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，在第四部分總結了產業(yè)不同類別的標準工作，希望可以為正在制定的SSL標準提供參考。鑒于目前OLED(有機發(fā)光二極管)技術還沒有發(fā)展到使用標準的程度，這里重點闡述LED(發(fā)光二極管)標準。部分LED標準適用于OLED，部分OLED標準需要重新制定。

　　標準文件有幾種：

　　標準技術和產品定義;

　　最低性能規(guī)范;

　　特征描述和測試方法;

　　標準化報告和格式：LightingFacts;

　　工藝標準或者“最佳實踐”;

　　物理尺寸，接口，或互操作性標準。

　　這些通常被認為是行業(yè)標準，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)”，“準則(codes)”，或“規(guī)范(specifications)”，盡管有些不為人熟知，但這些標準確實提供了一個有用的框架，將不安全或不達標的產品逐出市場。例如通常在電氣產品中要求具有UL類型的標簽，或者聯邦電器效能立法規(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，一些法律標準才剛剛萌芽。過早的執(zhí)行這些法律標準反而可能抑制技術的進一步創(chuàng)新。

　　在將固態(tài)照明引入市場的進程中，不時出現對產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準和方法，來努力解決這些問題。但是，LED照明發(fā)展到現在階段，一些制造商認為強制性標準或者行業(yè)其他符合性測試標準過多或重復，對此已十分不滿。能源部也已開始解決這一問題，召集利益相關方進行多種需求調查，尋求方法，盡可能的縮短測試時間，減少成本。

　　能源部也同眾多標準制定組織合作，加速所需標準的制定和實施。能源部支持標準的制定，包括組織研討會，開展相關工作的協調和協作等。研討會的參與人員有來自重要標準團體的代表和委員會成員：美國國家標準照明工作組(ANSLG)、北美照明工程協會(IES)、國家電氣制造協會(NEMA)、國家標準和技術研究所(NIST)、保險商實驗室(UL)、國際照明協會(CIE)、加拿大CSAInternational、國際電工委員會(IEC)。直接同生產有關的標準非常多，并且相當詳細，經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相關用于照明的組件和產品的定義。其他標準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，定義的一致性應該成為標準制定組織的首要任務，DOE也在開展這方面的相應工作。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品確立了強制性最低能效要求。盡管當前還沒有專門針對LED和OLED照明產品的聯邦能效標準，但對普通燈，包括LED和OLED，有最低能源節(jié)約標準的要求。

　　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燈根據類型和瓦數，光效要求從40lm/W至65lm/W不等。在當前能源之星燈具規(guī)范1.2版本中，對非定向燈具，即應用LED光引擎或GU-24整體式LED燈，最低光源效能要達到65lm/W。

　　很多標準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)范由自愿性轉變成了強制性。最值得關注的是能源之星(自愿性)和UL(很多是強制性的)。同時，NEMA最近發(fā)布的標準SSL4-2-12，對固態(tài)照明替代產品提出了建議最低性能標準。SSL4-2012應用于整體式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準會帶來測試負擔的擔憂。制造商們對被要求提供各種測試數據紛紛表示關注。部分測試依據的標準是強制性的，另一部分根據市場實際需求的自愿性標準。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重復的測試。相反，固態(tài)照明領域的某些人質疑這些標準是否足夠有力的為照明產品引領最節(jié)能的發(fā)展方向。最后，性能標準也出現了公眾阻力，導致性能標準執(zhí)行的不確定性。

　　三、特征描述和測試方法

　　近幾年來，行業(yè)內不斷強化意識，使用所推薦的標準測量方法，例如IESLM-79-2008《固態(tài)照明設備的電氣和光度測量方法》(LM-79)，IESLM-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據，從而預測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產品設計不同，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數據，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燈和燈具的長期光通量維持率推算方法》(TM-28)已經完成，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數據直接外推出流明維持率，第二種是使用LM-84和LM-80數據的綜合外推。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)照明產品色度變化相關的問題，引入ANSIC78.377-2011《固態(tài)照明產品的色度技術規(guī)范》作為明確LED分檔的標準。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信息的發(fā)布，但很多應用產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證的LED產品。能源部(監(jiān)管組)向能源之星項目提供持續(xù)的技術支持，近期能源之星項目進行了幾項程序變更。LED產品要想獲得能源之星的認證，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2012年3月公布的測試程序LM-82，測量參數包括LED光源色度、色溫、顯色指數和功率。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，目的是協助實施聯邦貿易委員會(FTC)在42U.S.C.§6294(a)(6)中，還有包括LED燈具在內的普通照明燈的法律規(guī)定中設立的照明事實標簽(LightingFactsLabel)。截止2014年1月1日，要求能源部制定關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整體式LED燈的最新規(guī)范，以及有關燈(燈泡)項目要求：合格性標準-1.0版本里提到的e指數衰減函數。這項新提案沒有納入LM-84和TM-28的內容。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。LED測試程序SNOPR和新行業(yè)標準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)。

　　可靠性特征和壽命定義。由于LED燈具產品長壽命的說法查無實據，LED封裝或燈具壽命沒有統一的定義，這是一個持續(xù)存在的問題。照明產品在合適的驅動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)聯盟(NGLIA)工作組共同制定的，并指出應理解和解釋影響到產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系統可靠性協會(LSRC)，旨在探索子系統、材料、組件以及模擬方法數據庫組建的可能性。模擬方法是對由單個元素信息組成的照明產品的可靠性進行預測描述。燈具系統的可靠性很難直接測量，由于涉及多個失效機制，也很難應用加速測試方法。模擬方法的理念是能夠對系統元素進行加速測試，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(ResearchTriangleInstitute)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估是不夠的。

　　同時，IECTC34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、標準化報告文件

　　本節(jié)探討兩種標準化的報告文件：燈具組件性能的標準化報告和終端產品照明性能的標準化報告。為更好地對比替代品，照明組件買家不斷提出對標準的報告文件的需求，如已提出的針對電源的更好標準化報告的需求。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準會減輕目前由燈具制造商負責的電源測試的負擔。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。

　　標準化報告文件對于終端產品也是有用的。照明產品設計商、零售商一直呼吁需要與LED燈具相關的標準數據文件。但伴隨著固態(tài)照明產品快速發(fā)展的局面，距離此類標準的發(fā)布還有一段時間。

　　然而簡單的標簽標準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照明產品性能的標準報告是非常重要的。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確代表LED照明產品。LED照明事實標簽對驗證產品性能數據進行總結。

　　9000多項產品的標簽和在線注冊避免了宣傳的過度夸大，有助于保證照明產品買家體驗的滿意度。對有意向使用標簽的燈具制造商，要求公開產品的五個性能數據-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(CRI)，這些數據的測量按照光度性能測試標準LM-79進行。同可靠性相關的其他指標，包括光通維持率和擔保時間，加入至可選的標簽指標。

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

　　從2012年1月1日起，FTC已經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簽。封裝標簽強調的是亮度(光通量)、年度能量成本、預期壽命(基于3小時/天的年數)、色溫(CCT)、功率消耗(瓦特數)以及燈泡是否包含水銀。FTC標簽主要是消費者標簽，而能源部標簽是有助于買家的有用工具。實際上，FTC鼓勵利益相關者參考LED照明事實標簽，尤其是能源部努力改善LED燈具的燈泡壽命測試。

　　五、互操作性和物理標準

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

　　第二類是界面接口標準，可以確保產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，固態(tài)照明燈具內的互聯成為系統熱量管理的新挑戰(zhàn)。NEMALSD45-2009為固態(tài)照明燈具的電氣、機械和熱量互聯提供了最佳的行業(yè)信息，意在記錄行業(yè)內已有和最新的最佳實踐。

　　照明產品制造商也提出了對改善固態(tài)照明產品和傳統調光控制器之間互操性的強烈需求。NEMASSL-6《白熾燈固態(tài)照明替代-調光最佳實踐》(SolidStateLightingforIncandescentReplacement-Dimming)，在固態(tài)照明產品調光、調光器(控制器)和燈泡(燈具)的互聯方面提供指導，但額外仍需要對驅動控制器的標準化。

　　2010年初，為了開發(fā)LED光引擎的標準規(guī)范，照明行業(yè)內的眾多公司組成了一個國際合作組織Zhaga聯盟，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、工藝標準和最佳實踐

　　2009年DOE首次發(fā)起制造倡議(ManufacturingInitiative)，當時存在與制造開發(fā)、LED技術工藝標準相關的諸多質疑。但隨著行業(yè)的逐漸成熟，這種質疑有所改觀，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)設備制造商和材料供應商強有力的支持下組建了HB-LED標準委員會。

　　固態(tài)照明產品生產使用的材料和設備標準，使得制造商能從多個供應商那里購買設備和材料，且成本低，質量好，無需大改動或調整即可投入生產。對于行業(yè)的供應商而言，標準的統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，交貨期也相應縮短。SEMIHB-LED標準委員會也在不斷發(fā)展壯大，注冊的工作小組成員超過了120家，代表了LED照明產品在全球制造業(yè)供應鏈的關鍵單位。公布的標準包括SEMIHB1-0113，藍寶石晶片規(guī)范等，最新SEMI草案5420A也已通過批準，其規(guī)定晶片盒為150mm。SEMI的其他活動也正在進行中。