提高積分球中的LED光通量測試的準(zhǔn)確性

摘要：根據(jù)LED光通量測量的特殊性，LED測量的積分球的設(shè)計(jì)采用獨(dú)特的優(yōu)化，結(jié)合高反射率漫反射材料，使系統(tǒng)的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性有了很大的提高。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，系統(tǒng)的穩(wěn)定性和一致性遠(yuǎn)高于其他常見的LED測試系統(tǒng)。它是真正適合于LED光學(xué)參數(shù)測量的系統(tǒng)。

關(guān)鍵詞:  LED測量，積分球, 一體成型積分球，漫反射

簡介: 與傳統(tǒng)光源不同，在使用積分球測量光通量的過程中LED光源的光通量測量對設(shè)備的準(zhǔn)確性提出了很大的挑戰(zhàn)。一方面，與傳統(tǒng)光源相比，通常LED具有更強(qiáng)的方向性，不會(huì)再整個(gè)空間均勻地發(fā)光。該特征使得在積分球表面的LED直射光分布不均勻。這種不均勻分布將導(dǎo)致不同LED的直射光具有探測器的不同反射特征。由于探測器的位置和擋板的位置是固定的，各種反射分布的直接性能是信號波動(dòng)。在普通測試系統(tǒng)中，不同發(fā)光角的LED存在差異，同一個(gè)LED的不同放置方向，具有不同位置的相同發(fā)射。即使額定光通量相同；實(shí)際測量值是不同的。根據(jù)客戶的驗(yàn)證結(jié)果，普通LED測試系統(tǒng)的LED放置方向?qū)τ诠馔繙y量結(jié)果的影響總是超過50%（不同方向測量同一LED的最大信號和最小信號的差值）

當(dāng)測量不同LED的不同發(fā)光角度時(shí)，由于積分球內(nèi)部表面的分布差異使得直接反射的分布對探測器的影響不同，它直接影響測量精度的差異（如圖1 所示）

提高積分球中LED光通量測試的準(zhǔn)確性

圖1: 不同照明角度對LED測量有不同的影響

另一方面，LED測試系統(tǒng)通常使用鹵鎢燈作為標(biāo)準(zhǔn)光源，與LED相比，所使用的標(biāo)準(zhǔn)燈在外觀上，照明分布特征和光譜特性方面都有很大區(qū)別。因此，兩者的差異應(yīng)由吸收系數(shù)修正。

分析:

積分球內(nèi)部反射特性是使LED方向性對測量精度有影響的關(guān)鍵因素之一。在普通LED測試系統(tǒng)中，積分球表面涂層的反射率和朗伯特性不理想。一個(gè)原因是低反射率，另一個(gè)原因是漫反射特性差。低反射率的積分球表面的結(jié)果是LED直射光的結(jié)果是LED的直射光在幾次反射后逐漸衰減。然而，在整個(gè)光混合的過程中，直接照射光和反射光都占有很大的比例，這是主導(dǎo)的。在某些情況下，低反射率材料會(huì)對擋板探頭的背面產(chǎn)生強(qiáng)烈的陰影效應(yīng)。然而，這是直線反射的光影效果導(dǎo)致測量不準(zhǔn)確。

此外，較低的漫反射率將嚴(yán)重影響信號的衰減。由于在光測量過程中，光在積分球中多次反射，每次反射都會(huì)產(chǎn)生一定的衰減，但反射度對光強(qiáng)的影響在多次反射之后得到加強(qiáng)。例如，反射光在積分球反射了15次，如果在反射率之間存在5%的差異，信號衰減可能會(huì)超過一倍。實(shí)際上，積分球的反射率的差異遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過這一點(diǎn)。

目前的LED測試系統(tǒng)還沒有被用作標(biāo)準(zhǔn)光源的標(biāo)準(zhǔn)LED。在測量過程中，我們?nèi)匀贿x擇使用標(biāo)準(zhǔn)鹵鎢燈作為標(biāo)準(zhǔn)光源。由于標(biāo)準(zhǔn)燈和測量LED的外部結(jié)構(gòu)差異很大，包括LED燈座的吸光影響以及標(biāo)準(zhǔn)燈具安裝位置和LED安裝位置之間的差異，所有這些都是影響測試結(jié)果的準(zhǔn)確性的重要因素。

解決方案:

LPCE-2光譜儀&積分球LED測試系統(tǒng)是由上海力汕電子研發(fā)的一套LED測試系統(tǒng), 完全符合LM-79和CIE相關(guān)要求, 有效解決了傳統(tǒng)LED測試系統(tǒng)的各種缺陷。

與傳統(tǒng)積分球的大規(guī)模組裝生產(chǎn)技術(shù)相比，力汕電子采用一次性成型技術(shù)來生產(chǎn)積分球，其形狀完全符合4π或 2π的球面結(jié)構(gòu)。力汕電子積分球還采用高反射和漫射率涂層，使燈是開口位置設(shè)計(jì)對準(zhǔn)檢測器位置。即使使用方向性很強(qiáng)的LED或在極端條件下使用位置模式，這種改進(jìn)使測試結(jié)果保持良好的一致性。

LPCE-2采用標(biāo)準(zhǔn)鹵鎢燈作為標(biāo)準(zhǔn)燈與可選輔助燈結(jié)合，來測量LED燈座與標(biāo)準(zhǔn)燈座之間的差異對測試結(jié)果的影響。本標(biāo)準(zhǔn)燈已經(jīng)由力汕電子校準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)室嚴(yán)格校準(zhǔn)；測試結(jié)果可追溯到NIM。

針對上述LED測試結(jié)果的準(zhǔn)確性問題，采用LPCE-2測試系統(tǒng)進(jìn)行相應(yīng)的測試。測試條件如下：使用5個(gè)高亮度綠色LED，功率約為0.35W，照明角度約為30°。LPCE-2測試系統(tǒng)用于9種測量位置，分別表示可能的LED位置模式，如圖3所示。

圖2：不同LED位置模式

結(jié)論:

被測光通量和LED位置模式之間的關(guān)系如圖4和如圖5所示。從測試結(jié)果可以看出，即使在最極端的情況下，當(dāng)LED被放置在檢測器的開口的前后時(shí)，光通量測試結(jié)果的峰值仍然小于5%。這是一個(gè)非常好的測試結(jié)果。在實(shí)際測試過程中，LED光通量測量的重復(fù)誤差遠(yuǎn)小于0.1%。由此可以看出，LPCE-2測試系統(tǒng)的測試結(jié)果可靠穩(wěn)定，可以提供可靠的保證。

  圖 5 ：LED測試位置和光通量的關(guān)系

圖 3：不同LED測試位置對應(yīng)的光通量