LED照明產(chǎn)品在生產(chǎn)在線測(cè)試的可行性與必要性

前言
led因其省電、環(huán)保的特性，普遍被認(rèn)為是下世代的主流照明技術(shù)，各廠商各國(guó)政府無(wú)不看好此項(xiàng)技術(shù)，紛紛投入大量資源投資，然而時(shí)至今日，led照明相對(duì)偏高的價(jià)格，讓市場(chǎng)的開(kāi)展始終不如預(yù)期。除了價(jià)格因素之外，led照明的規(guī)格標(biāo)示不一、參差不齊的質(zhì)量、無(wú)法預(yù)期的可靠度等等，也都是led照明市場(chǎng)推廣的阻礙。有鑒于此，各led照明標(biāo)準(zhǔn)紛紛出臺(tái)，對(duì)量測(cè)手法也多所著墨，如IES LM-79便規(guī)范了積分球與分布亮度計(jì)等量測(cè)方式。然而標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的方式往往只考慮了準(zhǔn)確性，對(duì)使用上的方便性、測(cè)試所需花費(fèi)的時(shí)間等等其他因素往往忽略，使得標(biāo)準(zhǔn)所規(guī)范的量測(cè)方式只能在實(shí)驗(yàn)室應(yīng)用，如積分球與分布亮度計(jì)的上下料件便利性，測(cè)試所需花費(fèi)的空間與時(shí)間等，均使其在生產(chǎn)在線不易使用，而只在實(shí)驗(yàn)室里的少量測(cè)試，對(duì)于整體led照明產(chǎn)品的質(zhì)量提升幫助有限，也使消費(fèi)者不易更廣泛的接受led照明產(chǎn)品。

系統(tǒng)原理
若能有一測(cè)試方式能滿(mǎn)足1)方便上下料件，2)設(shè)備尺寸適中，3)量測(cè)時(shí)間快速，4)測(cè)試成本低廉，5)量測(cè)數(shù)值能與實(shí)驗(yàn)室設(shè)備有良好比對(duì)結(jié)果，若能滿(mǎn)足這些條件，則led照明產(chǎn)品在生產(chǎn)在線百分之百測(cè)試將是可行，led照明產(chǎn)品的質(zhì)量問(wèn)題也才能不再為消費(fèi)者詬病。

因此，假若能在led待測(cè)物周?chē)?，以適當(dāng)?shù)姆绞讲紳M(mǎn)光偵測(cè)器，則此量測(cè)設(shè)備本身將只比待測(cè)物尺寸略大一些，而此量測(cè)設(shè)備亦較容易與自動(dòng)化結(jié)合。

致茂電子推出一創(chuàng)新之量測(cè)方式，采用單晶硅太陽(yáng)能板(mono-crystalline silicon solar cell)為光偵測(cè)器，在待測(cè)物周?chē)m當(dāng)布滿(mǎn)，如圖一的燈泡測(cè)試與圖二的燈管測(cè)試結(jié)構(gòu)，利用太陽(yáng)能板的光電轉(zhuǎn)換原理，以及太陽(yáng)能板相對(duì)大面積與成本較低廉之特點(diǎn)，不僅大幅縮減了量測(cè)設(shè)備尺寸，也大幅提升了測(cè)試速度，含上下料件時(shí)間在內(nèi)，每顆led燈泡的所有光電參數(shù)測(cè)試可在六秒鐘內(nèi)完成，實(shí)現(xiàn)了在生產(chǎn)在線測(cè)試的可能性。

本方法利用太陽(yáng)能板接收到光的能量能轉(zhuǎn)換成電的特性，來(lái)達(dá)成光能量偵測(cè)的目的。一般商用單晶硅太陽(yáng)能板對(duì)波長(zhǎng)的響應(yīng)如圖三所示，圖中列了三片太陽(yáng)能板的波長(zhǎng)響應(yīng)實(shí)際量測(cè)數(shù)據(jù)，由圖中可知，在一般led的波長(zhǎng)應(yīng)用范圍內(nèi)，單晶硅太陽(yáng)能板均能有不錯(cuò)的響應(yīng)。而太陽(yáng)能板的短路電流，其電流值大小為其所接收光能量的函式，由此特性，便能藉由量測(cè)此短路電流的數(shù)值，而得知led照明產(chǎn)品所發(fā)出光的能量，亦即其流明值。當(dāng)然，太陽(yáng)能板的質(zhì)量須經(jīng)過(guò)嚴(yán)格的篩選程序，方能用來(lái)做為光偵測(cè)器，例如每片太陽(yáng)能板上各區(qū)的響應(yīng)度均需一致等等條件。

系統(tǒng)架構(gòu)
在led照明市場(chǎng)推廣過(guò)程中，各國(guó)政府無(wú)不推行各相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，如美國(guó)的能源之星計(jì)劃，便要求led照明廠家提供光電參數(shù)規(guī)格予消費(fèi)者，諸如光通量流明(lumen)、功率因子(power factor)、色溫(CCT)、演色性(CRI)、發(fā)光效率(efficacy, lm/W)…等等，所以一完善的生產(chǎn)量測(cè)設(shè)備，需有能力能完成這些所有的光電參數(shù)量測(cè)。因此，此量測(cè)系統(tǒng)包含了交流電源、數(shù)字功率表、直流電源、與光學(xué)量測(cè)模塊。光學(xué)量測(cè)模塊如上述圖一與圖二所示，模塊根據(jù)待測(cè)物尺寸做適當(dāng)設(shè)計(jì)，于模塊內(nèi)側(cè)各面貼附太陽(yáng)能板做為光偵測(cè)器，并配備有光譜儀與多信道光纖，如圖六所示，用以量測(cè)顏色相關(guān)參數(shù)。

以球泡燈量測(cè)設(shè)備為例，其系統(tǒng)架構(gòu)如圖四，光學(xué)量測(cè)模塊如圖五所示。其中各模塊之功能如下：

• 交流電源：提供待測(cè)物交流電源
• 直流電源：提供待測(cè)物直流電源
• 數(shù)位功率表：量測(cè)相關(guān)電性參數(shù)
• 光學(xué)量測(cè)模塊：提供光學(xué)參數(shù)量測(cè)之光路與工具
• 光譜儀：量測(cè)顏色相關(guān)參數(shù)

系統(tǒng)表現(xiàn)
可由兩主要指標(biāo)來(lái)衡量此生產(chǎn)測(cè)試設(shè)備之表現(xiàn)，一為量測(cè)之重復(fù)性，一為量測(cè)之精準(zhǔn)度。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示流明值與顏色相關(guān)參數(shù)的重復(fù)性表現(xiàn)均極為優(yōu)秀，量測(cè)數(shù)值與積分球比對(duì)也具有高度關(guān)聯(lián)性。從系統(tǒng)重復(fù)性與精準(zhǔn)度的表現(xiàn)，可知此量測(cè)方式用于生產(chǎn)在線的測(cè)試是極為恰當(dāng)。

系統(tǒng)表現(xiàn)：重復(fù)性
重復(fù)性驗(yàn)證待測(cè)物采用鹵素?zé)襞?，并預(yù)熱暖機(jī)一小時(shí)使光源穩(wěn)定后，置于圖五之光學(xué)量測(cè)模塊內(nèi)，進(jìn)行400次之重復(fù)性量測(cè)。量測(cè)結(jié)果如表一與圖七所示。光通量流明值重復(fù)性結(jié)果為0.19%，顏色色坐標(biāo)重復(fù)性Δu'v‘ 在0.00021之內(nèi)。

系統(tǒng)表現(xiàn)：精準(zhǔn)度
精準(zhǔn)度的比較是使用如圖五與圖六所示之光學(xué)模塊，比較對(duì)象則為一50cm積分球。兩套系統(tǒng)在精準(zhǔn)度比較前，均先經(jīng)過(guò)適當(dāng)?shù)男Ｕc對(duì)校流程。待測(cè)物為7瓦暖白燈泡與10瓦冷白燈泡各十顆。所有待測(cè)物在實(shí)驗(yàn)前，均需經(jīng)過(guò)足夠之預(yù)熱暖機(jī)程序，確保所有量測(cè)均是在光源穩(wěn)定的穩(wěn)態(tài)下進(jìn)行。

7瓦暖白燈泡精準(zhǔn)度比對(duì)
待測(cè)物為10顆7瓦暖白燈泡，光通量流明值范圍為350lm~430lm，色溫范圍為2400K~2600K。經(jīng)過(guò)足夠之預(yù)熱暖機(jī)程序后，分別于光學(xué)量測(cè)模塊與積分球進(jìn)行量測(cè)。比對(duì)結(jié)果如表二與圖八所示。

比對(duì)結(jié)果顯示，最大的流明值誤差小于2%，色溫最大誤差小于25K。精準(zhǔn)度比對(duì)的標(biāo)準(zhǔn)偏差分別為，流明值約0.85%，色溫約為11K。

10瓦冷白燈泡精準(zhǔn)度比對(duì)
待測(cè)物為10顆10瓦冷白燈泡，光通量流明值范圍為500lm~570lm，色溫范圍為5500K~5900K。經(jīng)過(guò)足夠之預(yù)熱暖機(jī)程序后，分別于光學(xué)量測(cè)模塊與積分球進(jìn)行量測(cè)。比對(duì)結(jié)果如表三與圖九所示。

比對(duì)結(jié)果顯示，最大的流明值誤差小于1%，色溫最大誤差小于32K。精準(zhǔn)度比對(duì)的標(biāo)準(zhǔn)偏差分別為，流明值約0.45%，色溫約為19K。

生產(chǎn)測(cè)試之必要性
如圖十所示為某一廠家采用如圖二所示之燈管光學(xué)量測(cè)模塊，針對(duì)生產(chǎn)在線兩批量生產(chǎn)之四尺led燈管進(jìn)行量測(cè)，每批量各約1000根燈管，共約2000根燈管所得之量測(cè)數(shù)據(jù)。由分析可知，此兩批量的生產(chǎn)間存在生產(chǎn)質(zhì)量的變異，且單一批量的生產(chǎn)也存在制程管控所造成質(zhì)量發(fā)散的現(xiàn)象。

結(jié)論
由實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，這樣的量測(cè)系統(tǒng)無(wú)論在重復(fù)性或精準(zhǔn)度上，均能達(dá)成生產(chǎn)在線使用之目的。而此種量測(cè)系統(tǒng)所需空間僅約比待測(cè)物略大，亦方便搭配自動(dòng)化機(jī)構(gòu)而成全自動(dòng)化量測(cè)設(shè)備，因此特別適合在生產(chǎn)在線使用。

而由前述生產(chǎn)在線實(shí)際發(fā)生的案例，與消費(fèi)者的使用經(jīng)驗(yàn)可知，現(xiàn)今的led照明產(chǎn)品確實(shí)存在著質(zhì)量參差不齊的現(xiàn)象，對(duì)led照明市場(chǎng)的推廣確實(shí)形成了阻礙。值此之時(shí)，唯有透過(guò)生產(chǎn)在線的百分之百測(cè)試，方能對(duì)質(zhì)量把關(guān)，也唯有如此，led照明方能早日蓬勃發(fā)展。

致茂電子將于廣州照明展時(shí)展出此先進(jìn)檢測(cè)設(shè)備，歡迎業(yè)界先進(jìn)蒞臨指導(dǎo)。

來(lái)源：致茂電子 led產(chǎn)品經(jīng)理張敏宏