美國能源部2014年更新的固態(tài)照明制造業(yè)研發(fā)路線圖 重點闡述LED標(biāo)準(zhǔn)

　　過去的2014年8月，美國能源部(DOE)公布了2014年更新的固態(tài)照明(SSL)制造業(yè)研發(fā)路線圖，在第四部分總結(jié)了產(chǎn)業(yè)不同類別的標(biāo)準(zhǔn)工作，希望可以為正在制定的SSL標(biāo)準(zhǔn)提供參考。鑒于目前OLED(有機發(fā)光二極管)技術(shù)還沒有發(fā)展到使用標(biāo)準(zhǔn)的程度，這里重點闡述LED(發(fā)光二極管)標(biāo)準(zhǔn)。部分LED標(biāo)準(zhǔn)適用于OLED，部分OLED標(biāo)準(zhǔn)需要重新制定。

　　標(biāo)準(zhǔn)文件有幾種：

　　標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)和產(chǎn)品定義;

　　最低性能規(guī)范;

　　特征描述和測試方法;

　　標(biāo)準(zhǔn)化報告和格式：Lighting Facts;

　　工藝標(biāo)準(zhǔn)或者“最佳實踐”;

　　物理尺寸， 接口， 或互操作性標(biāo)準(zhǔn)。

　　這些通常被認(rèn)為是行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)， 但任何一項最后都有可能成為法規(guī)或法律要求而具有法律效力。他們通常被表示為“條例(rules)”，“規(guī)程(regulations)”，“準(zhǔn)則(codes)”，或“規(guī)范(specifications)”，盡管有些不為人熟知，但這些標(biāo)準(zhǔn)確實提供了一個有用的框架，將不安全或不達標(biāo)的產(chǎn)品逐出市場。例如通常在電氣產(chǎn)品中要求具有UL類型的標(biāo)簽，或者聯(lián)邦電器效能立法規(guī)定的最低效能要求，這些都屬于安全要求。通常，在行業(yè)進入成熟期后，一些法律標(biāo)準(zhǔn)才剛剛萌芽。過早的執(zhí)行這些法律標(biāo)準(zhǔn)反而可能抑制技術(shù)的進一步創(chuàng)新。

　　在將固態(tài)照明引入市場的進程中， 不時出現(xiàn)對產(chǎn)品性能不切實際甚至是虛假宣傳的索賠。能源部通過制定不同的檢驗標(biāo)準(zhǔn)和方法，來努力解決這些問題。但是，LED照明發(fā)展到現(xiàn)在階段，一些制造商認(rèn)為強制性標(biāo)準(zhǔn)或者行業(yè)其他符合性測試標(biāo)準(zhǔn)過多或重復(fù)，對此已十分不滿。能源部也已開始解決這一問題，召集利益相關(guān)方進行多種需求調(diào)查，尋求方法，盡可能的縮短測試時間，減少成本。

　　能源部也同眾多標(biāo)準(zhǔn)制定組織合作，加速所需標(biāo)準(zhǔn)的制定和實施。能源部支持標(biāo)準(zhǔn)的制定，包括組織研討會，開展相關(guān)工作的協(xié)調(diào)和協(xié)作等。研討會的參與人員有來自重要標(biāo)準(zhǔn)團體的代表和委員會成員：美國國家標(biāo)準(zhǔn)照明工作組(ANSLG)、北美照明工程協(xié)會(IES)、國家電氣制造協(xié)會(NEMA)、國家標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)研究所(NIST)、保險商實驗室(UL)、國際照明協(xié)會(CIE)、加拿大CSAInternational、國際電工委員會(IEC)。直接同生產(chǎn)有關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)非常多，并且相當(dāng)詳細，經(jīng)常被劃分至最后兩類，即工藝/最佳實踐和互通性。

　　一、固態(tài)照明產(chǎn)品的定義

　　IES發(fā)布了RP-16-2010《照明工程的命名和定義》，明確了與LED相關(guān)用于照明的組件和產(chǎn)品的定義。其他標(biāo)準(zhǔn)制定組織也制定了一些定義性文件，在某些情況下，與IES定義如IEC/TS 62504：2011有沖突。為避免混亂，定義的一致性應(yīng)該成為標(biāo)準(zhǔn)制定組織的首要任務(wù)，DOE也在開展這方面的相應(yīng)工作。本路線圖報告中使用的是RP-16文件。

　　二、最低性能規(guī)范

　　《2007年能源獨立安全法案》(EISA)和《能源政策與節(jié)約法案》的其他修正案對通用熒光燈、白熾射燈、普通白熾燈和緊湊型熒光燈等照明產(chǎn)品確立了強制性最低能效要求。盡管當(dāng)前還沒有專門針對LED和OLED照明產(chǎn)品的聯(lián)邦能效標(biāo)準(zhǔn)，但對普通燈，包括LED和OLED，有最低能源節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)的要求。

　　美國環(huán)境保護署(EPA)能源之星燈具規(guī)范版本1.0，于2014年9月30日生效，對整體式LED燈提出了光效要求。LED燈根據(jù)類型和瓦數(shù)，光效要求從40lm/W至65lm/W不等。在當(dāng)前能源之星燈具規(guī)范1.2版本中，對非定向燈具，即應(yīng)用LED光引擎或GU-24整體式LED燈，最低光源效能要達到65lm/W。[NT:PAGE]

　　很多標(biāo)準(zhǔn)中提到了對最低性能規(guī)范的執(zhí)行。這些最低性能規(guī)范有的具有強制性，有的則是自愿性，其中一些規(guī)范由自愿性轉(zhuǎn)變成了強制性。最值得關(guān)注的是能源之星(自愿性)和UL(很多是強制性的)。同時，NEMA最近發(fā)布的標(biāo)準(zhǔn)SSL4-2-12，對固態(tài)照明替代產(chǎn)品提出了建議最低性能標(biāo)準(zhǔn)。SSL 4-2012應(yīng)用于整體式LED燈，即白熾燈、裝飾燈和反射燈的改進型替代品，性能要求包括顏色、光輸出、工作電壓、光通量維持率、尺寸和電特性。

　　最近幾個季度以來，我們收到了一些來自于最低性能標(biāo)準(zhǔn)會帶來測試負(fù)擔(dān)的擔(dān)憂。制造商們對被要求提供各種測試數(shù)據(jù)紛紛表示關(guān)注。部分測試依據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)是強制性的，另一部分根據(jù)市場實際需求的自愿性標(biāo)準(zhǔn)。此外，這些要求有時相互沖突或重疊，這就使得在某些情況下出現(xiàn)重復(fù)的測試。相反，固態(tài)照明領(lǐng)域的某些人質(zhì)疑這些標(biāo)準(zhǔn)是否足夠有力的為照明產(chǎn)品引領(lǐng)最節(jié)能的發(fā)展方向。最后，性能標(biāo)準(zhǔn)也出現(xiàn)了公眾阻力，導(dǎo)致性能標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行的不確定性。

　　三、特征描述和測試方法

　　近幾年來，行業(yè)內(nèi)不斷強化意識，使用所推薦的標(biāo)準(zhǔn)測量方法，例如IES LM-79-2008《固態(tài)照明設(shè)備的電氣和光度測量方法》(LM-79)，IES LM-80-2008《LED光源的流明衰減測試方法》(LM-80)，分別用來測量LED初始性能和流明衰減。而如何外推LM-80光通衰減的有限測量數(shù)據(jù)，從而預(yù)測LED封裝的壽命是一直存在的問題。這是一個非常困難的事情，原因在于LED產(chǎn)品設(shè)計不同，性能迥異。

　　在能源部的支持下，IES分委員會在2011年7月完成了IESTM-21-2011《LED光源的長期流明維持率推算方法》(TM-21)。該文件基于LM-80數(shù)據(jù)，闡述了LED光源流明維持率推算的建議方法。最新的IES LM-84-2014《測量LED燈，光引擎和燈具的光通量和色維持》(LM-84)和IES TM-28-2014《LED燈和燈具的長期光通量維持率推算方法》(TM-28)已經(jīng)完成，提供了LED燈、光引擎和燈具進行流明維持率測試和推算的建議方法。

　　在TM-28中，提出了流明維持率推算的兩種流程--第一種是從LM-84數(shù)據(jù)直接外推出流明維持率，第二種是使用LM-84和LM-80數(shù)據(jù)的綜合外推。但是，能源部警告，流明維持率的推算不能直接轉(zhuǎn)換成對燈具或燈壽命的全部測量，燈具壽命的測量可能要依靠失效機制。

　　對于固態(tài)照明產(chǎn)品色度變化相關(guān)的問題，引入ANSI C78.377-2011《固態(tài)照明產(chǎn)品的色度技術(shù)規(guī)范》作為明確LED分檔的標(biāo)準(zhǔn)。2010年NEMA公布了SSL3-2010，增進了芯片制造商和燈具制造商對顏色規(guī)范的理解。盡管近期沒有任何對顏色相關(guān)信息的發(fā)布，但很多應(yīng)用產(chǎn)品依舊存在對顏色及顏色漂移、描述困難的問題，很多地區(qū)仍繼續(xù)努力找尋描述顏色和隨時間色漂移的更好方法。

　　EPA能源之星項目規(guī)定了測試流程，確定了要進行能源之星認(rèn)證的LED產(chǎn)品。能源部(監(jiān)管組)向能源之星項目提供持續(xù)的技術(shù)支持，近期能源之星項目進行了幾項程序變更。LED產(chǎn)品要想獲得能源之星的認(rèn)證，必須在具備資格的實驗室進行測試。對于LED光源，非定向性LED燈具照明能效最低是65lm/W，其測試是依據(jù)2012年3月公布的測試程序LM-82，測量參數(shù)包括LED光源色度、色溫、顯色指數(shù)和功率。流明維持率測量必須遵守LM-80，由LED制造商提供。對于LED定向性燈具，LM-79中認(rèn)可的測量方法和流程用以測量光通量、色度和整個燈具的功率消耗。

　　2014年6月，能源部公布了法規(guī)提案的補充公告(SNOPR)，其中詳細描述了整體式LED燈的測試流程，目的是協(xié)助實施聯(lián)邦貿(mào)易委員會(FTC)在42 U.S.C.§6294(a)(6)中，還有包括LED燈具在內(nèi)的普通照明燈的法律規(guī)定中設(shè)立的照明事實標(biāo)簽(Lighting FactsLabel)。截止2014年1月1日，要求能源部制定關(guān)于普通燈具的法律規(guī)定。在測量LED燈的光通量，輸入功率和色溫方面，SNOPR中參考的是LM-79，做了一些修改。另外，SNOPR中提出了LED燈壽命測量的新程序。

　　SNOPR中提出的方法包括四個主要步驟：(1)測量初始光通量;(2)燈持續(xù)工作一段時間(測試時長);(3)工作時間結(jié)束時，測量光通量;(4)推算L70，使用的方程式來自能源之星中提出的有關(guān)整體式LED燈的最新規(guī)范，以及有關(guān)燈(燈泡)項目要求：合格性標(biāo)準(zhǔn)-1.0版本里提到的e指數(shù)衰減函數(shù)。這項新提案沒有納入LM-84和TM-28的內(nèi)容。LM-84和TM-28是LED測試程序SNOPR發(fā)布以后公布的，為LED燈具光通維持率的測量和推算提供最新的指導(dǎo)。LED測試程序SNOPR和新行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)LM-84和TM-28都只為光通維持率提供測試流程。包括其他潛在失效機制的測試程序還有待開發(fā)。[NT:PAGE]

　　可靠性特征和壽命定義。由于LED燈具產(chǎn)品長壽命的說法查無實據(jù)，LED封裝或燈具壽命沒有統(tǒng)一的定義，這是一個持續(xù)存在的問題。照明產(chǎn)品在合適的驅(qū)動和室溫的條件下工作，通常可發(fā)揮LED封裝的最佳性能。參照2010年首次發(fā)布的推薦性規(guī)范和2011年6月發(fā)布的指南，《LED燈具的壽命：第2版測試和報告的建議》的后續(xù)更新，能源部嘗試解決清晰度(和理解度)不足的問題。

　　該指南是能源部同下一代照明行業(yè)聯(lián)盟(NGLIA)工作組共同制定的，并指出應(yīng)理解和解釋影響到產(chǎn)品壽命的失效機制的多樣性，使燈具性能的要求更符合實際，提高固態(tài)照明的市場接受度和經(jīng)濟狀況。在能源部最新發(fā)布的固態(tài)照明事實工作單《壽命和可靠性》中，詳細探討了LED封裝和LED燈具的可靠性和壽命描述之間的細微差別。

　　在2012年，工作組組建了LED系統(tǒng)可靠性協(xié)會(LSRC)，旨在探索子系統(tǒng)、材料、組件以及模擬方法數(shù)據(jù)庫組建的可能性。模擬方法是對由單個元素信息組成的照明產(chǎn)品的可靠性進行預(yù)測描述。燈具系統(tǒng)的可靠性很難直接測量，由于涉及多個失效機制，也很難應(yīng)用加速測試方法。模擬方法的理念是能夠?qū)ο到y(tǒng)元素進行加速測試，這樣就縮短了整個過程。

　　LSRC探討得益于能源部固態(tài)照明獎項激勵下三角研究所(Research Triangle Institute)付出的努力，目前識別出了多種失效方式，以待實施進一步調(diào)查。這項工作證實了一個理念，即僅僅依靠LED封裝光通量衰減進行壽命預(yù)估是不夠的。

　　同時，IEC TC34提出了基于“主要組件可靠性”測試的規(guī)范提案，該測試同LSRC提倡的方式相似。這項工作正在進行中。

　　四、標(biāo)準(zhǔn)化報告文件

　　本節(jié)探討兩種標(biāo)準(zhǔn)化的報告文件：燈具組件性能的標(biāo)準(zhǔn)化報告和終端產(chǎn)品照明性能的標(biāo)準(zhǔn)化報告。為更好地對比替代品，照明組件買家不斷提出對標(biāo)準(zhǔn)的報告文件的需求，如已提出的針對電源的更好標(biāo)準(zhǔn)化報告的需求。這一問題在2010年11月圓桌會議上進行了探討，達成的一致意見是電源性能報告的標(biāo)準(zhǔn)會減輕目前由燈具制造商負(fù)責(zé)的電源測試的負(fù)擔(dān)。在CALiPER圓桌會議上還進行了其他問題的探討，但至今尚未形成固定的文件或者特征方法。

　　標(biāo)準(zhǔn)化報告文件對于終端產(chǎn)品也是有用的。照明產(chǎn)品設(shè)計商、零售商一直呼吁需要與LED燈具相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)文件。但伴隨著固態(tài)照明產(chǎn)品快速發(fā)展的局面，距離此類標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)布還有一段時間。

　　然而簡單的標(biāo)簽標(biāo)準(zhǔn)向買家提供了短期的替代方案。能源部意識到向消費者提供LED照明產(chǎn)品性能的標(biāo)準(zhǔn)報告是非常重要的。2008年12月，LED照明事實(LightingFacts)自愿項目的創(chuàng)建，確保能夠在市場上準(zhǔn)確代表LED照明產(chǎn)品。LED照明事實標(biāo)簽對驗證產(chǎn)品性能數(shù)據(jù)進行總結(jié)。

　　9000多項產(chǎn)品的標(biāo)簽和在線注冊避免了宣傳的過度夸大，有助于保證照明產(chǎn)品買家體驗的滿意度。對有意向使用標(biāo)簽的燈具制造商，要求公開產(chǎn)品的五個性能數(shù)據(jù)-光輸出(光通量)、功率消耗(瓦特)、能效(單位瓦特的光通量)、色溫(CCT)和顯色指數(shù)(CRI)，這些數(shù)據(jù)的測量按照光度性能測試標(biāo)準(zhǔn)LM-79進行。同可靠性相關(guān)的其他指標(biāo)，包括光通維持率和擔(dān)保時間，加入至可選的標(biāo)簽指標(biāo)。

　　最近重新啟動了LED照明事實的網(wǎng)頁，以平衡市場增長和對報告產(chǎn)品性能報告獨立驗證的需要。制造商無需測試LM-79要求中的每個產(chǎn)品，僅需測試一類產(chǎn)品中的一項，并基于測試產(chǎn)品的性能計算出相關(guān)產(chǎn)品的性能。這將有助于減輕來自快速擴張的生產(chǎn)線的測試負(fù)擔(dān)。通過驗證測試維持這種平衡，允許LED照明事實項目根據(jù)新的測試政策，恪守其在提供驗證數(shù)據(jù)方面的承諾。

　　從2012年1月1日起， FTC已經(jīng)強制要求所有的照明制造商在普通螺紋球泡封裝上貼上標(biāo)簽。封裝標(biāo)簽強調(diào)的是亮度(光通量)、年度能量成本、預(yù)期壽命(基于3小時/天的年數(shù))、色溫(CCT)、功率消耗(瓦特數(shù))以及燈泡是否包含水銀。FTC標(biāo)簽主要是消費者標(biāo)簽，而能源部標(biāo)簽是有助于買家的有用工具。實際上，F(xiàn)TC鼓勵利益相關(guān)者參考LED照明事實標(biāo)簽，尤其是能源部努力改善LED燈具的燈泡壽命測試。[NT:PAGE]

　　五、互操作性和物理標(biāo)準(zhǔn)

　　同報告文件標(biāo)準(zhǔn)化相似，存在兩類互操作性/物理標(biāo)準(zhǔn)。第一類是終端產(chǎn)品消費者接口標(biāo)準(zhǔn)，例如ANSI燈座和插座標(biāo)準(zhǔn)，是市場驅(qū)動的標(biāo)準(zhǔn);遵守這些標(biāo)準(zhǔn)對于某些照明產(chǎn)品的成功應(yīng)用是必要的。盡管這些標(biāo)準(zhǔn)中闡述了需要制造的產(chǎn)品類型，一定需要制造商的參與，但是制造商們并不能直接應(yīng)對制造過程中的挑戰(zhàn)。

　　第二類是界面接口標(biāo)準(zhǔn)，可以確保產(chǎn)品的完整性或零部件以無縫方式互換。NEMA發(fā)布了NEMA LSD 45-2009《固態(tài)照明燈具組裝接口推薦性規(guī)范》(Recommendations for Solid State Lighting Sub-Assembly Interfacesfor Luminaires) ，正著手在某種程度上解決這個問題。為維持LED和電氣組件的散熱效果，確保光能輸出和壽命在可接受范圍內(nèi)，固態(tài)照明燈具內(nèi)的互聯(lián)成為系統(tǒng)熱量管理的新挑戰(zhàn)。NEMA LSD 45-2009為固態(tài)照明燈具的電氣、機械和熱量互聯(lián)提供了最佳的行業(yè)信息，意在記錄行業(yè)內(nèi)已有和最新的最佳實踐。

　　照明產(chǎn)品制造商也提出了對改善固態(tài)照明產(chǎn)品和傳統(tǒng)調(diào)光控制器之間互操性的強烈需求。NEMA SSL-6《白熾燈固態(tài)照明替代-調(diào)光最佳實踐》(Solid State Lighting for Incandescent Replacement-Dimming)，在固態(tài)照明產(chǎn)品調(diào)光、調(diào)光器(控制器)和燈泡(燈具)的互聯(lián)方面提供指導(dǎo)，但額外仍需要對驅(qū)動控制器的標(biāo)準(zhǔn)化。

　　2010年初，為了開發(fā)LED光引擎的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，照明行業(yè)內(nèi)的眾多公司組成了一個國際合作組織Zhaga聯(lián)盟，旨在提供規(guī)范，涵蓋物理尺寸、以及LED光引擎的光度、電氣和熱量行為。

　　六、工藝標(biāo)準(zhǔn)和最佳實踐

　　2009年DOE首次發(fā)起制造倡議(Manufacturing Initiative)，當(dāng)時存在與制造開發(fā)、LED技術(shù)工藝標(biāo)準(zhǔn)相關(guān)的諸多質(zhì)疑。但隨著行業(yè)的逐漸成熟，這種質(zhì)疑有所改觀，很大程序上取決于SEMI和其成員單位的努力。SEMI和其成員單位于2010年11月在行業(yè)設(shè)備制造商和材料供應(yīng)商強有力的支持下組建了HB-LED標(biāo)準(zhǔn)委員會。

　　固態(tài)照明產(chǎn)品生產(chǎn)使用的材料和設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)，使得制造商能從多個供應(yīng)商那里購買設(shè)備和材料，且成本低，質(zhì)量好，無需大改動或調(diào)整即可投入生產(chǎn)。對于行業(yè)的供應(yīng)商而言，標(biāo)準(zhǔn)的統(tǒng)一也能減少對不同材料配件過量的庫存。庫存減少意味著成本的降低，交貨期也相應(yīng)縮短。SEMI HB-LED標(biāo)準(zhǔn)委員會也在不斷發(fā)展壯大，注冊的工作小組成員超過了120家，代表了LED照明產(chǎn)品在全球制造業(yè)供應(yīng)鏈的關(guān)鍵單位。公布的標(biāo)準(zhǔn)包括SEMI HB1-0113，藍寶石晶片規(guī)范等，最新SEMI草案5420A也已通過批準(zhǔn)，其規(guī)定晶片盒為150mm。SEMI的其他活動也正在進行中。