且技术水平和产品质量参差不齐。国产LED外延材料、芯片以中低档为主，80%以上的功率型LED芯片、器件依赖进口。对内面临企业规模小而散、产业分布不均、核心芯片技术落后等问题；对外，国际巨头强势进入我国市场，加快了下游应用的整合，如何应对严峻的挑战成了我国LED企业面临的挑战。③标准和检测体系还不完善。检测设备、检测方法研发和标准制定工作不能适应产业快速发展的要求。半导体照明产品的标准与检测体系建设亟待完善，权威检测平台尚未建立，无法对现有半导体照明产品进行质量评价或认证。④低水平盲目投资现象严重。目前不少地方将半导体照明节能业，加大支持力度，同时存在盲目投资、低水平建设的现象。一些地方政府不顾经济效益对道路照明进行盲目改造，过度投入景观照明，导致产业无序竞争，产品质量良莠不齐，资源浪费严重，影响消费者信心，不利于产业健康发LED照明标准处于不断发展、不断完善之中。LED照明标准具有强制和自愿标准结合、制订部门多、标准结构是三维矩阵结构、包含范围广等特点。目前，LED照明产品的标准涉及电气安全、电磁兼容、光色要求、寿命要求、生物安全要求等。ANSI、NEMA等建立了测试标准；由ENIST-NVLAP进行老化试验，反馈给测试；CALIPER对市场上的产品进行性能监控与反馈；Lightingfactslabel给出要求标识在照明产品标签上的参数。我国LED标准制订的速度落后于发达国家、落后于产品与市场的发展。在这方面，我们要借鉴美国等国家的先进经验，从最急迫和对产业发展影响最大的标准入手，快速制定出一些有助于产业发展的标准或规范，使得业界企业可以借鉴和参考。另外对产品的一致性、可靠性以及显色性问题也应加以重视。如果LED照明要进入室内照明领域，产品的一致性、可靠性以及显色性等指标都需继续改进，如果灯泡的色调都不一样，就变成了“花灯”,而显色指数也应该在85以上，否则很难称为高质量光源，更不能与LED照明标准体系就是包括LED芯片标准、LED封装技术标准和LED照明标准的标准体系。其中，LED照明标准又分为产品标准和系统标准两大部分。产品标准分为基础标准、方法标准、性能标准、安全标准和EMC标准；系统标准分为测量标准、节能设计标准、使用规范标准、节电效益评价标准等。此外，产品标准还可以分为照明LED测试方法标准、照明LED光源通用标准、照明LED附件通用标准、照明LED连接件通用标准和照明LED灯发达国家和地区无一不把标准和检测放到重要地位，以规范市场、加快半导体照明产品的推广和应用。美国在这方面投入了大量的人力物力，以NIST为首，对半导体照明检测技术展开了深入研究，而且多个组织和机构也分别或联合出台了12项LED相关标准，另有十余项正在研究制定过程中，其中北美照明学会(IESNA)发布的LM-79和LM-80等技术规范在全球范围内有着广泛而深入的影响力。德国则秉承着一贯严谨的作风，由德国物理技术研究院(PTB)带领国内产业界斥巨资进行着检测技术和标准化的研究。更重要的是，美国和德国等都利用自己的技术优势和在国际化组织中的影响力，争取半导体照明领域的国际标准话语权。在国际照明委员会(CIE)和国际电工委员会(IEC)等组织中，美国、欧洲和亚洲争取标准制定权的竞争已经相当激烈。LED标准化组织如下。①ANSI-AmericanNationalStandardsInstitute,网址为。②CIE-InternationalCommissiononIllumination,网址为ww③FCC-FederalCommunicationsCommission,网址为。④IEC-InternationalElectrotechnicalCommiss⑤IEEE-InstituteofElectricalandElectronicsEngineers,网址为。⑥IESNA-IlluminatingEngineeringSocietyofNorthAmerica,网址为。⑦NEMA-NationalElectricalManufacturersAssociation,网址为。⑧NFPA-NationalFireProtectionAssociation,网址为。⑨UL-UnderwritersLaboratoriesInc.,网址为。LED照明产品的质量问题涉及安全、电磁兼容、生物安全、寿命、光度和色度、光效、有毒有害物质等方面。因此，从质量把关的关注点对标准进行分类更能够了解国际上对LEDC82.04DriverPerformanceE1.20-RemoteDeviceManaE1.17-ArchitectureforControlNetworks安全C78.0982FixtureSafetySpecif电磁兼容C82.77-2002HarmonicEmission2.北美照明学会(IESNA)IESNA关于LED标准的分类如表1-8所示。表1-8IES标准分类RP-16addenduma&b:“NomenclatureandDefinitionsforIluminatingEngineering”LM-79-08ElectricalandPhotometricMeasuremeTM-21LumenMaintenancRP-27Photobiological电磁兼容目前，IESNA还正在制定下列LED标准。①IESNALM-XX1:Methodfort③IESNALM-XX3:ApprovedMethodforMeasuringLumenMaintenanceofLEDLightEnginesandLEDIntegratedandNon-IntegratedLamps。3.国际照明委员会(CIE)CIE15:2004“Colorimetry,ThirdEdition”TechnicalCommittee2-66:“TerminologyofLEDsandLEDassemblies”TC2-64,HighSpeedTestingMethodsfor一—电磁兼容IEC关于LED标准的分类如表1-10所示。表1-10IEC关于LIEC标准分类62612,Self-ballastedLEDla60838-2-2,ConnectorsforLEDmodules61347-2-13:2006-LampParticularrequirementsbforcontrolgears;LEDm安全61347-2-13:2006-Lamp62471-2PhotobiologicalSafetyofgenerallighting(<50V)-电磁兼容NEMA关于LED标准的分类如表1-11所示。第1章LED照明产品概21ALANEMALSD-51功能与装饰应用固态照SSL-3,HighPowerWhiteLSD-49“SolidStateLighting—BestPracticesforDimming”SSL-1“ElectricDriversforLEDDevices,Arrays,orSystems”电磁兼容6.美国保险商实验室(UL)UL关于LED标准的分类如表1-12所示。2108LowVoltageLig电磁兼容7.我国制定的LED产品国家标准我国目前制定的LED产品国家标准如表1-13所示。LED照明产品求电子控制装置的特殊要求22LED照明产品质量控制与国际认证标准)一一洁净室用灯具技术要求灯安全要求能要求电磁兼容(EMC)电磁干扰EMI电磁抗干扰EMS一般照明用设备电磁兼容抗扰度要求(对于户外灯具，必须考虑防雷击)电磁兼容限值谐波电流发射限值(设备每相输入电流≤16A)化、电压波动和闪烁限值8.其他组织制定的LED产品标准其他组织制定的LED产品标准如表1-14所示。RPIASSISTRecommendati安全CSAC22.2NO184.1-96IEEEP1789-RecommendedPracticesofModulat电磁兼容LED光源作为绿色光源带来了照明领域全新的革命，在各领域的应用逐渐普及。为了实现LED产品质量的统一，产品认证问题不可避免。目前我国LED照明产品的产品认证评价体系已经初步建立，产品的安全认证已经开展，能效认证评价体系正在逐步建立，中国强制认证(CCC)已将六类LED灯具(固定式通用灯具、可移式通用灯具、嵌入式LED筒灯、LED水族箱灯具、电源插座安装的LED夜灯、地面嵌入式LED灯具)纳入范围。中国质量认证中心(CQC)开展LED产品CQC自愿性产品认证，包括CQC标志认证和节能认证。美国能源之星将LED产品纳入其中。欧盟LED灯具必须经过CE认证才能在欧洲市场销售。2012年7月1日以后，日本LED灯具必须经过PSE认证才能在日本市场销售。关于LED产品认证将在本书第8章详细介绍。第2章LED灯具安全要求要保证LED灯具的安全，首先要识别危险源。LED灯具的危险不仅来自电气危险，还来自机械、热、火灾、辐射等危险，以及使用中预计可能出现的异常状态甚至电磁骚扰等方面。LED灯具虽然光源类型发生了改变，同样要遵循灯具通用标准GB7000.1—2007的各项要求。本章主要论述了LED灯具的电气、机械、热的安全问题，对于光生物安全将在第5章中进行介绍。LED灯具的安全包括对人身和环境两个方面的安全。对人身的安全首要的是电气安全，最为直观的就是限制通过人体的电流值。从灯具的设计上就需要考虑不同的防触电保护结构、材料的绝缘特性和阻燃特性、电气绝缘性(电气间隙、爬电距离)等内容。在LED灯具设计中，设计人员必须以安全标准为基本底线，不断提高LED产品的性能和质量。在实验室质量检测过程中，实验室检测技术人员必须以安全标准为准则，严格把关。2.1电气安全概论电气产品的安全标准是为了保证人身安全和使用环境不受到任何危害而制定的，是电气产品在设计、制造时必须遵照执行的标准文件。严格执行标准中的各项规定，电气产品的安全就能得到可靠保证。在国际上，美国是最早关注电气安全的国家，我国从1982年开始制定各类电气安全标准，逐步与国际标准接轨。设有三个认证委员会，分别是电子元器件质量评定委员会(IECQ)、电子安全认证委员会织——国际电气设备合格认证委员会(CEE),成立于1926年，1946年改名2.德国VDE德国电气工程师协会(VDE)是世界上著名的电气工程与科学技术专业机构，是德国电工领域的重要学术团体，成立于1893年，总部设在法兰克福。VDE的宗旨是促进电工科学技术的发展，通过研究、制订并推广电工安全标准，保护人身和财产的安全，消除贸易技术壁垒，其主要活动是制订电气设备的制造规程、安全操作规程以及检测与试验方法标准等。第合格评定局标准局秘书处VDE检验和认证机构(VDE-P)成立于1920年，是欧洲最有测试经验的试验认证和检查机构之一，是获欧盟授权的CE公告机构及国际CB组织成员，评估的产品非常广泛，包括家用及类似用途的电器、照明器具、电动工具、电子消费产品、电气医疗设备、信息及通信技术设备、机械设备、激光产品、安装材料、电线电缆、绝缘材料、抗无线电干扰设备、电子元器件等。VDE检验和认证机构拥有430名员工，目前世界上已有20多万种产品型号获得了VDE检验标记。VDE检验标记作为商标在30多个国家受到保护。全球50多个国家的制造商在其产品上使用VDE电气技术安全标记。在许多国家，它是进口产品必备的标记。位于奥芬巴赫的VDE试验认证研究所是德国电气工程师协会所属的一个研究所，作为一个中立、独立的机构，VDE在奥芬巴赫拥有自己的试验室，根据申请按照VDE规范或其他公认的技术标准对电工产品进行试验和认证，向公众提供了一种保护性服务，避免电器在使用时造成危害和产生无线电干扰。美国保险商实验室(UL)成立于1894年，当时是为电工保险而设的实验室，发展到今日已成为世界上历史最悠久的安全试验机构。UL总部设在芝加哥，全美有5个试验站。UL是一个民间公共安全机构，其宗旨为保护消费者的生命和财产安全，使其避免遭受燃烧、电击或爆炸等危险。UL制订的标准或试验方法本身虽不具备法律效力，但被美国“消费产品安全法”及其执行机构“消费品安全委员会”承认和采用，并得到国家承认。凡不符合UL标准的产品均不得申请保险、出售和出口。4.日本的电气安全标准化组织随着1994年日本法律的改革，日本电气产品的安全认证由原来的电气设备和材料控制的政府执法组织批准，转变为自我声明和由第三方认证的形式，从而使日本的电气产品安全认证形式与国际惯例接轨。1994年12月日本成立了电气设备认证协会，旨在向第三方认证制度