半導(dǎo)體照明產(chǎn)品的光通量測量方法

張?zhí)煊?/p>

摘要：光通量測量需根據(jù)LED照明產(chǎn)品的類型，選擇測量方法。測量方法主要有兩種，分布光度計(jì)以及積分球光譜儀系統(tǒng)。應(yīng)對(duì)測量方法的特點(diǎn)以及原理進(jìn)行分析，對(duì)不同類型的LED照明產(chǎn)品的光通量進(jìn)行測量，并對(duì)兩種檢測手段的檢測結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，找出檢測結(jié)果的差異，為不同類型LED產(chǎn)品的光通量選擇適用的檢測手段，保證LED產(chǎn)品的生產(chǎn)質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：分布光度計(jì);積分球光譜儀系統(tǒng);光通量

引言：作為照明史上繼白熾燈、熒光燈的照明光源革命，半導(dǎo)體照明的核心是LED，LED照明產(chǎn)品具有壽命長、顯色度高、光效高、節(jié)能環(huán)保等特點(diǎn)，逐漸代替?zhèn)鹘y(tǒng)照明產(chǎn)品，近幾年在照明產(chǎn)品中得到廣泛應(yīng)用。

光通量意味著LED產(chǎn)品的發(fā)光能力，是檢測LED產(chǎn)品的重要指標(biāo)。在檢測光通量時(shí)，通常可用到絕對(duì)法以及相對(duì)法。相對(duì)法是利用積分球光譜系統(tǒng)，將光通量的標(biāo)準(zhǔn)燈與未檢測的LED產(chǎn)品進(jìn)行對(duì)比，比較其光通量是否存在差異。絕對(duì)法是利用分布光度計(jì)對(duì)LED產(chǎn)品發(fā)光強(qiáng)度的空間分布進(jìn)行測量，通過計(jì)算得出光通量。

一、分布光度計(jì)

分布光度計(jì)是一種較為大型的光學(xué)測試設(shè)備，主要測量光源隨著空間角度變化而變化的光度。分度光度計(jì)主要由光度探測器以及轉(zhuǎn)臺(tái)（用于支撐定位被測光源的機(jī)械結(jié)構(gòu)），傳感器以及測量信號(hào)處理系統(tǒng)等部分構(gòu)成。通過分布光度計(jì)進(jìn)行測量時(shí)，可分為分布積分法以及光強(qiáng)分布法。

首先，應(yīng)將需要測量的LED產(chǎn)品放在假想球面的中心，球面的表面積是確定的，并制定光照探頭測定的角度，在多個(gè)發(fā)光平面上通過比較小的角度對(duì)LED產(chǎn)品進(jìn)行間隔測量，利用分布光度計(jì)的光度探測器距離被檢測LED燈的發(fā)光中心的長度，作為虛擬球面半徑的各個(gè)點(diǎn)照度。掃描角度的間隔通常為10°，平面內(nèi)的角度間隔通常為5°，通過測定LED產(chǎn)品照度分布積分對(duì)產(chǎn)品的總光通量進(jìn)行測定。通過光強(qiáng)分布積分對(duì)LED產(chǎn)品進(jìn)行總通光量測定。

LED產(chǎn)品在工作時(shí)，工作方向可對(duì)自身熱狀態(tài)造成相應(yīng)的改變，使得LED光通量受到一定的影響。應(yīng)在測定過程中對(duì)LED產(chǎn)品自身狀態(tài)引起重視，確保測定結(jié)果的準(zhǔn)確性。在利用分布光度計(jì)對(duì)LED產(chǎn)品進(jìn)行測量時(shí)，不僅可以對(duì)小型LED照明產(chǎn)品進(jìn)行測量，還可對(duì)尺寸比較大的LED照明產(chǎn)品進(jìn)行測量，可對(duì)LED產(chǎn)品的總光通量以及光強(qiáng)分布進(jìn)行檢測。分布光度計(jì)由于其測量原理，將其安裝在有溫度控制的暗室中，不會(huì)受到被測光源吸收熱量影響，但是需要對(duì)通風(fēng)裝置進(jìn)行監(jiān)督，避免通風(fēng)裝置影響測量結(jié)果，尤其是在對(duì)溫度敏感的LED產(chǎn)品進(jìn)行測量時(shí)，應(yīng)按照標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定對(duì)其進(jìn)行測量，嚴(yán)格監(jiān)控測量環(huán)境溫度。在利用分布光度計(jì)對(duì)LED產(chǎn)品進(jìn)行測量時(shí)，比通過積分球光譜儀測量時(shí)間更長。

二、積分球光譜儀

積分球是一個(gè)內(nèi)壁噴涂高反射率的白色漫射材料，是一個(gè)空心的完整球，噴射的材料主要為硫酸鋇。通過各個(gè)點(diǎn)均勻的漫反射，使得球壁內(nèi)部圖層反射率的要求為90-98%，由于球壁內(nèi)部有大小不一致的孔洞，使得安裝LED產(chǎn)品以及探測器更為便利。

光譜儀通常是對(duì)輻射照度的一種效應(yīng)，但由于其在積分球內(nèi)壁某一處時(shí)，輸出的信號(hào)值代表著光入射到積分球內(nèi)部的輻射光通量值。如果LED產(chǎn)品在積分球內(nèi)部時(shí)，信號(hào)值為光源4π立體角的總體輻射量。在積分球內(nèi)壁涂白色中性漫反射層后，會(huì)出現(xiàn)一定的反射比，在球的半徑為固定值時(shí)，可對(duì)LED產(chǎn)品的輻射通量進(jìn)行測定。可在球壁上找到任意一點(diǎn)，測定其輻照角度。測定的輻照角度主要分為兩部分：從光源到任意點(diǎn)產(chǎn)生的輻照角度以及從光源到球壁其他點(diǎn)被反射到測定點(diǎn)上產(chǎn)生的照度。LED產(chǎn)品在直接照射時(shí)，在任意一點(diǎn)的輻射照度需要將B點(diǎn)的無數(shù)次反射照度進(jìn)行疊加，計(jì)算總輻射照度。在實(shí)際測量過程中，應(yīng)在LED照明產(chǎn)品與選定的點(diǎn)間設(shè)置白色漫反射擋板，可對(duì)光源的直射光進(jìn)行阻擋。由于白色涂層會(huì)對(duì)積分球出射光的光譜產(chǎn)生較大的影響，應(yīng)在數(shù)據(jù)檢測時(shí)進(jìn)行合理分析。綜上所述，光源在發(fā)出光后，經(jīng)過球內(nèi)壁的無數(shù)次漫反射后，可在球內(nèi)壁各個(gè)點(diǎn)之間形成較為均勻的照明，使得球壁上任何一個(gè)點(diǎn)的輻照度都與光源的輻射通量，球的反射率以及球體大小有一定的關(guān)聯(lián)。積分球光譜儀可根據(jù)總輻射通量的標(biāo)準(zhǔn)燈進(jìn)行核準(zhǔn)。由于積分球包含在校核系統(tǒng)中，可不考慮積分球的輻射通量，可與標(biāo)準(zhǔn)燈進(jìn)行比較，得出被測定的LED產(chǎn)品的光譜輻射通量。

積分球光譜儀在對(duì)LED產(chǎn)品進(jìn)行光通量測定時(shí)，可對(duì)測量一體化LED燈以及比較小的LED燈的產(chǎn)品，可對(duì)LED燈具總光通量以及色度進(jìn)行測量。積分光譜儀測量速度較快，并且溫度不會(huì)對(duì)測定結(jié)果產(chǎn)生影響，無需在暗室中進(jìn)行測定。在空氣流動(dòng)極小時(shí)，球體內(nèi)溫度也不會(huì)受到溫度影響，不受到溫度控制室內(nèi)潛在的氣流等影響。需要注意在安裝在積分球內(nèi)部或者積分球表面的LED燈在照明時(shí)，產(chǎn)品散發(fā)的熱量對(duì)周圍聚集環(huán)境溫度造成一定的影響。

三、實(shí)驗(yàn)過程

兩種不同的測量方法存在一定的差異性，為明確測定方法存在的具體差異，需要挑選不同光束角的LED產(chǎn)品進(jìn)行測定。首先應(yīng)對(duì)室內(nèi)環(huán)境進(jìn)行調(diào)節(jié)，環(huán)境溫度在24-26℃之間，濕度小于等于65%，LED產(chǎn)品的燃點(diǎn)方向與其實(shí)際使用時(shí)的狀態(tài)應(yīng)保持一致，應(yīng)盡量保證靜止?fàn)顟B(tài)，確保周圍空氣流動(dòng)速度比較小，避免對(duì)LED產(chǎn)品周圍溫度造成一定的影響。LED產(chǎn)品的光電參數(shù)需要在其穩(wěn)定后進(jìn)行測量，穩(wěn)定的要求為在15分鐘內(nèi)，光通量或者光的強(qiáng)度變化小于0.5。由于尺寸的大小不一致，光束的角度不一樣，所以LED產(chǎn)品測量結(jié)果也不盡相同，誤差也比較大。

結(jié)語：在對(duì)LED產(chǎn)品進(jìn)行光通量檢測時(shí)，可用到分布光度計(jì)以及積分球光譜儀系統(tǒng)。由于兩種測定方式存在一定的差異性，應(yīng)根據(jù)LED產(chǎn)品具有的特點(diǎn)對(duì)檢測方法進(jìn)行選擇。應(yīng)根據(jù)LED產(chǎn)品的尺寸、光束角等特性對(duì)測定方法進(jìn)行分析，選擇適合的LED產(chǎn)品測量方式。在應(yīng)用分布光度計(jì)對(duì)LED產(chǎn)品進(jìn)行測定時(shí)，應(yīng)首先對(duì)測定溫度以及周圍環(huán)境進(jìn)行分析，按照測定標(biāo)準(zhǔn)對(duì)周圍環(huán)境進(jìn)行調(diào)節(jié)，由于儀器受周圍環(huán)境影響比較大，同時(shí)需要在暗室內(nèi)對(duì)其進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，以保證測定結(jié)果。在利用積分球光譜儀方法對(duì)LED產(chǎn)品進(jìn)行檢測時(shí)，應(yīng)首先對(duì)積分球表面進(jìn)行處理，通過對(duì)光源的漫反射計(jì)算出產(chǎn)品的光通量。兩種測定方式都具有一定的優(yōu)勢，應(yīng)結(jié)合LED產(chǎn)品形態(tài)對(duì)測定方式進(jìn)行選定，使得LED產(chǎn)品光通量檢測具有一定的科學(xué)性。

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