趙柱博
上海時代之光照明電器檢測有限公司
LED檢測參數及其檢測方法探討
趙柱博
上海時代之光照明電器檢測有限公司
本文探討了發光二極管(LED)檢測參數及檢測方法,包括LED發光強度、總光通量、發光光譜等的檢測,同時對檢測的環境條件也進行了探討。
發光二極管;發光強度;總光通量;光譜
從上世紀二十年代,羅塞夫(Lossen.o.w)研究發現發光二極管(LED)以來,LED經過了幾十年的漫長發展歷程。二十世紀末期,隨著LED技術的迅猛發展,尤其是發光效率的逐步提高,LED的應用市場正逐步擴大。在使用過程中,要對發光二極管的色度、光感度以及電參數等進行檢測。LED的發光性能特別,其單個芯片可以說就是一個標準的光源,因為其發光點不大,算得上是點光源,發光的統一性能極佳,立體角也不大,同時大部分的LED芯片都屬于單色光。這就表示對芯片的測量是十分簡單易行的。不過,單個芯片跟經過封裝后的LED以及用眾多芯片排布成的陣列式原件相比,二者在發光特性上還是有較大區別的。跟單顆LED不同,這類經過封裝或者組合的原件發光沒有統一性,發光角度不大。因此對于經過封裝的LED進行測量,首先要優化并統一標準,所得結果才具有一致性。
通常而言,對于LED的測評有眾多光學參量,例如光與輻射的強度和通量大小,發光效率,峰度以及風波和主波的長度等等。不過,當前LED光源已經構成了對傳統光源的挑戰,在競爭中,自然會有更多的測量要求出現,比如用戶最關心的照度以及亮度。在測量過程中,涉及到的儀器有光度計、輻射計等等。
通常情況下,由一個點光源產生的光具有向同性,根據這個原理,人們能夠利用對任何一個既定方向的單位立體角進行光通量的測定,以此來明確點光源的發光強度?發光二極管的尺寸很小,光強度也不大,因此在測量時要將探頭放置在靠近LED的地方,如果以常規手段進行光強測定,勢必造成較大誤差。所以,業內相關標準很早就規定了有關LED光強的測定準則,其中對于發光二極管應放于參考光軸的什么方位、距離遠近、探頭的大小以及立體角的具體數據都做了明確規定。若是一個特定光源的光強會跟隨角度以及距離的調整而發生改變,那么,針對此光源的所有測量數據實則為各個測量標準下的平均數據。也就是可將光強測定值稱作發光二極管的平均光強?,F階段,幾乎所有研究單位都采用這一平均光強進行研究。
以上所探討的是針對發光二極管的光強測定,若是對全部角度的測定結果通過積分處理,便能獲得LED輻射光通量的總和數值。當前,對于光通量的測定,可以從其原理來區分,除了總光通量以為還有一種是光強積分的測量方法;從測量方法來劃分,也可分為兩種,一個是采用分布光度計,一種是采用積分球。
3.1.光通量的基準測量方法
總光通量的基準測量方法是國標GB/T24824-2009推薦的首選方法,當對測量結果有爭議的時候,應采用本方法測量。
該方法是在測光暗室內,使用探測器旋轉式分布光度計,采用照度分布積分法實現總光通量的測量。同時,該方法要求被測LED模塊發光中心處于分布光度計的旋轉中心。通過數值積分可由公式計算LED模塊的總光通量。
3.2.強積分法測量光通量
光強積分法是在測光暗室內,使用分布光度計測量LED模塊的光強分布,通過數值積分的方式計算出LED模塊的總光通量和區域光通量。該方法同樣要求被測LED模塊發光中心處于分布光度計的旋轉中心,同時測量距離足夠大,能夠把被測LED模塊近似認為點光源。
3.3.分球法測量光通量
積分球法是將積分球與光度計或光譜輻射計結合,采用替代方法測量總光通量。采用積分球法測量時,應分別將標準LED模塊和被測LED模塊放入積分球內點燃,并分別記錄它們在光電轉換器的讀數Ei和Eo,則可通過公式計算求得被測LED模塊的光通量。
采用積分球法測量時應注意以下問題:
1)積分球應足夠大,積分球內壁涂層反射率應具備良好的均勻性和光譜中性,并且對溫度和濕度變化不敏感,積分球內擋光物體盡量少。
2)用同種類型的標準LED模塊對積分球光度計或積分球光譜輻射計進行校準,已得到較好的測量不確定度。
LED的峰值,有很多種波長,范圍包括了全部可見光,及其左右的部分相鄰紅外和紫外光。這些光的光譜較之于白熾燈光,差異性很大。LED光譜很窄,僅為20至40納米范圍內,采用的探測儀器頭要在其光波段中獲得理想的響應,而不僅僅是針對寬波長做平均測定。對光度計或是輻射度測量儀器進行校準,若用白熾光源,只能做寬泛的整體校準,以這些儀器來對LED光源進行測量時,會產生不小的誤差。
LED又被稱作冷光源,不過這并不表示它的發光過程就完全不受其他發熱物的影響。LED大多以固體原件形式存在,在其上添加電壓,可讓電子以及空穴經由固體材料內部反向流動,在電子以及空穴復合后,就可以產生激發狀態,呈現出發光的狀態。為了使其發光更為平穩,就需要控制外加電流,所以,LED一般都采用恒定電流下的直流電進行供電。其典型電流范圍在10毫安至20毫安之間,一些高功率的發光二極管供電需求在200毫安至300毫安之間。
對LED發光可造成影響的另一要素就是溫度環境。發光二極管一遍都是以導熱性能不佳的材料包裝,唯有銅導線可能會造成其升溫,特別是大功率的,因此十分有必要針對LED的夾具以及電導線做降溫處理,不然就很有可能給測量結果造成極大誤差。
對上述兩點進行很好的把握是十分關鍵的,所以,要在恒溫恒電流的環境下進行LED光通量的測量才有可能具備可重復性。
發光二極管有著極為特別的發光性質,對其進行各種測量時不可全部依照傳統方法執行。第一,在針對傳統光源的測量里,其所定義的光強跟LED的不盡相同,依據國際相關組織的界定,唯有通過設定相對固定的距離、方向以及立體角才有可能獲得重復性較好的測量結果,同時,對探測器也有相應的規定;第二,本文探討了對LED光通量測定有所影響的各類要素,例如,運用的積分球應當盡可能的大,對環境溫度與濕度的敏感性不高,球里的擋光雜質要盡可能少等等;第三,本文對采用傳統光源所校核的探測器來測量LED光譜可能出現的偏差進行了討論,特別是對于紅、藍兩色LED的光譜測定偏差明顯;第四,本文還探討了在LED測量中,環境因素所造成的影響,要確保在恒溫恒電流的環境下進行LED光通量的測量,才有可能具備可重復性。