怎樣才能提高積分球中的LED光通量測試的準確性？

2020-09-09 與非網

簡介： 與傳統光源不同，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備的準確性提出了很大的挑戰。一方面，與傳統光源相比，通常 LED具有更強的方向性，不會再整個空間均勻地發光。該特徵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致不同 LED 的直射光具有探測器的不同反射特徵。由於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。在普通測試系統中，不同發光角的 LED 存在差異，同一個 LED 的不同放置方向，具有不同位置的相同發射。即使額定光通量相同；實際測量值是不同的。根據客戶的驗證結果，普通 LED 測試系統的 LED 放置方向對於光通量測量結果的影響總是超過 50％（不同方向測量同一 LED 的最大信號和最小信號的差值）

當測量不同 LED 的不同發光角度時，由於積分球內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）

圖 1： 不同照明角度對 LED 測量有不同的影響

提高積分球中 LED 光通量測試的準確性

另一方面，LED 測試系統通常使用滷鎢燈作為標準光源，與 LED 相比，所使用的標準燈在外觀上，照明分布特徵和光譜特性方面都有很大區別。因此，兩者的差異應由吸收係數修正。

分析：

積分球內部反射特性是使 LED 方向性對測量精度有影響的關鍵因素之一。在普通 LED 測試系統中，積分球表面塗層的反射率和朗伯特性不理想。一個原因是低反射率，另一個原因是漫反射特性差。低反射率的積分球表面的結果是 LED 直射光的結果是 LED 的直射光在幾次反射後逐漸衰減。然而，在整個光混合的過程中，直接照射光和反射光都佔有很大的比例，這是主導的。在某些情況下，低反射率材料會對擋板探頭的背面產生強烈的陰影效應。然而，這是直線反射的光影效果導致測量不準確。

此外，較低的漫反射率將嚴重影響信號的衰減。由於在光測量過程中，光在積分球中多次反射，每次反射都會產生一定的衰減，但反射度對光強的影響在多次反射之後得到加強。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，信號衰減可能會超過一倍。實際上，積分球的反射率的差異遠遠超過這一點。

目前的 LED 測試系統還沒有被用作標準光源的標準 LED。在測量過程中，我們仍然選擇使用標準滷鎢燈作為標準光源。由於標準燈和測量 LED 的外部結構差異很大，包括 LED 燈座的吸光影響以及標準燈具安裝位置和 LED 安裝位置之間的差異，所有這些都是影響測試結果的準確性的重要因素。

解決方案：

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

與傳統積分球的大規模組裝生產技術相比，力汕電子採用一次性成型技術來生產積分球，其形狀完全符合 4π或 2π的球面結構。力汕電子積分球還採用高反射和漫射率塗層，使燈是開口位置設計對準檢測器位置。即使使用方向性很強的 LED 或在極端條件下使用位置模式，這種改進使測試結果保持良好的一致性。

LPCE－2 採用標準滷鎢燈作為標準燈與可選輔助燈結合，來測量 LED 燈座與標準燈座之間的差異對測試結果的影響。本標準燈已經由力汕電子校準實驗室嚴格校準；測試結果可追溯到 NIM。

針對上述 LED 測試結果的準確性問題，採用 LPCE－2 測試系統進行相應的測試。測試條件如下：使用 5 個高亮度綠色 LED，功率約為 0．35W，照明角度約為 30°。LPCE－2 測試系統用於 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

結論：

被測光通量和 LED 位置模式之間的關係如圖 4 和如圖 5 所示。從測試結果可以看出，即使在最極端的情況下，當 LED 被放置在檢測器的開口的前後時，光通量測試結果的峰值仍然小於 5％。這是一個非常好的測試結果。在實際測試過程中，LED 光通量測量的重複誤差遠小於 0．1％。由此可以看出，LPCE－2 測試系統的測試結果可靠穩定，可以提供可靠的保證。這套標準系統不僅大大支持了 LED 的研發和生產，同時也是 LED 行業光學性能測量的理想選擇。

圖 3：不同 LED 測試位置對應的光通量

圖 5 ：LED 測試位置和光通量的關係

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