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

　　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(jī)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(diǎn)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(cè)試方法;

　　標(biāo)準(zhǔn)化報(bào)告和格式：LightingFacts;

　　工藝標(biāo)準(zhǔn)或者“最佳實(shí)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(xiàng)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(shí)提供了一個(gè)有用的框架，將不安全或不達(dá)標(biāo)的產(chǎn)品逐出市場(chǎng)。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(jìn)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(jìn)一步創(chuàng)新。

　　在將固態(tài)照明引入市場(chǎng)的進(jìn)程中，不時(shí)出現(xiàn)對(duì)產(chǎn)品性能不切實(shí)際甚至是虛假宣傳的索賠。能源部通過制定不同的檢驗(yàn)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(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)或者行業(yè)其他符合性測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)過多或重復(fù)，對(duì)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(jìn)行多種需求調(diào)查，尋求方法，盡可能的縮短測(cè)試時(shí)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(shí)施。能源部支持標(biāo)準(zhǔn)的制定，包括組織研討會(huì)，開展相關(guān)工作的協(xié)調(diào)和協(xié)作等。研討會(huì)的參與人員有來自重要標(biāo)準(zhǔn)團(tuán)體的代表和委員會(huì)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(huì)(IES)、國家電氣制造協(xié)會(huì)(NEMA)、國家標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)研究所(NIST)、保險(xiǎn)商實(shí)驗(yàn)室(UL)、國際照明協(xié)會(huì)(CIE)、加拿大CSAInternational、國際電工委員會(huì)(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(xì)，經(jīng)常被劃分至最后兩類，即工藝/最佳實(shí)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/TS62504：2011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(bào)告中使用的是RP-16文件。

　　二、最低性能規(guī)范

　　《2007年能源獨(dú)立安全法案》(EISA)和《能源政策與節(jié)約法案》的其他修正案對(duì)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(qiáng)制性最低能效要求。盡管當(dāng)前還沒有專門針對(duì)LED和OLED照明產(chǎn)品的聯(lián)邦能效標(biāo)準(zhǔn)，但對(duì)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(hù)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(duì)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(duì)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(dá)到65lm/W。

　　很多標(biāo)準(zhǔn)中提到了對(duì)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(qiáng)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(qiáng)制性。最值得關(guān)注的是能源之星(自愿性)和UL(很多是強(qiáng)制性的)。同時(shí)，NEMA最近發(fā)布的標(biāo)準(zhǔn)SSL4-2-12，對(duì)固態(tài)照明替代產(chǎn)品提出了建議最低性能標(biāo)準(zhǔn)。SSL4-2012應(yīng)用于整體式LED燈，即白熾燈、裝飾燈和反射燈的改進(jìn)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(gè)季度以來，我們收到了一些來自于最低性能標(biāo)準(zhǔn)會(huì)帶來測(cè)試負(fù)擔(dān)的擔(dān)憂。制造商們對(duì)被要求提供各種測(cè)試數(shù)據(jù)紛紛表示關(guān)注。部分測(cè)試依據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)是強(qiáng)制性的，另一部分根據(jù)市場(chǎng)實(shí)際需求的自愿性標(biāo)準(zhǔn)。此外，這些要求有時(shí)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(cè)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(cè)試方法

　　近幾年來，行業(yè)內(nèi)不斷強(qiáng)化意識(shí)，使用所推薦的標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量方法，例如IESLM-79-2008《固態(tài)照明設(shè)備的電氣和光度測(cè)量方法》(LM-79)，IESLM-80-2008《LED光源的流明衰減測(cè)試方法》(LM-80)，分別用來測(cè)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(cè)量數(shù)據(jù)，從而預(yù)測(cè)LED封裝的壽命是一直存在的問題。這是一個(gè)非常困難的事情，原因在于LED產(chǎn)品設(shè)計(jì)不同，性能迥異。

　　在能源部的支持下，IES分委員會(huì)在2011年7月完成了IESTM-21-2011《LED光源的長(zhǎng)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IESLM-84-2014《測(cè)量LED燈，光引擎和燈具的光通量和色維持》(LM-84)和IESTM-28-2014《LED燈和燈具的長(zhǎng)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(jìn)行流明維持率測(cè)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(duì)燈具或燈壽命的全部測(cè)量，燈具壽命的測(cè)量可能要依靠失效機(jī)制。

　　對(duì)于固態(tài)照明產(chǎn)品色度變化相關(guān)的問題，引入ANSIC78.377-2011《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(jìn)了芯片制造商和燈具制造商對(duì)顏色規(guī)范的理解。盡管近期沒有任何對(duì)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(duì)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(shí)間色漂移的更好方法。

　　EPA能源之星項(xiàng)目規(guī)定了測(cè)試流程，確定了要進(jìn)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(xiàng)目提供持續(xù)的技術(shù)支持，近期能源之星項(xiàng)目進(jìn)行了幾項(xiàng)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(shí)驗(yàn)室進(jìn)行測(cè)試。對(duì)于LED光源，非定向性LED燈具照明能效最低是65lm/W，其測(cè)試是依據(jù)2012年3月公布的測(cè)試程序LM-82，測(cè)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(cè)量必須遵守LM-80，由LED制造商提供。對(duì)于LED定向性燈具，LM-79中認(rèn)可的測(cè)量方法和流程用以測(cè)量光通量、色度和整個(gè)燈具的功率消耗。

　　2014年6月，能源部公布了法規(guī)提案的補(bǔ)充公告(SNOPR)，其中詳細(xì)描述了整體式LED燈的測(cè)試流程，目的是協(xié)助實(shí)施聯(lián)邦貿(mào)易委員會(huì)(FTC)在42U.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(shí)標(biāo)簽(LightingFactsLabel)。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(cè)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(cè)量的新程序。

　　SNOPR中提出的方法包括四個(gè)主要步驟：(1)測(cè)量初始光通量;(2)燈持續(xù)工作一段時(shí)間(測(cè)試時(shí)長(zhǎng));(3)工作時(shí)間結(jié)束時(shí)，測(cè)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(xiàng)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(xiàng)新提案沒有納入LM-84和TM-28的內(nèi)容。LM-84和TM-28是LED測(cè)試程序SNOPR發(fā)布以后公布的，為L(zhǎng)ED燈具光通維持率的測(cè)量和推算提供最新的指導(dǎo)。LED測(cè)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(cè)試流程。包括其他潛在失效機(jī)制的測(cè)試程序還有待開發(fā)。

　　可靠性特征和壽命定義。由于LED燈具產(chǎn)品長(zhǎng)壽命的說法查無實(shí)據(jù)，LED封裝或燈具壽命沒有統(tǒng)一的定義，這是一個(gè)持續(xù)存在的問題。照明產(chǎn)品在合適的驅(qū)動(dòng)和室溫的條件下工作，通�？砂l(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(cè)試和報(bào)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(jī)制的多樣性，使燈具性能的要求更符合實(shí)際，提高固態(tài)照明的市場(chǎng)接受度和經(jīng)濟(jì)狀況。在能源部最新發(fā)布的固態(tài)照明事實(shí)工作單《壽命和可靠性》中，詳細(xì)探討了LED封裝和LED燈具的可靠性和壽命描述之間的細(xì)微差別。

　　在2012年，工作組組建了LED系統(tǒng)可靠性協(xié)會(huì)(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(duì)由單個(gè)元素信息組成的照明產(chǎn)品的可靠性進(jìn)行預(yù)測(cè)描述。燈具系統(tǒng)的可靠性很難直接測(cè)量，由于涉及多個(gè)失效機(jī)制，也很難應(yīng)用加速測(cè)試方法。模擬方法的理念是能夠?qū)ο到y(tǒng)元素進(jìn)行加速測(cè)試，這樣就縮短了整個(gè)過程。

　　LSRC探討得益于能源部固態(tài)照明獎(jiǎng)項(xiàng)激勵(lì)下三角研究所(ResearchTriangleInstitute)付出的努力，目前識(shí)別出了多種失效方式，以待實(shí)施進(jìn)一步調(diào)查。這項(xiàng)工作證實(shí)了一個(gè)理念，即僅僅依靠LED封裝光通量衰減進(jìn)行壽命預(yù)估是不夠的。

　　同時(shí)，IECTC34提出了基于“主要組件可靠性”測(cè)試的規(guī)范提案，該測(cè)試同LSRC提倡的方式相似。這項(xiàng)工作正在進(jìn)行中。

　　四、標(biāo)準(zhǔn)化報(bào)告文件

　　本節(jié)探討兩種標(biāo)準(zhǔn)化的報(bào)告文件：燈具組件性能的標(biāo)準(zhǔn)化報(bào)告和終端產(chǎn)品照明性能的標(biāo)準(zhǔn)化報(bào)告。為更好地對(duì)比替代品，照明組件買家不斷提出對(duì)標(biāo)準(zhǔn)的報(bào)告文件的需求，如已提出的針對(duì)電源的更好標(biāo)準(zhǔn)化報(bào)告的需求。這一問題在2010年11月圓桌會(huì)議上進(jìn)行了探討，達(dá)成的一致意見是電源性能報(bào)告的標(biāo)準(zhǔn)會(huì)減輕目前由燈具制造商負(fù)責(zé)的電源測(cè)試的負(fù)擔(dān)。在CALiPER圓桌會(huì)議上還進(jìn)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(bào)告文件對(duì)于終端產(chǎn)品也是有用的。照明產(chǎn)品設(shè)計(jì)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(shí)間。

　　然而簡(jiǎn)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(shí)到向消費(fèi)者提供LED照明產(chǎn)品性能的標(biāo)準(zhǔn)報(bào)告是非常重要的。2008年12月，LED照明事實(shí)(LightingFacts)自愿項(xiàng)目的創(chuàng)建，確保能夠在市場(chǎng)上準(zhǔn)確代表LED照明產(chǎn)品。LED照明事實(shí)標(biāo)簽對(duì)驗(yàn)證產(chǎn)品性能數(shù)據(jù)進(jìn)行總結(jié)。

　　9000多項(xiàng)產(chǎn)品的標(biāo)簽和在線注冊(cè)避免了宣傳的過度夸大，有助于保證照明產(chǎn)品買家體驗(yàn)的滿意度。對(duì)有意向使用標(biāo)簽的燈具制造商，要求公開產(chǎn)品的五個(gè)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(cè)量按照光度性能測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)LM-79進(jìn)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(shí)間，加入至可選的標(biāo)簽指標(biāo)。

　　最近重新啟動(dòng)了LED照明事實(shí)的網(wǎng)頁，以平衡市場(chǎng)增長(zhǎng)和對(duì)報(bào)告產(chǎn)品性能報(bào)告獨(dú)立驗(yàn)證的需要。制造商無需測(cè)試LM-79要求中的每個(gè)產(chǎn)品，僅需測(cè)試一類產(chǎn)品中的一項(xiàng)，并基于測(cè)試產(chǎn)品的性能計(jì)算出相關(guān)產(chǎn)品的性能。這將有助于減輕來自快速擴(kuò)張的生產(chǎn)線的測(cè)試負(fù)擔(dān)。通過驗(yàn)證測(cè)試維持這種平衡，允許LED照明事實(shí)項(xiàng)目根據(jù)新的測(cè)試政策，恪守其在提供驗(yàn)證數(shù)據(jù)方面的承諾。

　　從2012年1月1日起，F(xiàn)TC已經(jīng)強(qiáng)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(qiáng)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(shí)/天的年數(shù))、色溫(CCT)、功率消耗(瓦特?cái)?shù))以及燈泡是否包含水銀。FTC標(biāo)簽主要是消費(fèi)者標(biāo)簽，而能源部標(biāo)簽是有助于買家的有用工具。實(shí)際上，F(xiàn)TC鼓勵(lì)利益相關(guān)者參考LED照明事實(shí)標(biāo)簽，尤其是能源部努力改善LED燈具的燈泡壽命測(cè)試。

　　五、互操作性和物理標(biāo)準(zhǔn)

　　同報(bào)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(fèi)者接口標(biāo)準(zhǔn)，例如ANSI燈座和插座標(biāo)準(zhǔn)，是市場(chǎng)驅(qū)動(dòng)的標(biāo)準(zhǔn);遵守這些標(biāo)準(zhǔn)對(duì)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(duì)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NEMALSD45-2009《固態(tài)照明燈具組裝接口推薦性規(guī)范》(RecommendationsforSolidStateLightingSub-AssemblyInterfacesforLuminaires)，正著手在某種程度上解決這個(gè)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)。NEMALSD45-2009為固態(tài)照明燈具的電氣、機(jī)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(shí)踐。

　　照明產(chǎn)品制造商也提出了對(duì)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(qiáng)烈需求。NEMASSL-6《白熾燈固態(tài)照明替代-調(diào)光最佳實(shí)踐》(SolidStateLightingforIncandescentReplacement-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(duì)驅(qū)動(dòng)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(gè)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(shí)踐

　　2009年DOE首次發(fā)起制造倡議(ManufacturingInitiative)，當(dāng)時(shí)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(qiáng)有力的支持下組建了HB-LED標(biāo)準(zhǔn)委員會(huì)。

　　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(gè)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(dòng)或調(diào)整即可投入生產(chǎn)。對(duì)于行業(yè)的供應(yīng)商而言，標(biāo)準(zhǔn)的統(tǒng)一也能減少對(duì)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。SEMIHB-LED標(biāo)準(zhǔn)委員會(huì)也在不斷發(fā)展壯大，注冊(cè)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SEMIHB1-0113，藍(lán)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(dòng)也正在進(jìn)行中。