LED光強光通量測試解決方案

LED以及LED產(chǎn)品發(fā)光強度光通量以及光譜特性的測試

——光譜輻射計

1. 亮度色度基本概念

光通量是指人眼所能感覺到的輻射功率。單位是:流明（lm）

發(fā)光強度簡稱光強，國際單位是candela（坎德拉）簡寫cd，其他單位有燭光，支光。1cd即1000mcd是指單色光源（頻率540X10^12HZ）的光，在給定方向上（該方向上的輻射強度為（1/683）瓦特/球面度）的單位立體角發(fā)出的光通量。

亮度是指單位面積內(nèi)的明亮程度，即單位面積上的發(fā)光強度。單位：坎德拉（cd）

輻射度是指沿輻射方向、單位面積、單位立體角上的輻射通量。

照度是被攝主體表面面積上受到的光通量。

輻照度是指單位時間內(nèi)投射到單位面積上的輻射能量。

測定光強的儀器稱為光度計，采用光電管將光能轉(zhuǎn)化為電能后、測定光電流值可得到光強大小的相對值，通過校正即得到光強值。必須注意的是，由于光電管所用的光電材料（即探頭）的光譜靈敏區(qū)的限制，所測得的光強只是該光譜靈敏區(qū)范圍內(nèi)的值。使用光度計測得光強后，就很容易求算得曝光量，因為在光強不隨時間變化的情況下，曝光量等于光強和曝光時間的乘積（曝光量=光強X曝光時間）。

色溫：當(dāng)絕對黑體在某一特定絕對溫度下，其輻射的光譜與某一光源的光譜具有相同的特征，則絕對黑體的這一特定溫度就定義為該光源的色溫。單位是：開爾文（K）。色溫并非是光源本身的實際溫度，而是用來表征其光譜特性的參量。

色度的概念包括：色度坐標，色溫、主波長、色純度。通常采用x,y或u,v色度坐標圖，色度坐標圖上任一點均可表示一種顏色。色度坐標圖上有一條色溫曲線，色溫曲線上附近點的色溫為相關(guān)色溫。色度坐標圖上中央有一個白光點E，假設(shè)色度坐標圖上有另一點B，連接EB，并延長EB與譜線軌跡交于點C，則C點對應(yīng)的波長即B點的主波長，色純度等于EB與EC長度的比值。

• 目前LED以及LED照明產(chǎn)品可分為以下三種類型：

低功率LEDs—經(jīng)典的注塑型或者SMD型封裝

大功率LEDs—目前比較流行的高亮度封裝形式，具有散熱設(shè)計

固體照明光源（SSL）—基于大功率LEDs組成的光源

 各種類型的大小功率LEDs                                                                        固體照明光源（SSL）

3.不同的配置可以適應(yīng)以下不同光源的光學(xué)參數(shù)測試：

通過測角儀，進行光通量的角度分析

基于積分球的總光通量測試

基于平方反比定律的發(fā)光強度測試 

這些測試的傳感器可以是一個光度探測器，三刺激值設(shè)備，光譜輻射計或者影像亮度計。光譜分析技術(shù)的應(yīng)用可了解到更多的被測器件信息，能有效降低測試的不確定性，因為它是直接采用顏色適配函數(shù)。因此這種技術(shù)正變得越來越重要，并且成為LED測試首選手段之一。

目前測試LED的標準主要是針對小功率LEDs的CIE 127:2007以及針對大功率LED和固態(tài)光源的IES LM-79兩個文件。

4.JET提供的LED光強光通量測量解決方案                   

4.1基于測角儀測量角分辨率光通量

測角儀與近場測角儀用于測試LEDs發(fā)光角度分布（即光學(xué)分布曲線—發(fā)光強度的角度分布）。這種測試耗費比較多的時間，但提供更全面的光源數(shù)據(jù)。積分數(shù)值如光通量與輻射通量將通過光分布數(shù)據(jù)的綜合算出。顏色數(shù)值應(yīng)該是整個立體角的平均值計算出來的（IES LM-79）

常見的光度計或者三刺激值探測器用于這類型的測試。如果需要額外測試光譜輻射的分布，光譜輻射計如specbos 1211可作為測角儀的一個探測器來使用。因為其高靈敏度，所以每一步的測試時間足夠短。設(shè)備可以裝配一個遠程擴散器（光纖擴展的擴散器），因此配置會非常靈活。

Goniometer mit specbos 1211           Source:  http://www.olino.org/us

4.2基于積分球的總的光通量測試

如果覺得測角儀測試速度很慢，并且只需要知道總的積分數(shù)值（產(chǎn)線應(yīng)用）就可以了，那么使用積分球是一個很好的選擇。積分球包括最少兩部分—一部分用于樣品，另部分用于探測器。探測器為輻射通量而校準，但基本是測試球內(nèi)表面照度的。積分球要滿足下面要求以保證所有的曲面都具有相同的照度（測試區(qū)域的照度值將代表整個球的照度值）：

探測接口處與球直徑比值最大1:3；

忽略樣品與樣品接口或者輔助燈的光線自吸收；

內(nèi)涂層具有高的反射與漫射系數(shù)（BaSO4）；

符合CIE 127:2007以及IES LM-79所定義的其他流明測試條件；

根據(jù)標準，存在三種不同的積分球測試配置：

2π配置：樣品放置在積分球內(nèi)表面—可以用于LEDs這樣沒有反向光線。經(jīng)常用于單顆LED與LED陣列

4π配置：樣品通過接口，放置在積分球內(nèi)部中央—常用于固體照明光源，必須使用輔助燈以補償樣品與連接器的光吸收。

部分光通量測試配置：樣品被安置于樣品接口一定距離處—在接口前一個精確孔徑定義為一個立體角。

沒有反向照射的LEDs測試幾何示意圖 (2π 配置)

Specbos 1301測試系統(tǒng)結(jié)合了specbos1201與一個300mm直徑積分球。

specbos 1311/500是一套結(jié)合了specbos1211與500mm直徑積分球以及輔助燈的測試系統(tǒng)。 它可用于2 π 與 4π測試。對于4π配置，自吸收校準是必須的，因為樣品是整個安置進積分球的， 因此是干擾了積分球內(nèi)部的光路的。

specbos 1301 (300 mm not hinged sphere)             specbos 1311 (500 mm hinged sphere with auxiliary lamp)

使用積分球測量LED光通量，需要根據(jù)LED的封裝尺寸及類型，選擇LED固定支架，Specbos 1301光通量測試系統(tǒng)兼容 Gooch & Housego支架。選取合適的LED固定支架需要符合以下要求：

方便容易安裝固定好LED位置

把LED安裝在相應(yīng)的機械軸上

可設(shè)置好光源與探測器之間的距離

可減小支架與夾子的遮光效果

也可以減小輻射光的反射

4.3基于平方反比定律的發(fā)光強度測試

CIE對LED測量決定采用新的術(shù)語來描述LED光強。新的術(shù)語叫做平均LED強度。 (平均 LED 光照強度或者平均LED輻射強度).

LEDs測量的CIE標準條件A 和 B。對于在這些條件下決定的平均LED強度，建議采用符號ILED A 和 /LED B 。兩種條件都要用到帶有一個環(huán)形入口孔的探測器，其孔面積為100mm2（即直徑為11.3mm）。要將LED 面向探測器放置，構(gòu)成條件A和B之間的距離就是LED和探測器之間的距離，此距離分別為：

對于 CIE 標準條件 A: 316 mm；對于 CIE 標準條件 B: 100 mm.

對于照明來說，如果探測器已經(jīng)被校準，平均LED強度可以從下面的關(guān)系計算得到：

ILED v = EV · d2

這里 EV 為用lx計量的平均照度，d為距離，單位m。對于條件A, d = 0.316 m ，對于條件B, d= 0.100 m.

這些條件相當(dāng)于視角0.001sr(條件A)和0.01sr(條件B),但是實際的尺寸和確認的相符的結(jié)果中的角度同樣重要。相等的角度大約為2°(條件A) 和6,5° (條件 B)。

Jeti 1401是一個根據(jù)CIE 第127 規(guī)定，測量LED 發(fā)光平均強度的可見光光譜輻射計。

這款產(chǎn)品使用了一個根據(jù)CIE-127的A/B條件測試管，A/B條件可自由切換。使用成熟的軟件設(shè)計，使LED的發(fā)光強度、亮度、照度結(jié)合在一起。是一臺多功能的分光輻射計。

這種測試的探測器可以是亮度傳感器，三刺激值測試儀，光譜輻射計或者成像亮度計。

發(fā)光強度（cd）測試通常由光照度測試算出。它可通過如CIE 127：2007所描述的設(shè)置測試出來。這些設(shè)置的理念是樣品可以通過調(diào)整機械設(shè)置而得到調(diào)整—測試距離可通過調(diào)整LED實現(xiàn)，角度可通過一些機械軸實現(xiàn)調(diào)整。

CIE 127:2007 Condition A

測試結(jié)果被認為是LED平均強度而不是發(fā)光強度因為它不一定是LED的最大值。

specbos 1401使用基本的specbos1201與測試管以及符合CIE127:2007的積分球。兩個測試距離（Condition A—316mm與Condition B—100mm）。

specbos 1401 condition B

如果CIE 127發(fā)光亮度不能實現(xiàn)，測試可以實現(xiàn)光學(xué)平臺的照度儀（參考：Radiant Intensity Calculation using Irradiance Measurement）

單獨的specbos1201/1211光譜輻射計結(jié)合軟件也可用來測量LED發(fā)光亮度，輻射度、照度、輻照度、光譜特性曲線、色溫、色度坐標、色純度等參數(shù)，進行快速測量得出數(shù)據(jù)。

光譜特性是本設(shè)備直接測試出的物理量，其余亮度色度都是基于此計算得出的。

在光譜窗口中，用戶可以看到發(fā)光體的波長分布，并作分析。

可以通過點選某個波長，軟件會顯示光源在該波長的光譜輻射率。

可以通過設(shè)置波長范圍，對某一段波長做重點分析。