如何提高积分球中的LED光通量测试准确性

　　摘要：根据LED光通量测量的特殊性，LED测量的积分球的设计采用独特的优化，结合高反射率漫反射材料，使系统的稳定性和准确性有了很大的提高。实验结果表明，系统的稳定性和一致性远高于其他常见的LED测试系统。它是真正适合于LED光学参数测量的系统。

　　简介： 与传统光源不同，在使用积分球测量光通量的过程中LED光源的光通量测量对设备的准确性提出了很大的挑战。一方面，与传统光源相比，通常LED具有更强的方向性，不会再整个空间均匀地发光。该特征使得在积分球表面的LED直射光分布不均匀。这种不均匀分布将导致不同LED的直射光具有探测器的不同反射特征。由于探测器的位置和挡板的位置是固定的，各种反射分布的直接性能是信号波动。在普通测试系统中，不同发光角的LED存在差异，同一个LED的不同放置方向，具有不同位置的相同发射。即使额定光通量相同；实际测量值是不同的。根据客户的验证结果，普通LED测试系统的LED放置方向对于光通量测量结果的影响总是超过50%（不同方向测量同一LED的最大信号和最小信号的差值）

　　当测量不同LED的不同发光角度时，由于积分球内部表面的分布差异使得直接反射的分布对探测器的影响不同，它直接影响测量精度的差异（如图1 所示）

图1： 不同照明角度对LED测量有不同的影响

　　提高积分球中LED光通量测试的准确性

　　另一方面，LED测试系统通常使用卤钨灯作为标准光源，与LED相比，所使用的标准灯在外观上，照明分布特征和光谱特性方面都有很大区别。因此，两者的差异应由吸收系数修正。

　　分析：

　　积分球内部反射特性是使LED方向性对测量精度有影响的关键因素之一。在普通LED测试系统中，积分球表面涂层的反射率和朗伯特性不理想。一个原因是低反射率，另一个原因是漫反射特性差。低反射率的积分球表面的结果是LED直射光的结果是LED的直射光在几次反射后逐渐衰减。然而，在整个光混合的过程中，直接照射光和反射光都占有很大的比例，这是主导的。在某些情况下，低反射率材料会对挡板探头的背面产生强烈的阴影效应。然而，这是直线反射的光影效果导致测量不准确。

　　此外，较低的漫反射率将严重影响信号的衰减。由于在光测量过程中，光在积分球中多次反射，每次反射都会产生一定的衰减，但反射度对光强的影响在多次反射之后得到加强。例如，反射光在积分球反射了15次，如果在反射率之间存在5%的差异，信号衰减可能会超过一倍。实际上，积分球的反射率的差异远远超过这一点。

　　目前的LED测试系统还没有被用作标准光源的标准LED。在测量过程中，我们仍然选择使用标准卤钨灯作为标准光源。由于标准灯和测量LED的外部结构差异很大，包括LED灯座的吸光影响以及标准灯具安装位置和LED安装位置之间的差异，所有这些都是影响测试结果的准确性的重要因素。

　　解决方案：

　　LPCE-2光谱仪&积分球LED测试系统是由上海力汕电子研发的一套LED测试系统， 完全符合LM-79和CIE相关要求， 有效解决了传统LED测试系统的各种缺陷。

　　与传统积分球的大规模组装生产技术相比，力汕电子采用一次性成型技术来生产积分球，其形状完全符合4π或 2π的球面结构。力汕电子积分球还采用高反射和漫射率涂层，使灯是开口位置设计对准检测器位置。即使使用方向性很强的LED或在极端条件下使用位置模式，这种改进使测试结果保持良好的一致性。

　　LPCE-2采用标准卤钨灯作为标准灯与可选辅助灯结合，来测量LED灯座与标准灯座之间的差异对测试结果的影响。本标准灯已经由力汕电子校准实验室严格校准；测试结果可追溯到NIM。

　　针对上述LED测试结果的准确性问题，采用LPCE-2测试系统进行相应的测试。测试条件如下：使用5个高亮度绿色LED，功率约为0.35W，照明角度约为30°。LPCE-2测试系统用于9种测量位置，分别表示可能的LED位置模式，如图3所示。

图2：不同LED位置模式

　　结论：

　　被测光通量和LED位置模式之间的关系如图4和如图5所示。从测试结果可以看出，即使在最极端的情况下，当LED被放置在检测器的开口的前后时，光通量测试结果的峰值仍然小于5%。这是一个非常好的测试结果。在实际测试过程中，LED光通量测量的重复误差远小于0.1%。由此可以看出，LPCE-2测试系统的测试结果可靠稳定，可以提供可靠的保证。这套标准系统不仅大大支持了LED的研发和生产，同时也是LED行业光学性能测量的理想选择。

图 3：不同LED测试位置对应的光通量

图 5 ：LED测试位置和光通量的关系

　　上海力汕质量体系已通过ISO9001：2015严格认证。作为CIE成员，LISUN产品基于CIE，IEC和其它国际或国家标准设计。所有产品均通过CE认证和第三方实验室认证。